基于计算思维培养的高中信息技术必修模块教学策略

林方东

人类迈入信息社会已久，信息技术已经在社会生产生活中发挥着巨大的作用，信息素养成为未来合格公民必须具有的基本素养。教育部信息技术学科课程标准的颁布以来，对作为信息技术学科核心素养四个要素之一的计算思维的理解，以及在教学中如何渗透计算思维的训练，许多学者有不同见解。为此，本文基于计算思维的培养和信息技术必修模块教学问题的探究具有较大价值。

一、对计算思维的意义和内涵的理解

计算思维最初是由卡耐基梅隆大学的周以真教授提出，它是“运用计算机科学的思维方式来完成问题求解、系统设计、以及人类行为理解等一系列的思维活动”，是一种用从计算机角度来看待问题、解决问题的思维。类似的，教育部2017版新课标中对计算思维的概念是“指个体运用计算机科学领域的思想方法，在形成问题解决方案的过程中产生的一系列思维活动”。这是对周以真教授的观点的另一种解读，计算思维实际上吸取了数学和工程的思维方法，是学科核心素养系统的核心及关键要素，影响着信息意识、数字化学习与创新、以及信息社会责任这三个要素发展的质与量，决定了学生学科核心素养的发展水平。

计算思维的内涵在于，具备计算思维的学生，在信息活动中能够采用计算机可以处理的方式界定问题，抽象特征、建立结构模型，合理组织数据；通过判断、分析与综合各种信息资源，运用合理的算法形成解决问题的方案；总结利用计算机解决问题的过程与方法，并迁移到与之相关的其他问题解决中。因此计算思维是一种普适的思维方式，重在解决问题过程中，对问题的形式化、模型化、自动化、和系统化的能力，但不少教师把计算思维局限于算法思维，谈计算思维则必提程序设计，这是一种片面的观点。

高中阶段学生已经建构起丰富的知识储备，思维活跃，是计算思维形成的关键时期。信息技术必修模块作为初高中信息技术教学内容衔接的载体，同时也是学习选修模块的基础，起着承上启下的作用。因此有必要在在有限的学习时间内，高效率地进行计算思维锻炼。

二、基于计算思维训练的教学策略

1.充分挖掘教材内容中的简单计算思维训练 基于对计算思维内涵的理解，教师要善于从教材中寻找能够进行计算思维训练的教学内容。例如，在数据信息加工单元教学中，在解决“运用计算机让数据信息可视化”这一过程的思维活动，就是简单计算思维的体现。这里面包括对数据源的理解、对不同图表应用于不同场合的理解、对图表形状配色方案的理解等诸多思维活动，这些活动都是围绕利用计算机解决数据可视化的问题。虽然这些思维的难度和深度相比程序设计过程中的形式化思维、模型化思维而言是简单的，基础的，但这些简单基础的问题在各个单元的学习中都能遇到，在整个必修模块学习中更具有普遍性。应该充分挖掘教学内容中的这类普遍存在的计算思维训练，并在教学过程中给学生以点播总结，使之形成学习迁移能力，真正内化为学生的信息素养。

2.善于创设问题情境来培养提出问题的能力从而锻炼计算思维 计算思维是个体利用计算机科学范畴内的思想方法来寻求解决方案过程所形成的思维活动，在这样的思维活动中，提出问题往往比解决问题更加重要，因此学生应具有突出的问题意识。而问题意识可以锻炼计算思维，有利于创新活动的进行。但问题并非无本之木，它通常隐藏在具体情境之中。为此在具体的教学过程中，我们应联系学生实际创设适宜的问题情境，这种问题情境应与高一学生的认知能力和学习能力发展水平相接近，使学生通过适当程度的努力就能得到结果。又要贴近学生生活，更容易吸引学生兴趣，借此激发他们的问题意识。通过学生对具体情境中的对提出问题能力的培养，使其能够自主发现、探究与解决问题，进而在解决情境问题的过程中得到计算思维的锻炼。

3.科学设计课堂活动以强化解决问题的能力从而锻炼计算思维 计算思维涵盖算法思维、评测评估、细化分解、抽象和总结概括等不同思维。我们在开展信息技术必修模块的教学活动时，可联系教学内容围绕计算思维的特定思维培养来组织教学，借此增强信息技术运用能力，锻炼计算思维。以“编程解决问题和智能信息处理”章节教学为例，教师可设计经由编程完成“小球的斜抛运动”的趣味活动，利用算法思维将问题划分成规律的、完整的、可执行的步骤，引导学生在实际解决问题的过程中探索顺序、选择与循环结构的基本特点，经由小组学习寻求解决问题算法，感受程序设计的一般过程，掌握程序设计的主要方法，增强学生解决问题的能力训练。另外，还可设计并组织倒计时和选课系统等充满趣味性和实用性的课堂活动，有效培养学生依托程序设计解决不同问题的能力，在这些课堂活动中，以项目学习的方式，立足于解决项目问题的过程，从而强化计算思维的训练，并在潜移默化中完成计算思维的训练。

4.从计算机底层原理出发通过数理逻辑基础引导计算思维锻炼 高一学生已经掌握了一定的数学和物理基础知识，而计算机科学是建立在现代数学和物理学发展基础上的产物。通过增加对基础数字逻辑电路的讲解，让学生对计算机运行的基本原理有一定的感性认识，有助于学生建立从计算机硬件角度处理问题的思维方式。计算机科学是建立在近现代无数科学家的研究成果上的，因此它蕴含了大量的科学思维逻辑，从这些科学思维逻辑中形成了计算机科学的基本概念、基本方法，是这些思维造就了计算机科学，这些思维是计算机的精华和灵魂。冯诺依曼的计算机体系结构和图灵的图灵机理论，还有信息学奠基人香农等计算机科学史上的巨人在计算机诞生的过程中所发挥的作用，可以给学生带来对科学巨人的敬仰和奋斗目标，激发兴趣，通过对这部分历史的介绍，也能让学生了解计算机硬件的发展历程，从而让学生从计算机运行的本质角度思考问题，从而达到锻炼计算思维的目的。

5.善于在教学评价中验证学生计算思维能力水平 教学评价有助于我们对课堂教学效果进行评价反思。在教学评价中，增加对学生计算思维训练效果的可操作的验证方法。在某个教学内容结束后，要求学生根据教师的演示、推理、设计等步骤进行类比，重复教师课堂上的思路，解决教学评价中提出的问题。如果学生能以教师一样的方法，将自己对形象化问题的理解进行形式化的表述，能够通过把复杂的问题分解成关键步骤，并将这些关键步骤用模型化的方式组织起来，形成对关键步骤之间相互关系的一种理解，那么这也就意味着他们已经掌握了解决当堂问题的思维方法，能对课堂所学知识进行迁移和重新建构。这样便能在教学评价过程中很好地验证学生对学习内容是否真正理解，从而验证学生是否真正得到计算思维的锻炼。

结语：基于对学生的信息技术学科核心素养水平参差不齐的认识，以及对计算思维意义和内涵的认识，我们提出了在高中信息技术必修模块的学习过程中应该注意到的五个可以锻炼计算思维能力的教学策略，通过对这些教学策略在具体课堂教学过程中的不断实施和验证，可以总结如何在必修模块中形成解决计算机科学问题的关键能力，为高中信息技术学科核心素养在教学过程中的渗透提出解决方案。