高中信息技術課程教學中培養學生計算思維的策略

林福興

隨著信息技術的飛速發展，未來社會對高中生的要求越發強調計算思維。然而，傳統的信息技術教學存在對計算思維培養的不足之處。當前的信息技術教學往往過于注重知識的傳授，忽視了學生在解決實際問題時所需的計算思維能力。因此，我們有必要對高中信息技術課程的教學策略進行深入研究，以找到更有效的方法來培養學生的計算思維，加深學生對信息技術的理解，培養其獨立分析和解決問題的能力，從而更好地適應未來社會對技術人才的要求。基于此，本研究深入研究高中信息技術課程教學中如何有針對性地培養學生的計算思維，以更好地滿足未來社會對人才技術能力的需求，為高中信息技術教育提供有益的經驗和啟示，為培養具備計算思維的新一代人才提供理論和實踐的支持。

一、在高中信息技術課程中培育計算思維的現實意義

（一）培養學生的數據分析能力

在高中信息技術課程中培育計算思維具有重要的現實意義。計算思維是21世紀社會所需的一項核心能力，它強調問題的分解、模式的識別以及邏輯推理等技能。

首先，通過信息技術課程，學生能夠接觸到編程、算法設計等內容，從而培養解決問題的能力，提高邏輯思維水平。其次，信息技術課程有助于提升學生的數據分析能力。在課程中，學生需要學習如何收集、處理和分析數據，運用統計學和數據科學的方法解決實際問題。這不僅有助于學生更好地理解和應用所學知識，還能為未來的學習研究和職業發展奠定基礎。學習信息技術，高中生不再僅是信息的使用者，而是成為信息的創造者和分析者，為未來的學習和發展打下堅實的基礎。

（二）培養學生解決問題的能力

高中信息技術課程中培育計算思維的現實意義在于為學生提供了解決實際問題的能力和方法，使其在未來的學習和工作中具備更強的競爭力。通過學習信息技術知識，如數據庫管理和數據處理，學生能夠掌握有效的數據分析工具和方法，更好地應對實際問題。例如，在學習數據庫管理時，學生學會了如何設計和優化數據庫結構，能夠有效地管理大量數據并進行快速的數據檢索與分析。同時，通過學習數據處理技術，如數據清洗和轉換，學生能夠處理各種形式的數據，從中提取有用信息并進行分析。學習這些知識點，學生能夠具備分析實際問題的能力，更準確地理解問題的本質、發現問題的規律并提出合理的解決方案。

（三）更好地管理和利用信息資源

計算思維強調問題的抽象和分解，這對高中生處理大量信息具有重要的指導意義。

首先，通過學習信息技術課程，學生了解到如何利用編程和算法設計等技能，更有效地分析和處理復雜的信息。這種計算思維使學生能夠更好地理解信息的結構和關聯，提高在信息社會中處理大量數據的能力。其次，高中信息技術課程有助于學生更好地管理和利用大量的信息資源。在課程學習中，學生會學到信息檢索、數據存儲和信息管理等知識點，能夠有條理地組織和管理各類信息。這對于高中生在學習和日常生活中處理海量信息是至關重要的，有助于提高學生的學習效率和信息利用能力，更好地理解問題本質。

（四）掌握編程技能，以滿足未來科技發展的需求

隨著科技的迅猛發展，編程已成為一項不可或缺的核心技能，信息技術課程為學生提供了學習和實踐編程的機會。

首先，在信息技術課程中，學生會學習編程語言、算法設計以及軟件開發等關鍵知識點，在實際動手編寫代碼中培養問題解決能力、邏輯思維和創造力。這些技能不僅在科技領域具有廣泛的應用，還在各行各業中展現出越來越重要的地位。其次，高中生掌握編程技能，能夠更好地適應未來科技發展的潮流，為進入信息化社會做好充分準備。信息技術課程也涵蓋了計算機科學的基礎概念，如數據結構、算法和計算機體系結構等。這些知識不僅有助于學生理解計算機工作原理，更為學生深入學習專業領域奠定基礎，提高了對未來科技發展趨勢的敏感性和適應性。高中信息技術課程教學為學生提供了全面學習編程和計算機科學的機會，使學生更好地適應未來科技發展的需求。

