高中信息技術課堂進行計算思維培養的思考與實踐

王學紅

自從2003年教育部公布《普通高中技術課程標準（實驗）》以來，已經過去了10多年。高中信息技術新課程所倡導的“提升信息素養”目標導致信息技術課程越來越趨向應用化和工具化。高中信息技術課程教學陷于繁瑣的操作技能訓練之中。計算思維理論為改變目前信息技術課程只注重功利性應用目標而忽略長久思維能力培養的問題，提供了很好的視角。但是如何讓計算思維進入到高中信息技術課堂教學中呢？本文從教學實踐的角度對于如何培養計算思維進行了一些思考。

● 為什么高中信息技術課堂需要計算思維

計算思維的概念最早是由美國卡內基·梅隆大學的周以真教授提出的，她認為：計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計、人類行為理解等的一系列思維活動。周教授認為計算思維應該是每個人都具備的基本技能，而不僅僅屬于計算機科學家。計算思維一經提出就迅速得到全世界學者的認可，得到了迅猛的傳播和發展。在這一背景下，在信息技術課程中培養學生的計算思維就顯得尤為重要。

《普通高中技術課程標準（實驗）》中闡明普通高中信息技術課程的總目標是提升學生的信息素養。但在目前的高中信息技術課堂教學中，教師更加注重的是培養學生的信息技術操作能力和信息處理的方法。“信息素養”強調使用計算機中有關工具的能力，“計算思維”則更注重如何能像計算機科學家一樣思考問題。計算思維有助于培養學生的創新思維，讓學生運用創造性思維去思考問題。因此，從學生的長遠發展來看，僅僅教會學生的操作技能是遠遠不夠的，培養學生具有利用計算機解決問題的思維能力才能讓學生有更好的發展。

國際上關于計算思維的討論，促進了我們國內對于中小學信息技術課程價值的討論。計算思維的討論促進了人們從學生信息素養的培養轉向對信息技術工具本身的關注，反思信息技術課程，重視信息技術教育。以往人們僅僅將信息技術課程作為一門工具性學科，看成是學會操作Word和PowerPoint等軟件的培訓班。信息技術課程出現“只見技術不見人”的誤區。要改變這種狀況，就要將計算思維作為信息技術課程的核心培養目標，把學習信息技術看成學習數學或英語一樣，實現“基礎的回歸”。信息技術教師需要重新審視飛速發展的計算機技術、網絡技術和多媒體技術，挖掘其相對穩定的教育價值。

計算思維的討論同樣促進了中小學現有的程序設計教學改革，重新探討了算法與程序設計在信息技術課程中的地位與作用，優選“算法與程序設計”的教學內容，改善“算法與程序設計”的教學方法，促進算法思維在信息技術課程中以適當的形式呈現。一直以來，人們都在質疑程序設計的內容在信息技術課程的地位和作用。從最初的程序設計文化論批判開始，人們逐漸轉向了實用主義取向信息技術課程。計算思維為程序設計教學提供了理論支持以及教學目標指向——為了培養學生的計算思維而進行程序設計教學。

● 高中計算思維教學目標

“授之以魚，不如授之以漁”，教學中教師在引導學生完成既定任務的同時，也要讓學生明白任務背后的原理和內在思維，培養學生對知識的轉化和應用能力。在高中信息技術課程中實施計算思維教育時，教師首先需要明確計算思維的教學目標。因為教學目標是教學的核心和靈魂，圍繞著教學目標，才能順利開展教學活動和評價。

