基于計(jì)算思維培養(yǎng)的高中信息技術(shù)課程教學(xué)設(shè)計(jì)研究

潘雪

摘 ?要 信息社會所需要的人才不僅要有充足的實(shí)踐能力，還要有創(chuàng)新精神和良好的思維邏輯。信息技術(shù)課程是培養(yǎng)新時(shí)代人才的重要橋梁，除了基本的技能技巧，教師有必要啟發(fā)學(xué)生對于計(jì)算以及計(jì)算思維的理解。基于此，通過教學(xué)設(shè)計(jì)探索如何在信息技術(shù)課程中進(jìn)行有效的計(jì)算思維的培養(yǎng)與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 計(jì)算思維;高中信息技術(shù)課程;教學(xué)設(shè)計(jì);核心素養(yǎng)

中圖分類號：632.0 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-489X（2021）05-0060-03

0 引言

計(jì)算思維是現(xiàn)代信息社會和計(jì)算機(jī)時(shí)代的新產(chǎn)物。隨著信息化社會的發(fā)展，簡單的信息技術(shù)技能已經(jīng)不能滿足人們生產(chǎn)生活的需要，如何將信息技術(shù)應(yīng)用到日常生活中，成為信息社會的新挑戰(zhàn)。在這種背景下，傳統(tǒng)的信息技術(shù)課程教學(xué)必須要做出改變，教師不僅要注重學(xué)生信息技術(shù)知識與技能的培養(yǎng)，更要強(qiáng)調(diào)學(xué)生思維能力的發(fā)展。在信息技術(shù)課程加速改革的大背景下，信息技術(shù)課程教學(xué)應(yīng)當(dāng)更加關(guān)注學(xué)生對于信息技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用與創(chuàng)新發(fā)展，應(yīng)該更加注重培養(yǎng)學(xué)生有效解決問題的能力和細(xì)化拆分問題的思維邏輯，使學(xué)生可以深度合理地利用計(jì)算思維來分析問題、解決問題，能夠?qū)⑺季S能力和操作技能整合起來，高效解決問題。

1 計(jì)算思維概論

計(jì)算思維這一概念產(chǎn)生于20世紀(jì)，當(dāng)時(shí)的學(xué)者認(rèn)為計(jì)算思維等同于程序思維，關(guān)注的是類似編程的過程。2006年3月，周以真教授將計(jì)算思維定義為：計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動[1]。新課標(biāo)將計(jì)算思維定義為：計(jì)算思維就是運(yùn)用有關(guān)計(jì)算機(jī)的思維方法來尋找問題解決方案的思維活動[2]。國際教育技術(shù)協(xié)會和計(jì)算機(jī)科學(xué)教師協(xié)會指出，計(jì)算思維是一個(gè)解決問題的過程[3]。

隨著信息技術(shù)在社會生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用，計(jì)算思維的概念也逐漸由程序思維、算法思維演變成一種綜合思維方式。李藝教授認(rèn)為，計(jì)算思維源于科學(xué)思想，它以人為中心，描述了人的內(nèi)在品質(zhì)，并認(rèn)為信息技術(shù)是人的核心素養(yǎng)的主體。

綜合上述觀點(diǎn)，本研究認(rèn)為，計(jì)算思維就是把一個(gè)復(fù)雜的問題分解成一個(gè)個(gè)可以解決的簡單問題，以此來簡化計(jì)算過程的一種思維方式。計(jì)算思維不像程序化的機(jī)器那樣簡單地運(yùn)算，它指導(dǎo)人們將一個(gè)個(gè)復(fù)雜的問題進(jìn)行概念化分解，用想象力和創(chuàng)造力不斷地推理化簡，從而解決實(shí)際問題。

2 基于計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)研究

高中信息技術(shù)課程對計(jì)算思維的培養(yǎng) ?《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》的發(fā)布使我國的教育信息化建設(shè)邁向一個(gè)嶄新的階段，在標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)置中也體現(xiàn)了計(jì)算思維的培養(yǎng)。在課程目標(biāo)上，新課標(biāo)的總目標(biāo)中包含了計(jì)算思維的培養(yǎng)，主要體現(xiàn)在為學(xué)習(xí)者提供數(shù)字化的學(xué)習(xí)環(huán)境，引導(dǎo)其運(yùn)用計(jì)算思維來分析問題，尋求問題解決的方案。在信息技術(shù)課程教學(xué)的基本理念中，新課標(biāo)強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，使學(xué)生能夠在問題解決過程中發(fā)展提高信息素養(yǎng)，同時(shí)運(yùn)用計(jì)算思維來設(shè)計(jì)問題解決方案。新課標(biāo)也將計(jì)算思維作為信息技術(shù)學(xué)科四大核心素養(yǎng)之一，同時(shí)在新課標(biāo)的每一個(gè)模塊中都設(shè)置有對計(jì)算思維培養(yǎng)的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)和教學(xué)提示。

