基于中學(xué)信息技術(shù)課培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算機(jī)思維的實(shí)踐研究

伍自鵬 王燕 黃瑩

摘? ?要：文章從數(shù)據(jù)處理概念產(chǎn)生的歷史背景出發(fā)，分析了有關(guān)研究的現(xiàn)狀和發(fā)展，提出了基于Python語(yǔ)言學(xué)習(xí)的計(jì)算機(jī)相關(guān)問(wèn)題解決模型的高技術(shù)教育計(jì)劃實(shí)施策略，該策略的核心是通過(guò)研究學(xué)生的現(xiàn)實(shí)生活問(wèn)題，培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的計(jì)算機(jī)思維，解決信息技術(shù)教學(xué)工具和碎片化的問(wèn)題，將其他學(xué)科與深化信息技術(shù)相結(jié)合。

關(guān)鍵詞：中學(xué)信息技術(shù);計(jì)算機(jī)思維;培養(yǎng)實(shí)踐

在如今的信息社會(huì)中，學(xué)生的信息技術(shù)知識(shí)，特別是他們思考計(jì)算機(jī)的能力，已經(jīng)成為他們未來(lái)職業(yè)生涯中最重要的先決條件之一。培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的計(jì)算機(jī)思維，以迎接21世紀(jì)信息技術(shù)的挑戰(zhàn)。計(jì)算機(jī)思維的提高是一種長(zhǎng)期的學(xué)習(xí)、實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)積累，一門或多門課程是無(wú)法完成的;而高校信息技術(shù)教學(xué)是系統(tǒng)培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算機(jī)思維、適應(yīng)計(jì)算機(jī)思維的重要途徑之一;高校信息技術(shù)教學(xué)領(lǐng)域的重大變革和教育目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，已成為信息技術(shù)領(lǐng)域研究者和教師的重要課題。

1? ? Python語(yǔ)言特點(diǎn)與教學(xué)價(jià)值

當(dāng)前的信息技術(shù)教育反映了與信息技術(shù)關(guān)鍵概念相關(guān)的理論部分，主要是在課堂或程序設(shè)計(jì)中，以應(yīng)用為重點(diǎn)的內(nèi)容則輔之以特定的軟件工具和實(shí)踐訓(xùn)練。它們之間沒(méi)有緊密的聯(lián)系，但它們構(gòu)成了信息技術(shù)培訓(xùn)計(jì)劃中最重要的部分。這也是信息技術(shù)教育工具化的主要原因之一。多年的信息技術(shù)教學(xué)實(shí)踐表明，信息技術(shù)課程教育與培訓(xùn)的程序化不能被學(xué)生的計(jì)算機(jī)思維訓(xùn)練所取代。Python語(yǔ)言具有語(yǔ)法簡(jiǎn)單、開源、跨平臺(tái)、可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)以及許多強(qiáng)大的應(yīng)用擴(kuò)展帶。它是一種名副其實(shí)的“膠水語(yǔ)言”，在許多領(lǐng)域（如可視化、生物信息學(xué)、大數(shù)據(jù)分析等）都被用作主流應(yīng)用程序的首選開發(fā)語(yǔ)言，特別是在高中使用Python語(yǔ)言。從應(yīng)用程序級(jí)別來(lái)看，Python有大量不同的庫(kù)/框架，使開發(fā)人員能夠用相對(duì)較小的代碼填充令人印象深刻的準(zhǔn)專業(yè)程序。例如，pyGame框架可以用來(lái)編寫2D游戲，GTK庫(kù)可以用來(lái)創(chuàng)建窗口程序，Django框架可以用來(lái)設(shè)計(jì)Web程序，Kivy可以用來(lái)創(chuàng)建Android程序，numpy和Matplotlib可以用于任何科學(xué)數(shù)據(jù)處理，panda和D3庫(kù)都可以用于數(shù)據(jù)可視化，opencv（simplev）可以用來(lái)創(chuàng)建機(jī)器透明度的高級(jí)應(yīng)用程序，scikit可以學(xué)習(xí)開發(fā)專業(yè)的機(jī)器學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，ArcGIS可以用來(lái)構(gòu)建具有大量專業(yè)庫(kù)和支持移動(dòng)設(shè)備的地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）程序，學(xué)生有機(jī)會(huì)利用信息技術(shù)發(fā)現(xiàn)、分析和解決生活和學(xué)習(xí)中的實(shí)際問(wèn)題，這是實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)計(jì)算機(jī)思維目標(biāo)的關(guān)鍵。

2? ? ?中學(xué)信息技術(shù)教學(xué)中存在的問(wèn)題

近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)已逐漸影響社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域。因此，我國(guó)從小學(xué)就開始實(shí)施計(jì)算機(jī)教育，并引入信息技術(shù)學(xué)科來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)思維。在信息技術(shù)專業(yè)教育的背景下，以下幾個(gè)方面逐漸成為一個(gè)新的課題：

