高中信息技術教學中學生計算思維的培養策略

王宗根

摘 要：近些年來，計算機技術不斷發展，高中信息技術課程的重要性也越來越突出，如何培養學生的計算思維已經成為一線教師熱議的話題。作為新時代的高中生，應當學會運用計算機概念分析問題，站在計算機的角度對問題進行轉化、分類，提高問題解決方案的科學性。在教學中，教師需要創新教學理念，利用程序設計教學活動，培養學生的計算思維，提高學生解決問題的能力。文章分析了計算思維的概念，明確了培養學生計算思維的關鍵點，提出了具體的教學策略。

關鍵詞：高中；信息技術；課堂教學；計算思維；培養策略

在互聯網技術快速發展的背景下，社會對高素質計算機人才的需求量不斷增加，為此，培養學生的計算思維非常重要。高中是信息技術教學的關鍵階段，學生將在高中系統化地學習信息技術，深入理解、應用信息技術，為今后的學習深造奠定堅實基礎。信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任是信息技術學科核心素養的主要內容，其中，計算思維關系到學生的思維發展，是教師應當格外關注的內容。為培養學生的計算思維，教師需要立足新課程標準，在教學中側重引導和啟發，讓學生在實踐活動中獲得計算思維的發展。

一、計算思維的概念分析

計算思維是學生需要掌握的重要素養之一，是利用計算機解決問題的一種思維方式，具有較強的綜合性特征。在應用計算思維解決問題、設計系統、理解概念時，人們需要應用到數學思維、工程思維、科學思維，這充分體現了計算思維的綜合性特征，展示了計算思維與其他學科領域的緊密聯系[1]。另外，計算思維還具有抽象化、自動化的特征，在計算思維的基礎上，人們能夠將問題和相應的解決方案有效對接起來，促進解決策略的執行。在具體操作方面，應用計算思維解決問題首先要對問題的內涵進行明確，然后對數據進行分析，經過抽象、設計算法、評估方案等過程，對問題進行解決[2]。在高中信息技術教學中，教師應當引導學生運用計算機科學的有關知識，理解問題、描述問題，然后設計系統，用科學的方法解決問題。

二、高中信息技術教學培養學生計算思維的獨特價值

（一）發展邏輯思維

在科學思維領域中，邏輯思維和計算思維是并列的關系，二者屬于同一個層次[3]。其中，邏輯思維的思考過程需要借助概念、判斷、推理，完成比較、分析、綜合、抽象、概括等。計算思維的核心是抽象和自動化，應用計算思維解決現實問題首先要將現實問題轉化為計算機中的符號，采用信息化的手段對問題進行表示，這樣才能創建求解模型。在信息技術教學中，培養學生的計算思維有助于學生邏輯思維能力的發展，通過課堂訓練，學生能夠厘清問題之間的邏輯關系，提出科學的問題解決策略。

（二）培養創新思維

計算思維解決問題的思路和現實生活中解決問題的思路有很大差別，培養學生的計算思維有助于提高學生的創新創造能力，使學生更好地適應科技創新的發展步伐，提高對現代信息技術的學習興趣。近些年來，“互聯網+”、大數據、物聯網、云計算得到了快速發展，很多新技術涌現出來，信息化的社會已經到來，計算思維能夠連接計算機科學以及其他各個學科領域，有助于學生創新能力的發展。

（三）提高解決問題的能力

計算思維是幫助學生解決實際問題的思維形式，注重對問題的分解和組合，能夠將復雜的問題分解為簡單的子問題，并運用計算機科學的方式展現出來，因此，培養學生的計算思維能夠有效提高學生解決問題的能力[4]。在學習信息技術時，計算思維能夠讓學生把實際問題轉化為計算機可以處理的問題，學生可以利用計算機以及其他的工具分析問題，提高解決問題的效率[5]。在應用計算思維解決問題時，抽象、分解、推理、模式識別是關鍵要素，在分解問題之后，學生能夠通過算法、建模的方式解決問題。

三、高中信息技術教學中培養學生計算思維的關鍵點

（一）堅持從“做中學”

