高中信息技術(shù)課程教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的策略

林福興

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，未來社會(huì)對(duì)高中生的要求越發(fā)強(qiáng)調(diào)計(jì)算思維。然而，傳統(tǒng)的信息技術(shù)教學(xué)存在對(duì)計(jì)算思維培養(yǎng)的不足之處。當(dāng)前的信息技術(shù)教學(xué)往往過于注重知識(shí)的傳授，忽視了學(xué)生在解決實(shí)際問題時(shí)所需的計(jì)算思維能力。因此，我們有必要對(duì)高中信息技術(shù)課程的教學(xué)策略進(jìn)行深入研究，以找到更有效的方法來培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，加深學(xué)生對(duì)信息技術(shù)的理解，培養(yǎng)其獨(dú)立分析和解決問題的能力，從而更好地適應(yīng)未來社會(huì)對(duì)技術(shù)人才的要求。基于此，本研究深入研究高中信息技術(shù)課程教學(xué)中如何有針對(duì)性地培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，以更好地滿足未來社會(huì)對(duì)人才技術(shù)能力的需求，為高中信息技術(shù)教育提供有益的經(jīng)驗(yàn)和啟示，為培養(yǎng)具備計(jì)算思維的新一代人才提供理論和實(shí)踐的支持。

一、在高中信息技術(shù)課程中培育計(jì)算思維的現(xiàn)實(shí)意義

（一）培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)分析能力

在高中信息技術(shù)課程中培育計(jì)算思維具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。計(jì)算思維是21世紀(jì)社會(huì)所需的一項(xiàng)核心能力，它強(qiáng)調(diào)問題的分解、模式的識(shí)別以及邏輯推理等技能。

首先，通過信息技術(shù)課程，學(xué)生能夠接觸到編程、算法設(shè)計(jì)等內(nèi)容，從而培養(yǎng)解決問題的能力，提高邏輯思維水平。其次，信息技術(shù)課程有助于提升學(xué)生的數(shù)據(jù)分析能力。在課程中，學(xué)生需要學(xué)習(xí)如何收集、處理和分析數(shù)據(jù)，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)和數(shù)據(jù)科學(xué)的方法解決實(shí)際問題。這不僅有助于學(xué)生更好地理解和應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，還能為未來的學(xué)習(xí)研究和職業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)信息技術(shù)，高中生不再僅是信息的使用者，而是成為信息的創(chuàng)造者和分析者，為未來的學(xué)習(xí)和發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（二）培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力

高中信息技術(shù)課程中培育計(jì)算思維的現(xiàn)實(shí)意義在于為學(xué)生提供了解決實(shí)際問題的能力和方法，使其在未來的學(xué)習(xí)和工作中具備更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。通過學(xué)習(xí)信息技術(shù)知識(shí)，如數(shù)據(jù)庫管理和數(shù)據(jù)處理，學(xué)生能夠掌握有效的數(shù)據(jù)分析工具和方法，更好地應(yīng)對(duì)實(shí)際問題。例如，在學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫管理時(shí)，學(xué)生學(xué)會(huì)了如何設(shè)計(jì)和優(yōu)化數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，能夠有效地管理大量數(shù)據(jù)并進(jìn)行快速的數(shù)據(jù)檢索與分析。同時(shí)，通過學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)處理技術(shù)，如數(shù)據(jù)清洗和轉(zhuǎn)換，學(xué)生能夠處理各種形式的數(shù)據(jù)，從中提取有用信息并進(jìn)行分析。學(xué)習(xí)這些知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生能夠具備分析實(shí)際問題的能力，更準(zhǔn)確地理解問題的本質(zhì)、發(fā)現(xiàn)問題的規(guī)律并提出合理的解決方案。

