指向計算思維的高中信息技術(shù)教學(xué)策略研究

曹金梅

摘 要：《迭代與遞歸》是高中信息技術(shù)課程中重要的一章，主要介紹了計算機程序中的兩種重要結(jié)構(gòu)：迭代和遞歸。通過這一章的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠理解并運用這兩種結(jié)構(gòu)，編寫出更復(fù)雜、更有效的程序。然而，如何在高中信息技術(shù)課程中實現(xiàn)學(xué)生計算思維的培養(yǎng)，仍是一個值得研究的問題?；诖?，文章首先闡述了計算思維的概念以及內(nèi)涵，然后提出了指向計算思維的高中信息技術(shù)教學(xué)策略，旨在為高中信息技術(shù)教學(xué)提供一定的參考和借鑒，以更好地培養(yǎng)學(xué)生的計算思維。

關(guān)鍵詞：計算思維；高中；信息技術(shù)

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，計算思維的培養(yǎng)已成為高中信息技術(shù)教育的重要目標(biāo)。計算思維是指運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念和問題解決策略，來理解、設(shè)計和解決問題的能力。在高中信息技術(shù)課程中，引入計算思維的培養(yǎng)，不僅有助于提高學(xué)生的信息技術(shù)能力，而且有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和解決問題的能力，為學(xué)生提供長期學(xué)習(xí)和發(fā)展的動力，使他們能夠在不斷變化的科技環(huán)境中保持適應(yīng)性和創(chuàng)新性。

一、計算思維的概念及特征

（一）計算思維的概念

計算思維是指運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計，以及人類行為理解等涵蓋計算機科學(xué)之廣度的一系列思維活動。這個概念由美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的周以真教授于2006年首次提出。

計算思維是一種具有概念化抽象思維特征的思維方式，它并不是程序化的編程思維。它是一種人的思維，而不是機器的思維，其核心是抽象和自動化。計算思維不僅僅是學(xué)習(xí)編程，更是解決問題的方法論，是一種普遍適用的思維方式。

（二）計算思維的特征

計算思維的特征包括：

1.概念化的抽象思維：計算思維運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解，通過抽象和分解問題，將復(fù)雜問題簡化為可計算的問題。

人性化的思維方式：計算思維不僅是計算機科學(xué)家使用的工具，也是一種所有人都應(yīng)該掌握的思維方式。它不僅適用于計算機科學(xué)，也適用于其他學(xué)科和領(lǐng)域。

2.是思想而非人造品：計算思維是一種思想，一種解決問題的策略，而不是人造的軟件或硬件產(chǎn)品。它是一種解決問題的工具，可以幫助人們更好地理解和解決現(xiàn)實世界中的問題。

3.與數(shù)學(xué)和工程思維互補融合：計算思維與數(shù)學(xué)和工程思維是互補和融合的。數(shù)學(xué)思維提供了形式化、符號化和邏輯化的方法，而工程思維強調(diào)實際可行性和問題解決效率。計算思維則結(jié)合了數(shù)學(xué)和工程思維的優(yōu)勢，既注重形式化證明，又強調(diào)實際問題的解決[1]。

4.面向所有的人和領(lǐng)域：計算思維是每個人都應(yīng)該學(xué)習(xí)和掌握的基本技能，它不僅適用于計算機科學(xué)領(lǐng)域，也適用于其他領(lǐng)域。它是未來社會的通用思維方式，就像閱讀、寫作和算術(shù)一樣重要。

因此，計算思維不僅僅是一種技能或技術(shù)，更是一種可以廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域、幫助人們更好地理解問題、解決問題和創(chuàng)新思維的思維方式。

二、高中信息技術(shù)教學(xué)面臨的困境

（一）問題不夠明確

在教學(xué)過程中，問題的明確性對于學(xué)生的學(xué)習(xí)和思維發(fā)展至關(guān)重要。然而，由于信息技術(shù)領(lǐng)域的抽象性和復(fù)雜性，教師在設(shè)計問題時往往會遇到挑戰(zhàn)，表現(xiàn)為問題陳述模糊、描述不清，或者缺乏具體的情境和背景，導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生困惑和不確定感，打消了學(xué)生對課程內(nèi)容學(xué)習(xí)的積極性。

