信息技术课程教学中高中生计算思维的培养

王晓燕

摘  要：计算思维是信息化时代下所形成的一种独特的思维方式，也是信息技术核心素养的重要组成部分。对此，教师应当更加注重在授课过程中培养学生的计算思维，提高他们运用信息技术解决实际问题的能力。为了帮助高中信息技术教师提高计算思维培养的教学质量，文章从教学目标、教学内容、教学方法三方面视角出发，结合计算思维的培养意义，阐述教师通过合理设计授课目标和内容、科学开展问题解答、知识运用、互动探知、项目驱动等教学活动的方式，提升解决问题的具体教学策略，使学生形成良好的计算思维。

关键词：高中教学;信息技术;计算思维

计算思维指的是個体运用计算机科学领域中的专业化思想和方法进行问题求解、算法设计、科学建模等一系列与计算机科学有关的思维活动。高中信息技术教师培养学生计算思维，能够使他们在遇到与学科知识相关的问题时，可以自觉运用信息技术理论和技术对问题进行高效解答，在抽象分解、系统设计、建模分析过程中制订出合理的问题解决方案。同时，也借此提高其解决问题的效率和能力。计算思维也是信息技术学科核心素养的关键组成部分，是教师当前重要的教育培养目标之一，对此，教师更应当积极地在授课过程中开展计算思维培养活动，进而更好地落实核心素养教育。

一、高中信息技术课程培养学生计算思维的作用

（一）落实学科核心素养教育

计算思维是信息技术核心素养的重要组成部分，教师开展计算思维培养活动满足了当前学科核心素养培养的教育要求。另外，教师也可以借此实现高效的信息技术课程改革，让教学重心逐步转移到理论应用和思维发展之中，从而使课程教学实现可持续发展。

（二）提高问题解决能力

信息技术教师培养学生计算思维可以提高他们问题解决的能力。学生使用计算思维与学科知识相关的问题时，会用到抽象、建模、分解、程序设计、算法设计等方法，而这些方法既可以使学生进一步加深对计算机知识的理解与认识，还能有效提高他们解决问题的效率与质量。

二、高中信息技术课程培养学生计算思维的具体措施

（一）制订教学目标

教学目标是教师在设计与开展各项授课活动时的主要行动纲要，其中明确指出了学生需要通过课程学习达到怎样的认知水平，拥有哪些重要的学科技能，掌握哪些科学的学习方法等教学要求。高中信息技术教师若想使计算思维培养达到应有的效果，需要科学规划教学目标，结合班级学生现阶段的思维发展特点、单元课程教学标准、计算思维培养要求进行授课目标的制订。比如，教师可以从知识技能、问题解决、计算思维三个层次出发设计每个单元的课程目标。

以“利用大数据获取信息”课程为例，在设计单元教学目标时，教师可以从学科知识与技能、问题解决方法与能力、计算思维形成与发展三个层次进行制订。在知识与技能方面，学生需要认识到信息来源的多样性特点;知道多样性产生的原因;能够剖析信息获取过程的每个环节;了解获取信息的多种途径和信息保存的方法;拥有分析、比较、规划和归纳的能力。在问题解决方面，学生需要根据具体问题选择适合的信息获取途径;能够通过网络搜索、信息获取、信息筛选、信息保存等方法解决日常生活中的实际问题。在计算思维方面，学生能够客观评估大数据获取信息的合理性与有效性;了解大数据获取信息的优势和弊端;能够将大数据技术灵活运用到现实问题之中;可以根据实际问题创新大数据获取信息的方法。教师通过制订明确的教学目标既可以帮助学生找到知识探索和能力提升的方向，也可以为之后的教学内容设计和教学方法选择提供科学的参考依据。

