指向計算思維培養(yǎng)的高中信息技術(shù)教學(xué)模式構(gòu)建
——以“初識數(shù)據(jù)與計算——數(shù)據(jù)的計算”單元為例

李安琪 西安交通大學(xué)蘇州附屬中學(xué)

《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）提出了信息意識、計算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會責(zé)任四大學(xué)科核心素養(yǎng)。其中，計算思維在四大學(xué)科核心素養(yǎng)中起到了統(tǒng)籌和引領(lǐng)的作用。因此，探索有效的計算思維培養(yǎng)方法，是高中信息技術(shù)教學(xué)的迫切需要。所以，筆者嘗試在教學(xué)實踐中通過具體的案例探討面向計算思維培養(yǎng)的高中信息技術(shù)教學(xué)模式，并且在課堂中引入問題解決和創(chuàng)造性思維等活動，旨在促進(jìn)高中生計算思維的整合與運用，培養(yǎng)其跨學(xué)科能力和創(chuàng)新思維能力。

● 思維、整合與運用：高中生計算思維培養(yǎng)的內(nèi)蘊和價值

第一，思維是高中生計算思維培養(yǎng)的核心。新課標(biāo)強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力，其中包括分析、綜合、判斷、創(chuàng)新等能力。通過對信息技術(shù)課程的學(xué)習(xí)和實踐，學(xué)生將學(xué)會運用不同的思維方法來整合和解決問題，提升自己的計算思維品格。

第二，整合是高中生計算思維培養(yǎng)的關(guān)鍵。新課標(biāo)要求學(xué)生能夠跨學(xué)科地整合和運用不同的信息資源，培養(yǎng)綜合應(yīng)用知識的能力。學(xué)生通過整合各種信息技術(shù)原理與工具，將所學(xué)知識和技能進(jìn)行有機的結(jié)合和運用。這樣的綜合能力培養(yǎng)有助于他們堅持自身立場與價值觀，并有效地運用計算思維解決問題。

第三，運用是高中生計算思維培養(yǎng)的最終目標(biāo)。新課標(biāo)要求學(xué)生能夠應(yīng)用信息技術(shù)工具進(jìn)行信息的獲取、處理和表達(dá)。學(xué)生能夠靈活運用各種信息技術(shù)工具，提高自己的信息處理和表達(dá)能力。這樣的運用能力培養(yǎng)將有助于提升學(xué)生的計算思維，使他們能更好地適應(yīng)信息時代的發(fā)展需求。[1]

● 指向計算思維培養(yǎng)的高中信息技術(shù)教學(xué)模式構(gòu)建

面對高校人才選拔和社會就業(yè)格局的變化，必須進(jìn)一步加大對高中生的計算思維培養(yǎng)，這樣有助于他們內(nèi)在潛質(zhì)的激發(fā)和提升其用信息科技解決跨學(xué)科問題的能力。指向計算思維培養(yǎng)的高中信息技術(shù)教學(xué)模式是基于建構(gòu)主義理論和認(rèn)知學(xué)習(xí)理論發(fā)展而來的，它強調(diào)學(xué)生的自主思考與動手操作能力的培養(yǎng)，鼓勵學(xué)生在實踐與發(fā)散思維的過程中形成自己的認(rèn)知，在教學(xué)過程中提倡將解決問題和完成任務(wù)作為教學(xué)準(zhǔn)則。具體的教學(xué)模式如下頁圖1所示。

圖1

該教學(xué)模式以“學(xué)生自助發(fā)散思維解決問題”為導(dǎo)向，分為三個教學(xué)環(huán)節(jié)。首先，巧設(shè)學(xué)習(xí)情境。將信息技術(shù)知識融入到現(xiàn)實生活中，為教師的教學(xué)活動設(shè)計和學(xué)生的自主探究奠定基礎(chǔ)。其次，妙用問題驅(qū)動。高中信息技術(shù)教材的內(nèi)容內(nèi)蘊豐富，知識層次高。這就要求教師要從問題導(dǎo)向出發(fā)，通過問題驅(qū)動學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題；在課堂教學(xué)中教師需要結(jié)合教學(xué)目標(biāo)和學(xué)生的思維認(rèn)知提出問題，引導(dǎo)學(xué)生深度思考，活用思維。[2]最后，活用自主協(xié)作學(xué)習(xí)。學(xué)生在自主探究之后，可以通過小組開展協(xié)作學(xué)習(xí)，通過協(xié)作學(xué)習(xí)，學(xué)生可以習(xí)得學(xué)科知識，并進(jìn)行實踐探究。此外，在協(xié)作學(xué)習(xí)結(jié)束后，可以進(jìn)行成果展示以及評價與反饋總結(jié)活動。

● 指向高中生計算思維培養(yǎng)的教學(xué)實踐

在教學(xué)中，筆者以教科版高中信息技術(shù)必修一第一單元“初識數(shù)據(jù)與計算——數(shù)據(jù)的計算”為例，開展實踐，實現(xiàn)對學(xué)生計算思維的培養(yǎng)。

