信息技术环境下高中学生计算思维的培育研究

吴旭新

（霞浦县教师进修学校，福建 霞浦 355100）

一、计算思维培养的教学现状

对处于人工智能时代的学生来说，掌握计算思维能力，具备一定的信息素养，需要成为问题解决导向的创新型人才。但是受到传统教学模式的影响，高中阶段的信息技术教学注重实际操作，忽视计算思维培养。具体现状表现为以下几点：

（一）对于计算思维培养意识不够

不论是学校、教师还是学生自身对于计算思维重视都不够，认为信息技术课程耽误了其他学科的学习，甚至都不了解什么是计算思维能力，掌握了这种能力有什么好处。在教学活动中，缺乏界定问题、抽象特征、建立结构模型和合理组织数据的思维意识，遇到具体问题学生只是凭借经验、常识和简单技术手段来解决，不具备解决问题的迁移能力。

（二）计算思维培养缺乏课程体系

信息技术课程学习离不开教材，目前高中学校使用的信息技术课程教材十来年不曾更换，已经和当下的创新型人才培养目标相脱离。信息技术教学中，编程是培养学生运用计算机进行科学思维的良好途径，但在基础教育阶段通常是选修课，存在重视程度不高，课时少，对学生成长帮助不大，“算法与程序设计”选修课程本身比较抽象枯燥，学生在学习过程中兴趣往往无法激发，有时甚至会产生厌学心理。

（三）信息技术课程教学模式缺乏创新

计算思维是运用计算机的处理方法解决生活中的问题，但是很多高中教师的信息技术课堂教学模式仍然比较传统单一，还在教授学生WORD、EXCEL等传统的计算机应用软件，这些知识技能已经完全不能满足当下工作生活的需要。在算法的教学中常常“就题论题”，侧重简单数学公式的计算，狭隘地介绍解决某一个具体流程和代码编写，对无序而又复杂且需要逻辑推演和程序仿真的问题触碰极少，忽视更高层次的“算法思想”的整体构建，学生很难将其迁移。因此，如何发展计算思维，创新信息技术课程的教学模式至关重要。［1］

（四）教师计算思维素养急需提升

教师要具备计算思维教学能力，通过信息技术课程教学来培养学生的计算思维。但是，在教师培训课程中，还没有将计算思维素养纳入中小学教师培训项目，针对教师计算思维素养研究也很少。学校具备机器人、人工智能、创客教育素养的人才比较匮乏，难以重视这类课程的学习。

二、设计计算思维的培育模式

在信息活动中，利用计算机方式将难以理解的、庞大的、复杂的问题，分解成一个个计算机可计算的、可自动执行的小问题。学生掌握计算思维能力，能够有效利用信息社会的数字化工具、丰富媒体和海量资源，实现问题的解决，优化生活、学习、工作。总的来说，计算思维是人类个体分析解决问题的思维方式，［2］培育学生计算思维能力，一定程度上也培育学生的社会生存能力。

问题驱动教学模式将计算思维培养应用到学生项目学习活动的各个环节中，学生在完成信息活动项目学习的过程中，掌握利用计算机解决现实中的问题，通过丰富多样的问题任务情境，反复亲历计算思维的全过程。首先，设计问题。教师围绕学科概念来进行学习任务的设计，以学生原有经验为出发点，以问题的形式呈现；其次，创设情境。教师借助信息技术进行问题情境创设，学生针对问题情境，仔细分析，在教师提出问题的基础上，找出问题的本质；最后，解决问题。学生在信息技术手段支持下，查找收集相关信息，通过小组协作主动探究解决问题，相互交流评价。

三、实施有效培育计算思维的方法策略

（一）创设情境分析问题，支撑学生计算思维发展

随着互联网迅速发展，科学技术成果日新月异，学生计算思维的培养关键还是将计算思维加入到相关的学科教学中，要有适用新时代人才培养的信息技术课程教材。教师利用计算机知识创设问题情境，学生以小组协作方式对问题进行分析。例如通过Flash动画模拟向日葵的生长过程，体现“黄金分割”在现实生活中的作用，学生体会计算思维的界定问题、抽象化、数字化等要素，利用多媒体课件的形式直观展示给学生，让学生体验利用计算机知识思考问题的过程，实现计算思维的养成训练，发展学生计算思维能力。［3］

（二）运用信息技术进行实践探究，落实学生计算思维培养

教师重视学生参与和学习兴趣的激发，引导学生利用计算思维解决生活中的实际问题，通过让学生掌握如何指挥计算机，感受到计算机的优势，从这种感悟中体会计算思维的价值。例如算法设计，学校举办艺术节唱歌比赛，参赛选手得分是评分去掉一个最低分和一个最高分后的平均分，学生用计算思维来描述求解步骤。首先，学生累加求和找出最小值和最大值，用计算思维关注点分析的方法求出平均值；其次，累加求和变量S，最小值存放MIN，最大值存放MAX，最终得分存放DF，用计算思维对相关数据进行抽象；最后，学生画出算法流程图构造建模，上机编写程序代码调试验证。学生通过探究解决问题，亲身经历感悟计算思维的魅力，有效落实计算思维，从而激发学生对程序设计的编写兴趣，体现信息技术课程的育人价值。围绕计算思维的培养进行教学模式的创新，从表面化教学向实质性教学延伸，在学生自主探究过程中提高计算思维能力。［4］

（三）交流评价启发创作，提高学生计算思维能力

依据思维理论，对于计算思维的培养应该更关注学生思维层面的发展，在评价总结阶段，科学合理的进行自评、他评，不仅关注作品，更要关注学生在此过程中计算思维的变化。启发引导学生再创作，同一个问题具有多种解决算法，做到一题多解，将思维得到进一步的提升。学生逐步开拓自己的思维，大胆地进行创作，作品完成度越来越高，有了前面的成就体验能够有信心利用计算思维的系列方法进行分步聚解决，能够利用关注点分析和分解能力、抽象和转化能力、算法思维能力、评估和概括能力去解决问题，使得学习算法和程序设计不再是一件无聊和乏味的事情。学生提高概括能力，学会思维的迁移，真正将计算思维的能力内化。

总之，高中信息技术课程教学依据学科的自身发展特征，实现信息技术课程育人价值，挖掘基于学科教学相关的计算思维，全面提升学生的信息素养。通过提升教师的计算思维能力，设计培养学生相关能力的课堂活动，运用支撑计算思维发展的课程体系，将培育计算思维落实到课堂上，融入到日常教学中。开展基于计算思维培养的教学模式实践，能提高学生的计算思维能力。