（二）设计教学内容

教学内容的设计决定着学生通过课程学习能够掌握哪些学科知识，拥有哪些学科技能，提高哪方面的学科能力。信息技术教师为了培养学生的计算思维，需要根据具体需求对教学材料进行合理筛选与科学重组。在内容设计时要从知识理论和问题解决两方面视角出发，引导学生运用学科理论知识对相关问题进行分解、剖析和抽象，运用学科技能进行建模、算法设计或程序编写，从而制订出高效合理的问题的解决方案。学生通过完成上述一系列思维活动，能够使计算思维得到有效启发与锻炼，从而逐渐形成较强的计算思维能力。

以“加工、分析和可视化数据”课程为例，在设计教学内容之前，教师需要先明确此单元的授课目标，然后再根据目标要求进行具体内容的制订。例如数据加工方面，教师为了让学生能够透彻理解数据加工的概念，可以提供一份杂乱无章的数据信息，引导他们使用恰当的工具和方法对这份数据进行加工处理，在处理过程中理解加工的作用和意义。数据分析方面，教师可以引导学生使用对比分析法、平均分析法、交叉分析法对加工之后的数据信息进行分析与研究，以此来加深他们对三种分析法的认识，明白数据分析是为了找到各数据的内在特征和本质规律。在数据可视化方面，教师可以将各学生提供多个数据分析的结果，然后引导他们把这些结果用表格、图形、图表、图示等形式展现出来，如条形统计图、扇形统计图、散点图等常规图表和漏斗图、旋风图、矩阵图等交互图表。最后，教师还可以设计一个实例任务，让学生自行运用上述三个步骤对数据信息进行科学处理，以此来巩固他们课上所学的知识，同时，也使其在独立完成任务过程中逐渐形成良好的计算思维。教师以计算思维培养为基础设计授课内容，既可以科学重组教学资源，制订出完善的知识讲授方案，又能使学生通过课程学习提高知识理解能力、问题解决能力和计算思维能力。

（三）优化教学方法

高中信息技术教师为了使学生拥有良好的计算思维素养和较强的问题解决能力，需要合理创新知识讲授与能力培养的方法，要让学生在知识运用、问题解析、合作探知、项目驱动等多样化学习活动中逐渐形成科学的计算思维，能够灵活运用学科理论与技能快速解决实际问题。

1. 问题指引，启发计算思维

引导学生提出科学的探究性问题，运用有效方法解决问题是启发他们计算思维的最有效方式。对此，教师需要在信息技术知识授课过程中有意识地引导学生针对学科理论或知识原理提出质疑性或探索性问题，以此来培养他们发现问题、分析问题、解决问题的能力，使学生在自主探究、建构模型、设计算法过程中形成一定的计算思维。

以“从洗衣流程认识算法”课程为例，在课程正式开始之前，教师先播放一段手工洗衣流程视频，然后再提供一份全自动洗衣机的工作流程图，引导学生将手工洗衣与机器洗衣进行对比分析，并提出思考性问题。让他们在问题解析过程中理解算法的概念，知道算法的特征，认识到算法的重要性，也借此启发他们的计算思维。例如学生提出了“全自动洗衣机是对手工洗衣流程的模拟吗？如何让洗衣机做出与手工洗衣一样的操作步骤？算法的作用是什么？”等问题。针对上述问题，学生可以对全自动洗衣流程图进行抽象和分解，按照机器操作步骤进行建模，并设计出“洗涤算法”，使学生在问题解答过程中逐渐形成计算思维。之后，教师再结合算法内容进行知识点深度讲解，让学生真正明白算法的概念和作用。信息技术教师通过开展问题化教学活动，不仅可以引发学生对学科知识的好奇心，使学生自觉提出各种探知类问题，还能让他们在问题分析和问题解答过程中掌握抽象、分解的方法，知道算法的特点和作用，同时使他们的计算思维得到有效启发。

2. 趣味教学，培养计算思维

教师为了激发学生主动探知的兴趣，培养他们的计算思维，可以利用计算机软件创建趣味性问题探索和问题解决教学活动。比如结合教材内容设计一些与重难点知识相关的趣味编程活动、软件开发体验活动、程序算法模拟活动等多样化课程活动，让学生参与有趣的活动项目，体验到信息技术学习的乐趣，从而增强他们主动探知的动力。另外，趣味性学习活动还能有效消除学生对课程学习的排斥感，降低学生知识认知和技能运用的压力，使学生在轻松愉悦的环境下，能够产生更多的探知灵感，进而使其计算思维得到快速发展，并形成较强的问题解决能力。

