基于計算思維的高中信息技術選修課程設計與開發(fā)

邵紅祥

浙江省于2012年提出《浙江省深化普通高中課程改革方案》，課改的主要內容之一就是減必修、增選修，拓展學生的知識結構，大力鼓勵教師開發(fā)選修課程。但在選修課程開發(fā)的實踐過程中，信息技術工具論觀點占據了信息技術課程理論的高地，導致信息技術課程越來越趨向于應用化和工具化，將如何操作信息技術工具作為信息技術課程學習的核心。而計算思維的提出給目前的信息技術課程改革帶來了一絲曙光，為改變目前信息技術課程只注重功利性應用的目標而忽略長久思維能力培養(yǎng)的狀況，提供了很好的視角。

● 基于計算思維的課程目標確定

根據泰勒課程理論，在開發(fā)選修課程之前，首先要明確課程目標。縱觀國內外信息技術課程的發(fā)展歷程，都大體經歷了“面向學科知識”“面向學科工具”和“面向學科思維”的課程開發(fā)取向，每種開發(fā)取向也表現出不同的課程特征（如圖1）。

在充滿新奇、變幻乃至復雜的信息環(huán)境中，中小學信息技術課程不應只局限于信息知識的掌握和信息技能的操作，甚至不應停留在解決生活問題上，而是要幫助學生用信息技術學科思維方式理解信息世界，正確認識技術、個人和社會的內在關系，發(fā)揮信息技術的積極因素。面向學生思維發(fā)展的信息技術課程擺脫了“純技術”教育的狹隘觀念，從社會生態(tài)學的視角來理解信息環(huán)境中各要素的關系，讓學生在“學技術”“用技術”的基礎上，應用學科思維解決信息生活中的現實問題。根據目前國內外專家的相關研究，信息技術學科思維的具體落實就是計算思維的培養(yǎng)。

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，她認為計算思維是人們運用計算機科學的思想與方法進行問題求解、系統(tǒng)設計，以及人類行為理解等涵蓋計算機科學廣度的一系列思維活動。它與數學思維、物理思維一樣，屬于對象思維。計算思維常常用抽象與分解的方法來處理復雜的問題或系統(tǒng)，對問題合適的表達或為問題建模都是為了使問題變得更容易解決。它不是只圍繞計算機編程，也不是專屬于計算機科學家的基本技能，而是建立在實踐、工程與抽象等多個層次上的思考的方式方法。在計算機科學迅速發(fā)展和普及的今天，它已成為人類的基本思維方式。周以真教授指出：“計算思維是每個人的基本技能，不僅僅是計算機科學家。我們在培養(yǎng)每個孩子的解析能力時，應當使其不僅掌握閱讀、寫作和算術（Reading Writing and Arithmetic——3R），還要學會計算思維。” 王榮良教授如是說：“學會像計算機科學家一樣思考（計算思維）有可能成為信息技術課程的目標之一。”

將計算思維作為信息技術課程的核心培養(yǎng)目標，即把學習信息技術看成跟學習數學或英語一樣，實現“基礎的回歸”。例如，在明確“算法與程序設計”選修課程的課程目標時，計算思維提出：在一定程度上解決了“算法與程序設計”的學習價值不只是培養(yǎng)程序員，就像數學的學習不僅是培養(yǎng)會計一樣。通過算法和程序設計的學習，學生可以體驗解決問題的過程，規(guī)范設計與工程要求，以及人與計算機共存的思維特征。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——為培養(yǎng)學生的計算思維而進行程序設計教學。

● 基于計算思維的課程內容選取

隨著現代信息技術的迅速發(fā)展，大批操作簡單、使用方便的人性化信息技術產品進入大眾的日常生活，信息技術已超出了技藝的概念水平，不能簡單地看作是與信息相關的機器、設備等這些物的東西。在信息社會，信息已成為一種資源，信息技術是對信息資源利用的知識體系，其目的就是滿足人們利用信息資源實現問題的解決。將信息技術定義為一種技術知識，突破了傳統(tǒng)信息技術是人的信息器官延伸的技術藩籬，在這種認識下，以問題解決為目的，依據信息活動的各個環(huán)節(jié)建立知識體系，揭示技術、人與社會的關系成為信息技術課程的主要內容。

計算思維最本質的內容是抽象與自動化，而這兩個內容恰好反映了計算的根本問題，即什么能被有效地自動進行。為了培養(yǎng)學生的計算思維能力，最為關鍵的是要抓住這兩個核心內容。例如，計算思維是通過約簡、嵌入、轉化和仿真等方法，把一個困難的問題闡釋成如何求解它的思維方法；計算思維把一個復雜的大而難的問題分成很多部分同時處理，這就是并行處理；計算思維是一種遞歸思維，它把一個難以對付的問題分成兩部分處理，如不能求解，再把每部分分成兩部分處理，這就是分而治之的思想；等等。這樣一來，教師在考慮“算法與程序設計”的課程內容時，圍繞計算思維的培養(yǎng)，優(yōu)選“算法與程序設計”的教學內容，讓學生在程序設計過程中貫穿閱讀判斷、分析思考、工具利用、抽象表達、綜合創(chuàng)造等多項技能，有效實現由單純的程序設計語言的學習向計算思維能力培養(yǎng)的轉變。

● 基于計算思維的課程活動設計

計算思維是建立在實踐、工程與抽象等多個層次上思考的方式方法， 是一個明確問題和制定解決方案的思維過程，此解決方案可以表示為能夠被信息處理代理有效執(zhí)行的形式。為此，結合杜威活動課程觀，教師應該在課程活動中設計問題，讓學生去探究以前從來沒有接觸過的問題而使他們的思維到達一個新的境界，使其在解決了這個問題之后，不僅獲得有關該問題的知識、經驗，而且還獲得思維的策略。教師對課程活動的設計需要考慮如下幾個要素：第一，學生要有一個真實的經驗情境，要有一個有趣的連續(xù)的活動；第二，在這個情境內部產生一個真實的問題，作為思維的刺激物；第三，學生要占有知識資料，從事必要的觀察，并解決這個問題；第四，學生必須一步步展開他所想出的解決問題的方法；第五，學生要有機會通過應用來檢驗自身的想法，使這些想法意義明確，并去檢驗是否有效。

心理學家認為，每一個問題都是由三部分構成的，即起點（問題情境的描述）、終點（問題解決后要達到的目標）和改變起點狀態(tài)使之向目標轉化的手段（問題解決的方法或策略）。因此，在設計“算法與程序設計”課程活動時，教師可采用項目式活動形式（如左表）。

在項目解決過程中，教師要盡可能讓學生體驗問題解決的全過程，即如圖2所示的利用算法與程序設計解決問題的過程，從而培養(yǎng)學生運用算法求解策略和高級語言設計程序來解決問題的能力。

為此，在信息技術選修課程的開發(fā)過程中，不僅在課程目標上要實現從掌握計算機知識和技能到計算思維培養(yǎng)的轉變，而且課程形態(tài)、課程內容、活動模式、評價方式等方面都要圍繞計算思維進行設計與改進。正如周以真教授提出的：能夠將一個問題清晰、抽象地描述出來，并將問題的解決方案表示為一個信息處理的流程。