高中信息技術教學中培養學生計算思維的策略探究

計算思維是高中信息技術課程的學科核心素養之一。信息技術課程旨在全面提升學生的信息素養、發展計算思維、掌握信息技術基礎與技能，兼重理論學習和實踐應用。計算思維培養過程中，面向學生創設豐富多樣的任務情境，引導其運用計算機科學的基本概念，展開一系列的問題求解、系統設計、人類行為理解等涵蓋計算機學科范疇的思維活動，使之能夠透過問題看到知識的本質[]。所以，高中信息技術教師在教學中，要有意識、有目的、有計劃地展開計算思維培養，依托課堂這一主陣地，構建指向計算思維培養的教學模式，力求提升不同層次學生的計算思維，真正優化高中信息技術課堂教學與落實學科核心素養培養要求。

一、高中信息技術教學中培養學生計算思維的價值

計算思維在高中信息技術課程中占據重要地位，與信息意識、數字化學習與創新、信息社會責任并列為四大學科核心素養，且計算思維在四大學科核心素養中起著統籌、引領的作用。《數據與計算》整本教材都與數據分析、計算有關，無論是第一單元的《初識數據與計算》，還是第二單元的《編程計算》，都強調讓學生在信息活動中學會運用不同的思維方法。《數據與計算》課程中培養學生的計算思維，本質上是將“技術工具的使用”升華為“思維方式的革新”，使學生不僅掌握處理數據、編寫代碼的技能，更重要的是形成一種用結構化、自動化、系統化的視角分析世界的思維習慣。通過分解問題核心、提煉問題特征、建立數據模型、分析數據信息等一系列活動，來整合各種信息技術原理與工具，解決實際的計算機問題，達成以下目的：

第一，促使學生面對問題時，直面計算機問題的形成、分析、解決，主動嘗試運用各種計算技術工具，如正確運用數據類型、常量變量表達式、語句與程序結構等核心知識與方法，解決問題的同時，提高自身的信息處理和表達能力[2]。

第二，要求學生在信息技術課程的學習、運用與實踐過程中，整合課程知識和學習經驗，學會運用不同的計算方式、思維方法來整合、解決問題，提升計算思維品格。

第三，讓學生能夠跨學科地整合和運用不同的信息資源，運用各種信息技術原理與工具，通過對所學知識和技能的整合與運用，切實、有效地解決實際問題，完成知識重組、完整建構等，養成運用計算機學科領域的核心知識和思想方法解決問題的良好習慣。

二、高中信息技術教學中培養學生計算思維的策略

（一）教學目標重構：錨定計算思維

指向計算思維培養的高中信息技術教學，需要以問題解決為核心，融合項目驅動、分層遞進和跨學科整合策略，形成“思維引導一實踐賦能一反思迭代”的閉環體系。教學第一步，就是要錨定計算思維，結合具體的教學章節內容，立足學生學習視角重構教學目標，計算思維細化為可操作、可評價的學習目標與具體要求。這就要求教師深入研讀高中信息技術課程標準，認識到計算思維具體劃分為問題分解、抽象建模、算法設計與系統化思維四個維度，分別強調學生要能將復雜問題拆解為可操作的子任務、能從現實場景提取關鍵變量并建立邏輯模型、能設計有效算法并優化效率、能設計模塊化系統并評估其擴展性[3]。在具體教學實踐中，基于學生學習情況，包括基礎知識水平、計算思維以及意識態度，就其對單元知識的掌握情況等進行全面分析，將問題分解、模式識別、抽象思維和算法設計融入教學目標、教學環節、教學活動之中，保證學生能夠通過課堂教學獲得計算思維方面的提升與發展。

以《數據與計算》中“初識數據與計算”單元教學為例，在教學目標設定中，高中信息技術教師聚焦于學生現實生活中的數據、數據的計算，圍繞問題分解、抽象建模、算法設計與系統化思維四大要素，貼合學生學情設定學習目標。該單元內容集中于數據的基本概念與日常生活中的數據，旨在幫助學生理解數據、信息和知識之間的關系，體驗數字化學習過程，并學會使用數字化計算工具，如利用所學知識分析、比較數據。這是高中信息技術課程中的第一堂數據課，而學生雖通過數學學科，對數據有一定的了解，但信息技術學科對數據的描述與概念，學生還是知之甚少，深入理解不足。因而，本單元側重幫助學生掌握數據、信息、知識的基本概念，理解這些概念之間的關系，以及如何完成數據收集、整理等任務，體會數字化學習的特點。最終，根據學生的學情以及計算思維培養，將教學目標設定如下：