由此可見，新課標(biāo)在課程目標(biāo)上、內(nèi)容上都體現(xiàn)了對于計(jì)算思維的培養(yǎng)。相比于2003年的課程標(biāo)準(zhǔn)，新課標(biāo)更加強(qiáng)調(diào)核心素養(yǎng)，不僅使課程的設(shè)置更加高效、靈活，也更注重創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。在這樣的大環(huán)境下，信息技術(shù)課程愈加重視計(jì)算思維與信息技術(shù)的深度融合，培養(yǎng)目標(biāo)也不僅是技能技巧的掌握，更重要的是掌握相應(yīng)的計(jì)算思維能力。

基于計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)原則

1）從問題出發(fā)來設(shè)計(jì)教學(xué)。教學(xué)的目的不應(yīng)只是簡單的知識傳授，而應(yīng)該教會學(xué)生如何學(xué)習(xí)。傳統(tǒng)的教學(xué)將學(xué)生作為被動的接受者，學(xué)生的主體性被忽略，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性不高，教學(xué)效果也不盡如人意。因此，教師要從問題本身出發(fā)來設(shè)計(jì)教學(xué)，讓學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)，學(xué)會對復(fù)雜問題進(jìn)行約簡、轉(zhuǎn)化。同時(shí)，教師要把握學(xué)生已有的認(rèn)知與新的學(xué)習(xí)內(nèi)容之間的矛盾，引導(dǎo)學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)或創(chuàng)設(shè)情境，幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)矛盾，這樣才能使學(xué)習(xí)活動真正高效有益，才能真正讓學(xué)生學(xué)會思考。

2）以培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維為教學(xué)目標(biāo)。在信息技術(shù)課程中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，既是研究目的，也是課程目標(biāo)。教師要把培養(yǎng)計(jì)算思維這一目標(biāo)落實(shí)到教學(xué)實(shí)際中，教學(xué)方法、教學(xué)過程、教學(xué)內(nèi)容等整個(gè)課程教學(xué)設(shè)計(jì)都要圍繞培養(yǎng)計(jì)算思維這一目標(biāo)開展。

3）設(shè)計(jì)多種適合學(xué)生的學(xué)習(xí)方式。教學(xué)設(shè)計(jì)也要考慮學(xué)生的不同的認(rèn)知風(fēng)格和心理特性，提供給學(xué)生他們喜歡的、容易接受的學(xué)習(xí)方式。信息技術(shù)課程的設(shè)計(jì)要由淺入深、循序漸進(jìn)地進(jìn)行，同時(shí)教學(xué)過程要使學(xué)生可以始終保持學(xué)習(xí)的積極性和主動性，幫助學(xué)生在實(shí)際操作過程中學(xué)習(xí)知識、加深理解，同時(shí)學(xué)會信息技術(shù)的應(yīng)用技巧。

基于計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)過程設(shè)計(jì) ?本研究的教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)該重點(diǎn)圍繞計(jì)算思維能力的培養(yǎng)來進(jìn)行，讓學(xué)生體驗(yàn)計(jì)算思維的魅力，培養(yǎng)其運(yùn)用計(jì)算思維來解決復(fù)雜問題的能力。同時(shí)應(yīng)在課程學(xué)習(xí)活動中培養(yǎng)學(xué)生全方位的知識技能，促進(jìn)其全面發(fā)展。對于教師來說，其工作是進(jìn)行必要的課前準(zhǔn)備，設(shè)計(jì)呈現(xiàn)有趣的任務(wù)，為學(xué)生提供必要的指導(dǎo)，同時(shí)掌控學(xué)習(xí)流程。學(xué)生的工作是做好課前預(yù)習(xí)，明確自己的任務(wù)并完成，與同學(xué)進(jìn)行合作互動交流，同時(shí)進(jìn)行反思與自我評價(jià)。

在課前準(zhǔn)備階段，教師應(yīng)該對教材、對學(xué)生進(jìn)行一定的了解，選擇符合學(xué)生認(rèn)知水平的學(xué)習(xí)方式以及合理的教學(xué)策略，通過對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的引導(dǎo)，促使其對問題進(jìn)行分解，以及思考理解抽象知識，設(shè)置相應(yīng)的小組任務(wù)，培養(yǎng)協(xié)作、溝通能力。

在設(shè)計(jì)任務(wù)和呈現(xiàn)任務(wù)階段，教學(xué)任務(wù)的設(shè)計(jì)要貼近學(xué)生的生活實(shí)際，能夠引起學(xué)生探究的興趣。設(shè)計(jì)的任務(wù)要符合學(xué)生的認(rèn)知水平，使學(xué)生能夠?qū)W(xué)習(xí)任務(wù)作出準(zhǔn)確的理解和判斷，同時(shí)能將復(fù)雜問題進(jìn)行分解，也就是把它約簡、分解成簡單的小部分，對問題進(jìn)行細(xì)化表征。同時(shí)，問題的解決要能夠利用計(jì)算機(jī)及其他輔助工具或軟件進(jìn)行。

