高中信息技術教學中學生計算思維培養探究

隨著電腦和互聯網的普及，計算思維已經成為信息技術核心素養的重要組成部分，這是當前社會發展中編程人員的必備能力，也是學生在信息技術學習中思考問題、分析問題和解決問題的主要思維方式。對此，教師要從《普通高中信息技術課標標準（2017年版2020年修訂）》出發，圍繞教育主題、教學改革需求等設計相符的信息技術教學方案，以培養學生的計算思維。

一、高中信息技術中培養計算思維的意義

（一）滿足信息技術改革要求

隨著互聯網的普及，計算機已經逐漸成為常用的電子設備，信息技術已經與每個人的工作、生活息息相關。學校是培養學生能力和素養的主陣地，也是國家選拔人才的主要場所。因此，學校應提高對信息技術學科的重視速度，并圍繞核心素養要求著重培養學生的計算思維，這為計算機教學活動指明了方向，更好地滿足了學生發展需求，推動信息技術課程由“理論”向“理論+實踐”的方向轉變。

（二）提高學生綜合素質能力

信息技術更新迭代的速度較快，計算思維的培養應以核心素養為導向。教師在設計教學方案時，應先梳理并總結教學重難點，結合教學內容逐步培養學生的信息素養。這一過程中，教師要始終關注教學實際情況，給予學生足夠的自由探索時間，助力學生對計算機技術有深入的認知和了解，在課堂上發揮學生的主觀能動性，將信息技術理論知識與實踐操作緊密結合，從而推動學生綜合素質與能力的共同發展。

（三）助力教師提升自身能力

教師作為課堂教學活動的組織者、學生學習的指導者，自身的工作能力關系到學生計算思維的培養。針對當前的教學情況，教師需要通過不斷學習來提高自身的工作能力，對專業知識體系進行優化和更新，呈現出更優秀、完善的信息技術課堂。而傳統的教學模式與新課改要求存在一定的差距，無法滿足學生的真實學習需求。基于此，教師必須結合素質教育理念，積極探索新的教學路徑，通過整合學校所提供的計算機硬件設備、教學資源，綜合考慮后為不同學生安排個性化學習任務，通過優化教學方案為學生帶來優質教學內容，以激發學生的信息技術學習興趣，達成教學目標。

二、高中信息技術教學中培養學生計算思維的策略

（一）教學模式：側重“革新”，養成計算思維習慣

高中信息技術教學中，積極運用科學思維去分析問題、解決問題，本質上是一種開放性極強的思維模式，對學生思維的靈活性有較高的要求。傳統教學模式中，學生學習深度不足，課堂上也很少有創新思考的機會，不利于學生計算思維的培養。教師應針對教學中的不足，及時“革新”，圍繞教學需求融入現代化教學工具及手段，構建具有現代化特征的課堂，使信息技術課程與時俱進。這樣一來，不僅可以突出學生的學習主體性，還能給予學生充分的思考時間與空間，推動學生思維能力不斷發展。

以廣東教育出版社出版的高中信息技術選擇性必修3“3.1.1 創建數據庫和數據表”教學為例，教師可以結合學生的能力創建微課視頻，讓學生在學習中掌握數據庫創建相關的知識。首先，教師在課堂初始，組織學生自主學習微課視頻中的內容，了解本課主題及相關知識，鍛煉學生自主學習能力的同時，也為課堂教學奠定了良好的基礎。隨后，教師以“翻轉課堂”的方式設計后續教學活動，課堂中鼓勵學生結合自主學習的收獲，嘗試獨立構建數據庫和數據表，并通過信息共享將構建內容上傳到教師端，教師在檢驗和分析中對學生的學習情況進行客觀的評價。這樣一來，學生既可以有充足的自主探究空間，又能獨立思考問題、解決問題，真正提高計算思維能力。最后，教師對學生數據庫編寫中遇到的問題，有針對性地展開教學，為學生答疑解惑的同時增強學生的創新意識、應用能力和計算思維，以促進學習目標的實現。基于此，教師通過構建與以往完全不同的課堂形式，提升課堂教學效果的基礎上，也能引導學生轉變對信息技術的態度，助力學生綜合素養的提升。

（二）教學理念：強化“引導”，培養計算思維意識

1.轉變教學觀念

意識在一定程度上會影響學生的學習行為，教師要對培養學生計算思維引起足夠的重視。當前，學生將更多的精力放在了應試科目上，除了課堂時間外，很少會主動學習和分析信息技術相關知識。面對這樣的局面，如何提高課堂教學效率，成為教師必須探索的課題。轉變自身教學理念，借助豐富的教學方式來引導學生重視信息技術，了解計算思維的優勢，可以為培養學生計算思維奠定良好的基礎。