從“做中學”最早是由美國教育家杜威提出的，針對信息技術教學而言，培養學生的計算思維需要堅持從“做中學”，以提高學生的實踐能力為核心目標，促進學生全面發展[6]。從學習的過程來看，“知”和“行”密切相關，只有學生經過了實踐操作，充分應用所學知識，利用已有的知識進行創新、創造，才能達成學習目的。在高中信息技術教學中，教師培養學生的計算思維需要依靠多樣化的教學活動，為學生設計創新化的教學任務，讓學生在完成任務、參與實踐的過程中驗證假設，獲得計算思維的發展。在具體操作層面，學生需要將復雜的任務轉化為多個簡單任務，設計解決問題的方案，對方案進行優化、調整。從總體上來說，從“做中學”的理論與計算思維的培養觀念是相符的，都注重學生在實踐操作中的學習，有助于學生對知識的內化和應用。

（二）采用情境教學法

情境教學法遵循情境學習理論，在該理論中，知識是個人與社會之間互動的產物，是在特定情境下產生的[7]。在信息技術教學中，教師應當將教學活動融合到一定的物理情境當中，通過真實、有趣、鮮活的情境，調動學生參與學習活動的興趣，全面提高學生學習的主動性，培養學生的創新創造能力[8]。針對信息技術學科，教師不但要讓學生掌握理論知識和相關操作技能，還要融合教學情境，讓學生與外在環境、他人相互作用，完成建構知識的過程，讓學生用信息技術學科的知識解決現實問題，提高學生的自信心和成就感。在具體的教學過程中，教師需要再現生活情境，引導學生結合現實生活問題進行思考，從生活中的衣食住行入手，讓學生結合具體情境開展實踐。另外，教師還可以呈現實物演示情境，鼓勵學生創建計算機模型，促進學生在課堂上開展實踐操作，發揮教學情境在課堂上的作用。

四、高中信息技術教學中培養學生計算思維的教學策略

（一）提出現實問題，啟發學生思考

在高中信息技術教學中，教師需要用生活化的問題來啟發學生思考，讓學生體驗計算機解決問題的過程，認識到計算機在解決問題方面的優勢，體會人工解決問題和計算機解決問題的不同，為學生計算思維的發展奠定基礎。粵教版高一信息技術必修一中有“算法基礎”的相關內容，項目范例為“設計從A市到B市耗時最少的旅行路線方案”。這是一個現實生活中常見的問題，人們要從一個城市去往另一個城市，通常會有不同的交通路線和交通方式，可以選擇飛機、火車、高鐵、客車等交通工具，不同交通工具的速度不同，由于兩個城市可能沒有直達的交通方式，所以需要對不同的交通方式進行組合，例如“火車+高鐵”“客車+高鐵+火車”等，這就需要對交通方式、交通方案進行規劃。在人工解決問題時，學生首先需要明確問題的核心，掌握A市到B市可以選擇的交通工具，確定直達B市的出發地點，梳理每一種交通工具的不同班次。當弄清了所有的條件之后，還需要對每一個班次進行比較，找出行駛時間最少的班次，從而確定出耗時最少的路線。在該情境下，人工解決問題的工作量是巨大的，需要進行計算、比較，整體效率較低。為此，教師可以提問：“如何用計算機設計路線方案？”引導學生進行思考、交流。接下來，教師可以用具體案例來說明計算機解決問題的過程，向學生展示計算機解決問題的具體步驟。在培養學生計算思維的過程中，教師要讓學生認識到計算機能夠用獨特的視角解決生活中的問題，提高學生對信息技術的學習興趣，促進學生全面發展。

（二）引入教學項目，強化學生實踐

培養學生的計算思維需要讓學生在實踐中學習，主動應用計算機科學的有關知識。在高中信息技術教學中，教師可以引入教學項目，將學生劃分為不同的項目小組，讓學生加強實踐，在交流、合作、探索中學習新知識。例如，在學習“算法基礎”的相關內容時，為了讓學生感受計算機解決問題的過程，提高學生的程序設計能力，教師可以引導學生自由結組，每組3～6人，提出開放化的項目，讓學生擁有自由選擇的空間。

