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摘要：計(jì)算思維是重要的思維方式，可以幫助學(xué)生推進(jìn)各個(gè)領(lǐng)域的研究，幫助他們從信息技術(shù)課程中獲得對(duì)學(xué)習(xí)者終身所需要的知識(shí)和能力。如何在信息技術(shù)課堂教學(xué)中有效培養(yǎng)和提高學(xué)生的計(jì)算邏輯思維能力，必須經(jīng)過師生不斷地共同探索、努力實(shí)施才能實(shí)現(xiàn)。這是目前信息技術(shù)教育正在進(jìn)行的一個(gè)重要的探索實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維；信息技術(shù)；課程；策略

1引言

計(jì)算思維主要指運(yùn)用基本邏輯思維方法來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、問題解決、精確求解、體系設(shè)計(jì)以及對(duì)人們的思維行為做出認(rèn)識(shí)，是應(yīng)用了許多覆蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域深度廣度的數(shù)學(xué)思維推理知識(shí)[1]。計(jì)算思維在解決問題的過程中運(yùn)用了各種數(shù)學(xué)思維的手段和方法，采用推理的計(jì)算方法以及運(yùn)用計(jì)算思維的方式來幫助教師找到問題的正確解答。它能夠使教師隨時(shí)在不確定的條件下對(duì)問題進(jìn)行合理的規(guī)劃、學(xué)習(xí)和適當(dāng)?shù)恼{(diào)度。計(jì)算思維就是運(yùn)用海量數(shù)據(jù)資源進(jìn)行加速計(jì)算，在時(shí)空、存儲(chǔ)容量、對(duì)數(shù)據(jù)處理能力與存儲(chǔ)容量之間做出的權(quán)衡。因此，在教學(xué)中，教師要指導(dǎo)學(xué)生利用信息技術(shù)科學(xué)的基本技能進(jìn)行計(jì)算思維能力的培養(yǎng)，從而獲得更多的知識(shí)遷移。

2計(jì)算思維教育研究

2.1國(guó)外計(jì)算思維研究

國(guó)外對(duì)于計(jì)算思維研究的重點(diǎn)在推動(dòng)計(jì)算思維的發(fā)展方面。學(xué)者們提出在課堂中進(jìn)行計(jì)算思維的指導(dǎo)與推進(jìn)并注重評(píng)價(jià)，運(yùn)用信息技術(shù)工具促進(jìn)計(jì)算思維教育的發(fā)展，探索教學(xué)模式的研究對(duì)計(jì)算思維教育研究的推進(jìn)作用[2]。信息技術(shù)、人工智能和編程教育等是探索、評(píng)價(jià)計(jì)算思維教育的教學(xué)改革平臺(tái)[3]。

2.2國(guó)內(nèi)計(jì)算思維研究

國(guó)內(nèi)對(duì)于計(jì)算思維的研究還正處于一個(gè)初級(jí)階段，但是發(fā)展速度較快，主要是著眼于計(jì)算思維教育。目前研究的領(lǐng)域比較廣闊，但是缺少一定的深度。雖然一些研究成果已由理論研究轉(zhuǎn)為應(yīng)用，但未切中要害。普通高中信息技術(shù)新課標(biāo)中明確提出培養(yǎng)計(jì)算思維能力[4]，學(xué)者們?cè)谛畔⒓夹g(shù)課程中，從計(jì)算思維的基本內(nèi)容和價(jià)值、培養(yǎng)戰(zhàn)略與課堂教學(xué)模型三個(gè)方向展開了一系列相應(yīng)的研究，但依然存在著很多的關(guān)鍵性問題未能被涉及或雖被觸及但又不夠深刻。

3計(jì)算思維的影響

3.1計(jì)算思維的能力

教師應(yīng)該讓每一位學(xué)生從小培養(yǎng)自己的分析能力。學(xué)生不但要有良好的讀寫和運(yùn)用算術(shù)的能力，而且要學(xué)會(huì)養(yǎng)成一定的計(jì)算思維能力。教師可以通過利用益智游戲開發(fā)軟件、聲樂和音頻視頻軟件作品制作，以及對(duì)開源的軟硬件系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)、程序與算法、計(jì)算仿真等的創(chuàng)新應(yīng)用，多方位、多角度、多方式培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力[5]。