（二）教學(xué)流程不清晰

教學(xué)流程的不清晰表現(xiàn)為學(xué)習(xí)內(nèi)容之間的邏輯關(guān)系不夠明確，學(xué)生難以理解各個知識點的先后順序和相互關(guān)聯(lián)性，無法形成系統(tǒng)性的知識框架，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生混亂感，甚至錯過重要的關(guān)鍵知識點，影響他們對信息技術(shù)的全面理解和應(yīng)用。

（三）缺乏實踐環(huán)節(jié)

盡管信息技術(shù)是一個實踐性較強的領(lǐng)域，但在一些教學(xué)實踐中，學(xué)生的實際操作機會相對有限。學(xué)生只停留在表面知識的記憶層面，導(dǎo)致學(xué)生在理論知識和實際應(yīng)用之間存在脫節(jié)，無法將抽象的概念轉(zhuǎn)化為實際解決問題的能力，影響了綜合素養(yǎng)的提升。

（四）課堂互動不足

在信息技術(shù)領(lǐng)域，學(xué)生的思維能力和創(chuàng)造力的培養(yǎng)需要通過與他人的討論和交流來實現(xiàn)。但在實際課堂教學(xué)中，缺乏學(xué)生和教師、學(xué)生和學(xué)生間的積極互動，學(xué)生會錯失與同伴和教師深入交流的機會，無法分享觀點、交流想法，也無法從互動中獲得新的思維啟發(fā)。

（五）缺少反饋總結(jié)

缺乏及時反饋和系統(tǒng)總結(jié)會降低學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。學(xué)生難以準(zhǔn)確評估自己的學(xué)習(xí)進(jìn)度和理解程度，在不知不覺中積累下錯誤[2]。同時，教師也難以了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，無法調(diào)整教學(xué)策略，妨礙學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和自我修正能力的培養(yǎng)。

三、指向計算思維的高中信息技術(shù)教學(xué)策略

核心素養(yǎng)在21世紀(jì)已成為每個人都需要具備的關(guān)鍵高級行為能力，它綜合了知識、技能和態(tài)度等多個方面。其中，計算思維作為信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，承載著學(xué)科的本質(zhì)屬性，是一種重要的思維方式。在培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力方面，課堂教學(xué)具有至關(guān)重要的作用[3]。為了達(dá)成知識、技能、態(tài)度和實際問題融合的目標(biāo)，課堂教學(xué)應(yīng)遵循以下方法和步驟。

（一）把握章節(jié)核心知識，明確問題

在信息技術(shù)的學(xué)科體系中，知識是計算思維的基礎(chǔ)，教師需要清晰理解各章節(jié)的核心知識結(jié)構(gòu)，以確保知識的有機銜接。這要求教師將教材內(nèi)容融會貫通，將抽象的概念具體化，將知識與現(xiàn)實生活情境相結(jié)合。對于《迭代與遞歸》這一章節(jié)，教師可以通過實際案例解釋迭代和遞歸的概念和原理。例如，在講解迭代時，可以引導(dǎo)學(xué)生思考如何使用迭代來計算一個數(shù)的階乘。教師可以逐步展示從1到目標(biāo)數(shù)的連續(xù)乘法，強調(diào)每次循環(huán)中的累積效應(yīng)，讓學(xué)生理解迭代的重要思想。對于遞歸，可以以“斐波那契數(shù)列”的問題為例，從最簡單的情況出發(fā)，解釋如何通過遞歸定義和遞歸調(diào)用來實現(xiàn)數(shù)列的生成。教師可以要求學(xué)生詳細(xì)分析斐波那契數(shù)列的生成過程，理解其中的規(guī)律和模式。通過自己手動計算一些項，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)數(shù)列中每一項都是前兩項之和，這一規(guī)律可以抽象為遞推關(guān)系式，形式化問題，學(xué)生能更直觀地理解迭代和遞歸的概念。進(jìn)一步，教師可以與學(xué)生討論兩種方法的優(yōu)缺點以及適用場景。迭代方式通常較為直觀，但可能需要更多的計算資源，特別是對于大規(guī)模的數(shù)列。遞歸方式則較為優(yōu)雅，但可能涉及重復(fù)計算，需要合理設(shè)計終止條件，以避免無限遞歸。通過這樣的討論，學(xué)生可以更深入地理解不同方法的特點，為他們未來的問題解決提供指導(dǎo)。