基礎層目標：要求學生掌握數據、信息、知識的基本概念，理解它們之間的關系，使學生能夠識別并描述數字化學習工具的基本功能和使用方法，完成簡單的數據收集、整理和呈現任務，初步體驗數字化學習過程（問題分解）。

提升層目標：在掌握基礎知識的基礎上，要求學生能夠運用數字化計算工具進行數據分析和處理，參與項目式學習，通過團隊協作完成具有一定挑戰性的數據分析任務，培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，以及創新思維和批判性思維（問題分解、抽象建模）。

拓展層目標：針對學有余力的學生，設定更高層次的學習目標，如深入研究數據分析算法、探索數據可視化技術等，參與競賽、科研等活動，將所學知識應用于實際問題的解決中，養成自主學習能力和終身學習習慣（抽象建模、算法設計、系統化思維）[4]。

（二）以問題為導向，構建階梯化學習任務

從學生思維發展角度來看，計算思維綜合了數學思維、工程思維與科學思維，強調基于計算和創新的思維，具有分解性、抽象性、概括性等特征，要求學生真切理解算法原理和設計方式。所以，在計算思維培養時，高中信息技術教師要設置多種任務情境、學習任務，或是導入現實的計算機問題，促使學生嘗試利用計算機資源、符號、工具與手段等，表示問題、分析問題、整合問題的同時，實現復雜問題的抽象、模擬和自動化，驅動學生從運算、推理、分析、判斷等關鍵能力入手，探尋解決問題的系統化路徑與方案。

首先，教師要從真實情境中提取問題。在“初識數據與計算”單元教學中，教師可以從學生熟悉的“校園食堂排隊”現象入手，通過多媒體展現食堂人流高峰期排隊的照片，提煉出“校園食堂排隊優化”問題，一步一步引導學生觀察食堂人流高峰時段，學習如何采集數據，如窗口數量、排隊時間、菜品供應速度，抽象出關鍵變量，利用軟件來設計算法模擬不同分流方案的效果。由此，從學生熟悉的場景切入，激發探究興趣，引導其從“現象觀察”轉向“數據建模”。

其次，活用問題驅動，利用設疑激發學生探究欲。在“校園食堂排隊優化”問題探究中，教師可以進一步讓學生置身于真實情境之中，從數據采集、分析、處理以及得出結論等過程入手，指導學生將“校園食堂排隊優化”拆分成數個子任務，如“食堂排隊高峰期人流量統計”“加快食堂排隊速度的因素分析”“在食堂排隊高峰期引流”“優化食堂排隊的措施探究”，使得學生在采集數據、分析數據以及應用數據的過程中，經歷完整的發現問題、思考問題、解決問題、總結經驗的過程，學會用圖形化工具（如Draw.io）梳理問題解決流程，明確各環節輸入輸出關系，使之深度思考，活用思維，在解決問題的過程中鍛煉計算思維[5]。

最后，及時整合與梳理。通過軟件設計算法模擬不同分流方案的效果，結合問題探究確定最佳方案后，教師還要盡量迎合教學目標和學生思維，引導學生對整個過程進行回顧，并從自身視角對問題、解決問題的過程進行質疑，在大膽質疑、驗證、拓展以及創新中，對問題提出多元化的解決方案，使計算思維得到顯著的發展，同步構建與習得學科知識，拓寬學習視野[6]。

（三）注重項目式教學，內化計算思維

項目式學習通過真實問題驅動、實踐探究與跨學科整合，為計算思維的培養提供了有效路徑。日常教學中，教師應針對教材內容與學生學情，利用有趣的項目，創設真實的教學情境，拉近課程內容和學生之間的距離，積極滲透計算思維，借助動態化的課件、微課視頻、軟件交互頁面等工具與手段，創設貼合學生生活實際、教材內容的教學情境，驅動學生從理論知識、實踐操作兩個方面，參與具體的探究學習活動，并在此過程中鍛煉運算、推理、分析、判斷等關鍵能力[7]。