以廣東教育出版社出版的高中信息技術必修2“5.3 合理使用信息系統”教學為例，為了幫助學生樹立信息安全意識，教師在課堂中要注重引導學生思維。首先，教師利用多媒體展示教學案例：“小明在用電腦玩游戲時，彈窗信息提示，加好友享受充值優惠活動，小明添加后對方要求遠程操控電腦完成充值步驟，小明應該怎么做？”學生結合案例中的內容，立刻判斷出其中存在風險，認為小明不能讓他人遠程操作自己的電腦，以免造成安全隱患。隨后，教師繼續播放課件，從“小明的行為”入手，引導學生觀察兩種不同選擇下的結果，進而讓學生認識到具備安全意識的重要性。同時，教師向學生展示“信息安全立法”相關知識，讓學生研究信息安全對經濟、政治、文化、社會等方面的影響，明確信息系統安全問題對維護國家、個人信息安全的重要性。最后，教師組織學生展開討論，分析“為了維護信息安全，使用信息網絡時應怎么做”，學生可以各抒己見，并結合自己的生活經驗展開深入交流，一定程度上培養了學生的計算思維。基于此，教師在課堂中以現代社會熱點導入課程，并聯系生活、法律等相關內容，吸引學生主動分析，明確維護信息安全的重要性，使其認識到學習內容與生活聯系較為緊密，進而對信息技術有更高的重視。

2.創設教學情境

教師的“導”決定了情境教學的實效性，這種“導”并不是對課堂教學的絕對操控，而是在為學生保留充足自主發展空間、尊重和理解學生行為的基礎上，引導學生理解教授內容并作出各種積極的回應。在高中信息技術教學中，教師要通過創設情境來刺激學生的思維，助力學生理解新知。這樣一來，學生通過課堂學習獲得感官上的刺激，進而積累了豐富的情感經驗，使思想水平得到鍛煉和提升，進而認可計算思維的價值，使學生在探究中提高自身的計算思維能力。

以廣東教育出版社出版的高中信息技術選擇性必修4“2.3 自然語言處理”教學為例，教師可以通過創設情境的方式來引導學生展開探究，強化對人工智能的認識。首先，教師在課堂初始以提問的方式來導入新課：“請大家結合生活經驗，說一說人工智能的應用。”學生結合生活經驗答出汽車自動導航、商場機器人、智能音箱等，教師繼續提問：“人工智能的功能不同、應用場合不同，這是如何做到的呢？”由此，引入自然語言相關內容的學習。隨后，教師利用多媒體課件展示“機器翻譯”“指紋門鎖”“人臉識別”等相關視頻，讓學生認真觀看并發表看法。這一過程中學生發現，人工智能本質上是利用自然語言讓計算機能“聽懂”人類的語言，為生活、學習和生產等提供便利，如“指紋門鎖”需要人們在安裝門之后，通過注冊完成指紋采集和特征提取，再將這些信息存儲在數據庫之中，開門時通過識別模塊來匹配指紋。最后，教師利用人工智能開放創新平臺的應用程序編程接口，組織學生進行實踐，在編程學習中探索“機器翻譯”的核心功能，認識到人工智能是通過對自然語言的處理，實現“翻譯”功能。此外，教師還可以鼓勵學生對Python程序代碼進行修改，將程序由“英譯漢”變為“漢譯英”等，讓學生在情境探究中提高自身計算思維能力。

（三）教學實踐：活動“豐富”，鞏固計算思維能力

1.組織小組合作

培養學生的綜合素養是高中信息技術教學的宗旨，計算能力、合作素養、互動能力等都是綜合素養中的重要組成部分。教師應充分整合教學中的內容，選擇較為煩瑣的部分設計實踐活動，組織學生以小組合作的方式展開學習，合理分工中充分發揮自身的優勢，使學生在廣泛交流與協作中形成思維碰撞，產生更多的靈感，讓學生的團隊協作能力、計算思維能力得到發展。

