基于計算思維能力培養的高中信息技術課堂教學探究

朱余芹

摘? ?要：計算思維能力作為新課標明確規定的人才培養目標，值得一線教師結合自身的教學實踐，深入挖掘其思想內涵及實現手段。本研究以“對分查找算法”一課為例，詳述了教學環境中培養學生計算思維能力的探究過程及實施手段，并提出了今后教學工作的幾個努力方向，即，真實問題情境的設計、教學支架的搭建及多種思維形式的綜合運用。

關鍵詞：計算思維;問題求解;最近發展區;教學支架

1? 計算思維的內涵及其作用

《普通高中信息技術課程標準》（2017年版）指出，計算思維是指個體運用計算機科學領域的思想方法，在形成問題解決方案過程中產生的一系列思維活動[ 1 ]。

計算思維能力本質上是人們解決問題過程的一種思維方式。它是人們在信息技術高速發展、數據量急速膨脹的數字化時代，面對篩選和合理利用數據解決現實問題的一種能力體現，是信息社會人類必備的生存技能之一。

計算思維主要可以劃分為如下六個子能力：問題形式化、抽象問題特征、建立結構模型、分析和組織數據、問題解決過程自動化、解決方案系統化[ 2 ]。

下面以“對分查找算法”一課為例，展示筆者在高中信息技術課堂上培養學生計算思維能力的一些探索和實踐。

2? 在高中信息技術課堂中培養計算思維能力的教學設計分析

2.1? 教學目標分析

“對分查找算法”是高一信息技術選修一“算法與程序設計”中第四章“算法與程序實現”第三節的內容。新課標對本節課程的基本目標要求是：能夠從生活實例出發，概述算法的概念與特征，并用恰當的描述方法和控制結構表示簡單的算法;掌握一種程序設計語言的基本知識，使用程序設計語言實現算法。通過問題的解決，體驗程序設計的基本流程，感受算法的效率，掌握程序調試與運行的方法[ 1 ]。

其中，掌握簡單算法的描述方法，需要學生能夠清晰地界定問題、描述問題，將問題從具體復雜的情境中抽取出一般特征，并創造性地提出問題解決的一般方案。能夠使用一門程序設計語言解決問題，則要求學生對程序設計語言有一定程度的掌握，能夠使用結構化的程序表示算法，并通過調試運行程序實現問題解決的自動化。新課標對本章節的目標要求體現了培養學生計算思維能力在課程中的具體落實。

2.2? 基本學情分析

從知識儲備的角度看，學生已經掌握了VB程序設計語言的基本語法知識，能夠使用流程圖等方法描述簡單的算法，掌握了順序、選擇、循環三種基本的程序控制結構。從認知發展水平看，高中生具備一定的邏輯思維能力，能夠對自己的觀點用簡要的事實加以論證，能夠根據已知的事實推導出常識性的結論，這為本章節的學習奠定了基本的認知基礎。

2.3? 教學環節分析

基本的教學設計思路如圖1所示。

3? 高中信息技術課程中培養學生計算思維能力的幾個關鍵點

3.1? 真實問題情境的設計

教師在課堂上應該盡量選取貼近學生日常生活的相關案例，借助學生熟悉的內容來創設教學情境。一方面，學生熟悉的場景更容易激發其學習興趣，更容易使其調用相關的生活經驗去分析情境、界定問題、尋求解答;另一方面，這也加強了學生分析復雜的現實問題，將問題抽象化、進行建模，并運用計算機解決問題的能力，而這一能力正是計算思維能力的具體表現。

以“對分查找算法”一課的猜數字游戲為例。首先，游戲化的案例符合中學生的年齡心理特征，容易激發學生的興趣與關注，提高課堂的參與度;其次，在猜數字的過程中，學生借助相關的生活經驗，會很快發現“猜測中間數，可以很快縮小查找范圍，鎖定目標”，對二分查找算法的基本思想有更加直觀、透徹的領悟。這一認知水平的達成，便于學生下一步對問題的具體分析，并抽象出相關特征。

課堂教學中選取的案例需要貼近學生生活，才能更易于激活學生潛在的思維能力，調取相關經驗，以便更好地界定問題、分析問題。

3.2? 教學支架的搭設

根據維果斯基的最近發展區理論，學生解決問題的實際水平和學生可能達到的發展水平之間存在差異，即，最近發展區。教師在教學中，只有為其搭建教學支架，提供必要的幫助與支持，才能讓學生順利完成教學內容，達成教學目標。

在“對分查找算法”一課中，教師讓學生通過表格的填寫，敘述猜數字的思考過程，明確猜數字過程中所用到的思考和解決問題的方法，即二分查找法。通過學生的親身體驗感受二分查找法的操作過程，在頭腦中形成對二分查找法概念的準確定義，明了其使用的前提條件，為下一步提取二分查找法的基本特征奠定基礎。

通過學案提問的方式，學生可以有效把握使用二分查找法的幾個關鍵環節，即中間值的計算、循環查找終止條件的設置以及確定查找數據的具體范圍，并對關鍵環節概括相關特征，用邏輯表達式進行表述，實現對問題解決過程的初步抽象化、概括化，為下一步創建問題解決模型奠定基礎。

合理搭建教學支架需要教師具備以下的基礎條件：

（1）對學生的基本學情有清晰的把控，明了其知識儲備、認知水平以及其通過探索可能達到的高度，能夠預判學生在探究過程中可能出現的困難。

（2）有深厚的學科專業功底，對教材有深刻的理解，能夠對教材做深入挖掘和靈活處理。

（3）能夠靈活運用合作學習、獨立探究等多種教學方法，以便學生在探究受挫時能夠得到足夠的支撐與幫助，從而促進探究活動的順利開展。

（4）做好教學資源建設，建議盡量使用系統化的、多媒體化的、有難度梯度的多種資源，以便不同認知類型的學生各取所需。

3.3? 聚合思維與發散思維等多種思維形式的綜合運用

相關理論研究表明[ 3 ]，計算思維是多種思維形式共同作用的結果。“對分查找算法”一課中，借助猜數字游戲，學生能夠清晰地用語言描述二分查找算法的計算過程，這個過程中學生運用到了形象思維;而將二分查找算法抽象成計算模型又需要用到抽象思維;采用對分查找解決問題的思維過程可以看作學生不斷聚焦、不斷去粗取精、提取事物的關鍵特征、構筑模型解決問題的過程，這是一種聚合思維的形式;而將學到的方法遷移到其他的應用領域，形成更加廣泛的應用，又需要學生具有發散思維的能力。

因此，計算思維不是具體的某一種思維形式，而是多種思維形式綜合運用形成的高階思維模式。在教學中培養學生的計算思維能力，需要教師準確把握不同學生的思維特點，因材施教。

4? 結束語

計算思維能力是構成中學生信息技術核心素養的關鍵因素，需要教師在課堂中對學生著力培養。唯有如此，才能夠讓學生滿足當今社會的人才需求，成為信息社會的合格公民。同時，我們還應該看到，計算思維能力的培養是一個逐步內化、長期曲折的過程，不可一蹴而就，需要師生持之以恒的努力與付出。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中信息技術課程標準 （2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]任友群，李鋒，王吉慶. 面向核心素養的信息技術課程設計與開發 [J] .課程教材教法，2016，（7）：56-61.

[3]熊煒，孫少艾. 論思維科學[J].南京航空航天大學學報（社會科學版），2018，20（1）：76-80，85.