指向计算思维的高中信息技术教学策略研究

曹金梅

摘 要：《迭代与递归》是高中信息技术课程中重要的一章，主要介绍了计算机程序中的两种重要结构：迭代和递归。通过这一章的学习，学生能够理解并运用这两种结构，编写出更复杂、更有效的程序。然而，如何在高中信息技术课程中实现学生计算思维的培养，仍是一个值得研究的问题。基于此，文章首先阐述了计算思维的概念以及内涵，然后提出了指向计算思维的高中信息技术教学策略，旨在为高中信息技术教学提供一定的参考和借鉴，以更好地培养学生的计算思维。

关键词：计算思维；高中；信息技术

随着信息技术的快速发展，计算思维的培养已成为高中信息技术教育的重要目标。计算思维是指运用计算机科学的基础概念和问题解决策略，来理解、设计和解决问题的能力。在高中信息技术课程中，引入计算思维的培养，不仅有助于提高学生的信息技术能力，而且有助于培养学生的创新思维和解决问题的能力，为学生提供长期学习和发展的动力，使他们能够在不断变化的科技环境中保持适应性和创新性。

一、计算思维的概念及特征

（一）计算思维的概念

计算思维是指运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计，以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。这个概念由美国卡内基梅隆大学的周以真教授于2006年首次提出。

计算思維是一种具有概念化抽象思维特征的思维方式，它并不是程序化的编程思维。它是一种人的思维，而不是机器的思维，其核心是抽象和自动化。计算思维不仅仅是学习编程，更是解决问题的方法论，是一种普遍适用的思维方式。

（二）计算思维的特征

计算思维的特征包括：

1.概念化的抽象思维：计算思维运用计算机科学的基础概念进行问题求解，通过抽象和分解问题，将复杂问题简化为可计算的问题。

人性化的思维方式：计算思维不仅是计算机科学家使用的工具，也是一种所有人都应该掌握的思维方式。它不仅适用于计算机科学，也适用于其他学科和领域。

2.是思想而非人造品：计算思维是一种思想，一种解决问题的策略，而不是人造的软件或硬件产品。它是一种解决问题的工具，可以帮助人们更好地理解和解决现实世界中的问题。

3.与数学和工程思维互补融合：计算思维与数学和工程思维是互补和融合的。数学思维提供了形式化、符号化和逻辑化的方法，而工程思维强调实际可行性和问题解决效率。计算思维则结合了数学和工程思维的优势，既注重形式化证明，又强调实际问题的解决[1]。

4.面向所有的人和领域：计算思维是每个人都应该学习和掌握的基本技能，它不仅适用于计算机科学领域，也适用于其他领域。它是未来社会的通用思维方式，就像阅读、写作和算术一样重要。

因此，计算思维不仅仅是一种技能或技术，更是一种可以广泛应用于各个领域、帮助人们更好地理解问题、解决问题和创新思维的思维方式。

二、高中信息技术教学面临的困境

（一）问题不够明确

在教学过程中，问题的明确性对于学生的学习和思维发展至关重要。然而，由于信息技术领域的抽象性和复杂性，教师在设计问题时往往会遇到挑战，表现为问题陈述模糊、描述不清，或者缺乏具体的情境和背景，导致学生产生困惑和不确定感，打消了学生对课程内容学习的积极性。

（二）教学流程不清晰

教学流程的不清晰表现为学习内容之间的逻辑关系不够明确，学生难以理解各个知识点的先后顺序和相互关联性，无法形成系统性的知识框架，导致学生在学习过程中产生混乱感，甚至错过重要的关键知识点，影响他们对信息技术的全面理解和应用。

（三）缺乏实践环节

尽管信息技术是一个实践性较强的领域，但在一些教学实践中，学生的实际操作机会相对有限。学生只停留在表面知识的记忆层面，导致学生在理论知识和实际应用之间存在脱节，无法将抽象的概念转化为实际解决问题的能力，影响了综合素养的提升。

（四）课堂互动不足

在信息技术领域，学生的思维能力和创造力的培养需要通过与他人的讨论和交流来实现。但在实际课堂教学中，缺乏学生和教师、学生和学生间的积极互动，学生会错失与同伴和教师深入交流的机会，无法分享观点、交流想法，也无法从互动中获得新的思维启发。

（五）缺少反馈总结

缺乏及时反馈和系统总结会降低学生的学习效果。学生难以准确评估自己的学习进度和理解程度，在不知不觉中积累下错误[2]。同时，教师也难以了解学生的学习情况，无法调整教学策略，妨碍学生的自主学习和自我修正能力的培养。

