高中信息技術教學培養學生計算思維的策略

摘要：隨著科技的飛速發展，計算思維作為一種新的時代思維形式，在我國教育領域逐漸受到關注。計算思維不僅對于國家人才培養和個人發展具有重要意義，而且對于提升學生的學習效果也有顯著作用。將計算思維融入高中信息技術課程中，有助于培養學生的邏輯推理、問題解決和創新能力。本文將探討高中信息技術教學培養學生計算思維的策略。

關鍵詞：高中信息技術；培養；高中學生；計算思維

計算思維是學生在信息技術學科學習中應具備的核心素養之一。它在學生扎實掌握算法、數據結構、編程語言等復雜信息技術知識起著重要作用，為學生運用信息技術解決實際問題打下了堅實基礎[1]。為有效培養學生的計算思維，本文提出了高中信息技術教學中培養學生計算機思維的有效策略，具體包括基于問題導向，激活計算思維；創新趣味游戲，啟發計算思維；開展自主探究，形成計算思維；組織項目學習，強化計算思維；借助任務驅動，鞏固計算思維；豐富實踐活動，應用計算思維。

一、基于問題導向，激活計算思維

信息技術教學需要轉變以往機械式講解知識與技能的教學方式，更多地依靠問題創造思維活躍的課堂氛圍，重點培養與信息技術學科相適應的計算思維能力，使學生逐步具備解決問題的思維策略[2]。為此，教師需要精心準備信息技術課堂，通過逐層設問和追問的方式，激發學生的計算思維，幫助他們逐一解決問題，并培養良好的思維素養。例如，在教授“走進數據分析”時，教師可以提出關于單身女性、孕期女性、育兒女性等不同年齡段女性的年度總支出假設，讓學生根據這些假設進行數據分析。以假設一為例，教師可以將單身女性分為學業期女性和工作期女性，這些女性的經濟壓力相對較小，日常支出以服飾、美容類為主。針對這一假設，教師可以進一步提問：如果你同意假設一，你如何驗證這一假設成立？在驗證過程中應采用哪些方法？在數據分析中如何表達這一假設？圍繞上述問題，教師可以繼續追問，并引導學生深入思考，從而激活學生的計算思維能力。

追問列舉：①采用橫向對比分析法時，為保證數據分析的可靠性應控制哪些條件；②在分析數據后如何可視化描述假設是否成立？；③可視化展示不同年齡女性的支出分類，請你分析哪種圖最能夠貼切地描述分類占比結果？

在追問①中，教師可以引導學生掌握對比分析法中橫向對比分析的適用條件，讓學生明確橫向對比分析法適用于解決實際問題的類型。在追問②中，教師可以要求學生提供柱形圖、餅狀圖、環形圖、折線圖等多種可視化展示方式，以幫助學生掌握數據可視化的表達方法。在追問③中，教師可以要求學生通過對比分析，找出最適合描述分類占比結果的圖示方法。

按照這樣的問題導向方法，教師還可以設計假設二和假設三的問題。對于假設二，教師可以提出關于同一女性從單身到育兒不同階段的支出結構中，母嬰消費占比是否增多的一系列問題，引導學生認識縱向對比分析的使用條件，并掌握折線圖的可視化表達方式。對于假設三，教師可以提出關于每月消費中單身女性的服飾美容消費支出是否大于飲食支出的一系列問題，引導學生認識平均分析法的使用條件，并掌握多種圖示表格的表達方式。通過問題導向的教學策略，教師能夠激發學生的思維活躍度，幫助學生構建知識體系，掌握信息技術知識和技能，并主動參與計算思維的過程。教師應通過具體的問題抽象出問題的特征，并引導學生運用計算思維分析各種信息資源，以及采取有效的解決問題方法。

二、創新趣味游戲，啟發計算思維

趣味游戲是學生最喜愛的教學方法[3]。為了緩解學生在高中階段的學業壓力并放松他們的情緒，教師可以在信息技術教學中創新，采用趣味游戲的方式。通過這種方式，學生可以在玩游戲的過程中鞏固所學的知識，并激發他們的計算思維。這樣不僅可以提高教學效果，還能事半功倍。然而，教師在玩游戲時應該控制好時間，盡量選擇帶有一定競爭對抗性的游戲，以激發全體學生參與的熱情。例如，在“綜合問題的解決”教學中，教師可以設計趣味性、競技性的游戲活動，以促進學生的解決問題能力和計算思維能力的提高。教師可以組織開展接福游戲，先進行需求分析和流程設計，并引導學生在游戲中編寫程序，根據不同指令功能實現程序控制，并制定游戲的得分規則。比如，可以由教師確定加分規則，如程序窗口背景設置可得1分，顯示功能設置得2分等等，然后通過比較，選出在游戲中得分最高的學生作為優勝者。這樣的游戲活動可以鍛煉學生的算法應用能力和計算思維能力，并激發他們積極參與綜合問題的解決。教師在安排游戲活動時，可以讓學生個人參賽，也可以進行小組競賽，以確保每個學生都有機會參與游戲，獲得計算思維鍛煉的機會。