（1）當(dāng)前信息技術(shù)專業(yè)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)教育的興趣較低。在沒(méi)有計(jì)算機(jī)思考的情況下，在日常的聽力中，存在一種他們無(wú)法理解的情況。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，存在學(xué)生不感興趣的情況。

（2）由于目前的計(jì)算機(jī)教育還沒(méi)有建立良好的互動(dòng)學(xué)習(xí)方法，教師通常采用“灌輸式”的教學(xué)方法，讓學(xué)生聽。在這種方法的應(yīng)用中，不僅不能保證學(xué)生的主體地位，還不利于學(xué)生計(jì)算機(jī)思維的培養(yǎng)和提升。

（3）學(xué)生的計(jì)算機(jī)思維不好。在計(jì)算機(jī)教育的早期階段，教師忽視了對(duì)學(xué)生進(jìn)行計(jì)算機(jī)思維的培養(yǎng)，學(xué)生沒(méi)有得到計(jì)算機(jī)思維或效果不好。其結(jié)果是學(xué)生在后續(xù)的計(jì)算機(jī)教育中無(wú)法遵循教學(xué)原則，無(wú)法達(dá)到計(jì)算機(jī)教育的目的。

3? ? 中學(xué)信息技術(shù)課培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算機(jī)思維的實(shí)踐方法

3.1? Python重構(gòu)信息技術(shù)教學(xué)

數(shù)據(jù)思維側(cè)重于描述和解決問(wèn)題過(guò)程中的信息處理。從這個(gè)角度看，數(shù)據(jù)思維可以理解為解決信息處理問(wèn)題時(shí)的一種思維方式。編程語(yǔ)言可以看作是描述數(shù)據(jù)處理過(guò)程的形式語(yǔ)言，而程序設(shè)計(jì)是以信息活動(dòng)為基礎(chǔ)的（數(shù)據(jù)處理也是一種推理），程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言/程序設(shè)計(jì)通過(guò)表示/解決信息處理問(wèn)題的功能對(duì)應(yīng)于抽象/邏輯在解決數(shù)學(xué)問(wèn)題中的表示和推理。

3.2? 分層次互動(dòng)學(xué)習(xí)

因?yàn)橛?jì)算機(jī)知識(shí)點(diǎn)是抽象和復(fù)雜的，不同層次的互動(dòng)式學(xué)習(xí)教學(xué)方法對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)有很大的幫助，能促進(jìn)學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)的理解掌握。在分層互動(dòng)教育過(guò)程中，通過(guò)提問(wèn)、對(duì)話等方式使學(xué)生相互交流，確保學(xué)生能夠充分調(diào)動(dòng)他們的計(jì)算機(jī)思維;在互動(dòng)學(xué)習(xí)中，教師也可以根據(jù)不同學(xué)生的不同能力和興趣，建立起不同程度的課前任務(wù)或者課后補(bǔ)習(xí)以滿足學(xué)生的需要。

3.3? 創(chuàng)新教學(xué)手段

在中學(xué)信息技術(shù)背景下，文章提出運(yùn)用創(chuàng)新的教學(xué)方法培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)思維能力。目前，計(jì)算機(jī)教育中經(jīng)常采用傳統(tǒng)的“灌輸式”教學(xué)方法，教師可以更新自己的教學(xué)方法和模式，通過(guò)技術(shù)動(dòng)畫和實(shí)例來(lái)提升學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)教育的興趣，進(jìn)而充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)思維，進(jìn)行培訓(xùn)和升級(jí)。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

早期的實(shí)踐表明，基于Python環(huán)境和計(jì)算機(jī)思維的高等教育信息技術(shù)教育重構(gòu)是必要的，也是可行的。無(wú)論是觀念、實(shí)踐還是資源，存在的主要問(wèn)題是信息領(lǐng)導(dǎo)能力不足、信息技術(shù)教育缺乏普遍重視、信息技術(shù)教師知識(shí)體系需重建、缺乏一個(gè)本地化的中文Python平臺(tái)等，目前還沒(méi)有針對(duì)測(cè)試計(jì)算和信息技術(shù)核心知識(shí)教學(xué)的評(píng)價(jià)體系，這是主要問(wèn)題。計(jì)算機(jī)思維不能代替?zhèn)鹘y(tǒng)思維，也不能代替學(xué)生對(duì)創(chuàng)新思維的整體培養(yǎng)。必須將計(jì)算機(jī)思維納入更廣泛的方法中，如系統(tǒng)思維和設(shè)計(jì)思維;隨著新課程標(biāo)準(zhǔn)的頒布，各種道德修養(yǎng)和核心知識(shí)培訓(xùn)措施的實(shí)施，計(jì)算機(jī)素養(yǎng)和程序設(shè)計(jì)必將超越信息技術(shù)這個(gè)學(xué)科，在教育和培訓(xùn)中發(fā)揮更大的作用。