初中信息科技課程教學中培養學生計算思維能力研究

摘 要：在數字化時代，計算思維能力的重要性愈發凸顯，尤其是在初中信息科技課程中。計算思維能力有助于學生通過分析、分解、建模等方式解決復雜的問題。因此，分析了初中信息科技課程教學中培養學生計算思維能力的意義，探究了初中信息科技課程教學中培養學生計算思維能力的策略，如安排學生進行項目式學習、使用問題導向教學法、組織學生進行協作學習等。

關鍵詞：初中；信息科技課程；計算思維能力

作者簡介：桑淑玲（1976—），女，甘肅省臨洮縣第三中學。

一、初中信息科技課程教學中培養學生計算思維能力的意義

（一）有助于提升學生的邏輯思維能力

計算思維作為一種核心能力，在信息化時代尤為重要，尤其是在初中信息科技課程中，它為學生的學習提供了新的路徑，不僅有助于學生理解信息技術，還深刻影響著學生在解決復雜問題時的邏輯思維。邏輯思維能力的培養，是學生從“知其然”到“知其所以然”的重要轉變。在計算思維的框架下，學生能夠以系統化、層次化的方式去應對問題，將其分解為一系列可解決的小問題，再逐步解決，這種模式化的分析過程，讓他們掌握了理性推理與決策的能力，從而避免了在面對問題時做出片面、盲目和沖動的決策。在信息科技課程中，邏輯思維能力的培養直接體現在編程的過程中。編寫程序本質上就是將一個問題通過嚴謹的邏輯結構逐步推導出解決方案。學生在學習編程語言的同時，會逐步掌握如何分解復雜任務，如何通過設計算法優化解決方案，以及如何根據需求調整邏輯結構。在編寫程序時，學生需要時刻保持對整體與局部的思考能力，既要保證各個模塊的功能獨立性，也要確保整個系統的協同運作，這種自下而上的思維模式提升了學生邏輯的嚴謹性，使他們能夠理解每一個決策的前因后果。例如，在編寫簡單的排序算法時，學生不僅需要考慮如何將一組數據按照規則排序，還要思考如何優化算法的時間復雜度。通過反復的實踐與優化，學生能夠學會找到高效、合理的解決方案，這種訓練無形中增強了他們在日常生活中處理問題的能力，使他們學會在面對復雜情境時從多個角度進行分析，而不是被表象所迷惑。而且信息科技課程中的邏輯思維訓練不局限于編程，它還體現在對算法的設計和驗證過程中。一個成功的算法不僅僅是解決問題的工具，更是一種思維方式的展現——通過合理的推理，找出最佳的解決路徑。算法設計要求學生思維縝密，不能漏掉任何一個步驟，同時要考慮多種可能的解決方法。每一個程序分支、循環條件都需要經過仔細的推敲，這不僅僅是在編寫代碼，更是對學生邏輯思維能力的考驗。計算思維的邏輯性很強，且層次分明，它要求學生在面對問題時，能夠迅速構建出一幅思維導圖，從問題的輸入、處理到輸出，每一步都需要清晰明了。這種思維的層次化不僅幫助學生掌握了信息科技的基本技能，還為他們其他學科的學習提供了重要的思維工具。

（二）促進了跨學科知識的整合

計算思維不局限于信息科技領域，它作為一種全新的思維模式，正在逐步滲透到各個學科的學習與應用中。這種思維方式強調系統性、邏輯性和分解問題的能力，使學生在面對復雜情境時能夠從不同角度思考，靈活運用跨學科知識。這一跨學科整合的特性，使得計算思維不僅是信息科技學科的核心技能，也是培養學生綜合素養的重要工具，通過對不同學科建立聯系，學生得以打破學科之間的壁壘，提升綜合應用能力和創新思維水平［1］。計算思維在數學學科中的應用效果非常顯著，數學本身就是一個高度邏輯化的學科，很多問題需要通過系統分析和推理解決。在信息科技課程中，學生學習的算法設計、數據處理等技能，與數學中的方程求解、函數運算等技能具有高度的契合性。例如，編寫求解方程的算法不僅能幫助學生理解數學解題過程，還能幫助他們掌握如何借助計算機工具進行自動化的推理和運算，拓展思維方式，提升解決數學問題的創新性和靈活性。在具體應用中，學生可以將信息科技中的編程語言與數學知識結合，設計程序來解決復雜的數學問題。比如，學生可以使用Python編寫求解線性方程組的算法，通過邏輯判斷語句和循環結構，使程序自動判斷方程的解是否存在以及如何尋找最佳解。這樣的實踐訓練不僅能讓學生對數學問題有更深刻的理解，還能促使他們將數學中的抽象概念轉化為具體的編程思維，提升他們的邏輯推理能力和解題效率。除此之外，計算思維在物理學科中的應用也十分廣泛。物理中的很多問題同樣依賴于對復雜現象的系統分析和模型化過程。學生借助計算思維，能夠更好地將物理現象抽象為數學模型，并通過編程對這些模型進行模擬與計算。