項目一：設計A市到B市交通費用最少的方案；

項目二：設計A市到B市耗時最少的方案；

項目三：設計A市到B市路程最短的方案。

以上的項目貼合本章節的知識要點，無論是針對費用提出方案，還是針對交通用時提出方案，都需要經過大量的人工計算，計算機能夠解決這一問題，讓學生在短時間內找到最佳方案。在選擇了項目之后，小組學生需要設計旅行路線，明確設計目的，開展需求分析，選擇設計工具、設計方法以及設計步驟，呈現出最終的設計結果。計算機解決問題需要經過分析問題、設計算法、編寫程序、調試運行程序的過程，結合課本教材，學生可以提出運用大數據挖掘技術中的爬蟲程序獲取交通班次信息，再對數據進行清洗，形成結構化的數據存儲文件，然后設計算法，做出解決問題的詳細方法和步驟，再選擇計算機語言工具，編寫程序，實現算法，最后檢查程序能否按照預先的設想執行。教學項目嚴格遵循課堂教學目標，是學生應當在課堂上完成的具體任務，有助于學生對理論知識的學習，能夠促進學生實踐能力的發展。通過引入具體的項目，學生能夠結合課本當中的所學知識，體驗計算機解決問題的過程，對計算機解決問題的步驟進行總結，獲得計算思維的發展。

（三）布置課后活動，促進知識遷移

計算思維要求學生掌握計算機解決問題的原理，是一種思維活動。因此，這種思維活動不能只在課堂上開展，還要在課下進行延伸。針對高中信息技術教學而言，教師培養學生的計算思維不但要注重課堂教學，還要優化課后活動的設計，引導學生完成知識遷移，使學生的思維更加靈活，促進學生全面發展。

例如，粵教版高一信息技術必修一當中有“程序設計基礎”的相關內容，在這一章節中，學生需要完成的項目是“設計購買物品的最佳方案”，在具體的實踐中，學生需要了解Python程序設計語言，掌握程序的三種控制結構，通過程序設計語言實現簡單算法，體驗程序設計的基本流程。在課堂教學結束后，為提高學生的知識遷移能力，進一步促進學生計算思維的發展，教師可以為學生提出多樣化的項目，引導學生在課后開展合作交流。例如，教師可以提出以下課后實踐習題。

習題1：結合天貓“雙11”滿減的活動，設計購買化妝品的最佳方案；

習題2：結合電信營業廳的活動，設計購買電信服務的最佳方案。

其中，在習題1中，天貓“雙11”有滿減活動，例如，有的商品符合“滿200減50”，還有些商品全場打8折，教師可以提供購買清單，引導學生設計最佳的購買方法，對比哪種優惠更加劃算。此外，學生還可以計算出優惠分攤到各個商品的計算方法，掌握滿減湊單的方法。在習題2中，學生同樣可以運用類似的方法，對營業廳的活動進行分析，電信營業廳推出“星卡”，分為三個等級，每月固定話費由低到高分別是29元、39元、59元，不同的套餐可以領取不同的獎品，29元套餐可以領取10GB通用流量，39元套餐可以領取15GB流量，59元套餐可以領取25GB流量，引導學生對不同套餐的優惠力度進行計算，設計出最佳的購買方案。通過布置課后習題，學生能夠結合教科書當中的內容，認真學習項目范例，優化學習過程，改善學習成果，強化知識遷移，促進計算思維發展。計算思維在現實生活中的應用頻率較高，人們在生活中設計購買方案、實施項目管理、制定出行方案時，都會應用到計算思維。因此，在課外活動的設計中，教師需要結合學生的現實生活，提出更加真實的教學情境，這樣才能引導學生將計算機學科的知識應用到生活中，強化知識的消化和吸收。

結束語

綜上所述，在當前信息化技術廣泛被應用的時代大背景下，學生的計算思維與應用能力也成為其發展的重要因素之一 。所以在高中階段的信息技術教學中，教師需要注重學生計算思維的培養，充分認識到計算思維對學生個人發展的重要作用，從課堂教學實踐出發，精心設計學生活動項目，培養學生的計算思維。在未來的高中信息技術教學中，教師需要為學生創設生活化的教學情境，讓學生在“做中學”，增加學生的實踐機會，引導學生將計算機科學的有關知識應用到生活中。

參考文獻

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