（三）更好地管理和利用信息資源

計(jì)算思維強(qiáng)調(diào)問題的抽象和分解，這對(duì)高中生處理大量信息具有重要的指導(dǎo)意義。

首先，通過學(xué)習(xí)信息技術(shù)課程，學(xué)生了解到如何利用編程和算法設(shè)計(jì)等技能，更有效地分析和處理復(fù)雜的信息。這種計(jì)算思維使學(xué)生能夠更好地理解信息的結(jié)構(gòu)和關(guān)聯(lián)，提高在信息社會(huì)中處理大量數(shù)據(jù)的能力。其次，高中信息技術(shù)課程有助于學(xué)生更好地管理和利用大量的信息資源。在課程學(xué)習(xí)中，學(xué)生會(huì)學(xué)到信息檢索、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和信息管理等知識(shí)點(diǎn)，能夠有條理地組織和管理各類信息。這對(duì)于高中生在學(xué)習(xí)和日常生活中處理海量信息是至關(guān)重要的，有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和信息利用能力，更好地理解問題本質(zhì)。

（四）掌握編程技能，以滿足未來科技發(fā)展的需求

隨著科技的迅猛發(fā)展，編程已成為一項(xiàng)不可或缺的核心技能，信息技術(shù)課程為學(xué)生提供了學(xué)習(xí)和實(shí)踐編程的機(jī)會(huì)。

首先，在信息技術(shù)課程中，學(xué)生會(huì)學(xué)習(xí)編程語言、算法設(shè)計(jì)以及軟件開發(fā)等關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)，在實(shí)際動(dòng)手編寫代碼中培養(yǎng)問題解決能力、邏輯思維和創(chuàng)造力。這些技能不僅在科技領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，還在各行各業(yè)中展現(xiàn)出越來越重要的地位。其次，高中生掌握編程技能，能夠更好地適應(yīng)未來科技發(fā)展的潮流，為進(jìn)入信息化社會(huì)做好充分準(zhǔn)備。信息技術(shù)課程也涵蓋了計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念，如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法和計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)等。這些知識(shí)不僅有助于學(xué)生理解計(jì)算機(jī)工作原理，更為學(xué)生深入學(xué)習(xí)專業(yè)領(lǐng)域奠定基礎(chǔ)，提高了對(duì)未來科技發(fā)展趨勢(shì)的敏感性和適應(yīng)性。高中信息技術(shù)課程教學(xué)為學(xué)生提供了全面學(xué)習(xí)編程和計(jì)算機(jī)科學(xué)的機(jī)會(huì)，使學(xué)生更好地適應(yīng)未來科技發(fā)展的需求。

二、高中信息技術(shù)課程教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的策略

（一）創(chuàng)新教學(xué)模式，為培養(yǎng)計(jì)算思維做準(zhǔn)備

在高中信息技術(shù)課程中，尤其是在《了解數(shù)值數(shù)據(jù)和文本數(shù)據(jù)的編碼》這一具體的課程中，創(chuàng)新教學(xué)模式對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維至關(guān)重要，其中一種創(chuàng)新的教學(xué)模式是基于問題的學(xué)習(xí)（Problem-Based Learning，PBL）。通過這種模式，教師可以設(shè)定具體的問題，如如何設(shè)計(jì)一個(gè)能夠?qū)?shù)值和文本數(shù)據(jù)進(jìn)行高效編碼的應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生在解決問題的過程中運(yùn)用編碼、解碼等技能，形成計(jì)算機(jī)思維；引入項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式學(xué)習(xí)，將學(xué)生置身于實(shí)際的數(shù)據(jù)編碼和解碼中。教師可以設(shè)計(jì)一個(gè)綜合性的項(xiàng)目，要求學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)能夠處理不同類型數(shù)據(jù)的編碼方案。這種實(shí)踐性強(qiáng)的學(xué)習(xí)模式能夠激發(fā)學(xué)生的興趣，讓學(xué)生親身體驗(yàn)計(jì)算思維在實(shí)際項(xiàng)目中的應(yīng)用，加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。