二、高中信息技術課程教學中培養學生計算思維的策略

（一）創新教學模式，為培養計算思維做準備

在高中信息技術課程中，尤其是在《了解數值數據和文本數據的編碼》這一具體的課程中，創新教學模式對于培養學生的計算思維至關重要，其中一種創新的教學模式是基于問題的學習（Problem-Based Learning，PBL）。通過這種模式，教師可以設定具體的問題，如如何設計一個能夠對數值和文本數據進行高效編碼的應用，引導學生在解決問題的過程中運用編碼、解碼等技能，形成計算機思維；引入項目驅動式學習，將學生置身于實際的數據編碼和解碼中。教師可以設計一個綜合性的項目，要求學生設計一個能夠處理不同類型數據的編碼方案。這種實踐性強的學習模式能夠激發學生的興趣，讓學生親身體驗計算思維在實際項目中的應用，加深對知識點的理解。

在培養學生計算機思維的過程中，強調問題的分解、模式的識別和算法的設計。在數據編碼和解碼中，學生需要將整個過程拆解為多個步驟，如數據格式的選擇、編碼規則的建立等，從而培養問題分解的能力。同時，學生需要識別不同數據類型的編碼模式，了解數據在傳輸和存儲中的表達形式。在解決實際問題時，算法設計也涉及數據的解碼算法、錯誤糾正算法等方面，能夠培養學生的算法思維。

教師創新教學模式，基于問題的學習和項目驅動的學習將學生置身于實際動手操作中，有助于培養其計算思維。這樣的創新教學模式不僅能夠使學生更好地理解計算思維的實際應用，也為學生未來在信息技術領域的學習和發展提供了有力支持。

（二）轉變教學觀念，奠定計算思維基礎

高中信息技術課程教學中培養學生的計算思維的策略之一是改變教學觀念。以《了解程序的基本控制結構》為例。傳統課堂注重理論教學，而教師引入實際編程實踐，可以激發學生主動學習的熱情，讓學生深入了解程序的基本控制結構，培養問題解決和創造性思維。這一改變強調實踐性教學，幫助學生更直觀地理解計算思維在實際應用中的重要性，為未來信息技術領域的深入學習打下堅實基礎。在這種教學模式下，教師不再僅是知識的傳遞者，而是引導者和激勵者，鼓勵學生積極參與并合作。通過實際的編程操作，學生能夠深入體驗基本控制結構的具體應用過程，從而建立直觀的認識。這種以學生為中心的教學方法強調實踐經驗，鼓勵自主學習和發現，為培養學生計算思維提供了堅實的基礎。

問題導向的學習能夠激發學生的學習興趣，使學生在實踐中更好地理解和應用計算思維，教師應注重問題導向，通過解決實際問題來培養學生的計算思維。在程序的基本控制結構中，教師可以設定具體的編程任務，如設計一個簡單的控制流程或完成一個特定功能的程序。在解決這些實際問題的過程中，學生既能熟悉程序的基本控制結構，又能培養分析問題、尋找解決方案的計算思維能力。

結合程序的基本控制結構的知識點，強調編程語言中的條件語句、循環結構等的原理，有助于奠定計算思維的基礎；深入了解編程操作背后的計算原理，學生不僅能夠熟練使用編程語言，還能夠理解其背后的計算思維過程。這種基礎知識的教學不僅使學生具備解決實際問題的能力，也為學生更深入地計算機科學學習打下了堅實的基礎。

（三）創設教學情境，培養學生計算思維意識

理論知識是高中信息技術課程中培養學生計算思維的關鍵組成部分，學生通過學習基礎概念、算法原理和技術規范，建立起對計算機科學基礎的理解，如深入學習路徑規劃算法如Dijkstra或A*算法，為實際應用打下基礎。同時，理論知識的掌握有助于學生分析問題、設計解決方案，形成系統思維，在實踐中靈活應用計算思維，不斷拓展信息技術領域的深度和廣度。針對《解析人臉識別原理》教學知識點，教師可以設計一個具體的教學情境，如模擬真實人臉識別系統的搭建過程。在這個情境中，學生需要理解人臉識別的基本原理并運用所學知識實際操作，從數據采集、特征提取到最終的識別過程，全面掌握相關技能。