3.2計(jì)算思維的價(jià)值

雖然目前教師都能強(qiáng)調(diào)利用信息技術(shù)手段來幫助解決實(shí)際的問題，但也只是一種解決操作軟件問題的具體途徑，缺少?gòu)膶W(xué)生的個(gè)體人生和社會(huì)發(fā)展的角度出發(fā)去認(rèn)識(shí)和看待信息技術(shù)這門課程本身所具備的教育價(jià)值。在課堂教學(xué)中，教師應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算思維來解決問題，培養(yǎng)一定的信息素養(yǎng)，具備創(chuàng)新意識(shí)，從而成長(zhǎng)為對(duì)社會(huì)有用的創(chuàng)新型人才。在人工智能課程中，學(xué)生運(yùn)用計(jì)算思維來掌握智能感知、表示與推理、機(jī)器學(xué)習(xí)、人機(jī)交互等基礎(chǔ)知識(shí)與技能，提高計(jì)算思維，加強(qiáng)人機(jī)協(xié)同能力。在編程教育過程中，實(shí)際上是人類不斷利用計(jì)算思維向智力水平超越的路徑。“編程教育”作為與計(jì)算機(jī)對(duì)話的重要語言，其圖形化的編程、Python已經(jīng)逐步走進(jìn)中小學(xué)課堂。特別關(guān)鍵的是編程教育要貫穿計(jì)算思維理念，用數(shù)字化的方式去看待數(shù)據(jù)，從而培養(yǎng)他們計(jì)算思維的過程。

4教學(xué)策略

4.1加強(qiáng)理解提高素養(yǎng)

信息技術(shù)老師加強(qiáng)學(xué)習(xí)與理解計(jì)算思維要素，融會(huì)貫通與計(jì)算思維有關(guān)的知識(shí)，提高自身的專業(yè)素養(yǎng)，具備將計(jì)算思維融入信息技術(shù)專業(yè)課程中進(jìn)行教學(xué)的能力[6]。

4.2整合教材設(shè)計(jì)教學(xué)

信息技術(shù)教師應(yīng)根據(jù)信息技術(shù)教材每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的基本內(nèi)在邏輯結(jié)構(gòu)，將教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合，使每一個(gè)完全孤立的知識(shí)點(diǎn)都能夠變成一個(gè)互相之間具有某種邏輯關(guān)系的知識(shí)模塊，使得知識(shí)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)化。在課堂任務(wù)設(shè)計(jì)方面，教師應(yīng)以項(xiàng)目設(shè)計(jì)形式針對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行恰當(dāng)?shù)娜蝿?wù)設(shè)計(jì)，讓學(xué)生充分體驗(yàn)到各個(gè)知識(shí)模塊之間的獨(dú)立性與邏輯性，從而更好地理解、掌握理論。

4.3善用教法融合思維

傳統(tǒng)的教學(xué)方法很多，有基于問題探究學(xué)習(xí)法、自主學(xué)習(xí)法、游戲教學(xué)法等。而計(jì)算思維不僅是對(duì)某一個(gè)知識(shí)點(diǎn)或者某項(xiàng)技能的熟練掌握，還要把這種計(jì)算思維運(yùn)用到生活和科研中。只有不斷的轉(zhuǎn)變教育教學(xué)思想，落實(shí)對(duì)于教材的創(chuàng)新和教法，才能夠在信息技術(shù)課堂教學(xué)中真正轉(zhuǎn)變目前的按照知識(shí)點(diǎn)把所有的課程內(nèi)容劃分成各種模塊的教學(xué)和組織管理模式。在具體的教學(xué)中，教師可以采取設(shè)計(jì)慕課、翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析和解決問題[7]，利用計(jì)算機(jī)完成的方案，從而快速、精準(zhǔn)地得到結(jié)果，有效培養(yǎng)學(xué)生正確處理課堂活動(dòng)中存在問題的意識(shí)和能力。在教學(xué)中，老師可以融合不同的教法和手段對(duì)其進(jìn)行教學(xué)，例如活動(dòng)型的教學(xué)、探究型的教學(xué)、分層式的教學(xué)等。

