如何在高中信息技术教学中培养学生的高阶思维

刘宜铭

摘 要：高阶思维的培养是指培养学生将解决问题的步骤分解成若干个模块，并在模块间进行联系，从而更好地解决问题的思维能力。这种思维方式可以帮助学生更有条理地理解、掌握新的知识，也可以帮助学生更加顺畅地进行思维活动和记忆，从而更好地解决实际问题。

关键词：高阶思维；信息技术 ；编程思维

【中图分类号】G632 【文献标识码】A 【文章编号】2097-2539（2023）23-0076-03

本文系教育部福建师范大学基础教育课程研究中心2022年度开放课题“基于‘读·思·达教学法下探索校本‘培青策略的研究”（立项编号：KCB2022051）阶段性研究成果。

近年来，随着新一代人工智能的高速发展，学生和教师对信息技术学习和教学都应与时俱进。而高阶思维是适应现代教学发展的一种新思维，它是高阶能力的核心。高阶能力指的是指创新能力、问题求解能力、决策力和批判性思维能力。高阶思维能力集中体现了知识时代对高素质人才提出的新要求，是適应时代发展的关键能力。信息技术教师要培养学生的高阶思维能力，可以从以下几个方面入手。

一、培养学生的编程思维

在编程思维中，学生要学会将复杂的编程过程分解成一些可以实现的小步骤，从而构建出一个完整的代码架构。此外，学生还要学会运用新的知识和技术，不断地改进模块结构，从而能够更好地完善功能，提升代码性能，这一过程可以有效提高学生的高阶思维能力。

第一，培养学生高阶思维的最佳方式是在信息技术教学过程中引导学生通过算法进行练习。首先，学生在学习编程时应该接触一些基本的算法，并且知道它们是如何工作的。其次，学生应该练习算法，不断熟悉它们，并且充分理解它们的工作原理。最后，学生可以尝试使用算法解决实际问题，从而让自己更加熟悉算法的运行机制。通过不断的练习，学生可以掌握高阶思维，更好地把握算法的运行机制。同时将算法归类，把它们之间的联系系统地表达出来，这样才能理解概念的内涵，形成高阶思维。

第二，编程思维转化为高阶思维可以说是一种分析思维，即从宏观角度出发，将一个复杂的概念分解为若干个有机的模块，并进行细致的分析，从而更好地解决问题。具体来讲，可以将程序或系统的功能分解成若干个独立的模块，对每个模块进行分析，了解每个模块的功能、职责以及模块之间的相互作用，最终组合出一个完整的程序或系统。通过练习，学生能够锻炼自身的逻辑能力，加强对概念之间关系的把握，进而形成高阶思维。

第三，加强对实际问题编程的训练。实际问题的解决要求学生能够将概念之间的关系运用到实际问题中，从而更有条理地解决问题，这也是培养学生高阶思维的一种方式。教师要在信息技术编程教学中注重综合性训练，综合性训练能够帮助学生加深对概念之间关系的把握，并强化学习者对新知识的记忆，从而进一步巩固高阶思维能力。

第四，在编程数据处理技术中，培养学生高阶思维的关键是要把复杂的任务分解成一系列可重复的步骤，每一步都有明确的目标和输出，以便更好地理解和控制处理过程。此外，还要注意模块之间的耦合度，以便更好地控制处理过程。模块思考还可以帮助学生找到更有效的解决方案，大大提高数据处理的效率。

二、培养学生的转换思维

转换思维是要求学生从课堂获得信息、理论和思想，再通过转换去实现新的、更高效的问题解决方案的能力。转换思维可以帮助培养学生高阶思维，学生可以把不同的知识模块链接起来，形成新的思维模块，从而提高学习效率。为了培养学生的高阶思维，信息教师在教学活动中可以采取以下措施。

一是注重培养学生发现问题和解决问题的能力，引导学生发现表面上看起来是不同要求的共性，并把它们结合起来，从而更全面地解决问题。这要求学生学会跨学科转换思维，把学到的知识和技能结合在一起，以解决问题并获得有意义的结果。