在這個情境下，學生需要思考問題如何選擇合適的傳感器采集人臉信息、如何利用編程語言進行圖像處理，以提取有效的人臉特征等。通過實際操作，學生不僅能夠深入理解課程中的抽象概念，還能培養解決實際問題的能力。這種情境設計有助于激發學生的學習興趣，提升學生對計算思維的認識，能夠將知識應用到實際情境中，形成計算思維的意識。例如，在搭建人臉識別系統的過程中，學生需要考慮到不同光照條件下的圖像處理、對不同人臉特征的準確提取等問題。通過這樣的實際案例，學生既能夠學到課程中的理論知識，又能夠培養在解決實際問題時所需的計算思維，如分析問題、設計解決方案、調試程序等。

（四）設計小組活動，增強學生計算思維意識

學生在小組中共同解決問題、完成任務，通過合作與討論加深對計算思維的理解，教師可以設計簡單的程序或項目，要求學生合作設計算法、編寫代碼并解決實際挑戰，增強其計算思維意識，培養團隊合作能力、溝通能力與領導能力，為未來信息技術領域的發展奠定堅實基礎。

以《設計智能車循跡系統》為例。在這個項目中，學生能夠應用課堂學到的知識，在小組合作中鍛煉計算思維。首先，教師可以將學生劃分成小組，每個小組負責設計智能車的循跡系統。在這個過程中，學生需要分析問題、制定解決方案，并將其轉化為具體的程序代碼。在設計智能車循跡系統的過程中，學生會遇到各種挑戰，如傳感器數據的處理、算法的優化等。

為了提升學生的計算思維，教師可以引導學生在小組內進行討論和合作，共同解決問題。例如，一個小組的某個成員可能擅長數據分析，而另一個成員可能對算法設計有獨特見解。通過互相交流和合作，學生能夠從不同的角度理解問題，培養綜合運用計算思維的能力。此外，教師還可以設立一定的時間限制，促使學生在有限時間內高效地運用計算思維解決問題，培養學生的時間管理能力和應變能力。

在小組活動中，學生不再是單純地掌握知識點，而是在實踐中培養計算思維的能力，認識到合作的重要性，在團隊中分享、交流思想，提高解決問題的能力。

（五）強化課后實踐，延伸計算思維培養路徑

強化課后實踐是高中信息技術課程中培養學生計算思維的重要策略，學生深入實際問題，應用所學算法和編程知識，加深對計算思維的理解，學習路徑規劃算法后，編寫Python程序實現一個簡單路徑規劃系統，鞏固理論知識。這種實踐不僅能提高學生的問題解決能力，還促使他們在實際應用中靈活運用計算思維，為未來更復雜的計算機科學挑戰做好準備。

以《用人工智能實現路徑規劃》為例。學生在課堂上學習了路徑規劃的基本原理和相關算法，如Dijkstra算法或A*算法。為了進一步鞏固學生的計算思維，教師可以布置課后實踐任務，要求學生利用所學知識設計并實現一個簡單的路徑規劃系統。這個系統可以是一個基于Python編程語言的小型應用程序，用于尋找最短路徑或最優路徑。在課后實踐中，學生能深入理解路徑規劃算法的具體應用，并在實踐中不斷調試和優化程序，鍛煉學生的計算思維能力。例如，學生需要分析問題、設計算法、編寫代碼，并通過測試來驗證程序的正確性和效率。在這個過程中，學生會面臨各種挑戰，如如何處理不同類型的地圖數據、如何考慮實際應用中的約束條件等。

通過這樣的課后實踐，學生不再停留在理論層面，而是深入實際應用中，將所學知識轉化為實用技能。在設計路徑規劃系統的過程中，學生會面對現實世界中的復雜性和不確定性，如編寫Python代碼，加深對編程語言的理解，學會如何將算法轉化為可執行的程序。在調試和優化過程中，學生不斷思考如何提高程序的效率和性能，無形中形成系統思維和工程思維。此外，學生還學會團隊合作和溝通交流。一個完整的路徑規劃系統涉及多個模塊和功能，能夠使學生體驗到在實際項目中分工合作的過程，激發學生對信息技術領域的興趣，產生進一步探索和學習的動力。

三、結語

在快速發展的科技時代，計算思維的培養成為學生全面發展的必備素養。通過強調問題分析能力、數據分析能力的培養、信息資源的管理以及編程技能的掌握，我們致力于提升學生在面對復雜問題時能夠獨立思考、分析和解決的能力，引導學生深入思考，靈活地運用所學知識。期待這些建議能夠在高中信息技術教學中得到廣泛應用，促使學生更全面地發展計算思維，為未來科技創新作出積極貢獻。