三、指向计算思维的高中信息技术教学策略

核心素养在21世纪已成为每个人都需要具备的关键高级行为能力，它综合了知识、技能和态度等多个方面。其中，计算思维作为信息技术学科核心素养之一，承载着学科的本质属性，是一种重要的思维方式。在培养学生的计算思维能力方面，课堂教学具有至关重要的作用[3]。为了达成知识、技能、态度和实际问题融合的目标，课堂教学应遵循以下方法和步骤。

（一）把握章节核心知识，明确问题

在信息技术的学科体系中，知识是计算思维的基础，教师需要清晰理解各章节的核心知识结构，以确保知识的有机衔接。这要求教师将教材内容融会贯通，将抽象的概念具体化，将知识与现实生活情境相结合。对于《迭代与递归》这一章节，教师可以通过实际案例解释迭代和递归的概念和原理。例如，在讲解迭代时，可以引导学生思考如何使用迭代来计算一个数的阶乘。教师可以逐步展示从1到目标数的连续乘法，强调每次循环中的累积效应，让学生理解迭代的重要思想。对于递归，可以以“斐波那契数列”的问题为例，从最简单的情况出发，解释如何通过递归定义和递归调用来实现数列的生成。教师可以要求学生详细分析斐波那契数列的生成过程，理解其中的规律和模式。通过自己手动计算一些项，学生可以发现数列中每一项都是前两项之和，这一规律可以抽象为递推关系式，形式化问题，学生能更直观地理解迭代和递归的概念。进一步，教师可以与学生讨论两种方法的优缺点以及适用场景。迭代方式通常较为直观，但可能需要更多的计算资源，特别是对于大规模的数列。递归方式则较为优雅，但可能涉及重复计算，需要合理设计终止条件，以避免无限递归。通过这样的讨论，学生可以更深入地理解不同方法的特点，为他们未来的问题解决提供指导。

（二）问题设计有序推进，设计方案

教师在教学过程中，需要根据学科内容设计问题，然而，有些问题可能相对复杂，学生可能难以一步到位地解决。因此，教师需要巧妙地引导学生，逐步降低问题的难度，让他们能够从简单到复杂地构建思维台阶，寻找思维的最近发展区。计算斐波那契数列的第n项这个问题对学生来说过于抽象和复杂，教师应该以逐步引导为主，帮助学生从最基本的概念出发，逐渐构建解决问题的思维路径。

通过简单的示例，比如前几项的数值，学生可以对数列有初步的认识。接着，教师可以提出一个具体且相对简单的问题，让学生从基本的迭代方法入手，逐步熟悉解决问题的步骤。随后，教师可以引导学生思考如何推广到计算第n项的问题。通过这个过程，学生需要逐步分析问题，考虑数列的递推关系，构建解决问题的方法。这一步骤相当于将问题从简单情况推广到复杂情况，是思维发展的重要阶段[4]。

在问题设计的有序推进中，教师的引导至关重要。教师应该在学生的认知范围内，逐步拆解问题，让学生能够逐步消化和理解。通过问题的逐步深入，学生能够形成解决问题的思维路径，为设计方案奠定基础。当学生逐步理解问题后，他们就可以开始设计方案。在计算斐波那契数列的问题中，他们可以基于先前的分析，设计迭代算法或递归算法，并将其转化为实际的代码。通过这一过程，学生不仅学会了解决问题的方法，还培养了将抽象概念具体化的能力。

（三）运用学科知识技能，实践解决

在高中信息技术教学中，将学科知识技能与实际问题解决相结合，是培养计算思维的关键途径之一。学科知识是计算思维的重要载体，但仅仅掌握知识并不足以形成真正的计算思维。计算思维的培养需要通过实际问题的解决，促使学生对知识进行重新组织、加工、转化，培养学生的创新能力和问题解决能力。

例如，在教学中，教师可以引导学生解决一个具体的问题，如计算斐波那契数列的第n项。在这个实践活动中，学生可以运用编程语言，如Python，来实现斐波那契数列的计算。通过编写代码，他们需要运用已学的知识，将迭代或递归的思想转化为实际的算法。在编写代码的过程中，学生需要考虑如何将问题分解为更小的子问题，如何正确地表达迭代或递归的逻辑，以及如何保证代码的正确性和效率。通过实践，学生不仅能够将抽象的概念转化为具体的代码，还可以亲身体验迭代和递归在解决实际问题中的应用。他们可以通过输入不同的参数，观察程序的输出，理解迭代和递归的原理和效果。通过调试和修改代码，学生可以逐步优化解决方案，培养解决问题的耐心和技巧。实践中的问题解决过程也会激发学生的兴趣和求知欲。随着问题的复杂度增加，学生可能会面临挑战和困难，但同时也会体验到解决问题的成就感。通过实际的实践活动，学生将逐步形成计算思维的思维方式，不仅能够灵活运用所学的知识，还能够培养创新和探索的能力。