（二）問題設(shè)計有序推進(jìn)，設(shè)計方案

教師在教學(xué)過程中，需要根據(jù)學(xué)科內(nèi)容設(shè)計問題，然而，有些問題可能相對復(fù)雜，學(xué)生可能難以一步到位地解決。因此，教師需要巧妙地引導(dǎo)學(xué)生，逐步降低問題的難度，讓他們能夠從簡單到復(fù)雜地構(gòu)建思維臺階，尋找思維的最近發(fā)展區(qū)。計算斐波那契數(shù)列的第n項這個問題對學(xué)生來說過于抽象和復(fù)雜，教師應(yīng)該以逐步引導(dǎo)為主，幫助學(xué)生從最基本的概念出發(fā)，逐漸構(gòu)建解決問題的思維路徑。

通過簡單的示例，比如前幾項的數(shù)值，學(xué)生可以對數(shù)列有初步的認(rèn)識。接著，教師可以提出一個具體且相對簡單的問題，讓學(xué)生從基本的迭代方法入手，逐步熟悉解決問題的步驟。隨后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生思考如何推廣到計算第n項的問題。通過這個過程，學(xué)生需要逐步分析問題，考慮數(shù)列的遞推關(guān)系，構(gòu)建解決問題的方法。這一步驟相當(dāng)于將問題從簡單情況推廣到復(fù)雜情況，是思維發(fā)展的重要階段[4]。

在問題設(shè)計的有序推進(jìn)中，教師的引導(dǎo)至關(guān)重要。教師應(yīng)該在學(xué)生的認(rèn)知范圍內(nèi)，逐步拆解問題，讓學(xué)生能夠逐步消化和理解。通過問題的逐步深入，學(xué)生能夠形成解決問題的思維路徑，為設(shè)計方案奠定基礎(chǔ)。當(dāng)學(xué)生逐步理解問題后，他們就可以開始設(shè)計方案。在計算斐波那契數(shù)列的問題中，他們可以基于先前的分析，設(shè)計迭代算法或遞歸算法，并將其轉(zhuǎn)化為實際的代碼。通過這一過程，學(xué)生不僅學(xué)會了解決問題的方法，還培養(yǎng)了將抽象概念具體化的能力。

（三）運用學(xué)科知識技能，實踐解決

在高中信息技術(shù)教學(xué)中，將學(xué)科知識技能與實際問題解決相結(jié)合，是培養(yǎng)計算思維的關(guān)鍵途徑之一。學(xué)科知識是計算思維的重要載體，但僅僅掌握知識并不足以形成真正的計算思維。計算思維的培養(yǎng)需要通過實際問題的解決，促使學(xué)生對知識進(jìn)行重新組織、加工、轉(zhuǎn)化，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和問題解決能力。

例如，在教學(xué)中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生解決一個具體的問題，如計算斐波那契數(shù)列的第n項。在這個實踐活動中，學(xué)生可以運用編程語言，如Python，來實現(xiàn)斐波那契數(shù)列的計算。通過編寫代碼，他們需要運用已學(xué)的知識，將迭代或遞歸的思想轉(zhuǎn)化為實際的算法。在編寫代碼的過程中，學(xué)生需要考慮如何將問題分解為更小的子問題，如何正確地表達(dá)迭代或遞歸的邏輯，以及如何保證代碼的正確性和效率。通過實踐，學(xué)生不僅能夠?qū)⒊橄蟮母拍钷D(zhuǎn)化為具體的代碼，還可以親身體驗迭代和遞歸在解決實際問題中的應(yīng)用。他們可以通過輸入不同的參數(shù)，觀察程序的輸出，理解迭代和遞歸的原理和效果。通過調(diào)試和修改代碼，學(xué)生可以逐步優(yōu)化解決方案，培養(yǎng)解決問題的耐心和技巧。實踐中的問題解決過程也會激發(fā)學(xué)生的興趣和求知欲。隨著問題的復(fù)雜度增加，學(xué)生可能會面臨挑戰(zhàn)和困難，但同時也會體驗到解決問題的成就感。通過實際的實踐活動，學(xué)生將逐步形成計算思維的思維方式，不僅能夠靈活運用所學(xué)的知識，還能夠培養(yǎng)創(chuàng)新和探索的能力。

（四）適度開放對話討論，修訂完善

在高中信息技術(shù)教學(xué)中，適度開放對話討論可以幫助學(xué)生更好地發(fā)展計算思維，特別是在涉及復(fù)雜主題的情況下，開放對話討論，可以引導(dǎo)學(xué)生自主思考、交流和合作，修訂和完善他們的理解和解決方案。

