淺議基于計算思維學生信息能力的培養

引言：處在信息時代，計算思維和信息能力受到學者的重視，本文通過計算思維與信息能力的分析，用計算思維來設計信息技術的課程達到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、以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動的目的。

面對海量的信息，提高學生的信息能力，是當前教育必須重視的問題；信息能力簡而言之是對各種信息技術的理解和活用能力，即對信息的獲取、理解、分析、加工、處理、創造、傳遞的理解和活用能力，信息能力又對學生的思維方式產生反作用。除信息能力對信息、信息社會、參與信息過程和信息社會的認識和態度層面上的內容，也離不開計算思維。

一、計算思維

在美國計算機權威雜志 ACM 上發表并定義了計算思維（Computational Thinking）的概念，為計算科學的教育規劃了遠景，周教授認為計算思維是：“基于計算機科學的解決問題、設計系統和理解人類行為的能力”。計算機思維特征是注重概念，而不是編程。計算機科學不是計算機編程。像一個計算機科學家思維遠不止是能夠編程。它要求在多個抽象層次上思維。基本技能，不必死記硬背，否則，思維將永遠是死記硬背。計算機一樣思考，有了計算設備，我們就能夠用自己的聰明才智來解決一些在計算機時代之前不敢著手解決的問題，建立的系統的功能也僅僅局限于我們的想象力。計算機科學也天生需要工程思維，因為我們我們要建立的系統要與現實世界交互。底層的計算設備的限制，使得計算機科學家要有計算機思維，而不只是數學思維。當計算機思維融入人們的日常生活中，不再以一種顯式的哲學存在時，它就成了現實。基于計算思維來培養學生的信息能力、提高學生的信息素養是當前計算思維的新課題。基于計算思維來培養學生信息能力，能達到事半功倍的效果。

二、基于計算思維的信息科學的理解

現代社會每個人都必須掌握的基本技能。而死記硬背是很機械的方法。只有當計算機科學解決了人工智能領域的最大挑戰，讓計算機象人一樣思考分析，用人的思維方式發現和分析問題，它在養個意義上是人的，不是計算機的。計算機思維是人解決問題的思維方式，不是試著讓人像計算機去思維。計算機是枯燥無聊的；而人是聰明且具有想象力的。我們人類使得計算機如此激動人心。

完善數學思維和工程思維，并將它們結合起來，這就是計算思維的核心。計算機科學天生就需要數學思維。像所有科學一樣，數學是它的形式化基礎。自由地構建虛擬世界，使我們構建系統時不局限于物理世界。它不只是我們生產的可以出現在任何時候任何地方的軟件和硬件。它將是我們用來解決問題，管理日常生活，和別人溝通和交流的計算機意義上的概念?；谟嬎闼季S對信息技術、信息科學的基本理論和方法的學習，學生應能深入地理解各種信息手段，深入理解各種信息技術的基本原理和具體方法，能主動和靈活的對給定的信息進行的處理，并能對各種信息的活用進行評價和完善。

培養學生創新精神和實踐能力為重點的計算思維教學模式，全面提高學生素質。從一下三方面探索；①理論方面：探索在信息技術課教學中計算思維培養模式的理論框架、基本要素、組織策略。②實踐方面：探索在信息技術課教學中計算思維培養模式的實踐活動體系、各種模式類型的活動程序和具體操作方法。③評價方面：探索在信息技術課教學中計算思維培養教學評價與學習評價，建立激勵學生學習、促進學生“學會學習”和全面發展的評價機制。將探究式教學過程形式化，然后結合探究式教學模式的特點構建了基于 CT 的探究式教學模型（Inquiry Teaching Model based on ComputationalThinking，簡稱HMCT）。ITMCT模型將教學分成教學者活動、學習者活動以及教學過程三個部分，教學者和學習者之間通過一系列的基于CT的探究性教學活動連接起來，不僅可以提高教學效果，而且可以培養學習者的CT能力。最后運用實例驗證了該模型的可行性和高效性。與傳統的教學模式相比較，基于CT的探究式教學模式在培養學習者思維能力的層面上有一定的進步。

基于計算思維對信息科學的理解不是單純理論上的，知識內容上的理解，應能應用計算思維來指導信息活用時，合理地選擇信息手段和信息處理的方法，并能對它們進行有效地評價，用以完善信息活用和信息處理的過程。以信息科學的理解是信息活用的基礎和條件，沒有通過計算思維，不可能實現對信息有效的靈活處理。

三、基于計算思維的信息技術課程的設計

基于計算思維任務驅動式教學模式它所特有的深刻內涵模式的特點構建了基于CT的任務驅動式教學模型（Task-Driven Teaching Model Based on Computational Thinking，簡稱TDTICT）。TDTMCT模型將教學者和學習者之間通過任務連接起來，教學過程以任務為主線，教學者主導，學習者主體。整個過程教學者運用CT方法準備課程、設計任務，學習者根據教學者的引導，運用CT方法完成教學任務。

最后運用實例驗證了該模型的可行性和高效性。與傳統的教學模式相比較，基于.CT的任務驅動式教學模式在培養學習者自我建構知識以及創新思維能力方面有一定的進步，不僅可以提高學習效率，而且可以培養學習者的CT能力。

