信息技術環境下高中學生計算思維的培育研究

吳旭新

（霞浦縣教師進修學校，福建 霞浦 355100）

一、計算思維培養的教學現狀

對處于人工智能時代的學生來說，掌握計算思維能力，具備一定的信息素養，需要成為問題解決導向的創新型人才。但是受到傳統教學模式的影響，高中階段的信息技術教學注重實際操作，忽視計算思維培養。具體現狀表現為以下幾點：

（一）對于計算思維培養意識不夠

不論是學校、教師還是學生自身對于計算思維重視都不夠，認為信息技術課程耽誤了其他學科的學習，甚至都不了解什么是計算思維能力，掌握了這種能力有什么好處。在教學活動中，缺乏界定問題、抽象特征、建立結構模型和合理組織數據的思維意識，遇到具體問題學生只是憑借經驗、常識和簡單技術手段來解決，不具備解決問題的遷移能力。

（二）計算思維培養缺乏課程體系

信息技術課程學習離不開教材，目前高中學校使用的信息技術課程教材十來年不曾更換，已經和當下的創新型人才培養目標相脫離。信息技術教學中，編程是培養學生運用計算機進行科學思維的良好途徑，但在基礎教育階段通常是選修課，存在重視程度不高，課時少，對學生成長幫助不大，“算法與程序設計”選修課程本身比較抽象枯燥，學生在學習過程中興趣往往無法激發，有時甚至會產生厭學心理。

（三）信息技術課程教學模式缺乏創新

計算思維是運用計算機的處理方法解決生活中的問題，但是很多高中教師的信息技術課堂教學模式仍然比較傳統單一，還在教授學生WORD、EXCEL等傳統的計算機應用軟件，這些知識技能已經完全不能滿足當下工作生活的需要。在算法的教學中常?！熬皖}論題”，側重簡單數學公式的計算，狹隘地介紹解決某一個具體流程和代碼編寫，對無序而又復雜且需要邏輯推演和程序仿真的問題觸碰極少，忽視更高層次的“算法思想”的整體構建，學生很難將其遷移。因此，如何發展計算思維，創新信息技術課程的教學模式至關重要。［1］

（四）教師計算思維素養急需提升

教師要具備計算思維教學能力，通過信息技術課程教學來培養學生的計算思維。但是，在教師培訓課程中，還沒有將計算思維素養納入中小學教師培訓項目，針對教師計算思維素養研究也很少。學校具備機器人、人工智能、創客教育素養的人才比較匱乏，難以重視這類課程的學習。

二、設計計算思維的培育模式

在信息活動中，利用計算機方式將難以理解的、龐大的、復雜的問題，分解成一個個計算機可計算的、可自動執行的小問題。學生掌握計算思維能力，能夠有效利用信息社會的數字化工具、豐富媒體和海量資源，實現問題的解決，優化生活、學習、工作?？偟膩碚f，計算思維是人類個體分析解決問題的思維方式，［2］培育學生計算思維能力，一定程度上也培育學生的社會生存能力。

問題驅動教學模式將計算思維培養應用到學生項目學習活動的各個環節中，學生在完成信息活動項目學習的過程中，掌握利用計算機解決現實中的問題，通過豐富多樣的問題任務情境，反復親歷計算思維的全過程。首先，設計問題。教師圍繞學科概念來進行學習任務的設計，以學生原有經驗為出發點，以問題的形式呈現；其次，創設情境。教師借助信息技術進行問題情境創設，學生針對問題情境，仔細分析，在教師提出問題的基礎上，找出問題的本質；最后，解決問題。學生在信息技術手段支持下，查找收集相關信息，通過小組協作主動探究解決問題，相互交流評價。

三、實施有效培育計算思維的方法策略

（一）創設情境分析問題，支撐學生計算思維發展

隨著互聯網迅速發展，科學技術成果日新月異，學生計算思維的培養關鍵還是將計算思維加入到相關的學科教學中，要有適用新時代人才培養的信息技術課程教材。教師利用計算機知識創設問題情境，學生以小組協作方式對問題進行分析。例如通過Flash動畫模擬向日葵的生長過程，體現“黃金分割”在現實生活中的作用，學生體會計算思維的界定問題、抽象化、數字化等要素，利用多媒體課件的形式直觀展示給學生，讓學生體驗利用計算機知識思考問題的過程，實現計算思維的養成訓練，發展學生計算思維能力。［3］

（二）運用信息技術進行實踐探究，落實學生計算思維培養

教師重視學生參與和學習興趣的激發，引導學生利用計算思維解決生活中的實際問題，通過讓學生掌握如何指揮計算機，感受到計算機的優勢，從這種感悟中體會計算思維的價值。例如算法設計，學校舉辦藝術節唱歌比賽，參賽選手得分是評分去掉一個最低分和一個最高分后的平均分，學生用計算思維來描述求解步驟。首先，學生累加求和找出最小值和最大值，用計算思維關注點分析的方法求出平均值；其次，累加求和變量S，最小值存放MIN，最大值存放MAX，最終得分存放DF，用計算思維對相關數據進行抽象；最后，學生畫出算法流程圖構造建模，上機編寫程序代碼調試驗證。學生通過探究解決問題，親身經歷感悟計算思維的魅力，有效落實計算思維，從而激發學生對程序設計的編寫興趣，體現信息技術課程的育人價值。圍繞計算思維的培養進行教學模式的創新，從表面化教學向實質性教學延伸，在學生自主探究過程中提高計算思維能力。［4］

（三）交流評價啟發創作，提高學生計算思維能力

依據思維理論，對于計算思維的培養應該更關注學生思維層面的發展，在評價總結階段，科學合理的進行自評、他評，不僅關注作品，更要關注學生在此過程中計算思維的變化。啟發引導學生再創作，同一個問題具有多種解決算法，做到一題多解，將思維得到進一步的提升。學生逐步開拓自己的思維，大膽地進行創作，作品完成度越來越高，有了前面的成就體驗能夠有信心利用計算思維的系列方法進行分步聚解決，能夠利用關注點分析和分解能力、抽象和轉化能力、算法思維能力、評估和概括能力去解決問題，使得學習算法和程序設計不再是一件無聊和乏味的事情。學生提高概括能力，學會思維的遷移，真正將計算思維的能力內化。

總之，高中信息技術課程教學依據學科的自身發展特征，實現信息技術課程育人價值，挖掘基于學科教學相關的計算思維，全面提升學生的信息素養。通過提升教師的計算思維能力，設計培養學生相關能力的課堂活動，運用支撐計算思維發展的課程體系，將培育計算思維落實到課堂上，融入到日常教學中。開展基于計算思維培養的教學模式實踐，能提高學生的計算思維能力。