創新教學方法 培養計算思維

鄧明琦

摘要：計算思維是信息技術學科的核心素養之一，是學生從計算機科學的視角理解問題與解決問題的思維模式。那么，在信息技術教學中，教師如何培養學生的計算思維呢？筆者以初中信息技術教學為例，針對培養學生計算思維的方法與途徑展開研究與探索，力求以培養學生的計算思維為契機，促進學生核心素養的發展。

關鍵詞：

初中? 信息技術教學? 計算思維

筆者嘗試從“抽象”“簡化”“分類”“分解”“轉化”五個方面入手，針對計算思維培養視域下的初中信息技術教學策略展開研究與探索，希望通過教學理念的轉變和教學方法的優化，促進學生計算思維的發展。

一、抽象——將具體問題抽象為計算機問題

計算思維的本質，就是利用計算機科學來解決問題。因此，在初中信息技術教學中，教師應善于引導學生將遇到的問題抽象為能夠用計算機知識來理解、用計算機手段來解決的問題。這樣一來，經過長期的訓練，學生就會養成從計算機視角觀察問題和處理問題的習慣與能力，從而促進學生計算思維的養成。

例如，教學“制作網站”時，在導入環節，教師通過帶領學生共同瀏覽網站來引入新課。而在學生看來，網站就是文字、圖片、動畫、聲音等元素的集合。那么，學生自己制作網站的時候，如何將看到和想到的具體事物呈現或制作出來呢？這就需要學生具備抽象思維，將具體問題抽象成計算機問題，即將文字、圖片、動畫、聲音等的呈現問題，抽象成Frontpage軟件的操作、站點的建立以及網頁的文字排版、圖片插入、音頻屬性設置、網頁保存等技術性問題。這樣一來，學生在潛移默化中就會養成從計算機科學的視角思考問題和解決問題的習慣，從而培養計算思維。

二、簡化——將復雜問題簡化為數字化問題

化繁為簡，既體現了數學思維的特點，也體現了計算思維的特點。在數學教學中，遇到復雜問題時，教師會引導學生抓住關鍵信息，按照一定的順序或邏輯，將復雜的問題簡單化。在初中信息技術教學中，教師可以參照數學教學的方法，引導學生以“數”為“軸”，將復雜的問題簡化成數字化問題，并利用計算機科學快速求解。這樣一來，教師可以幫助學生提高信息解讀、問題求解與程序設計的效率，從而培養學生的計算思維。

例如，在教學“設計與制作動畫”這一單元時，教師布置了一個帶有故事情節的動畫制作的任務。鑒于任務中涉及的動畫類型和動畫元素較多，且元素之間需要有單線演繹和交互碰撞等情節的設計，為了使學生的制作任務能夠有條不紊地高效、有序進行，教師可以引導學生先確定任務中所需的人物形象及故事情節，再以時間為“軸”，羅列出場的人物和設置故事情節。通過這種方式，教師引導學生將復雜的內容以簡單化的形式呈現，將感性的內容以數字化的形式表達，從而對整個任務流程做到了有效描述，化繁為簡。更重要的是，教師通過這種方式培養了學生的思維能力，促進了學生數學思維和計算思維的同步發展。

三、分類——將模糊問題分類為明晰化問題

在學習“算法的概念”的時候，我們知道了“算法”就是完整而準確地描述解題方案的指令。同時，我們還了解到，面對同樣一個問題，選擇不同的算法，成敗的概率及行為的效率會有很大的差異。這給計算思維培養視域下的初中信息技術教學以啟示：完成任務并不是教學的目的，讓學生高效而準確地完成任務，才是教學的目的。那么，如何培養學生高效而準確地完成任務的能力呢？教師可以引導學生進行分類討論，對原本“這樣可以，那樣也行”的“模糊”的問題進行“明晰化”處理，從而培養學生“對比”與“擇優”的習慣，進而促進學生計算思維的培養。