以“探究点餐数据的计算机处理过程”课程为例，教师可以设计算法模拟体验活动，在活动过程中，学生可以自愿选择算法指令进行角色扮演，通过真实体验的方式知道点餐数据的计算机处理流程，也借此培养他们的计算思维。例如班级学生可以扮演主机、点餐设备、内存、外存、运算器、控制器、账单等一些关键的信息系统，然后每个角色要按照计算机处理流程进行行为演绎，比如手机点餐设备将信息输入内存，内存与运算器进行交互，再将所得信息传给账单输出设备。教师通过创设角色扮演体验活动，不仅可以活跃班级的学习氛围，还能使学生在算法模拟过程中加深对知识点的理解和记忆，同时使学生形成正确的计算思维。

3. 合作探知，发展计算思维

信息技术教师为了提高计算思维培养的有效性，需要转变传统的授课思路，要充分认识到互动交流、合作讨论在思维启发中所起到的重要作用，并依据现实情况和教学需求开展多样化的合作探知活动。让学生在互动活动中改变以往“单打独斗”的认知习惯，使其在沟通交流过程中产生有效的思维碰撞，迸发出更多的学习灵感，从而真正提高他们合作探知的能力。

以“了解声音和图像的数字化”课程为例，教师先把班级学生分成多个合作小组，让各组结合现实生活进行互动讨论，举例说明图像被广泛应用于日常生活的哪些领域之中。然后，再让各学习小组结合已掌握的“信息存储形式和中英文编码方式”两个知识点进行推导讨论，通过观察具体电子图像中的像素小方格探索出图像的编码方法。之后，教师再给各组布置一道实践题，让他们通过互动交流和公式计算的方式确定存储的容量，并拍摄适合的照片再进行图像上传。教师通过开展合作探知活动，不仅改变了学生以往独立认知的学习思路，让他们认识到合作学习的重要性，还能使学生在互动交流过程中实现知识分享，迸发思维灵感，从而使计算思维得到有效发展。

4. 项目驱动，增强计算思维

项目式学习活动是培养学生计算思维，提高他们学科综合素养的有效教学途径之一。教师在设计项目化活动内容时，要让学生成为学习活动的主体，而自己则是项目的指导者和引导者，同时，要让计算思维培养贯穿于活动的各项环节之中。在项目化教学活动中，教师需要鼓励学生通过自主探索知识、自主解决问题的方式完成项目任务，达到项目要求，以此来提高学生计算思维能力，并且形成良好的学科综合素养。

以“采集花卉种植环境数据”课程为例，教师需要设计“动手组建小型物联网”项目活动，让学生先使用“花草检测仪”采集花卉种植环境数据，通过分析数据采集功能了解传感器的工作原理和控制机制，探索出物聯网的内在逻辑管理。之后，再让他们使用智能花草环境传感器、数据线、手机、相关App、植物等实践工具组建简单的小型物联网。在项目实践过程中，学生需要自主探索传感器的组成、分类和工作原理，了解物联网通信技术的特点与类型，分析物联网技术的内部工作流程，知道信息系统与外部现实世界的连接方式，这样才能组建出正确的小型物联网模型。另外，学生通过自主完成探知项目，还能形成良好的信息意识，得到计算思维的锻炼与发展。

三、结语

综上所述，高中信息技术教师要高效培养学生的计算思维，需要科学优化教学内容和教学方法，帮助学生明确每个单元的学习目标，并将计算思维培养渗透到各项教学活动之中，从而使学生在完成学习任务的同时，形成良好的计算思维，拥有较强的知识探索能力和问题解决能力。

参考文献：

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[3]许锦新. 高中信息技术课程教学中计算思维的培养方法[J]. 中小学电教（下半月），2019（04）：1-2.

（责任编辑：向志莉）