基于高中信息技術(shù)課程的計算思維能力培養(yǎng)研究

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1、基于高中信息技術(shù)課程的計算思維能力培養(yǎng)研究摘要：計算思維作為一種新的學(xué)科思維方式受到了國內(nèi)外計算機(jī)界的廣泛關(guān)注。培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力是高中信息技術(shù)課程的重要組成部分，本文在高中算法與程序設(shè)計課程的教學(xué)活動中引入計算思維的理念，從課堂實踐方面探討了培養(yǎng)學(xué)生計算思維的結(jié)合點和教學(xué)方法，為計算思維背景下的教學(xué)模式提供了參考。關(guān)鍵詞：計算思維；學(xué)科思維；信息技術(shù)課程中圖分類號：G434文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A論文編號：1674-2117(2016)02-0038-04高中信息技術(shù)課程以提高學(xué)生的信息素養(yǎng)、促進(jìn)學(xué)生全而富有個性的發(fā)展為基本目標(biāo)，在促進(jìn)學(xué)生掌握信息技術(shù)的基本知識和操作、加快信息技術(shù)應(yīng)用的普及等

2、方面起了積極的推動作用。目前，在高中信息技術(shù)課堂教學(xué)中，教師更加注重的是培養(yǎng)學(xué)生的信息技術(shù)操作能力和信息處理的方法。而信息素養(yǎng)則更強(qiáng)調(diào)使用計算機(jī)這個工具本身的能力，計算思維注重如何能像計算機(jī)科學(xué)家一樣思考問題，強(qiáng)調(diào)“人的，不是計算機(jī)的思維”。從學(xué)生的長遠(yuǎn)發(fā)展來看，教師將計算思維引入到高中信息技術(shù)教育中是十分有意義的。計算思維的概念和本質(zhì)1.計算思維的概念美國卡內(nèi)基?梅隆大學(xué)計算機(jī)系主任周以真指出：計算思維就是運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)的基本概念去求解問題、設(shè)計系統(tǒng)和理解人類的行為，它包括了涵蓋計算機(jī)科學(xué)廣度的一系列思維活動。［1］［2］學(xué)會計算思維，是在信息社會中創(chuàng)新的需要。［3］計算思維是按照預(yù)防

3、、保護(hù)及通過冗余、容錯、糾錯的方式從最壞情形恢復(fù)的一種思維，計算思維是與形式化問題及其解決方案相關(guān)的一個思維過程，其解決問題的表示方式能有效地被信息處理并代理執(zhí)行（如圖1）。2.計算思維是高中生信息素養(yǎng)的必要組成部分培養(yǎng)高中生計算思維對提升高中生自我學(xué)習(xí)能力和綜合素質(zhì)等方面具有重要的推動作用。認(rèn)知學(xué)習(xí)理論告訴我們，學(xué)生學(xué)習(xí)實質(zhì)上是其在頭腦內(nèi)自主構(gòu)造認(rèn)知結(jié)構(gòu)的過程，而計算思維的培養(yǎng)有助于高中生構(gòu)造認(rèn)知結(jié)構(gòu)，激發(fā)高中生內(nèi)部學(xué)習(xí)動力。［4］以往人們都認(rèn)為信息技術(shù)課程只是一門工具性學(xué)科，是學(xué)會操作Word和PowerPoint等軟件的培訓(xùn)課程，從而導(dǎo)致信息技術(shù)課程出現(xiàn)“只見技術(shù)不見人”的現(xiàn)象。要

4、改變這種狀況，就要將計算思維作為信息技術(shù)課程的核心培養(yǎng)目標(biāo)，像學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)或英語一樣學(xué)習(xí)信息技術(shù)，實現(xiàn)“基礎(chǔ)的回歸”。因此，重新探討算法與程序設(shè)計在信息技術(shù)課程中的地位與作用，優(yōu)選算法與程序設(shè)計的教學(xué)內(nèi)容，改善課程的教學(xué)方法，促進(jìn)算法思維在信息技術(shù)課程中以適當(dāng)?shù)男问匠尸F(xiàn)勢在必行。高中信息技術(shù)課程中計算思維能力的培養(yǎng)模式教師可以采用多種方式來培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力，傳統(tǒng)的教學(xué)模式會大大限制學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)問題的思維能力，而計算思維則提供了重新審視程序設(shè)計教學(xué)的視角，將計算思維融入到程序設(shè)計教學(xué)中將會大大提高學(xué)生的思維方式和解決實際問題的能力。對程序設(shè)計課程來說，學(xué)生需要掌握的編程能力是計算思維和技

5、能化知識的綜合體現(xiàn)，因此需要強(qiáng)化對學(xué)生計算思維能力的培養(yǎng)，而計算思維能力在較大程度上是以思維方式的數(shù)學(xué)化為支撐的（如圖2）。1.情境教學(xué)、分層教學(xué)對于那些比較難理解的概念，在學(xué)生已明確探究目標(biāo)的基礎(chǔ)上，教師可以創(chuàng)設(shè)情境進(jìn)行教學(xué)。以講解約瑟夫算法為例，筆者讓6位學(xué)生站在教室的最前面排成一排并手拉手，說道：“如果從第一位學(xué)生開始數(shù)，數(shù)到第三位時學(xué)生出列，最后是哪一位出列？”這時，學(xué)生就開始在心里想了，某某最先出，然后是誰，最后又是誰出列。在這個過程中，部分學(xué)生參與其中，下面的學(xué)生也會在心里計算，這樣，全體學(xué)生都參與進(jìn)來了。接著，筆者提示學(xué)生用鏈表知識來描述這個算法，有幾位學(xué)生很快就寫出了代碼

6、。同時，對于基礎(chǔ)較好的學(xué)生，教師可以要求他們用數(shù)組來解決問題，同時全體觀摩。1.借助任務(wù)驅(qū)動培養(yǎng)計算思維信息技術(shù)教師都有過這樣的體會，教給學(xué)生一門知識或技能相對容易，但教會他們某種能力或思維卻很難，如面向?qū)ο?、差分與遞歸等。任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法是一種建立在建構(gòu)主義教學(xué)理論基礎(chǔ)上的教學(xué)法，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，獨立分析問題、解決問題的能力。因此，教學(xué)任務(wù)的設(shè)計至關(guān)重要。教師需要根據(jù)學(xué)習(xí)主題，創(chuàng)建盡可能真實的學(xué)習(xí)情境，以選用科學(xué)研究和工程技術(shù)中的實際問題為最佳，這樣能使學(xué)生迅速融入教學(xué)情境。例如，在講解循環(huán)語句的時候，教師如果只是一味講解它的語法怎樣實現(xiàn)，說它如何重要，有些學(xué)生可能會覺得很枯燥，有

7、些學(xué)生可能會越聽越糊涂。這時，教師可以設(shè)計一個很實用的小程序，如運(yùn)動會成績計算程序等，在成績輸入過程中使用循環(huán)語句，學(xué)生如果覺得它很實用、很有價值，自然就會想學(xué)習(xí)、掌握該知識點。2.加大對實驗程序調(diào)試的指導(dǎo)力度實驗內(nèi)容側(cè)重于對學(xué)生的計算機(jī)基本技能的訓(xùn)練和綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)，教師可按照基礎(chǔ)實驗、拓展實驗和創(chuàng)新實驗進(jìn)行分層教學(xué)。如果學(xué)生已掌握使用計算機(jī)解決問題的四個步驟__分析問題、建立模型、設(shè)計算法和編寫程序，則可以依據(jù)教學(xué)要求和自身