信息技術教學通常被認為枯燥乏味，為了改變這種狀況，教師可以采用游戲教學策略。這種教學方法能夠緩解學生在學習過程中的焦慮和畏懼情緒，同時也能引導學生建立對信息技術課程的自信心。在游戲活動中，教師應該善于激發學生的計算思維，讓他們學會利用信息技術解決問題的方法，以達到寓教于樂的教育效果。

三、開展自主探究，形成計算思維

為了培養學生的計算思維能力，教師們應將自主探究作為學生發展的關鍵點。自主探究活動不僅能激發學生的多種思維能力，還能引導學生養成善于思考的良好習慣，促進他們的智力發展。在信息技術課程中，教師應重視多樣化的自主探究活動，特別是在關鍵和難以理解的知識學習中，合理安排自主探究的環節。通過探究活動，教師能夠引導學生在思維的海洋中發展計算思維能力。例如，在教學“信息系統安全技術”時，本節課的教學重難點是使學生了解計算機病毒和木馬，掌握計算機安全防護技術，以便能夠運用所學知識來維護信息系統安全。教師可以組織一系列探究性學習活動，以培養學生的計算思維。具體的活動策略包括：

活動一：案件追蹤。教師列舉一個關于某報名網站盜取大量考生報名信息的案例，并讓學生自主探究：信息是如何被泄露的？計算機病毒有哪些表現？計算機病毒的原因和危害是什么？

活動二：計算機病毒分析。教師讓學生總結常見的病毒類型，分析不同類型病毒的感染對象，并要求學生列舉相應的入侵案例。然后，教師要求各小組思考交流殺毒軟件的工作原理，并結合自己操作計算機系統的實踐經驗，分析騰訊管家、瑞星殺毒、360安全衛士、金山毒霸等常用病毒軟件的優缺點，并總結這些軟件的病毒查殺方法以及殺毒軟件的日常防護方法。

活動三：探究防火墻技術。教師要求學生在控制面板中找到防火墻，啟用防火墻，并嘗試修改入站規則屬性，并查看ping命令返回的信息。隨后，再新建出站規則，觀察相應結果。

教師還可以給學生布置課后探究性作業，要求學生使用Python語言編寫病毒檢測程序，引導學生運用計算思維建立起病毒檢測的結構模型，借助算法設計方法解決信息技術實際問題。計算思維的形成是一個漫長的過程，需要教師在教學中潛移默化地培養學生形成這一思維品質。自主探究作為加速學生計算思維形成的有效途徑，應得到教師的高度重視，教師應根據新課教學重難點設計探究類學習活動，讓學生運用計算思維分析和解決問題，歸納總結重難點知識，掌握信息技術課程學習的有效方法。

四、組織項目學習，強化計算思維

項目式學習是一種以小組合作為基礎的學習模式，以某一具體項目為主線進行學習活動[4]。在這種學習活動中，學生們通過完成項目作為目標，通過實踐來鍛煉他們的知識應用能力和問題解決能力。對于高中信息技術教師來說，他們可以優化設計項目式學習活動，將計算思維的強化訓練融入其中。這樣，學生們就可以依靠小組合作的力量來完成各種信息技術項目，從而促進他們的核心素養和合作能力的發展。

例如，在教學“非數值計算”一課時，教師可以開展以培養學生計算思維為目標的項目式學習活動。具體教學策略可以分為以下環節：環節一，項目主題確定。教師要充分了解學生的學情，在結合教學內容的基礎上確定項目主題，以使其貫穿計算思維培養目標。在本節課教學中，大部分高中生基本具備信息技術操作能力，能夠利用計算機軟件操作解決一些簡單的信息技術問題，因此教師可以結合學生的學習經驗，確定項目主題為“運用算法解決問題的方案”，引導學生利用所學知識面向事件和問題層面制定可行方案。環節二，項目目標設定。教師要根據學生的知識掌握情況，確定本節課組織開展的項目學習目標，例如了解算法中的分治思想、探尋問題解決策略、掌握遞歸方法等。環節三，項目問題分析。教師將項目分解為多個問題，并要求各個問題與學生的計算思維培養相關。教師可組織各個項目小組逐一攻克問題，提供指導和支持，確保項目順利進入實施階段。環節四，項目評價。教師安排一定的課堂活動時間，組織各小組展示項目成果，并進行測試和驗證。對于存在錯誤的項目成果，教師要求各小組之間互助修復。在各小組完成項目任務后，教師再進行綜合性評價，量化各項指標，包括合作學習情況、計算思維水平、問題解決水平等，以提高學生對項目式學習的參與度。

高中信息技術課程應該關注學生的主體性發揮。項目式學習活動是一個有效的方法，能夠吸引學生參與項目實施并激發他們的積極性。通過項目式學習，學生能夠共同探究解決問題的方法，并培養計算思維能力。教師還需要結合驗證、測試、修復、再驗證和評價等教學活動，讓學生體驗到項目式學習的成就感，并不斷提高他們的計算思維能力。

