論信息技術課程中計算思維能力的培養

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摘要：計算思維是重要的思維方式，可以幫助學生推進各個領域的研究，幫助他們從信息技術課程中獲得對學習者終身所需要的知識和能力。如何在信息技術課堂教學中有效培養和提高學生的計算邏輯思維能力，必須經過師生不斷地共同探索、努力實施才能實現。這是目前信息技術教育正在進行的一個重要的探索實踐。

關鍵詞：計算思維；信息技術；課程；策略

1引言

計算思維主要指運用基本邏輯思維方法來進行數據處理、問題解決、精確求解、體系設計以及對人們的思維行為做出認識，是應用了許多覆蓋計算機科學領域深度廣度的數學思維推理知識[1]。計算思維在解決問題的過程中運用了各種數學思維的手段和方法，采用推理的計算方法以及運用計算思維的方式來幫助教師找到問題的正確解答。它能夠使教師隨時在不確定的條件下對問題進行合理的規劃、學習和適當的調度。計算思維就是運用海量數據資源進行加速計算，在時空、存儲容量、對數據處理能力與存儲容量之間做出的權衡。因此，在教學中，教師要指導學生利用信息技術科學的基本技能進行計算思維能力的培養，從而獲得更多的知識遷移。

2計算思維教育研究

2.1國外計算思維研究

國外對于計算思維研究的重點在推動計算思維的發展方面。學者們提出在課堂中進行計算思維的指導與推進并注重評價，運用信息技術工具促進計算思維教育的發展，探索教學模式的研究對計算思維教育研究的推進作用[2]。信息技術、人工智能和編程教育等是探索、評價計算思維教育的教學改革平臺[3]。

2.2國內計算思維研究

國內對于計算思維的研究還正處于一個初級階段，但是發展速度較快，主要是著眼于計算思維教育。目前研究的領域比較廣闊，但是缺少一定的深度。雖然一些研究成果已由理論研究轉為應用，但未切中要害。普通高中信息技術新課標中明確提出培養計算思維能力[4]，學者們在信息技術課程中，從計算思維的基本內容和價值、培養戰略與課堂教學模型三個方向展開了一系列相應的研究，但依然存在著很多的關鍵性問題未能被涉及或雖被觸及但又不夠深刻。

3計算思維的影響

3.1計算思維的能力

教師應該讓每一位學生從小培養自己的分析能力。學生不但要有良好的讀寫和運用算術的能力，而且要學會養成一定的計算思維能力。教師可以通過利用益智游戲開發軟件、聲樂和音頻視頻軟件作品制作，以及對開源的軟硬件系統工程設計、程序與算法、計算仿真等的創新應用，多方位、多角度、多方式培養學生計算思維能力[5]。

3.2計算思維的價值

雖然目前教師都能強調利用信息技術手段來幫助解決實際的問題，但也只是一種解決操作軟件問題的具體途徑，缺少從學生的個體人生和社會發展的角度出發去認識和看待信息技術這門課程本身所具備的教育價值。在課堂教學中，教師應該培養學生運用計算思維來解決問題，培養一定的信息素養，具備創新意識，從而成長為對社會有用的創新型人才。在人工智能課程中，學生運用計算思維來掌握智能感知、表示與推理、機器學習、人機交互等基礎知識與技能，提高計算思維，加強人機協同能力。在編程教育過程中，實際上是人類不斷利用計算思維向智力水平超越的路徑。“編程教育”作為與計算機對話的重要語言，其圖形化的編程、Python已經逐步走進中小學課堂。特別關鍵的是編程教育要貫穿計算思維理念，用數字化的方式去看待數據，從而培養他們計算思維的過程。

4教學策略

4.1加強理解提高素養

信息技術老師加強學習與理解計算思維要素，融會貫通與計算思維有關的知識，提高自身的專業素養，具備將計算思維融入信息技術專業課程中進行教學的能力[6]。

4.2整合教材設計教學

信息技術教師應根據信息技術教材每一個知識點的基本內在邏輯結構，將教學內容進行整合，使每一個完全孤立的知識點都能夠變成一個互相之間具有某種邏輯關系的知識模塊，使得知識結構系統化。在課堂任務設計方面，教師應以項目設計形式針對每個模塊進行恰當的任務設計，讓學生充分體驗到各個知識模塊之間的獨立性與邏輯性，從而更好地理解、掌握理論。