在培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算機(jī)思維的過程中，強(qiáng)調(diào)問題的分解、模式的識(shí)別和算法的設(shè)計(jì)。在數(shù)據(jù)編碼和解碼中，學(xué)生需要將整個(gè)過程拆解為多個(gè)步驟，如數(shù)據(jù)格式的選擇、編碼規(guī)則的建立等，從而培養(yǎng)問題分解的能力。同時(shí)，學(xué)生需要識(shí)別不同數(shù)據(jù)類型的編碼模式，了解數(shù)據(jù)在傳輸和存儲(chǔ)中的表達(dá)形式。在解決實(shí)際問題時(shí)，算法設(shè)計(jì)也涉及數(shù)據(jù)的解碼算法、錯(cuò)誤糾正算法等方面，能夠培養(yǎng)學(xué)生的算法思維。

教師創(chuàng)新教學(xué)模式，基于問題的學(xué)習(xí)和項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的學(xué)習(xí)將學(xué)生置身于實(shí)際動(dòng)手操作中，有助于培養(yǎng)其計(jì)算思維。這樣的創(chuàng)新教學(xué)模式不僅能夠使學(xué)生更好地理解計(jì)算思維的實(shí)際應(yīng)用，也為學(xué)生未來在信息技術(shù)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)和發(fā)展提供了有力支持。

（二）轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，奠定計(jì)算思維基礎(chǔ)

高中信息技術(shù)課程教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維的策略之一是改變教學(xué)觀念。以《了解程序的基本控制結(jié)構(gòu)》為例。傳統(tǒng)課堂注重理論教學(xué)，而教師引入實(shí)際編程實(shí)踐，可以激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的熱情，讓學(xué)生深入了解程序的基本控制結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)問題解決和創(chuàng)造性思維。這一改變強(qiáng)調(diào)實(shí)踐性教學(xué)，幫助學(xué)生更直觀地理解計(jì)算思維在實(shí)際應(yīng)用中的重要性，為未來信息技術(shù)領(lǐng)域的深入學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。在這種教學(xué)模式下，教師不再僅是知識(shí)的傳遞者，而是引導(dǎo)者和激勵(lì)者，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與并合作。通過實(shí)際的編程操作，學(xué)生能夠深入體驗(yàn)基本控制結(jié)構(gòu)的具體應(yīng)用過程，從而建立直觀的認(rèn)識(shí)。這種以學(xué)生為中心的教學(xué)方法強(qiáng)調(diào)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，鼓勵(lì)自主學(xué)習(xí)和發(fā)現(xiàn)，為培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

問題導(dǎo)向的學(xué)習(xí)能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生在實(shí)踐中更好地理解和應(yīng)用計(jì)算思維，教師應(yīng)注重問題導(dǎo)向，通過解決實(shí)際問題來培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。在程序的基本控制結(jié)構(gòu)中，教師可以設(shè)定具體的編程任務(wù)，如設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的控制流程或完成一個(gè)特定功能的程序。在解決這些實(shí)際問題的過程中，學(xué)生既能熟悉程序的基本控制結(jié)構(gòu)，又能培養(yǎng)分析問題、尋找解決方案的計(jì)算思維能力。

結(jié)合程序的基本控制結(jié)構(gòu)的知識(shí)點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)編程語言中的條件語句、循環(huán)結(jié)構(gòu)等的原理，有助于奠定計(jì)算思維的基礎(chǔ)；深入了解編程操作背后的計(jì)算原理，學(xué)生不僅能夠熟練使用編程語言，還能夠理解其背后的計(jì)算思維過程。這種基礎(chǔ)知識(shí)的教學(xué)不僅使學(xué)生具備解決實(shí)際問題的能力，也為學(xué)生更深入地計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（三）創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維意識(shí)

