計(jì)算思維如何在信息技術(shù)課程中實(shí)施

真正從學(xué)科價(jià)值、思維方式的角度去規(guī)劃設(shè)計(jì)課程，即使不是程序設(shè)計(jì)課程也同樣能讓學(xué)生經(jīng)歷學(xué)科的思維方式，培養(yǎng)計(jì)算思維。否則，即使開(kāi)設(shè)了程序設(shè)計(jì)課程也達(dá)不到培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的目的。

—李冬梅

記者：中國(guó)以前也推廣過(guò)程序設(shè)計(jì)文化、算法思維等，你們認(rèn)為計(jì)算思維與它們之間是什么關(guān)系呢？會(huì)不會(huì)重新走回原來(lái)的枯燥乏味的老路呢？

王榮良：我國(guó)的信息技術(shù)教育從程序設(shè)計(jì)文化、計(jì)算機(jī)工具論一路走來(lái)，進(jìn)入21世紀(jì)，全面提升學(xué)生信息素養(yǎng)成為了信息技術(shù)課程的總目標(biāo)。從事信息技術(shù)課程相關(guān)的工作者雖然充分反思了早期程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言教學(xué)的弊端，但就程序設(shè)計(jì)教學(xué)對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)所具備的正向作用和普適意義缺乏足夠的研討。我曾提出“算法思維就是能清楚能說(shuō)明問(wèn)題解決的方法，能夠?qū)⒁粋€(gè)復(fù)雜的問(wèn)題轉(zhuǎn)化成若干子問(wèn)題并將其進(jìn)一步簡(jiǎn)化，以達(dá)到解決問(wèn)題的目的，這也是科學(xué)和設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一項(xiàng)重要技能”這樣的觀點(diǎn)，以期肯定在中小學(xué)開(kāi)展程序設(shè)計(jì)教學(xué)的必要性，探索符合算法思維培養(yǎng)的教學(xué)形態(tài)，并以此為切入點(diǎn)探尋信息技術(shù)課程的學(xué)科價(jià)值。

信息技術(shù)課程從程序設(shè)計(jì)文化起源，經(jīng)歷了30年的實(shí)踐后，開(kāi)始圍繞以計(jì)算機(jī)為中心的機(jī)械計(jì)算討論教育價(jià)值。這看似回歸計(jì)算機(jī)這一原點(diǎn)，但在認(rèn)識(shí)高度上有本質(zhì)的不同。

程序設(shè)計(jì)文化、算法思維、計(jì)算思維這三者至少在教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、實(shí)現(xiàn)途徑三方面存在不同。程序設(shè)計(jì)文化是以掌握一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言使用方法為基本目標(biāo)，并在此基礎(chǔ)上讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到當(dāng)前計(jì)算機(jī)與程序設(shè)計(jì)的重要性。程序設(shè)計(jì)文化重點(diǎn)在高級(jí)語(yǔ)言及編程技巧上，并通過(guò)大量編程訓(xùn)練來(lái)完成。算法思維是以程序設(shè)計(jì)為載體，讓學(xué)生能清楚地理解問(wèn)題解決的規(guī)則，能夠認(rèn)識(shí)到問(wèn)題的起點(diǎn)、邊界和限定范圍，按部就班地完成任務(wù)或解決問(wèn)題。算法思維盡管涉及程序，但更關(guān)注算法的實(shí)現(xiàn)，強(qiáng)調(diào)的是通過(guò)算法來(lái)理解計(jì)算機(jī)對(duì)預(yù)設(shè)問(wèn)題的解決過(guò)程，并能清楚地分析問(wèn)題解決的優(yōu)劣。至于計(jì)算思維，可以通過(guò)程序設(shè)計(jì)但也不是唯一通過(guò)程序設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)。計(jì)算思維是從機(jī)械計(jì)算的實(shí)現(xiàn)過(guò)程來(lái)理解解決信息處理問(wèn)題的一般方法以及機(jī)械計(jì)算所特有的技巧，并能認(rèn)識(shí)機(jī)械計(jì)算與人腦計(jì)算的優(yōu)劣。