二、初中信息科技課程教學中培養學生計算思維能力的策略

（一）安排學生進行項目式學習

在信息科技課程中，培養學生的計算思維能力至關重要，而項目式學習作為一種有效的教學策略，能夠將計算思維與實際問題緊密結合，提升學生的綜合實踐能力。項目式學習強調讓學生通過設計和開發實際項目來學習知識和技能，從而使抽象的概念轉化為具體的應用，這種教學方法不僅可以鍛煉學生的編程技能，還能促使他們在解決問題的過程中自然地運用計算思維并深化對計算思維的理解。項目式學習的核心在于學生需要完成一個完整項目，經歷從問題分析、方案設計到實現和測試的各個環節，這一過程使得計算思維在實踐中得到了強化。例如，在教學“計算機的操作系統”時，教師可以安排學生圍繞操作系統的功能進行項目設計，讓學生以小組的形式創建一個簡易的操作系統模型。在項目初期，學生需要分析現有操作系統的特性，了解它們的基本功能，如文件管理、任務調度和用戶界面等，這一過程不僅深化了他們對計算機操作系統的理解，也為后續的方案設計奠定了基礎。在方案設計階段，學生可以將各自的想法匯聚到一起，討論并形成一個完善的項目計劃。通過協作，學生不僅能夠提升溝通能力和團隊合作能力，也能在討論中學習到如何運用計算思維解決問題。在這一過程中，計算思維也得到了發展，學生學會了將復雜的問題分解為更易于處理的小問題，進而逐步找到解決方案。隨著項目的實施，學生可以將所學知識應用于實際操作中，進行程序編寫和系統搭建。在這一過程中，學生的編程技能得到了鍛煉，他們也在不斷試錯和調整中加深了對計算思維的理解。例如，學生在運用文件管理功能時可能會遇到數據存取速度慢的問題，通過分析原因，他們能夠學會利用調試工具進行故障排除，嘗試優化算法。這一過程不僅培養了他們的邏輯思維能力，還增強了他們的創造力與解決問題的能力［2］。項目的最后階段是測試與評估。學生需要對自己設計的操作系統進行功能測試，驗證其是否能順利完成預期任務。在這一環節，教師可以引導學生制定測試標準，進行自我評價與同伴評價。這樣的反饋機制不僅提升了學生的評估能力，還促使他們從多個角度思考項目有待改進之處，抓住進一步學習與提升的契機，增強抗挫折能力。