適度開放的對話討論允許學(xué)生在一個相對自由的環(huán)境中表達(dá)他們的想法、疑問和觀點。在探討《迭代與遞歸》的教學(xué)內(nèi)容時，教師可以提出開放性的問題，如“你認(rèn)為迭代和遞歸在哪些實際問題中可以應(yīng)用？”或“迭代和遞歸有什么異同之處？”通過這些問題，學(xué)生可以根據(jù)自己的理解和經(jīng)驗展開討論，深化對這些概念的認(rèn)識。在討論中，學(xué)生可以分享他們的見解和思考過程，相互學(xué)習(xí)和啟發(fā)。一方面，這種交流可以幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己的理解盲點，更好地理解計算思維的核心概念。另一方面，學(xué)生之間的討論也能夠促使他們思考問題的多樣性，拓展自己的思維路徑，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維能力。

在討論過程中，教師的角色是引導(dǎo)者和促進(jìn)者。教師可以鼓勵學(xué)生提出問題，指導(dǎo)他們?nèi)绾芜\用計算思維來分析和解決問題。同時，教師也應(yīng)該尊重學(xué)生的不同觀點，鼓勵他們相互傾聽和尊重，創(chuàng)造一個開放、包容的學(xué)習(xí)環(huán)境。除了在課堂上進(jìn)行開放對話討論，教師還可以借助在線平臺或社交媒體等工具，擴大討論的范圍。學(xué)生可以在線上發(fā)表自己的觀點，與同學(xué)進(jìn)行互動，促進(jìn)更廣泛的思想交流[5]。這種開放式的討論模式有助于學(xué)生在不同時間和空間里深入思考，并不斷完善自己的理解。

（五）積極反饋有效總結(jié)，鞏固知識

通過精準(zhǔn)的反饋和有針對性的總結(jié)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生更深入地理解計算思維的核心概念，培養(yǎng)他們的問題解決能力和邏輯思維能力。不僅能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，還為他們今后的學(xué)習(xí)和發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。

一方面，積極的反饋是學(xué)生學(xué)習(xí)的動力和方向。教師可以通過對學(xué)生的作業(yè)、課堂表現(xiàn)以及參與討論的質(zhì)量進(jìn)行評價，為學(xué)生提供及時的指導(dǎo)和反饋。教師應(yīng)關(guān)注學(xué)生是否正確地應(yīng)用了相應(yīng)的思維方法，是否能夠?qū)⒊橄蟮母拍钷D(zhuǎn)化為具體問題的解決方案。通過明確的反饋，讓學(xué)生了解到自己在學(xué)習(xí)過程中的優(yōu)勢和不足之處，有針對性地進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)。積極的反饋不僅可以鼓勵學(xué)生，還可以幫助他們更好地理解和運用計算思維的核心概念。

另一方面，有效的總結(jié)對于鞏固知識也至關(guān)重要。在教學(xué)結(jié)束后，教師可以對本節(jié)課的核心內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，強調(diào)重要的概念和解決方法。特別是在涉及迭代和遞歸的教學(xué)中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生回顧整個思考過程，從最初的問題分析到最終的解決方案，幫助他們理解思維的邏輯和演進(jìn)過程，將知識內(nèi)化為自己的思維工具。這種總結(jié)不僅有助于學(xué)生將知識牢固記憶，還能夠為今后的應(yīng)用打下堅實基礎(chǔ)。

結(jié)束語

文章以《迭代與遞歸》為例，探討了指向計算思維的高中信息技術(shù)教學(xué)策略。通過深入分析明確問題，有序推進(jìn)設(shè)計方案，實踐解決問題，適度開放對話討論以及積極反饋有效總結(jié)等策略，可以更好地培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力。在高中信息技術(shù)教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力不僅有助于提升他們的信息技術(shù)素養(yǎng)，更能培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維、問題解決能力以及合作精神。然而，也應(yīng)意識到在實際教學(xué)中可能面臨的困難和挑戰(zhàn)，需要不斷探索和優(yōu)化教學(xué)策略，以滿足學(xué)生不斷發(fā)展的需求。通過持續(xù)的努力，能夠為學(xué)生的計算思維能力培養(yǎng)創(chuàng)造更加有利的條件，為他們未來的學(xué)習(xí)和發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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