目前關于計算思維的種類及層次有許多分類方法。麻省理工學院Scratch研究小組提出了計算思維的三層架構：計算概念（Computational Concepts）、計算實踐（Computational Practices）和計算觀念（Computational Perspectives）。計算概念就是設計者在編程時所使用的概念，包括順序、循環、并行、事件、條件、運算符、數據。計算實踐是設計者在編程中所發展的實踐，包括迭代增量式開發、測試和調試、再利用和再創作、抽象和模塊化。計算觀念是設計者形成的有關他們身邊世界和他們自己的觀念，包括表達、聯系、質疑。普通高中的教學目標一般分為三個維度：知識與技能目標、過程與方法目標、情感態度與價值觀目標。麻省理工學院對計算思維的定義中的三個層次的關鍵詞：計算概念、計算實踐、計算觀念，與我國普通高中的三維教學目標有異曲同工之妙，計算概念對應知識與技能目標，計算實踐對應過程與方法目標，計算觀念對應情感態度與價值觀目標。

從認識到方法再到能力的過程不是一蹴而就的，這是一個循序漸進的過程，還需要具有針對性的課堂教學加以協助。計算思維的三個目標是層層遞進，不可分割的。教師要以幫助學生提高利用信息技術解決實際問題的能力為最終目標。在掌握信息技術軟件操作技能的同時，善于運用信息技術解決問題，并能在問題解決的過程中培養創造性思維。

● 高中計算思維教學方法與實踐案例

1.利用實踐案例“教”計算思維

信息技術課程涉及的很多內容都具有非物理特征，如程序執行、系統調用和內存分配等活動都是隱形的，無法被感知。為了便于學生體會計算機系統及其工作原理，教師需要精心設計各種典型案例并著重講解如何將實際問題轉化成形式化描述的思考過程，加強學生抽象思維和邏輯思維的培養。以計算思維為特征的案例教學要能體現人和計算機協同解決問題的全過程，包括從現實世界抽象模型轉到信息世界，再從信息世界描述數據轉到機器世界，在機器世界執行程序并反饋結果的各個階段。在實踐中，筆者開設了《跟我學VB編程》的選修課，前期的教學主要以講解VB編程的基礎知識，介紹案例為主；學期中段就讓學生自由組成5人小組的項目開發團隊，自主申報開發項目。在前期的案例教學階段，筆者就用到了多個實際案例來啟發學生的創作，如簡單計算器、秒表計時器、QQ聊天工具、數字拼圖游戲等。

2.借助任務實施“學”計算思維

任務驅動是一種建立在建構主義教學理論基礎上的教學法，以培養學生的自學和獨立分析問題、解決問題的能力。任務驅動教學要以培養學生運用計算思維解決實際問題的基本能力為核心，加強對問題求解、設計與實現模型的學習與訓練，改變以往以技能講解學習為主的培養方式。任務是串聯知識點的主線，教學必須通過任務組織內容。因此，任務的設計至關重要。教師需要根據學習主題，創建盡可能真實的學習情境，以選用科學研究和工程技術中的實際問題為最佳，這樣能使學生迅速融入教學情境，明確所學計算思維的用武之地，避免出現學習了一種方法卻不知道應該用來解決哪類問題的尷尬情形。

3.通過各類實驗“練”計算思維

實驗內容側重學生的計算機基本技能的訓練和綜合應用能力的培養，按照基礎實驗、拓展實驗和創新實驗進行分層次教學。學生依據理論教學要求和自身的基礎，選擇必做和選做的實驗。在實驗教學過程中，教師要引導學生分析問題、解決問題，通過對抽象與自動化的強化訓練，使學生形成問題解決的思路。

教學實踐表明，我們所進行的教學實踐為計算思維的培養提供了很好的教學環境。通過團隊合作，自主創作等形式，使學生經歷了一個作品從無到有的過程，能夠更加全面、實際地思考問題、解決問題，讓學生初步具備了計算思維的意識，并能夠利用信息技術去解決生活中的實際問題。但是，在高中信息技術課堂教學中提高學生的計算思維能力，是一個長期的、需要實踐檢驗的課題。我們也必須清楚地認識到，以往的教學模式已經不能適應當今社會的需求。作為教師，應該感受到身上的責任，更加積極主動地思考如何通過課堂教學的轉變來提升學生適應社會的能力，更好地激發學生的內在潛能，為社會的發展貢獻自己的力量。

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