二是通过转换思维培养学生的高阶思维是一种能够帮助学生拓展思维、提高解决问题能力的教育方式。它强调的是通过使用不同的思维模式来探索、发现和解决问题，从而让学生具备更加多元的思维和更强的分析能力，并学会从不同的角度思考问题，从中发现更多的可能性，从而开发出新的解决方案。例如教师在“数据处理与应用”教学中可以使用系统思维模式来识别问题的各个细节，使用分析思维模式来分析问题的原因，使用抽象思维模式找出可以解决问题的方案，以及使用设计思维模式来设计新的解决方案等。

三、培养学生的创新思维

创新思维是指将自己的想法结合新的思维方式去发现问题并找到新的解决方案的能力。它的核心是自由思考、不断改变思维方式去激发新的想法。

在信息技术教学中，要培养学生的创新思维，就要让学生对所学知识有深刻的理解，并运用所学的新知识、新技术或新方法去解决问题。教师可以设计一些创新实验，引导学生自主地发现问题，让学生学会思考问题的关联，尝试用不同的方法去解决问题。还要不断提高学生的观察力、想象力和分析思维能力。

第一，教师可以将创新实验与传统课堂教学结合起来，引导学生自主地发现问题，尝试不同的方法去解决问题，让学生学会思考问题的关联，并加深对新知识的理解，从而启发学生的创新思维能力。在创新思维训练过程中，学生要学会积极思考问题的根本原因，从而掌握分析解决问题的方法和步骤。教师也可创设多情境设计，让学生在不同的情境中学习，发现新的知识，从而更加灵活地运用知识，掌握创新的方法，并且鼓励学生发散思维，让学生更加灵活地思考问题，寻求更多的解决问题的方法。

第二，注重引导学生进行探究性学习，让学生更加深入地理解知识，掌握创新能力，并且能够根据实际情况做出正确的选择。新课标项目学习中也更注重培养学生的合作能力，鼓励学生在小组中协作，学会更多的技能的同时加强沟通交流，共同探索解决问题的方法。

四、培养学生的批判性思维

批判性思维可以让学生学会分析问题，思考可能的结果，并加以理性分析，能够帮助学生从复杂的选项中做出正确的决定，学生利用批判性思维更容易看到大局全景。

在信息技术教学中，教师要提高学生的思考能力，可以引导学生批判性地看待各个问题，注重实际操作，学会将不同的知识点和技术结合起来。

第一，提高学生思考能力。教师通过课堂教学、实践活动、社会实践等形式，引导学生熟悉信息科技发展的相关知识，增强学生对信息判断意识的理解，培养学生的判断思维能力，提高解决问题的能力。

第二，引导学生思考。教师可以通过引导和提问的方式来帮助学生学会判断信息的准确性和可靠性，表达自己的想法，激发学生的思维创造力，培养判断思维能力。

第三，开展有趣的活动。通过开展有趣的活动，让学生乐于实践，在不断的实践中培养学生的判断思维能力。

五、培养学生的建模能力

抽象思维能力是计算机科学的理论基础，还是一种重要的思维方式。高中学生需要通过还原性思维建立与计算模型的关系，这个过程需要多方面的抽象思维。对于一个复杂问题，教师要引导学生对已知的条件和数据进行分析和筛选，建立起问题中相关变量或因素之间的规律。如经典案例：一农夫带着一只狼、一只羊和一篮白菜准备过河。河上没有桥，只有一艘小船。规定农夫每次只能带一样东西上船，且船上没有农夫时不能过河。问：农夫怎样过河？这道题一定很多人都见过，也一定会做。但试问：如果要求最快方式渡河，应怎样解答？教师可引导学生用建模快速解决这个问题：将人、狼、羊、菜在左岸（这里即开始渡河前农夫所在岸）与否的状态设为（K1，K2，K3，K4）（Kn=0或1，n=1，2，3，4），其中1表示在左岸，0表示不在左岸，如（1，1，0，1）即人、狼、菜在左岸，羊在右岸。状态用An表示，n为渡河次数加一。这里要注意的是，在所有状态中，只有部分是满足条件的。（此后该状态称为A状态）将渡河时船上状态设为（Z1，Z2，Z3，Z4）（Zn=0或1，n=1，2，3，4），用Rk表示。1表示该次渡河上了船，0表示没上船。同理，也只有一部分状态是满足条件的。当Z1=1恒成立。（此后该状态称为B状态）下面，用穷举法将An和Rk加起来，其加法满足二进制加法（0+0=0，1+0=1，0+1=1，1+1=10），以此表示所有可能的渡河情况。其中，“√”表示该状态可取，“×”表示不可取，“∷”表示与前面状态重复。

