“雙新”背景下高中信息技術(shù)計算思維培養(yǎng)策略探究

中圖分類號：G434文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A論文編號：1674-2117（2025）17-0064-03

在《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)”）和相應(yīng)新教材出臺后，各地區(qū)相繼展開了實(shí)踐與探索。在“雙新背景下，計算思維和“算法”大概念作為課程學(xué)習(xí)的重點(diǎn)之一，對教師提出了新的挑戰(zhàn)，教師需要對新課標(biāo)的內(nèi)容和課本內(nèi)容有全新的認(rèn)識，以更好地指導(dǎo)教學(xué)實(shí)踐，確保滿足學(xué)生全面發(fā)展的需要。

計算思維與問題解決過程的關(guān)系

新課標(biāo)將計算思維定義為個體運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在問題解決過程中涉及的抽象、分解、建模、算法設(shè)計等思維活動。Mayer提出問題解決的過程包括理解、計劃、執(zhí)行和自我監(jiān)控四個關(guān)鍵階段。計算思維的五個要素與解決問題密切相關(guān)，理解是解決問題的起點(diǎn)，只有對問題有全面的了解，才能更好地找到解決問題的方法。在計算思維中，抽象要求學(xué)生確定解決問題過程中的具體細(xì)節(jié)，而分解則是將問題分解為更易解決的小問題。抽象和分解旨在更精準(zhǔn)地識別問題，確保設(shè)計解決方案的有序開展。在對問題理解后，學(xué)生根據(jù)問題理解制訂問題解決方案，即進(jìn)行計算思維中的算法設(shè)計。在問題解決方案計劃后，就是對解決方案的執(zhí)行。在執(zhí)行的過程中，學(xué)生需要不斷勘誤和優(yōu)化算法，這有助于計算思維的評價維度的發(fā)展。在自我監(jiān)控的過程中，學(xué)生會不斷地反思與總結(jié)，這與計算思維的概括維度類似。

基于問題解決過程培養(yǎng)計算思維的實(shí)施策略

結(jié)合計算思維的要素，筆者提出以下基于問題解決過程的計算思維發(fā)展策略（如圖1），以促使學(xué)生在課堂中更好地發(fā)展計算思維。

圖1

1.設(shè)計問題提示，精準(zhǔn)識別問題

在課堂教學(xué)中，教學(xué)內(nèi)容的趣味性或者學(xué)生的興趣點(diǎn)是課程順利開展的關(guān)鍵。學(xué)生的興趣點(diǎn)和好奇心一旦被激發(fā)，就會產(chǎn)生學(xué)習(xí)動機(jī)。在課程導(dǎo)人后，學(xué)生的首要任務(wù)是明確當(dāng)前要解決的問題，準(zhǔn)確識別問題的特征并進(jìn)行問題的分解，這涉及計算思維的抽象與分解維度。

要想能夠準(zhǔn)確識別問題，學(xué)生需要具備相關(guān)的概念性知識和策略性知識。因此，在課堂教學(xué)中，教師不僅要注重設(shè)計趣味性的內(nèi)容，還要確保學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中能夠獲得必要的概念性和策略性知識支持，以更好地應(yīng)對問題的抽象和分解。為此，教師可以提供一些問題提示，引導(dǎo)學(xué)生回顧之前學(xué)習(xí)過的知識，梳理解決問題的關(guān)鍵步驟，幫助他們更深入地理解問題，進(jìn)而促進(jìn)計算思維的抽象和分解維度提升。

2.提供模式樣例，促進(jìn)解決方案設(shè)計

在對問題進(jìn)行初步分解后，學(xué)生要根據(jù)問題進(jìn)行算法設(shè)計。在Python程序中，不僅考查學(xué)生對程序的基本使用，還需要學(xué)生結(jié)合具體項目來設(shè)計程序的邏輯。在課堂中，學(xué)生可能會面臨新知識與舊知識的結(jié)合應(yīng)用，尤其在程序設(shè)計方面可能會遇到困難，從而影響學(xué)習(xí)的熱情，導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣下降。