以廣東教育出版社出版的高中信息技術選擇性必修3“5.1 數據管理與分析的新發展”教學為例，為了讓學生熟練掌握數據的管理和分析方法，教師應開展小組合作學習活動。首先，教師利用投影一邊構建分布式數據庫與Web數據庫，一邊向學生講解這兩種數據庫的基本特征，通過直觀化課堂強化學生對知識的印象。隨后，教師組織學生開展小組合作學習，以電子商務數據為背景創設情境：“隨著電商的發展，每年的雙十一、雙十二，商家都會投放廣告和設計活動來吸引顧客，再根據活動開展的實時資料來獲取用戶訪問情況，進而分析用戶需求，但以往這類分析采用的是分布式離線分析，分析結果存在延時性，如何才能解決這一問題呢？”學生動腦思考后，教師拋出探究任務：分小組了解其中的管理技術與工具，積極探索云數據庫RDS中的多結構數據存儲模式，讓學生分工協作配合，探究這種數據管理模式的優勢，使用哪些技術與工具才能提高對存儲數據的管理效率。最后，教師鼓勵各小組暢談分析結果，并對學生合作探究情況進行點評，讓學生在溝通中鞏固數據庫掌握情況，這樣一來，可以提高學生理解知識的效率。

2.巧設課后實踐

傳統教學模式中，學生多是聆聽教師的講解，再借助指導完成實踐操作，過程中缺乏獨立思考和探究的機會，不利于學生計算思維的發散，思維層次也很難得到突破。對此，在教學中，教師應為學生創造更多實踐的機會，在課堂教學的基礎上增設課后實踐活動，鼓勵學生主動參與其中，從而達到鞏固計算思維的目的。

以廣東教育出版社出版的高中信息技術必修2“2.1 信息系統及其組成”教學為例，為了引導學生了解信息系統、組成、作用、優勢及局限，教師應設計豐富的課后實踐活動，鞏固學生的計算思維。首先，教師在新課導入環節，運用學生感興趣的問題來啟發其思維：“寒暑假大家如果準備出門旅游的話，需要提前做好哪些準備呢？”學生可能會回答“提前訂票、訂酒店、訂景點門票”等，教師則繼續引導學生：“那么，大家通過什么方式完成訂票或旅游攻略的？”學生則會說從社交軟件等途徑搜集旅游景點信息，通過軟件或線下站點購票，利用App、小程序等來訂酒店、門票等。由此將實際生活與課本內容自然銜接，引入課題。隨后，教師讓學生認識到情境中的內容就是日常生活中的信息系統，基于此講解理論知識，引導學生分析信息系統的組成結構。最后，教師為學生布置課后作業：“體育館為了滿足學生的飲水需求，在出入口安放了自動售賣機，自動售賣系統應該如何設置呢？”鼓勵學生結合課堂所學知識，以思維導圖的形式設計自動售賣系統結構，實現數據傳輸、無線支付、售貨現場控制、數據采集、銷售信息、物流信息、客戶信息實時管理等功能。基于此，學生在課堂學習和課后作業實踐中，計算思維能得到充分發揮，進一步鞏固課堂教學效果。

（四）教學拓展：資源“整合”，提高計算思維實效

信息技術的發展日新月異，拓展教育資源、整合教學內容，是培養學生計算思維的有效措施之一。同時，信息技術本身就具有較強的前沿性特征，會隨著時代的發展而不斷發展，而教材屬于定期更換的教學資料，具有靜態性和滯后性。教師為了構建高效課堂，提高學生計算思維培養實效，應立足教材引入課外資源，并加以整合，通過拓展和完善使教學內容始終符合當前時代發展，實現課堂教學效果。

以廣東教育出版社出版的高中信息技術必修2“5.2 信息系統安全風險防范的技術和方法”教學為例，教師可以將計算機病毒作為拓展內容引入課堂中，以視頻的方式讓學生展開分析和推導。首先，教師順著計算機發展時間史，搜集不同時期計算機病毒的特點及傳播方式，引導學生運用已掌握知識展開分析和討論，使學生在交流中豐富關于計算機病毒的知識。隨后，利用教材中的學習資源包，指導學生找到軟件并進行安裝，嘗試使用軟件來對文件進行破解和加密，還可以利用Python編程，研究不同長度密碼窮舉算法的時間效率，深入體會信息加密與密碼分析中的矛盾性。最后，教師引導學生嘗試利用Python語言編寫檢測病毒的小程序，將其布置為課后作業，通過實踐來檢驗課堂所學知識。由于學生的計算思維及綜合能力水平有限，程序在運行中難免會遇到一些問題，教師可以鼓勵學生展開小組探究，并利用網絡積極搜集解決方法，促進信息技術教學實現橫向延伸和縱向加深。

總的來說，在高中信息技術課堂之中，教師要將培養學生計算思維作為重點內容，結合新課改的要求及社會發展需求，為學生設計高效教學活動，以提高學生思維深度，拓展創新能力。在這一過程中，教師要加強對學生計算思維能力的培養，結合學生發展需求和社會需求，精心設計多元化構成的信息技術教學課堂，充分挖掘學生的計算思維培養路徑，達到培養學生計算思維目的，促進學生全面發展。