4.4立足教材培養(yǎng)思維

要探索在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的方法，教師應(yīng)立足教材細(xì)微環(huán)節(jié)，在解決問題的過程中，自然引導(dǎo)“輸入兩個(gè)正整數(shù)a和b，交換a、b的值輸出”的算法[8]：考慮引入第三個(gè)變量的方法，兩個(gè)變量交換，可以想象成A杯白水和B杯雪碧進(jìn)行交換，這時(shí)容易想到拿C空杯子過來，將A中白水倒到C空杯中[9]；將B中雪碧倒到A白水杯中；將原空杯中的白水倒到B杯中[10]。這時(shí)，如果從時(shí)間和空間的角度考慮啟發(fā)計(jì)算思維，在遷移認(rèn)知的過程中，讓學(xué)生既知“法”又明“理”，將“對(duì)于a+b，非他即彼”的思維形成新的算法。讓學(xué)生建立不同算法之間的聯(lián)系，將計(jì)算模型進(jìn)行架構(gòu)，結(jié)合“時(shí)空復(fù)雜度”的思想，從而解決問題，使學(xué)生思維得到形成與發(fā)展。

4.5在活動(dòng)中發(fā)散思維

思維的形成和發(fā)展是一個(gè)基于現(xiàn)實(shí)情境的教學(xué)過程。脫離了現(xiàn)實(shí)情境的教學(xué)很單薄，難以做到對(duì)學(xué)生整體思維能力遷移。培養(yǎng)和提高學(xué)生的計(jì)算思維的最終目標(biāo)是為了讓學(xué)生將這樣一種方式合理地搬運(yùn)到他們的日常生活和學(xué)習(xí)中，從而全面有效地培養(yǎng)和提升他們的信息素養(yǎng)。例如，在《信息資源管理》教學(xué)中，學(xué)生在課前收集本節(jié)課的各類型實(shí)例。在課堂中，學(xué)生通過分析材料來發(fā)現(xiàn)問題，探索有關(guān)信息資源的知識(shí)，學(xué)會(huì)高效管理信息的多種方法。最后學(xué)生通過自己的實(shí)踐操作進(jìn)行設(shè)計(jì)，將自己所學(xué)的信息技術(shù)運(yùn)用到學(xué)習(xí)中，領(lǐng)悟支持信息技術(shù)學(xué)科發(fā)展的核心素養(yǎng)，從而體會(huì)計(jì)算思維的本質(zhì)。教師可以引導(dǎo)學(xué)生參加全國(guó)青少年信息學(xué)奧林匹克聯(lián)賽（NOIP）活動(dòng)，能有效促進(jìn)計(jì)算思維向縱深發(fā)展。

4.6通過STEM拓展思維

在STEM活動(dòng)中，學(xué)生的項(xiàng)目實(shí)踐活動(dòng)有：（1）數(shù)據(jù)抽取。通過討論、網(wǎng)上搜索，了解并獲得相關(guān)數(shù)據(jù)。（2）抽象模型。抽象是將某一過程集合化，只保留某些重要特征以便獲取計(jì)算方法。學(xué)生運(yùn)用抽象的方法提取事物的關(guān)鍵特征，并與其他事物建立關(guān)系，進(jìn)而根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)制定合理的解決方案。（3）算法優(yōu)選。在課堂中，各小組對(duì)算法進(jìn)行選擇并開展自主設(shè)計(jì)活動(dòng)。（4）編程模擬。學(xué)生進(jìn)行編程實(shí)踐，最終實(shí)現(xiàn)課題。STEM活動(dòng)致力于學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力方面的培養(yǎng)。計(jì)算機(jī)科學(xué)、科學(xué)與工程、數(shù)學(xué)與藝術(shù)的相互滲透，能夠激發(fā)學(xué)生更高效的學(xué)習(xí)行為和更廣泛的創(chuàng)新實(shí)踐。通過STEM活動(dòng)，可以有效地拓展學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)空間。

5結(jié)束語

計(jì)算思維是一種重要的思維方式，是發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題從而解決問題的高效思維方式[11]。它正在滲透著各行各業(yè)。如何在信息技術(shù)課堂教學(xué)中有效培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，需要師生不斷地共同探索、努力實(shí)踐來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于學(xué)生而言，計(jì)算思維貫穿所有學(xué)科的學(xué)習(xí)，是未來教育的最好方式之一。教師期望經(jīng)過師生的共同配合、持續(xù)努力，學(xué)生的計(jì)算思維能力能在各方面都取得長(zhǎng)足進(jìn)步，成長(zhǎng)為社會(huì)需要的創(chuàng)新型人才。

參考文獻(xiàn)

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作者： 翁秀蘭  單位：福建省福州第十五中學(xué)