理論知識(shí)是高中信息技術(shù)課程中培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的關(guān)鍵組成部分，學(xué)生通過學(xué)習(xí)基礎(chǔ)概念、算法原理和技術(shù)規(guī)范，建立起對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)的理解，如深入學(xué)習(xí)路徑規(guī)劃算法如Dijkstra或A*算法，為實(shí)際應(yīng)用打下基礎(chǔ)。同時(shí)，理論知識(shí)的掌握有助于學(xué)生分析問題、設(shè)計(jì)解決方案，形成系統(tǒng)思維，在實(shí)踐中靈活應(yīng)用計(jì)算思維，不斷拓展信息技術(shù)領(lǐng)域的深度和廣度。針對(duì)《解析人臉識(shí)別原理》教學(xué)知識(shí)點(diǎn)，教師可以設(shè)計(jì)一個(gè)具體的教學(xué)情境，如模擬真實(shí)人臉識(shí)別系統(tǒng)的搭建過程。在這個(gè)情境中，學(xué)生需要理解人臉識(shí)別的基本原理并運(yùn)用所學(xué)知識(shí)實(shí)際操作，從數(shù)據(jù)采集、特征提取到最終的識(shí)別過程，全面掌握相關(guān)技能。

在這個(gè)情境下，學(xué)生需要思考問題如何選擇合適的傳感器采集人臉信息、如何利用編程語言進(jìn)行圖像處理，以提取有效的人臉特征等。通過實(shí)際操作，學(xué)生不僅能夠深入理解課程中的抽象概念，還能培養(yǎng)解決實(shí)際問題的能力。這種情境設(shè)計(jì)有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生對(duì)計(jì)算思維的認(rèn)識(shí)，能夠?qū)⒅R(shí)應(yīng)用到實(shí)際情境中，形成計(jì)算思維的意識(shí)。例如，在搭建人臉識(shí)別系統(tǒng)的過程中，學(xué)生需要考慮到不同光照條件下的圖像處理、對(duì)不同人臉特征的準(zhǔn)確提取等問題。通過這樣的實(shí)際案例，學(xué)生既能夠?qū)W到課程中的理論知識(shí)，又能夠培養(yǎng)在解決實(shí)際問題時(shí)所需的計(jì)算思維，如分析問題、設(shè)計(jì)解決方案、調(diào)試程序等。

（四）設(shè)計(jì)小組活動(dòng)，增強(qiáng)學(xué)生計(jì)算思維意識(shí)

學(xué)生在小組中共同解決問題、完成任務(wù)，通過合作與討論加深對(duì)計(jì)算思維的理解，教師可以設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的程序或項(xiàng)目，要求學(xué)生合作設(shè)計(jì)算法、編寫代碼并解決實(shí)際挑戰(zhàn)，增強(qiáng)其計(jì)算思維意識(shí)，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作能力、溝通能力與領(lǐng)導(dǎo)能力，為未來信息技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

以《設(shè)計(jì)智能車循跡系統(tǒng)》為例。在這個(gè)項(xiàng)目中，學(xué)生能夠應(yīng)用課堂學(xué)到的知識(shí)，在小組合作中鍛煉計(jì)算思維。首先，教師可以將學(xué)生劃分成小組，每個(gè)小組負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)智能車的循跡系統(tǒng)。在這個(gè)過程中，學(xué)生需要分析問題、制定解決方案，并將其轉(zhuǎn)化為具體的程序代碼。在設(shè)計(jì)智能車循跡系統(tǒng)的過程中，學(xué)生會(huì)遇到各種挑戰(zhàn)，如傳感器數(shù)據(jù)的處理、算法的優(yōu)化等。

為了提升學(xué)生的計(jì)算思維，教師可以引導(dǎo)學(xué)生在小組內(nèi)進(jìn)行討論和合作，共同解決問題。例如，一個(gè)小組的某個(gè)成員可能擅長(zhǎng)數(shù)據(jù)分析，而另一個(gè)成員可能對(duì)算法設(shè)計(jì)有獨(dú)特見解。通過互相交流和合作，學(xué)生能夠從不同的角度理解問題，培養(yǎng)綜合運(yùn)用計(jì)算思維的能力。此外，教師還可以設(shè)立一定的時(shí)間限制，促使學(xué)生在有限時(shí)間內(nèi)高效地運(yùn)用計(jì)算思維解決問題，培養(yǎng)學(xué)生的時(shí)間管理能力和應(yīng)變能力。

在小組活動(dòng)中，學(xué)生不再是單純地掌握知識(shí)點(diǎn)，而是在實(shí)踐中培養(yǎng)計(jì)算思維的能力，認(rèn)識(shí)到合作的重要性，在團(tuán)隊(duì)中分享、交流思想，提高解決問題的能力。

