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

關(guān)鍵詞：計算思維；信息技術(shù)；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(shù)據(jù)處理、問題解決、精確求解、體系設(shè)計以及對人們的思維行為做出認識，是應(yīng)用了許多覆蓋計算機科學(xué)領(lǐng)域深度廣度的數(shù)學(xué)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(shù)學(xué)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(guī)劃、學(xué)習(xí)和適當?shù)恼{(diào)度。計算思維就是運用海量數(shù)據(jù)資源進行加速計算，在時空、存儲容量、對數(shù)據(jù)處理能力與存儲容量之間做出的權(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)的基本技能進行計算思維能力的培養(yǎng)，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(fā)展方面。學(xué)者們提出在課堂中進行計算思維的指導(dǎo)與推進并注重評價，運用信息技術(shù)工具促進計算思維教育的發(fā)展，探索教學(xué)模式的研究對計算思維教育研究的推進作用[2]。信息技術(shù)、人工智能和編程教育等是探索、評價計算思維教育的教學(xué)改革平臺[3]。

2.2國內(nèi)計算思維研究

國內(nèi)對于計算思維的研究還正處于一個初級階段，但是發(fā)展速度較快，主要是著眼于計算思維教育。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)新課標中明確提出培養(yǎng)計算思維能力[4]，學(xué)者們在信息技術(shù)課程中，從計算思維的基本內(nèi)容和價值、培養(yǎng)戰(zhàn)略與課堂教學(xué)模型三個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計算思維的影響

3.1計算思維的能力

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用算術(shù)的能力，而且要學(xué)會養(yǎng)成一定的計算思維能力。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，以及對開源的軟硬件系統(tǒng)工程設(shè)計、程序與算法、計算仿真等的創(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(diào)利用信息技術(shù)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(xué)生的個體人生和社會發(fā)展的角度出發(fā)去認識和看待信息技術(shù)這門課程本身所具備的教育價值。在課堂教學(xué)中，教師應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生運用計算思維來解決問題，培養(yǎng)一定的信息素養(yǎng)，具備創(chuàng)新意識，從而成長為對社會有用的創(chuàng)新型人才。在人工智能課程中，學(xué)生運用計算思維來掌握智能感知、表示與推理、機器學(xué)習(xí)、人機交互等基礎(chǔ)知識與技能，提高計算思維，加強人機協(xié)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?！熬幊探逃弊鳛榕c計算機對話的重要語言，其圖形化的編程、Python已經(jīng)逐步走進中小學(xué)課堂。特別關(guān)鍵的是編程教育要貫穿計算思維理念，用數(shù)字化的方式去看待數(shù)據(jù)，從而培養(yǎng)他們計算思維的過程。

4教學(xué)策略

4.1加強理解提高素養(yǎng)

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

4.2整合教材設(shè)計教學(xué)

信息技術(shù)教師應(yīng)根據(jù)信息技術(shù)教材每一個知識點的基本內(nèi)在邏輯結(jié)構(gòu)，將教學(xué)內(nèi)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(guān)系的知識模塊，使得知識結(jié)構(gòu)系統(tǒng)化。在課堂任務(wù)設(shè)計方面，教師應(yīng)以項目設(shè)計形式針對每個模塊進行恰當?shù)娜蝿?wù)設(shè)計，讓學(xué)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(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(zhuǎn)變教育教學(xué)思想，落實對于教材的創(chuàng)新和教法，才能夠在信息技術(shù)課堂教學(xué)中真正轉(zhuǎn)變目前的按照知識點把所有的課程內(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]，利用計算機完成的方案，從而快速、精準地得到結(jié)果，有效培養(yǎng)學(xué)生正確處理課堂活動中存在問題的意識和能力。在教學(xué)中，老師可以融合不同的教法和手段對其進行教學(xué)，例如活動型的教學(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)生計算思維的方法，教師應(yīng)立足教材細微環(huán)節(jié)，在解決問題的過程中，自然引導(dǎo)“輸入兩個正整數(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(fā)計算思維，在遷移認知的過程中，讓學(xué)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(xué)生建立不同算法之間的聯(lián)系，將計算模型進行架構(gòu)，結(jié)合“時空復(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在活動中發(fā)散思維

思維的形成和發(fā)展是一個基于現(xiàn)實情境的教學(xué)過程。脫離了現(xiàn)實情境的教學(xué)很單薄，難以做到對學(xué)生整體思維能力遷移。培養(yǎng)和提高學(xué)生的計算思維的最終目標是為了讓學(xué)生將這樣一種方式合理地搬運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，學(xué)會高效管理信息的多種方法。最后學(xué)生通過自己的實踐操作進行設(shè)計，將自己所學(xué)的信息技術(shù)運用到學(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)，從而體會計算思維的本質(zhì)。教師可以引導(dǎo)學(xué)生參加全國青少年信息學(xué)奧林匹克聯(lián)賽（NOIP）活動，能有效促進計算思維向縱深發(fā)展。

4.6通過STEM拓展思維

在STEM活動中，學(xué)生的項目實踐活動有：（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算方法。學(xué)生運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，進而根據(jù)以往經(jīng)驗制定合理的解決方案。（3）算法優(yōu)選。在課堂中，各小組對算法進行選擇并開展自主設(shè)計活動。（4）編程模擬。學(xué)生進行編程實踐，最終實現(xiàn)課題。STEM活動致力于學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力方面的培養(yǎng)。計算機科學(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)新實踐。通過STEM活動，可以有效地拓展學(xué)生計算思維的培養(yǎng)空間。

5結(jié)束語

計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)生的計算思維能力，需要師生不斷地共同探索、努力實踐來實現(xiàn)。對于學(xué)生而言，計算思維貫穿所有學(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(chuàng)新型人才。

參考文獻

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作者： 翁秀蘭  單位：福建省福州第十五中學(xué)