在整個(gè)教學(xué)過程中，教師在學(xué)生遇到困難時(shí)進(jìn)行恰到好處的適時(shí)指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生使用遞歸思維等一系列計(jì)算思維的方法，對問題進(jìn)行約簡、嵌入、轉(zhuǎn)化和仿真。同時(shí)，教師要對學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)行及時(shí)的評價(jià)反饋，使其了解自己的學(xué)習(xí)進(jìn)度和不足以進(jìn)行實(shí)時(shí)改進(jìn)，也可以吸取經(jīng)驗(yàn)來優(yōu)化教學(xué)過程。

3 實(shí)施建議

傳統(tǒng)的信息技術(shù)課程多關(guān)注學(xué)生技能技巧的學(xué)習(xí)與培養(yǎng)，而鮮少進(jìn)行學(xué)生思維方式的鍛煉。單一的教學(xué)模式、固定的教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)不能滿足信息技術(shù)多樣性發(fā)展的需要，新時(shí)代的學(xué)生需要著重發(fā)展計(jì)算思維，培養(yǎng)良好的創(chuàng)新精神和批判意識。信息技術(shù)課程是一門開放的、不斷發(fā)展的、具備無限可能性的課程，因此，教師在教學(xué)實(shí)施過程中需要注意下面一些問題。

1）在課程目標(biāo)的設(shè)計(jì)上，教師不應(yīng)將目標(biāo)設(shè)定為僅僅是為了完成學(xué)習(xí)任務(wù)、通過考試等，而應(yīng)該根據(jù)信息技術(shù)課程的發(fā)展需求和專業(yè)特性，教授給學(xué)生生存于信息時(shí)代所必備的知識與技能，使其能夠利用信息技術(shù)課程所特有的計(jì)算思維去思考、去發(fā)現(xiàn)并解決問題。

2）在課堂教學(xué)方面，教師要合理使用教學(xué)策略，吸引學(xué)生的注意力;教學(xué)流程要有彈性，可以根據(jù)實(shí)際課堂效果來進(jìn)行適時(shí)調(diào)整;在任務(wù)的布置上應(yīng)該采用學(xué)生比較感興趣的內(nèi)容，充分發(fā)揮學(xué)生的主體性。同時(shí)，任務(wù)的選取應(yīng)該適合學(xué)生進(jìn)行分解，以此鍛煉學(xué)生的約簡、轉(zhuǎn)化能力。教師要提供適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)幫助，以保持學(xué)生探究的欲望。

3）在學(xué)生課堂表現(xiàn)方面，教師應(yīng)該能使大部分學(xué)生始終能夠積極參與課堂，給予及時(shí)的評價(jià)反饋，讓學(xué)生能夠認(rèn)識到自己的不足，掌握自己的學(xué)習(xí)進(jìn)度。在重點(diǎn)與難點(diǎn)部分，教師應(yīng)該給予恰當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，使學(xué)生始終保持積極性和自信心。

4）在合作探究環(huán)節(jié)，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行交流互動，以指導(dǎo)者的身份參與學(xué)生之間的交流，適時(shí)地給予一定的提示和幫助。教師要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)運(yùn)用計(jì)算思維的相關(guān)方法去解決問題，給學(xué)生留下充分的實(shí)踐練習(xí)時(shí)間，使大部分學(xué)生能夠完成學(xué)習(xí)任務(wù)，增強(qiáng)心理滿足感;同時(shí)要促進(jìn)學(xué)生的小組合作，培養(yǎng)協(xié)作互助的能力。

4 結(jié)語

信息化社會的發(fā)展大大提高了信息技術(shù)課程在學(xué)校中的地位，但是信息技術(shù)課程仍然存在“重技輕能”的現(xiàn)象，單純地學(xué)習(xí)操作技能以通過考試成為信息技術(shù)課程學(xué)習(xí)的主要目的，這與信息技術(shù)課程教學(xué)的初衷相背離。本研究力圖將計(jì)算思維的培養(yǎng)融入課堂教學(xué)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)如何利用計(jì)算思維來解決問題的同時(shí)，轉(zhuǎn)變對信息技術(shù)課程學(xué)習(xí)的認(rèn)識。目前，計(jì)算思維在信息技術(shù)教學(xué)中的相關(guān)研究還比較少，仍處在探索研究階段，本研究也不可避免地存在一些局限，計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)效果難以評估，教學(xué)設(shè)計(jì)還有待完善;在教學(xué)評價(jià)上，對計(jì)算思維培養(yǎng)也沒有標(biāo)準(zhǔn)的評價(jià)體系和評價(jià)指標(biāo)。

針對上述研究局限，本研究希望能有更多專家學(xué)者關(guān)注信息技術(shù)課程中計(jì)算思維的培養(yǎng)研究，以期探索有效的信息技術(shù)課程教學(xué)模式，扭轉(zhuǎn)大眾對信息技術(shù)課程的誤解，提高學(xué)生的計(jì)算思維能力。

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