針對上述問題，教師可以采用基于樣例學(xué)習(xí)的方法。基于樣例學(xué)習(xí)是一種提供給學(xué)生學(xué)習(xí)案例的方法，案例包含了相關(guān)解決問題的模式與規(guī)則，該模式能幫助學(xué)生快速地進(jìn)行算法設(shè)計，從而在更短的時間內(nèi)產(chǎn)生更好的學(xué)習(xí)結(jié)果，促進(jìn)計算思維的提升。

3.使用自我解釋策略，評估優(yōu)化解決方案

在算法設(shè)計完成后，學(xué)生的程序難免會出現(xiàn)錯誤，因此需要對程序做進(jìn)一步的測試和調(diào)試。為促進(jìn)學(xué)生間的交流與合作，教師可以對班級進(jìn)行分組。學(xué)生在組內(nèi)對自己的程序錯誤進(jìn)行解釋，其他組員在聽取的過程中可以糾正錯誤或者提供補(bǔ)充意見。這種小組內(nèi)部的自我解釋交流過程不僅能夠提升學(xué)生計算思維的評價維度，還能夠促使學(xué)生對自己的錯誤進(jìn)行客觀評價。在每一輪的自我解釋討論過程中，學(xué)生不僅能夠在交流中發(fā)現(xiàn)錯誤并進(jìn)行勘誤與改進(jìn)，還能夠在迭代的過程中逐步實(shí)現(xiàn)算法設(shè)計的最優(yōu)化。教師在觀察學(xué)生評價交流的過程中，也能夠進(jìn)一步了解學(xué)生對知識的掌握程度，從而有針對性地進(jìn)行后續(xù)教學(xué)，提升整體教學(xué)質(zhì)量。

4.分享交流，總結(jié)問題解決模式

在程序調(diào)試完善后，學(xué)生對解決問題的方法進(jìn)行總結(jié)不僅是一個關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，更是一個深刻的認(rèn)知過程。這個階段的重要性在于學(xué)生通過對問題解決路徑的回顧與總結(jié)，形成一種問題解決的圖式。這個圖式不僅是對具體問題的應(yīng)對方案的梳理，更是一種抽象的思維框架，可用于類似情境下的問題解決。通過分享，學(xué)生將自己的思考過程以更加清晰和系統(tǒng)的方式呈現(xiàn)給他人，從而促進(jìn)了思想的碰撞和交流。這不僅有助于鞏固學(xué)生自身的理解，形成更加豐富和復(fù)雜的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，促進(jìn)計算思維的概括維度提升，還能激發(fā)其他人的思考，推動整個學(xué)習(xí)群體的共同進(jìn)步。

基于問題解決過程培養(yǎng)計算思維的案例

下面，筆者以高中信息技術(shù)《必修1 數(shù)據(jù)與計算》第二章第三節(jié)中的程序設(shè)計基本知識為例進(jìn)行具體闡述。本課教學(xué)內(nèi)容為循環(huán)結(jié)構(gòu)嵌套選擇結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。學(xué)習(xí)目標(biāo)為： ① 通過編寫“顯示全部空余車位”程序，掌握列表、if語句、for語句的綜合運(yùn)用。 （信息意識） ② 通過分析“停車難問題”，依據(jù)解決問題的需要設(shè)計流程圖，運(yùn)用if語句for語句、列表的知識編寫并調(diào)試程序，解決實(shí)際問題。（計算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新） ③ 觀看北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的科普視頻，認(rèn)識北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展對我國發(fā)展的重要意義，激發(fā)學(xué)生對科技學(xué)習(xí)的興趣。（信息社會責(zé)任）具體的教學(xué)過程如下。

1.情境導(dǎo)入，分析問題

教師活動：在生活中，我們常常碰到這樣的情況一一在假期出行時，當(dāng)找到一個停車場時，心情格外愉悅，但是一進(jìn)去卻發(fā)現(xiàn)停車位非常難找，于是不得不在停車場里兜兜轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)很長時間，這不僅浪費(fèi)了時間，還讓人感到有些沮喪。停車場系統(tǒng)還可以在哪里優(yōu)化，以更方便我們的出行呢？