例如，在學習程序設計的時候，教師可以給學生布置“機器人過馬路”的小組任務，要求學生通過編程來幫助機器人躲避障礙、規劃路線、過馬路。在這一過程中，學生會有多種線路設計方式，這就意味著學生會采取多種程序編寫方法。無論哪種方法，都有可能幫助機器人成功過馬路。但是，這并不符合計算機科學準確和高效的特性。因此，在學生編制程序之前，教師可以要求學生先規劃機器人的行進路線，并對不同路線的空間和時間復雜性進行分類與對比，選出最佳路線。在此基礎上，再共同商討程序設計問題。這樣一來，學生通過分類與對比，將“這樣可以，那樣也行”的“模糊”問題變成了“非這樣不可”的“清晰”問題，不僅提高了解決問題的效率，更促進了計算思維發展。

四、分解——將綜合問題分解為單一性問題

精細化運作與管理，即將綜合性問題分解再分解，分解成最小單位之后，由固定程序進行處理，是計算機科學之所以準確和高效的一個重要“秘訣”，這也是計算思維的一大特點。因此，在初中信息技術教學中，教師應該培養學生將綜合問題分解為單一性問題的習慣與能力，使學生在“分解”的過程中逐漸提高對問題的把控力，進而提高學生觀察、思考和解決問題的效率，使學生能夠借助計算思維的特性來提升自身的思維品質與實踐能力。

例如，在學習算法的時候，教師可以帶領學生玩“猜數字”的游戲：老師在心里默念1—100中的一個數字，讓學生通過提問，猜測這個數字。學生會提出以下問題：這個數字在1和50之間嗎？這個數字是奇數嗎？這個數字是個位數嗎？……事實上，學生不斷提問的過程，就是一個將綜合任務逐漸細化與分解的過程，是提高自身“處理精度”的過程，也是計算思維在不知不覺之中得以運用的過程。可見，在日常教學中，有意識地引導學生將綜合問題進行分解，是培養學生計算思維的有效途徑。

五、轉化——將生活問題轉化為信息化問題

計算思維的應用不僅僅局限于計算機領域，同時，它在人們的日常生活中的應用也十分廣泛。因此，計算思維培養視域下的初中信息技術教學中，教師應該拓寬自身的教學視野，建立課堂教學與生活實踐的聯系，并在這種“聯系”中滲透思維訓練，使學生對生活問題進行信息化“處理”，從而不僅提高學生解決生活問題的能力，也促進學生計算思維的形成與發展。

例如，在給七年級學生講解“走進信息世界”和“管理計算機”等基礎理論知識的時候，教師希望給學生滲透一些專業術語。此時，教師就可以從生活情境入手，將生活中的常見現象與計算機科學中的術語聯系起來，將生活問題轉化為信息化問題：你們每天上學前整理書包的過程，在計算機世界叫什么？（叫“預置”和“緩存”。）而你們在放學路上丟了東西又原路返回去找的行為，在計算機世界被稱為什么呢？（被稱為“回推”）……教師通過這種方式，能夠培養學生將生活問題轉化為信息化問題的能力，并使學生養成運用計算機科學觀察生活現象、解決生活問題的習慣，從而培養學生的計算思維。

綜上所述，培養學生的計算思維，是提高學生信息技術學科核心素養的重要前提。因此，在初中信息技術教學中，教師應該從“抽象”“簡化”“分類”“分解”“轉化”等方面，通過“將具體問題抽象為計算機問題”“將復雜問題簡化為數字化問題”“將模糊問題分類為明晰化問題”“將綜合問題分解為單一性問題”“將生活問題轉化為信息化問題”等途徑，探索培養學生計算思維的方法與途徑，并以此為契機，推進教學改革，促進學生發展。

參考文獻：

[1]余海燕.初中信息技術課堂中計算思維培養研究——以初中“機器人走迷宮”為例[J].中國信息技術教育，2018（6）.

[2]黃華林.基于計算思維培養的初中信息技術教學實踐探究——以《程序的循環結構》為例[J].教育信息技術，2019（12）.

責任編輯：唐丹丹