李冬梅：這里分兩點(diǎn)來(lái)回答。第一，關(guān)于計(jì)算思維與算法思維，我認(rèn)為計(jì)算思維包括算法思維，算法思維是計(jì)算思維的一部分。算法思維常常與程序設(shè)計(jì)聯(lián)系在一起。計(jì)算思維則更廣泛，就中小學(xué)信息技術(shù)課程教學(xué)，即使不編寫程序，只運(yùn)用現(xiàn)成的技術(shù)和軟件工具去解決問(wèn)題，也需要計(jì)算思維來(lái)分析問(wèn)題，建立模型，設(shè)計(jì)方法，檢測(cè)結(jié)果，等等。當(dāng)然算法思維是計(jì)算思維的核心內(nèi)容。程序設(shè)計(jì)是最能體現(xiàn)計(jì)算思維的。第二，“會(huì)不會(huì)重新走回原來(lái)枯燥乏味的老路？”首先，我不同意這個(gè)說(shuō)法，怎么能說(shuō)程序設(shè)計(jì)是枯燥乏味的呢？只能說(shuō)一部分教師把程序設(shè)計(jì)教得枯燥乏味。在我的教學(xué)生涯中，程序設(shè)計(jì)課是最受學(xué)生歡迎的課，也是學(xué)生自覺(jué)自愿投入精力最多的課。在我的程序設(shè)計(jì)課上，學(xué)生充分發(fā)揮自己的想象和創(chuàng)造力，利用所學(xué)，設(shè)計(jì)創(chuàng)作出一個(gè)又一個(gè)內(nèi)容豐富、技術(shù)超強(qiáng)的令人驚訝的程序作品。程序設(shè)計(jì)是最能體現(xiàn)信息技術(shù)學(xué)科創(chuàng)新性和實(shí)踐性的內(nèi)容，同時(shí)也是最能突出學(xué)科思維方式的內(nèi)容。關(guān)鍵是要深刻理解其核心價(jià)值，運(yùn)用恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略并體現(xiàn)在教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)評(píng)價(jià)和教學(xué)實(shí)施上。

記者：你們認(rèn)為在中小學(xué)信息技術(shù)課程中應(yīng)該如何培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維呢？是不是開(kāi)設(shè)程序設(shè)計(jì)課程就是培養(yǎng)計(jì)算思維呢？

王榮良：根據(jù)周以真教授的觀點(diǎn)：計(jì)算思維是一種遞歸思維，是一種采用抽象和分解來(lái)解決龐雜的任務(wù)的方法，是一種按照預(yù)防、保護(hù)及通過(guò)冗余、容錯(cuò)、糾錯(cuò)的方式保證系統(tǒng)安全的思維，是一種用啟發(fā)式的推理來(lái)求解的方法，是一種在時(shí)間和空間之間、處理能力和存儲(chǔ)容量之間進(jìn)行權(quán)衡的思維。這些思維和方法不只屬于計(jì)算機(jī)，與日常生活也緊密相關(guān)。超市結(jié)賬付費(fèi)就與多服務(wù)處理器或操作系統(tǒng)的多任務(wù)分配有很大的相似性。在中小學(xué)引入計(jì)算思維并不只是為了培養(yǎng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員，更不會(huì)局限于程序設(shè)計(jì)。同樣，僅通過(guò)開(kāi)設(shè)程序設(shè)計(jì)課程也是很難全面實(shí)施這些思維的訓(xùn)練、方法的學(xué)習(xí)、能力的培養(yǎng)。

計(jì)算思維的本質(zhì)是抽象和自動(dòng)化。計(jì)算思維中的抽象體現(xiàn)在完全使用符號(hào)系統(tǒng)，甚至形式化語(yǔ)言。

計(jì)算思維是一種方法論，滲透于信息技術(shù)課程之中，如內(nèi)存與外存的調(diào)度也有計(jì)算思維的思想。正式引入計(jì)算思維到基礎(chǔ)教育的前提，是需要對(duì)不同學(xué)段如何呈現(xiàn)計(jì)算思維開(kāi)展深入研究。我想說(shuō)的是，計(jì)算思維不僅是體現(xiàn)在課程的具體知識(shí)體系中，還應(yīng)該體現(xiàn)在教學(xué)過(guò)程與方法之中?？赡車L試并進(jìn)一步探索的方法有：①突破傳統(tǒng)知識(shí)傳授，在教學(xué)中開(kāi)展思維訓(xùn)練；②引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言或其他信息處理工具解決實(shí)際問(wèn)題來(lái)學(xué)習(xí)信息技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能；③通過(guò)探究信息技術(shù)處理信息的過(guò)程，體驗(yàn)計(jì)算思維的核心思想。

李冬梅：前面我已經(jīng)談到，用計(jì)算思維來(lái)表述信息技術(shù)學(xué)科思維特點(diǎn)是比較恰當(dāng)?shù)?。真正從學(xué)科價(jià)值、思維方式的角度去規(guī)劃設(shè)計(jì)課程，即使不是程序設(shè)計(jì)課程也同樣能讓學(xué)生經(jīng)歷學(xué)科的思維方式，培養(yǎng)計(jì)算思維。否則，即使開(kāi)設(shè)了程序設(shè)計(jì)課程也達(dá)不到培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的目的。