上例可以看到，建模将数学与实际应用问题相结合，可以拓宽学生的知识面，发挥其想象力和创造力。这种计算思维模式可以培养学生从实际问题出发，利用模型求解实际问题，促使学生运用所学数学知识和计算机知识来分析、解决问题，突破纯理论课程的障碍，理顺问题的逻辑结构，激发学生的求知欲望。

六、培养学生的解模能力

计算思维可以使学生创造新的表达形式、构建工具和培养创造力，实际解模过程一般可分为以下几个方面。

第一，引导学生使用计算机和其他工具来解决问题。传统教学往往采用满堂灌的教学方法，难以充分展现学生的个性。而建模教学重点是引导学生根据实际问题建立相互关系，并给出符合实际要求的结果和方案。它既具有理论性，又具有实践性，既需要思维的量，又需要思维的深度。在建模过程中，学生要依据给定条件自行寻求解决问题的最佳途径和方法，这恰好就是创造性思维的最基本特征，解模本身就是一种创造性的思维活动。

第二，逻辑组织和分析数据。传统的教学着眼于一些基本概念或定义，以简练的方式得出结论，部分学生照搬理论，无法解决实际问题。高阶思维有助于提升学生的创造性思考能力，可以帮助学生厘清问题的关联和内在联系，并且可以引导学生对目标进行创新思考，在经过逻辑分析之后，可以更好地找到解决问题的办法。

第三，建模教学要求学生运用数学语言和方法，抽象、概括客观事物的内在规律，构建有待解决的实际问题的教学模型，这可以锻炼和提高学生的表达能力，使他们能够学习用建模方法主动、客观和辩证地分析问题。

第四，学会识别和分析。教师要培养学生独立思考、敢于创新的精神。理论和实践的距离是不可否认的，引导学生将理论知识转化为实践能力，能够培养学生独立思考、勇于创新的精神。

七、培养学生的元认知

元认知是指对自己的认知过程进行监控、调控和反思的能力，它可以帮助学生更深入地理解和控制自己的思维过程，从而有效地应用学习策略、解决问题，并更好地适应新的学习环境和挑战。通过元認知，学生能够更自主地管理自己的学习过程，并对自己的学习策略进行实时的调整和优化，可以通过以下两方面培养学生元认知。

一是学生自我监控和调节。学生在学习中要加强自我监控和调节，监控自己的学习过程，了解自己的学习进展和掌握情况，从而及时发现问题和改进学习方法。通过元认知，学生可以自主调整学习策略和方法，选择最适合自己的学习方式，提高学习效率和学习成果。

二是教师创设任务和引导。教师可以通过不同的方法来培养学生的元认知能力，让学生学会有效地调控情绪，以便更好地集中注意力和解决问题。可以通过鼓励学生进行学习反思、自我评估和设计目标，提供多样化的学习任务和挑战，让学生在解决实际问题中尝试新的学习方法和解决方案等，从而提升他们的高阶思维水平。

八、结语

总之，在信息技术教学中，教师应该注重对学生高阶思维能力的培养，引导和教育把各个知识点连接起来，理解和记忆信息技术相关知识，并能够运用这些知识去实现新的、有创意的问题解决方案，从而形成一种高阶思维。同时教师应鼓励学生开展信息创新，激发学生的创造力，让学生学会利用信息技术改造现有结构，提升学生高阶思维能力。

参考文献

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