（二）使用問題導向教學法

問題導向教學法作為一種新的教育方式，能夠極大地促進學生計算思維能力的發展。這種方法的核心在于通過設計一系列真實且具有挑戰性的問題，引導學生自主發現問題并探究相應的解決方案，這不僅能夠提高學生解決問題的能力，還能夠強化他們的邏輯推理、算法設計及程序編寫等核心技能。與傳統的灌輸式教學相比，問題導向教學法注重學生的主動性，通過提出問題激發學生的學習興趣，使學生在實踐中逐步形成并運用計算思維。在實際教學過程中，教師需要根據教學內容和學生的認知水平設計出一系列問題，這些問題應從簡單到復雜，難度逐漸加大。通過這種結構化的問題設置，學生能夠在解決問題的過程中逐漸深入理解計算思維的核心概念。例如，在教授“計算機的安全管理”這一內容時，教師可以先提出一些基礎性的問題，如“什么是計算機病毒？”“計算機安全管理的基本原則是什么？”等。這樣的基礎問題能夠幫助學生對計算機安全管理建立起基本的認識，激發他們的興趣。隨著學生對基礎知識的掌握，教師可以逐步引入更具有挑戰性的問題，如“在企業中，如何有效地防范網絡攻擊？”“針對某一具體案例，企業應該采取何種措施來提升計算機的安全性？”等。這些問題需要學生進行深入的思考和分析，在這一過程中，學生綜合運用邏輯推理、算法設計等多種技能，能夠探索多種解決方案，最終選擇最優方案。在采用問題導向教學法時，教師的角色從知識的傳授者轉變為學生學習的引導者［3］。教師不僅需要設計出富有挑戰性的問題，還要通過引導學生討論、合作與反思來促使他們展開深度學習。在這一過程中，教師可以采用小組討論、案例分析等多種教學策略，鼓勵學生之間相互合作，分享各自的觀點，互相啟發，從而提高整體的學習效果。此外，問題導向教學法還能夠幫助學生建立系統化的思維方式。在信息科技課程中，學生常常需要面對多個相互關聯的子問題，例如，在開發一個多功能的應用程序時，學生需要解決多個模塊相互依賴的問題。通過問題導向教學法，教師可以將這些復雜的模塊問題分解成若干個簡單的問題，并引導學生逐一解決。例如，購物車系統不僅需要進行商品的添加和刪除，還涉及數據庫的存儲和更新，這些操作必須協調一致，才能保證系統正常運行。通過解決這些子問題，學生能夠培養系統化的思維能力，在面對復雜問題時保持清晰的思路。

（三）組織學生進行協作學習

在初中信息科技課程中，組織學生進行協作學習是一種有效的教學策略，不僅可以提升學生的計算思維能力，還能培養他們的團隊合作精神。通過小組合作，學生在面對真實問題時能夠在討論、分工與合作中相互學習，發揮各自的特長，共同尋找解決方案。小組合作學習為學生提供了一個互動平臺，學生可以分享各自的知識和經驗，討論不同的解決方案，這種集體智慧的碰撞，往往能激發出更具有創意的想法。例如，在一個編程項目中，團隊成員各自負責不同的模塊，并被要求設計出相互協調的程序。當一個成員在解決某個編程難題時，其他成員可以提出不同的解決方案，這樣的互動不僅有助于問題的快速解決，還能提高整個團隊的學習效率，讓學生意識到解決同一問題可以有多種不同的方法。協作學習強調任務的分工與合作，在信息科技課程中，教師可以根據項目的復雜度將學生分成小組，并為每個小組設定明確的目標和任務。在這一過程中，學生能夠明確各自的角色，實現分工與合作。例如，在開發一個游戲時，團隊中的一部分學生負責界面設計，另一部分學生則專注于編程邏輯，這樣的分工不僅提高了工作效率，還使得每位學生都能在各自擅長的領域內施展才華，在實踐中體驗到團隊合作的重要性，學會尊重和理解他人的觀點，從而提升溝通和協調能力。同時，在團隊合作的過程中，學生不僅能夠鍛煉計算思維能力，還能學習他人的思考方式和解決方案。每位學生都有自己的思考路徑和方法，通過觀察和討論，學生能夠從同伴的解決方案中獲得啟示，拓展思維，培養綜合應用能力［4］。例如，某一小組使用了獨特的算法或設計思路，其他小組成員在討論后決定學習這種方法，并計劃在未來的項目中進行應用與創新。這種知識的傳遞和共享，不僅促進了個人成長，也提升了整個團隊的能力。此外，協作學習還能夠增強學生的自我效能感。當學生在團隊中成功解決問題時，他們會獲得成就感，這種成功體驗不僅增強了他們的學習信心，也促使他們在未來的學習中更加積極主動。在團隊中，每個成員都可以看到自己所做的貢獻，這種參與感會讓學生更加投入，愿意為實現團隊目標而努力。因此，教師在安排小組合作學習時，可以設置適當的挑戰性任務，讓學生在解決問題后體驗成功的喜悅。

三、總結

在初中信息科技課程中培養學生的計算思維能力，是適應現代社會技術進步的必然要求，通過合理設計課程內容、引入多樣化的教學策略，教師可以有效提升學生的計算思維水平，為他們的未來發展奠定基礎。在當前教育改革的背景下，培養學生的計算思維能力成為推動教育創新的重要環節，有助于學生應對數字化時代的多元挑戰。

［參考文獻］

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