1.巧設(shè)學(xué)習(xí)情境

筆者以古人解決雞兔同籠問題的故事為背景創(chuàng)設(shè)情境。雞兔同籠問題是一個經(jīng)典的問題，需要人工進(jìn)行復(fù)雜的計算。但是，運用信息技術(shù)可以快速準(zhǔn)確地解決這個問題。首先，通過電子表格展示該問題：假設(shè)有n只雞和m只兔子，每只雞有2只腳，每只兔子有4只腳。雞和兔子的總腳數(shù)為p，總頭數(shù)為q。任務(wù)是找出n和m的值，使p等于一個特定的值，q等于另一個特定的值。之后，學(xué)生就可以利用電子表格的公式和函數(shù)來計算n和m的值。例如，可以使用“反向求解”公式來解決這個問題。這個公式可以在給定總腳數(shù)p和總頭數(shù)q的情況下，計算出雞和兔子的數(shù)量n和m。

通過情境創(chuàng)設(shè)，學(xué)生意識到信息技術(shù)在解決問題中的重要性。他們可以學(xué)到如何使用電子表格來解決問題，如何運用計算思維來分析和解決實際問題。這樣的教學(xué)方式可以幫助學(xué)生更好地掌握信息科技的核心概念和技能，提高他們的信息思維品質(zhì)。

2.妙用問題驅(qū)動

有的放矢的問題能夠活躍學(xué)生的計算思維，也能使學(xué)生對信息技術(shù)知識進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，因此，要想培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，應(yīng)以問題驅(qū)動開展教學(xué)。首先，引入實際生活中的問題，如：“假設(shè)你有一家小店，你想計算每個月的銷售額和利潤，應(yīng)如何進(jìn)行計算并記錄？”這個問題能夠引發(fā)學(xué)生對電子表格和信息計算的思考和探索。其次，引入電子表格，介紹電子表格的基本概念和功能，如單元格、公式和函數(shù)等，讓學(xué)生了解電子表格通過使用公式和函數(shù)可以實現(xiàn)自動計算和數(shù)據(jù)分析的功能。再次，進(jìn)行實踐操作，讓學(xué)生根據(jù)提出的問題，創(chuàng)建一個電子表格來記錄銷售額和利潤。在學(xué)生操作電子表格的過程中，引導(dǎo)學(xué)生思考和討論“如何設(shè)置公式來計算每個月的銷售額和利潤”“如何使用函數(shù)來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的匯總和分析”等問題。通過思考和討論，學(xué)生可以進(jìn)一步理解公式和函數(shù)的價值。最后，進(jìn)行實際應(yīng)用和展示（將電子表格應(yīng)用到實際的銷售數(shù)據(jù)中，通過輸入數(shù)據(jù)和調(diào)整公式，實現(xiàn)對銷售額和利潤的自動計算）以及總結(jié)和評價（讓學(xué)生分享他們的經(jīng)驗和體會，互相學(xué)習(xí)和借鑒[3]）。

問題驅(qū)動能夠讓學(xué)生更加主動地思考和提問，促進(jìn)他們的計算思維和創(chuàng)造性思維的發(fā)展。同時，問題驅(qū)動也能將信息技術(shù)知識與實際生活相結(jié)合，提高學(xué)生的信息素養(yǎng)。

3.活用自主協(xié)作學(xué)習(xí)

將自主學(xué)習(xí)與小組協(xié)作學(xué)習(xí)同頻共振，一方面可以凸顯個性思維發(fā)展，另一方面可以放大集體思維的水平。同樣以雞兔同籠問題為例，筆者引導(dǎo)學(xué)生思考利用計算機編程解決問題的方式，具體教學(xué)設(shè)計如圖2所示。雞兔同籠問題是一個需要用到數(shù)學(xué)和邏輯思維的問題，通過編程可以更加直觀地解決和驗證答案。學(xué)生在自主學(xué)習(xí)階段可以學(xué)習(xí)編程語言的相關(guān)知識，了解編程的基本概念和解題方法，并完成一些簡單的編程練習(xí)，從而掌握編程的基本技能和邏輯推理能力。而通過小組協(xié)作與討論，學(xué)生可以分享個人的學(xué)習(xí)成果和編程經(jīng)驗，討論如何運用編程解決雞兔同籠問題。在小組內(nèi)，學(xué)生運用已學(xué)的編程知識合作編寫代碼，通過邏輯推理和計算解決雞兔同籠問題。在自主協(xié)作學(xué)習(xí)解決雞兔同籠問題后，可以讓每個小組展示他們的編程過程和結(jié)果，通過分享、討論和比較，讓學(xué)生相互學(xué)習(xí)和借鑒。同時，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)他們在解決雞兔同籠問題中所應(yīng)用的編程知識和邏輯思維，并評價小組合作過程中的優(yōu)勢和不足。[4]

圖2

● 結(jié)束語

構(gòu)建指向計算思維培養(yǎng)的高中信息技術(shù)教學(xué)模式，可以有效地激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的意識，培養(yǎng)他們的自主思考和解決問題的能力，最終培養(yǎng)他們的計算思維能力，使得他們能夠適應(yīng)未來智能時代的人才要求。指向計算思維培養(yǎng)的高中信息技術(shù)教學(xué)模式是一種有效的教學(xué)方法，值得在高中信息技術(shù)教學(xué)中廣泛應(yīng)用和推廣。