（五）強(qiáng)化課后實(shí)踐，延伸計(jì)算思維培養(yǎng)路徑

強(qiáng)化課后實(shí)踐是高中信息技術(shù)課程中培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的重要策略，學(xué)生深入實(shí)際問題，應(yīng)用所學(xué)算法和編程知識(shí)，加深對(duì)計(jì)算思維的理解，學(xué)習(xí)路徑規(guī)劃算法后，編寫Python程序?qū)崿F(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單路徑規(guī)劃系統(tǒng)，鞏固理論知識(shí)。這種實(shí)踐不僅能提高學(xué)生的問題解決能力，還促使他們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中靈活運(yùn)用計(jì)算思維，為未來更復(fù)雜的計(jì)算機(jī)科學(xué)挑戰(zhàn)做好準(zhǔn)備。

以《用人工智能實(shí)現(xiàn)路徑規(guī)劃》為例。學(xué)生在課堂上學(xué)習(xí)了路徑規(guī)劃的基本原理和相關(guān)算法，如Dijkstra算法或A*算法。為了進(jìn)一步鞏固學(xué)生的計(jì)算思維，教師可以布置課后實(shí)踐任務(wù)，要求學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的路徑規(guī)劃系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)可以是一個(gè)基于Python編程語言的小型應(yīng)用程序，用于尋找最短路徑或最優(yōu)路徑。在課后實(shí)踐中，學(xué)生能深入理解路徑規(guī)劃算法的具體應(yīng)用，并在實(shí)踐中不斷調(diào)試和優(yōu)化程序，鍛煉學(xué)生的計(jì)算思維能力。例如，學(xué)生需要分析問題、設(shè)計(jì)算法、編寫代碼，并通過測(cè)試來驗(yàn)證程序的正確性和效率。在這個(gè)過程中，學(xué)生會(huì)面臨各種挑戰(zhàn)，如如何處理不同類型的地圖數(shù)據(jù)、如何考慮實(shí)際應(yīng)用中的約束條件等。

通過這樣的課后實(shí)踐，學(xué)生不再停留在理論層面，而是深入實(shí)際應(yīng)用中，將所學(xué)知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)用技能。在設(shè)計(jì)路徑規(guī)劃系統(tǒng)的過程中，學(xué)生會(huì)面對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中的復(fù)雜性和不確定性，如編寫Python代碼，加深對(duì)編程語言的理解，學(xué)會(huì)如何將算法轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行的程序。在調(diào)試和優(yōu)化過程中，學(xué)生不斷思考如何提高程序的效率和性能，無形中形成系統(tǒng)思維和工程思維。此外，學(xué)生還學(xué)會(huì)團(tuán)隊(duì)合作和溝通交流。一個(gè)完整的路徑規(guī)劃系統(tǒng)涉及多個(gè)模塊和功能，能夠使學(xué)生體驗(yàn)到在實(shí)際項(xiàng)目中分工合作的過程，激發(fā)學(xué)生對(duì)信息技術(shù)領(lǐng)域的興趣，產(chǎn)生進(jìn)一步探索和學(xué)習(xí)的動(dòng)力。

三、結(jié)語

在快速發(fā)展的科技時(shí)代，計(jì)算思維的培養(yǎng)成為學(xué)生全面發(fā)展的必備素養(yǎng)。通過強(qiáng)調(diào)問題分析能力、數(shù)據(jù)分析能力的培養(yǎng)、信息資源的管理以及編程技能的掌握，我們致力于提升學(xué)生在面對(duì)復(fù)雜問題時(shí)能夠獨(dú)立思考、分析和解決的能力，引導(dǎo)學(xué)生深入思考，靈活地運(yùn)用所學(xué)知識(shí)。期待這些建議能夠在高中信息技術(shù)教學(xué)中得到廣泛應(yīng)用，促使學(xué)生更全面地發(fā)展計(jì)算思維，為未來科技創(chuàng)新作出積極貢獻(xiàn)。