學(xué)生活動：思考如何解決停車難問題，思考后得出方案—在進(jìn)入停車場時可以具體顯示剩余車位。

教師提問：

問題1：程序怎么才能實(shí)現(xiàn)檢測空余車位？

問題2：程序中如何標(biāo)識車位的狀態(tài)？

問題3：如何把車位信息存儲到程序中？

設(shè)計意圖：通過三個層層遞進(jìn)的問題引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度思考，從中抽象出解決問題的關(guān)鍵點(diǎn)，并回顧之前學(xué)過的概念性知識來解決問題。在教師的幫助下，學(xué)生能夠初步形成解決問題的關(guān)鍵步驟：標(biāo)識車位當(dāng)前的狀態(tài)一識別車位是否空余→輸出全部車位空余。這個過程不僅能引導(dǎo)學(xué)生解決實(shí)際問題，還有助于提高他們的抽象和分解等計算思維能力。

2.設(shè)計算法，解決問題

教師活動：假設(shè)目前有5個車位，1、3、5車位沒有車，2、4車位有車，引導(dǎo)學(xué)生分析“顯示第一個車位空余”的流程圖和程序。

學(xué)生活動：根據(jù)顯示第一個空余車位的程序，完成“顯示全部空余車位”的程序（如圖2）。

設(shè)計意圖：通過“顯示第一個車位空余”的樣例，學(xué)生能夠初步理解程序的邏輯。在此基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生開展探究活動，探討如何實(shí)現(xiàn)“顯示全部空余車位”。在小組合作探究的過程中，學(xué)生通過總結(jié)“顯示第一個車位空余”的樣例程序，推導(dǎo)出“顯示全部空余車位”的程序。

3.小組合作，完善程序

教師活動：假如有更多停車位，現(xiàn)在程序可能會遇到哪些問題？停車場還有哪些功能可以用程序來實(shí)現(xiàn)？

學(xué)生活動：三個人為一個小組，向小組成員解釋你在程序中遇到的問題。例如，根據(jù)流程圖我寫了…，使用了…，但是程序出現(xiàn)了…錯誤，錯誤的原因是…，我認(rèn)為正確的程序應(yīng)該是。小組討論程序還可以如何進(jìn)行完善。

設(shè)計意圖：在解釋錯誤和討論的過程中，讓學(xué)生能夠更深人地理解問題并進(jìn)行糾正，從而促使計算思維評價維度的進(jìn)一步發(fā)展。

4.分享交流，總結(jié)拓展

教師活動：引導(dǎo)學(xué)生分析循環(huán)結(jié)構(gòu)和選擇結(jié)構(gòu)綜合使用的方法。播放北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的科普視頻。

學(xué)生活動：展示本組最后優(yōu)化完成的程序，分享程序設(shè)計的方法。

設(shè)計意圖：學(xué)生在展示分享本組作品時，能夠整合所學(xué)知識，進(jìn)一步提升知識的綜合運(yùn)用、遷移能力。觀看科普視頻能拓寬學(xué)生的知識視野，使其了解我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展，提升信息社會責(zé)任。

結(jié)語

計算思維是現(xiàn)代社會需要重點(diǎn)培養(yǎng)的技能之一，信息技術(shù)課堂是發(fā)展計算思維的關(guān)鍵途徑。本文提出了基于問題解決過程培養(yǎng)計算思維的策略，實(shí)踐結(jié)果表明，該策略能夠有效提升學(xué)生學(xué)習(xí)效率，學(xué)生在課堂上的表現(xiàn)也更加活躍，參與度明顯提升，計算思維和問題解決能力也得到了提升。

參考文獻(xiàn)：

中華人民共和國教育部．《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn) （2017年版2020年修訂）》[S].北京：人民教育出版社，2020.2.e