基于計算思維的任務驅動式教學模式通過計算思維精心設計的一個個任務，通過學生自己動手、動腦、主動解決問題的教學方法，益在培養學生通過觀察、思考發現問題，通過自己動手操作，完成任務，解決問題，獲得分析和解決方法步驟和基于計算機的思維。這樣教給學生的不單單是知識和技能，而且還促進了學生的信息能力。任務驅動式教學和教學案例任務驅動式教學模式是當今信息技術教學中應用較為廣泛的一種教學模式。信息技術教育是使人終生學習的教育，而任務驅動式教學模式正在逐步改變著傳統的以計算思維教為主的教學模式，變為以學生為主體的、以學為主的教學模式。

四、基于計算思維對學生信息能力的培養

在信息社會里，基于計算思維學生信息能力的培養；不僅使學生學會發現問題、分析問題、解決問題的方法。而且學生終身受益。計算思維中，應注重學生信息活用能力的培養，作為活用能力，不僅要注重學生的實際操作能力，更應注重學生對信息活用的評價和完善，在某種意義上，對信息活用是計算思維的重要體現。

計算思維不再是相對穩定的知識經驗，而是不斷更新的信息知識。隨著教育信息化的發展，信息技術與學科課程的整合過程的深入，計算思維的主要任務不僅是教會學生獲取信息和處理信息的本領，要用計算機知識去分析，思考。因此必須重視計算思維在信息能力培養和提高中的作用。基本的信息能力包括信息系統的操作能力、文字處理能力 、信息采集的能力、信息通訊的能力、信息組織與表達的能力、信息加工處理的能力等。現在，信息本身已經不再重要，重要的是如何獲取信息，如何處理信息，這更是必須不斷學習才能獲得的本領。計算思維要使信息能力成為在自己的一生中抓住和利用各種機會，去更新，深化和進一步充實最初獲得的知識，使自己適應不斷變革的世界的新人。

在當前信息環境中，擁有信息時代學習與創新能力的人就應擁有計算思維。 培養受教育者具有適應新時代的學習與創造能力，是衡量教育現代化水平的標志。建設良好的網絡網絡環境培養全面發展的高素質人才。計算思維是解放和調動師生的創造力，提高信息能力為現代教育增添創新優勢。

信息技術是創新最活躍的領域，應用計算思維進行信息技術教育，不僅是學生的認知工具和交際工具，特別是在潛移默化中能激發學生的興趣、增強信息意識和創新意識、有效培養學生對信息的收集、處理、應用和傳輸的能力，培養學生的自學能力和創造能力。應用計算思維進行信息技術教育在其他學科教學中的運用還會從根本上促進教學觀念、教學內容、教學方法以及教學評價手段的變革。計算思維進行信息技術教學中要時刻注意信息技術教學不僅僅是傳授計算機的基礎知識，更不是片面追求學而致用的職業培訓，而是提高信息技術思考問題、解決問題的能力，要培養學生的探索能力、自己發現問題和解決問題的能力，以及創造性思維能力，這才是應用計算思維進行信息技術教育的最終目標。用計算思維進行信息技術教育與學科教學整合是以信息技術為先導，以系統論和教育技術理論為指導，根據學科教學規律而進行的學科教學改革。其宗旨是通過在各學科教學中有效地學習和使用信息技術和計算思維，促進教學內容呈現方式、學生學習方式、能力提高方式的變革，為學生的多樣化學習創造環境，不僅是使信息技術真正成為學生認知、探究和解決問題的工具，更是培養學生的信息能力及利用信息技術能力自主探究、解決問題的能力。

為學生創設一個適當的問題情境課程整合要求通過各種各樣的問題情境來完成教學任務。在教學過程中，計算思維要有意識地開展信息技術與其它學科相聯系的橫向教學，把相關的學科知識和能力要求作為一個整體有機地結合在一起，通過一個或幾個不同學科的學習任務，讓學生在任務中學習。這些任務可以是具體的教學任務，也可以是真實性的問題情境（學科任務包含在其中），使學生置身于提出問題、分析問題、解決問題的動態過程中進行學習。

基于計算思維的信息技術應用到其它學科的中去以整合思想為指導的教學模式需要師生在各學科教與學的環節中學習和應用信息技術，以一種自然的方式對待信息技術，把基于計算思維的信息技術作為獲取信息、探索問題、解決問題的工具。在信息技術課程以及其它學科的教學中，要求學生能夠有效地使用計算思維的信息技術處理信息、表達思想以及解決學習中遇到的實際問題。形成課前收集、儲存信息，課中傳遞、交流信息，課后運用、創造信息。學習資源成了學生的主動獲取的認知對象、獲取知識、應用計算機理念去進行信息交流與傳遞，數據處理及思想表達的學習手段。這樣強化學生的信息意識，培養學生信息處理能力，也為學生的學習和發展提供豐富的教育內容。達到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、以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動的目的。

參考文獻

[1]教育部高等學校計算機基礎課程教學指導委員會.高等學校計算機基礎教學發展戰略研究報告暨計算機基礎課程教學基本要求[M].北京：高等教育出版社，2009.

[2]何欽銘，陸漢權，馮博琴.計算機基礎教學的核心任務是計算思維能力的培養——《九校聯盟（C9）計算機基礎教學發展戰略聯合聲明》解讀[J].《中國大學教學》.2010，09.

[3]陳國良，董榮勝.“計算思維與大學計算機基礎教育”研究報告[EB/0L].

[4]陳國良，董榮勝. 計算思維與大學計算機基礎教育[J].中國大學教學，2011（1）.

[5]Jeannette M. Wing. Computational Thinking[J]. Communications of ACM，2006，49（3）：33-35.

[6]中國計算機科學與技術學科教程[M].北京：清華大學出版社，2002.

（作者單位：隴東學院）

項目

甘肅省教育科學“十二五”規劃項

項目編號：GS[2013]GHB0932