4.3善用教法融合思維

傳統的教學方法很多，有基于問題探究學習法、自主學習法、游戲教學法等。而計算思維不僅是對某一個知識點或者某項技能的熟練掌握，還要把這種計算思維運用到生活和科研中。只有不斷的轉變教育教學思想，落實對于教材的創新和教法，才能夠在信息技術課堂教學中真正轉變目前的按照知識點把所有的課程內容劃分成各種模塊的教學和組織管理模式。在具體的教學中，教師可以采取設計慕課、翻轉課堂等教學模式，引導學生發現問題、提出問題、分析和解決問題[7]，利用計算機完成的方案，從而快速、精準地得到結果，有效培養學生正確處理課堂活動中存在問題的意識和能力。在教學中，老師可以融合不同的教法和手段對其進行教學，例如活動型的教學、探究型的教學、分層式的教學等。

4.4立足教材培養思維

要探索在教學中培養學生計算思維的方法，教師應立足教材細微環節，在解決問題的過程中，自然引導“輸入兩個正整數a和b，交換a、b的值輸出”的算法[8]：考慮引入第三個變量的方法，兩個變量交換，可以想象成A杯白水和B杯雪碧進行交換，這時容易想到拿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，如果從時間和空間的角度考慮啟發計算思維，在遷移認知的過程中，讓學生既知“法”又明“理”，將“對于a+b，非他即彼”的思維形成新的算法。讓學生建立不同算法之間的聯系，將計算模型進行架構，結合“時空復雜度”的思想，從而解決問題，使學生思維得到形成與發展。

4.5在活動中發散思維

思維的形成和發展是一個基于現實情境的教學過程。脫離了現實情境的教學很單薄，難以做到對學生整體思維能力遷移。培養和提高學生的計算思維的最終目標是為了讓學生將這樣一種方式合理地搬運到他們的日常生活和學習中，從而全面有效地培養和提升他們的信息素養。例如，在《信息資源管理》教學中，學生在課前收集本節課的各類型實例。在課堂中，學生通過分析材料來發現問題，探索有關信息資源的知識，學會高效管理信息的多種方法。最后學生通過自己的實踐操作進行設計，將自己所學的信息技術運用到學習中，領悟支持信息技術學科發展的核心素養，從而體會計算思維的本質。教師可以引導學生參加全國青少年信息學奧林匹克聯賽（NOIP）活動，能有效促進計算思維向縱深發展。

4.6通過STEM拓展思維

在STEM活動中，學生的項目實踐活動有：（1）數據抽取。通過討論、網上搜索，了解并獲得相關數據。（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算方法。學生運用抽象的方法提取事物的關鍵特征，并與其他事物建立關系，進而根據以往經驗制定合理的解決方案。（3）算法優選。在課堂中，各小組對算法進行選擇并開展自主設計活動。（4）編程模擬。學生進行編程實踐，最終實現課題。STEM活動致力于學生的創新實踐能力方面的培養。計算機科學、科學與工程、數學與藝術的相互滲透，能夠激發學生更高效的學習行為和更廣泛的創新實踐。通過STEM活動，可以有效地拓展學生計算思維的培養空間。

5結束語

計算思維是一種重要的思維方式，是發現問題、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。如何在信息技術課堂教學中有效培養學生的計算思維能力，需要師生不斷地共同探索、努力實踐來實現。對于學生而言，計算思維貫穿所有學科的學習，是未來教育的最好方式之一。教師期望經過師生的共同配合、持續努力，學生的計算思維能力能在各方面都取得長足進步，成長為社會需要的創新型人才。

參考文獻

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[6]焦坦.高中信息技術課程蘊含的計算思維研究.才智,2017(27):111

[7]李凌霞,郭川軍,王曉.應用型本科院校計算機專業"慕課+翻轉課堂"教學模式研究——以《Java程序設計》課程為例.黑龍江教育（理論與實踐）,2017(11):46-47

[8]徐連信.C語言程序設計習題解答與實驗指導.北京:清華大學出版社,2005

[9]劉東紅.新課程背景下高中數學課堂教學效率的研究[碩士學位論文].湖南師范大學,長沙,2012

[10]新課程學習與測評編寫委員會.新課程學習與測評數學四年級下冊.桂林:廣西師范大學出版社,2011

[11]楊婷.高中信息技術教學中計算思維培養的實踐研究[碩士學位論文].揚州大學,揚州,2019

作者： 翁秀蘭  單位：福建省福州第十五中學