（四）适度开放对话讨论，修订完善

在高中信息技术教学中，适度开放对话讨论可以帮助学生更好地发展计算思维，特别是在涉及复杂主题的情况下，开放对话讨论，可以引导学生自主思考、交流和合作，修订和完善他们的理解和解决方案。

适度开放的对话讨论允许学生在一个相对自由的环境中表达他们的想法、疑问和观点。在探讨《迭代与递归》的教学内容时，教师可以提出开放性的问题，如“你认为迭代和递归在哪些实际问题中可以应用？”或“迭代和递归有什么异同之处？”通过这些问题，学生可以根据自己的理解和经验展开讨论，深化对这些概念的认识。在讨论中，学生可以分享他们的见解和思考过程，相互学习和启发。一方面，这种交流可以帮助学生发现自己的理解盲点，更好地理解计算思维的核心概念。另一方面，学生之间的讨论也能够促使他们思考问题的多样性，拓展自己的思维路径，培养他们的创新思维能力。

在讨论过程中，教师的角色是引导者和促进者。教师可以鼓励学生提出问题，指导他们如何运用计算思维来分析和解决问题。同时，教师也应该尊重学生的不同观点，鼓励他们相互倾听和尊重，创造一个开放、包容的学习环境。除了在课堂上进行开放對话讨论，教师还可以借助在线平台或社交媒体等工具，扩大讨论的范围。学生可以在线上发表自己的观点，与同学进行互动，促进更广泛的思想交流[5]。这种开放式的讨论模式有助于学生在不同时间和空间里深入思考，并不断完善自己的理解。

（五）积极反馈有效总结，巩固知识

通过精准的反馈和有针对性的总结，教师可以引导学生更深入地理解计算思维的核心概念，培养他们的问题解决能力和逻辑思维能力。不仅能够提高学生的学习效果，还为他们今后的学习和发展奠定坚实基础。

一方面，积极的反馈是学生学习的动力和方向。教师可以通过对学生的作业、课堂表现以及参与讨论的质量进行评价，为学生提供及时的指导和反馈。教师应关注学生是否正确地应用了相应的思维方法，是否能够将抽象的概念转化为具体问题的解决方案。通过明确的反馈，让学生了解到自己在学习过程中的优势和不足之处，有针对性地进行调整和改进。积极的反馈不仅可以鼓励学生，还可以帮助他们更好地理解和运用计算思维的核心概念。

另一方面，有效的总结对于巩固知识也至关重要。在教学结束后，教师可以对本节课的核心内容进行总结，强调重要的概念和解决方法。特别是在涉及迭代和递归的教学中，教师可以引导学生回顾整个思考过程，从最初的问题分析到最终的解决方案，帮助他们理解思维的逻辑和演进过程，将知识内化为自己的思维工具。这种总结不仅有助于学生将知识牢固记忆，还能够为今后的应用打下坚实基础。

结束语

文章以《迭代与递归》为例，探讨了指向计算思维的高中信息技术教学策略。通过深入分析明确问题，有序推进设计方案，实践解决问题，适度开放对话讨论以及积极反馈有效总结等策略，可以更好地培养学生的计算思维能力。在高中信息技术教学中，培养学生的计算思维能力不仅有助于提升他们的信息技术素养，更能培养他们的创新思维、问题解决能力以及合作精神。然而，也应意识到在实际教学中可能面临的困难和挑战，需要不断探索和优化教学策略，以满足学生不断发展的需求。通过持续的努力，能够为学生的计算思维能力培养创造更加有利的条件，为他们未来的学习和发展奠定坚实的基础。

参考文献

[1]马莉.基于计算思维的高中信息技术课堂教学设计与实践研究：以App Inventor为例[J].科学咨询（教育科研），2022（7）：151-154.

[2]林晓明，李宏贞，梁丽霞.面向计算思维培养的项目式教学实践探索：以Python项目为例[J].教育信息技术，2022（4）：73-76.

[3]汤蓉.指向计算思维的过程性评价量规设计策略研究[J].中国信息技术教育，2021（23）：36-39.

[4]周世杰.高中信息技术学科发展学生计算思维的思考与实践[J].天津教育，2019（9）：7-10.

[5]朱益.基于问题解决的高中信息技术单元教学设计探索：以“数据问题”单元教学为例[J].中国信息技术教育，2023（7）：45-48.