五、借助任務驅動，鞏固計算思維

任務驅動是培養學生信息技術素養的有效方法。為了優化這個方法，教師應該設計帶有一定難度和挑戰性的任務，通過任務驅動來引導學生合理組織數據、找尋數據規律，并運用計算思維來解決任務。當學生遇到任務解決的瓶頸時，教師應該引導他們抓住任務描述中的隱性條件，并挖掘問題的深層含義，幫助學生建構任務解決方案的框架，運用計算思維進行探索。

例如，在教學“循環結構的綜合應用”時，教師可以采用以下任務驅動教學策略：首先，教師引入本節課的主題，并布置任務。任務是關于“誰是冠軍”的問題，在某一校內運動會的短跑比賽中，五名選手的預測結果都對了一半，學生需要編寫程序來確定最終名次。接下來，教師進行思維引導，要求學生分析選手之間的邏輯關系，并找出隱藏條件。學生們通過計算機語言表達解決方案，并運用精確計算和嚴謹推理來編寫程序。然后，教師引導學生分析算法。學生們需要列出多個算法來解決問題，其中一個算法是求解“n階乘末尾0的個數”。這個算法將計算n的階乘，并統計末尾0的個數。但是當n=13時，會超出最大取值范圍，所以學生需要進一步優化算法。隨后，教師鼓勵學生繼續研究和完善算法，以優化他們的計算思維結構。通過反復循環，學生們能夠不斷提升解決問題的能力，并優化任務的計算思維過程。任務驅動教學方法是一種在信息技術教學實踐中應用的教學方法，它能夠激發學生的學習動力和自主學習能力。教師在任務實施過程中，通過設定明確的任務目標和要求，引入問題情境，激發學生的興趣和思考。同時，教師還需要提供必要的思維引導，幫助學生突破思維障礙。

六、豐富實踐活動，應用計算思維

信息技術課程是一門實踐性極強的課程，教師應在教學中合理安排實踐活動，緊密結合理論知識與實踐操作，引導學生學會應用計算思維解決實際問題，促進學生信息技術核心素養全面發展。在實踐活動中，教師要給予學生更多的思考空間，讓學生采用計算機方法提取出抽象問題的特征，自己完成數據組織與分析任務，順利完成實踐活動。例如，在教學“加密與解密”時，教師可以設計多樣化的實踐活動來增強學生對數據安全的意識，并引導他們掌握密碼加密和解密算法，并能夠設計安全性高的密碼。這些實踐活動包括密碼破譯實踐、密碼設計實踐和超級密碼拓展實踐。通過這些活動，學生可以親身經歷數據加密和解密的過程，同時鍛煉他們在解密和破譯過程中的思維能力。在密碼設計實踐中，教師可以要求學生設計包含數字、英文字母和特殊字符的密碼，限制每個字符的ASCII碼值在33-136之間。學生在設計密碼后，教師可以要求他們嘗試破譯其他同學的密碼，以此增加他們的解密技術和分析能力。教師可以根據學生的學習情況合理調整活動的難度，例如，將密碼位數從8位降低到4位。在超級密碼拓展實踐中，教師可以引導學生編寫程序來破解密碼。這個活動可以讓學生了解密碼破解的難易程度，并深刻體會到密碼設置的重要性。在實踐操作中，教師可以引導學生使用多重循環語句來優化程序，并對比字符串方式和列表方式處理數據的速度，培養學生的算法時間計算思維能力。

實踐是鍛煉和檢驗學生計算思維能力的重要途徑，因此在教學中應合理設計實踐活動，并將其作為培養學生計算思維的有效工具，以達到實踐教學目標。教師在實踐活動中應鼓勵學生開拓創新，避免限制學生的思維方式，使學生在信息技術實踐中充分展示出其思維能力，并幫助他們形成運用計算思維解決實際問題的思維意識。

七、結束語

綜上所述，在高中信息技術課程的教學中，應該以培養學生的計算思維素養為目標，優化教學活動的組織方式。采用多種教學策略可以達到這個目標，例如問題導向學習、趣味游戲、自主探究、項目學習、任務驅動學習以及實踐活動。通過這些策略，可以全面提高課程的教學質量，促進學生的核心素養在學習過程中得到全面發展。

作者單位：徐文滿 江蘇省太倉高級中學

參考文獻

[1] 朱建亭. 淺論高中信息技術核心素養中培養學生計算思維的教學策略[J]. 考試周刊，2022（2）：13-16.

[2] 曾逸帆. 在高中信息技術教學中培養學生計算思維的策略[J]. 廣西教育（中等教育），2022（8）：54-57.

[3] 黎蕓·付新國. 高中信息技術教學中學生計算思維的培養策略研究[J]. 中外交流，2021，28（6）：1527-1528.

[4] 林秀娣. 培養高中學生信息技術計算思維能力策略之一——課堂采用項目式學習的教學[J]. 電腦知識與技術，2020，16（14）：206-207.