以教科版信息技術《數據與計算》中“編程計算”相關知識教學為例，圍繞著“智力游戲”項目展開學習。課堂伊始，先帶領學生了解游戲規則，并分組體驗“最強大腦”游戲，旨在通過這一游戲情境，激發學生興趣。積極引導學生思考問題：在游戲開始前，我們對任務進行了哪些分析和規劃？記憶數字運用了哪些方法和策略？并邀請同學分享在游戲中的思考過程和解決問題的方法，體驗人是如何解決問題的，然后讓其了解計算機解決問題的一般過程和步驟。讓學生理解算法的含義以及描述方法，有效地運用和滲透了計算思維。在展示與評價環節，以小組為單位，描述展示游戲的算法，包括分析問題的思路和設計的算法步驟。課后，要求學生利用業余時間，優化“最強大腦”游戲項目，拓展學生的計算思維。進一步強化了計算思維在解決問題中的重要性和應用價值，積極引導學生在今后學習和生活中運用計算思維解決實際問題。真正滲透編程計算的基本概念和思維方式，為后續的編程實踐打下了良好的基礎。

（四）依托問題分析，制訂具體實踐計劃

編程教學的實踐性特征明顯，對學生計算思維與動手能力都提出了較高的要求。教師可以利用“設疑啟思 $$ 議疑探究 $$ 質疑創新”三段式教學，以疑問、探究為驅動力，注重學生動手操作能力的培養，讓學生置身于真實情境之下，鼓勵學生在探究和解決問題中發散思維、遷移知識、運用方法，經歷完整的發現問題、分析問題、解決問題的過程，使之在自主探究、協作學習、探究實踐之后深度思考，活用思維，習得學科知識，使學生的計算思維實現由低階到高階的有效轉化[8]。

例如，在《數據與計算》中“編程計算”“做出判斷的分支”教學中，教師針對教材內容與學生學情，將教學目標設定為“幫助學生掌握順序的結構與分支結構等基本概念，學會賦值語句、if語句的用法，并能運用所學知識編寫簡單程序”。在“利用賦值語句實現計算”活動中，教師提供“學生體質健康數據分析”“城市交通流量預測”等探究任務，啟發學生根據所選任務，思考計算的要點，程序運行有哪些常量、哪些變量，程序運行框架的因素及數字怎么敲定。然后，在任務驅動下，學生收集并整理自己的體質健康數據，利用電子表格軟件進行分析和處理，最終生成一份健康體檢報告，就身高、體重、血壓等數據計算體脂率、分析血壓變化趨勢等，使用數據分析軟件的高級功能，計算“最適宜的運動心率、體重、血壓”等，嘗試編寫程序，將整個計算、數據分析過程進行編程，并進行調試運行。由此，學生在問題分析、數據處理的基礎上明確了學習任務與具體指向，結合持續的反思和調整、探索與實踐，逐漸搭建起了一個系統的學習框架，既鍛煉了計算能力，又在疑問、探究的驅動下，促進了計算思維發展。

結束語

計算思維培養是高中信息技術課程教學的核心目標之一，在高中信息技術教學中培養學生計算思維，更是重中之重，直接影響著學生后續算法設計、算法應用的學習效果。因此，高中信息技術教師要重視培養學生計算思維，將計算思維融入課堂教學各個環節與過程之中，使之能夠學會運用不同的計算方法、信息技術工具與手段解決問題，從學有所獲逐步升級到學以致用，真正適應高速發展的信息時代。

參考文獻

[1]馬興通.培養指向計算思維的高中信息技術教學策略：以項目化教學為例[].中國新通信，2024，26（22）：92-94.

[2]楊光，孫瑀鮫.聚焦計算思維培養的高中信息技術教學策略研究[].中小學電教，2024（6）：62-64.

[3]林溫陽.面向計算思維培養的高中信息技術教學案例研究：以Python遞歸函數應用為例[J].中國信息技術教育，2024（10）：39-42.

[4]李安琪.指向計算思維培養的高中信息技術教學模式構建：以“初識數據與計算：數據的計算”單元為例[].中國信息技術教育，2024（5）：47-49.

[5]曹金梅.指向計算思維的高中信息技術教學策略研究：以《迭代與遞歸》為例].高考，2023（30）：165-167.

[6]吳燕．以計算思維為核心導向的高中信息技術教學實踐[J].求知導刊，2023（26）：17-19.

[7]周延薇.面向計算思維的高中《信息技術》課程教學設計與實踐研究：以算法與程序實現模塊為例[D].上海：華東師范大學，2023.

[8]李川奇.以“計算思維”為導向的高中信息技術課堂教學設計與實踐研究[].中華活頁文選（高中版），2023（11）：76-78.