那么，如何讓學(xué)生在信息技術(shù)學(xué)科學(xué)習(xí)過(guò)程中，經(jīng)歷、體驗(yàn)并逐步建立起學(xué)科獨(dú)特的思維方式呢？顯然，它不是用幾節(jié)課的時(shí)間，專門訓(xùn)練一下就能實(shí)現(xiàn)，需要學(xué)生在一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)期中，通過(guò)每次課的學(xué)習(xí)逐步建立、形成起來(lái)。也就是說(shuō)，在每次課上都要讓學(xué)生經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題、利用學(xué)科思維方式解決問(wèn)題的過(guò)程。這就需要打破現(xiàn)有的以一個(gè)個(gè)知識(shí)點(diǎn)、技能點(diǎn)為主線，按知識(shí)（技能）點(diǎn)將學(xué)習(xí)內(nèi)容分塊的教學(xué)組織方式，打破目前流行的講一點(diǎn)練一點(diǎn)的幾段式課堂教學(xué)模式。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的教學(xué)研究和實(shí)踐，我現(xiàn)在采取的教學(xué)策略如下。

首先，從學(xué)科的特點(diǎn)和深層價(jià)值出發(fā)，按照學(xué)科知識(shí)的內(nèi)在結(jié)構(gòu)重組教學(xué)內(nèi)容，形成具有一定內(nèi)在聯(lián)系的相對(duì)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元。以項(xiàng)目的方式為每個(gè)單元設(shè)計(jì)課堂作業(yè)，每堂課或一個(gè)單元完成一個(gè)項(xiàng)目任務(wù)。

其次，每個(gè)項(xiàng)目任務(wù)的內(nèi)容設(shè)計(jì)為完全開(kāi)放的主題，或者確定一個(gè)大的主題范圍，讓學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)能夠應(yīng)用所學(xué)內(nèi)容解決的信息技術(shù)問(wèn)題，從中選擇出合適的問(wèn)題作為項(xiàng)目主題。然后，綜合應(yīng)用知識(shí)、技能、能力來(lái)分析問(wèn)題，設(shè)計(jì)解決問(wèn)題方案，最終讓計(jì)算機(jī)完成方案，得出結(jié)果。這種開(kāi)放的問(wèn)題設(shè)計(jì)，開(kāi)放的問(wèn)題解決方案，開(kāi)放的結(jié)果也是對(duì)學(xué)生計(jì)算思維的最好的錘煉。當(dāng)學(xué)生的每次信息技術(shù)課都在經(jīng)歷這樣的過(guò)程，他們的學(xué)科思維方式和思維能力就會(huì)逐步建立并強(qiáng)化起來(lái)。

再次，重組信息技術(shù)課堂結(jié)構(gòu)。我主張信息技術(shù)課要一次上兩節(jié)，實(shí)現(xiàn)九十分鐘連排課。開(kāi)放的項(xiàng)目主題為學(xué)生提供了想象創(chuàng)造的空間，與此同時(shí)，還需要為學(xué)生提供實(shí)現(xiàn)想象的充足時(shí)間和良好的環(huán)境。因此，常規(guī)的45分鐘課堂是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須兩節(jié)課連排，學(xué)生才有可能進(jìn)行深層次的思考與實(shí)踐。而且，在連排的課堂上要以教師精講為基礎(chǔ)，以學(xué)生的實(shí)踐作為重點(diǎn)。這樣，把課堂分成兩部分：一部分學(xué)習(xí)新內(nèi)容，精講，約占整個(gè)課堂的三分之一時(shí)間；另一部分完成項(xiàng)目作業(yè)，深層學(xué)習(xí)，約占三分之二時(shí)間。

這樣的教學(xué)方式使學(xué)生在每一次課上都能感受到思維方式上的收獲。有學(xué)生說(shuō)：

“老師給我上的第一節(jié)信息課就給我留下了很深的印象，因?yàn)槔罾蠋煼浅Ｖ匾曃覀兯季S的過(guò)程，讓我們深刻地理解電腦程序的工作原理，而不是只會(huì)使用。這讓我很感動(dòng)。我以后的工作可能需要的不是信息技術(shù)中的一個(gè)個(gè)零碎知識(shí)點(diǎn)，如某個(gè)按鈕的作用之類，而是一種信息技術(shù)這門學(xué)科的思維方式，以及對(duì)于電腦這種現(xiàn)代人離不開(kāi)的工具的深刻理解”。

——北大附中14屆學(xué)生萬(wàn)雅蘭

譚浩強(qiáng)教授在“研究計(jì)算思維，堅(jiān)持面向應(yīng)用”一文中說(shuō)：“計(jì)算思維主要不是靠講課得來(lái)的，而是在學(xué)習(xí)和應(yīng)用計(jì)算機(jī)過(guò)程中培養(yǎng)的。學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用越深入，對(duì)計(jì)算思維的認(rèn)識(shí)就越深刻。”結(jié)合我的教學(xué)實(shí)踐，他這段話有很重要的意義。信息技術(shù)教育具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，如果不給學(xué)生思考和實(shí)踐的時(shí)間與空間，就不能有效地培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。教師要轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，改變教學(xué)方法，圍繞實(shí)踐性這個(gè)學(xué)科特點(diǎn)，讓學(xué)生在解決問(wèn)題中提高計(jì)算思維能力。