馮士海

【摘 要】計算思維是新課標的一個亮點，也是課標組專家倡導與推廣的思維方式。那么，如何讓計算思維在高中信息技術(shù)課堂中落實，是信息技術(shù)教師必須關(guān)注的問題。本文從重組教學內(nèi)容、創(chuàng)新教學等方面，探討如何在高中信息技術(shù)課堂中滲透、落實、加強學生計算思維的培養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】信息技術(shù)；計算思維；課堂教學

【中圖分類號】G434 【文獻標識碼】B

【論文編號】1671-7384（2018）012-069-04

計算思維是新課標的一個亮點，也是課標組專家倡導與推廣的思維方式。計算思維不僅是高中生必備的核心素養(yǎng)，也是人類最基本的思維方式，與“聽、說、讀、寫”同等重要。那到底什么是計算思維？如何培養(yǎng)學生的計算思維，值得每一位從事信息技術(shù)教育教研的工作者認真思考和實踐。

計算思維的內(nèi)涵和誤區(qū)

要使計算思維在信息技術(shù)課堂中點燃，就要先了解計算思維的概念、特征及常見的誤區(qū)，再重新組織教學內(nèi)容，研究可行的教學方法。

1.計算思維的概念

計算思維不是新生事物，自古以來就是社會生產(chǎn)、發(fā)展所必需的思維品質(zhì)。從古代算盤、近代計算器到現(xiàn)代計算機及云計算等技術(shù)的應用，無不體現(xiàn)了計算思維的內(nèi)涵。2006年，美國卡內(nèi)基·梅隆大學周以真教授對計算思維做了界定，她認為：計算思維是運用計算機科學的基礎概念去求解問題、設計系統(tǒng)和理解人類行為。從此，計算思維以一個正式的概念在國內(nèi)外得以快速傳播和發(fā)展。新課標也指出，計算思維是指個體運用計算機科學領(lǐng)域的思想方法，在形成問題解決方案的過程中產(chǎn)生的一系列思維活動。

2.計算思維的特點

計算思維概念的提出，引起了學術(shù)界廣大學者的共鳴。2011年，國際教育技術(shù)協(xié)會和計算機科學教師協(xié)會對計算思維的概念做了進一步的闡釋，指出計算思維是一個用來解決問題的過程，具有以下特點：（1）制定問題，并能利用計算機和其他工具幫助解決該問題；（2）邏輯化組織和分析數(shù)據(jù)；（3）通過抽象，如模型、仿真等再現(xiàn)數(shù)據(jù)；（4）通過算法，支持自動化解決方案；（5）識別、分析和實施可能的解決方案，并找到最有效的解決方案；（6）將問題的求解過程推廣到更廣泛的問題中。

根據(jù)以上定義和特點，可知計算思維是人的思維，是人求解問題的一條途徑。是一種描述當我們思考如何利用計算機來解決問題時所采用的過程和方法。在學習中，它是一種十分常用的思維模式，當然這種思維模式也不只屬于信息技術(shù)科學，在其他學科中也有應用。

3.計算思維的誤區(qū)

由于計算思維的研究尚處于推進期，認識誤區(qū)也較多，如有人認為“計算思維是計算機思維”“計算思維必須通過編程”等。這些觀點顯然都是錯誤的。首先，只有人才具有思維，計算機本身并不具有思維。如李藝教授認為，計算思維是一個圍繞“人”展開的，是刻畫人的內(nèi)在品質(zhì)的概念。其次，計算思維包含了一系列計算機科學思想，而這些概念最為直觀的理解和表達可以用程序語言。正如語言素養(yǎng)不只是寫作，計算思維也不僅僅是程序設計。實際上，即使沒有計算機和編程，計算思維也會逐步發(fā)展，逐漸被人們重視。但正是由于計算機的出現(xiàn)，給計算思維發(fā)展帶來了根本性的變化。

點燃高中信息技術(shù)課堂計算思維之火的必要性

1.學生計算思維的現(xiàn)狀

目前，信息技術(shù)課程大多以技術(shù)操作為主，教師沒有引導學生養(yǎng)成一種利用技術(shù)解決問題的思維習慣，更沒達到提升計算思維的層次。學生僅僅學會了一些簡單的操作技能，沒能挖掘技術(shù)背后的原理及思想，也就無法達到利用信息技術(shù)解決問題的能力層次。而計算思維的提出，則為其打開了一扇希望之門，有助于學生能力的培養(yǎng)。

2.培養(yǎng)計算思維的價值

新課標對高中信息技術(shù)課程的總目標進行了定位，它是一門旨在全面提升學生信息素養(yǎng)，幫助學生掌握信息技術(shù)基礎知識與技能、增強信息意識、發(fā)展計算思維、提高數(shù)字化學習與創(chuàng)新能力、樹立正確的信息社會價值觀和責任感的基礎課程。

（1）計算思維是信息素養(yǎng)的能力體現(xiàn)。在信息社會，信息素養(yǎng)既表現(xiàn)為個人應用信息技術(shù)工具和方法時處理信息、解決問題的能力，也表現(xiàn)在與他人進行信息合作時必要的計算機知識儲備，計算思維正是這兩種能力的綜合體現(xiàn)。

（2）提高學生的自主創(chuàng)新能力。通過發(fā)展計算思維，支持學生使用一系列的計算概念和方法處理數(shù)據(jù)，建構(gòu)模型、創(chuàng)造作品，使學生不僅作為信息技術(shù)的使用者、消費者，也要成為信息技術(shù)的發(fā)明者、創(chuàng)造者。

如何點燃高中信息技術(shù)課堂學生計算思維的火花

在新課標理念下，高中信息技術(shù)教學，不僅要讓學生理解計算機學科大概念，還要引導學生將計算思維應用至日常學習中，形成一種思維習慣。那么，在新課標教材還沒有使用之前，如何點燃學生的計算思維火花呢？建議從以下幾個方面進行實踐。

1.重組教材內(nèi)容，滲透計算思維

結(jié)合新課標，將現(xiàn)有高中信息技術(shù)教材內(nèi)容進行適當重組，變知識傳遞為思維啟迪，提高學生發(fā)現(xiàn)、認識和解決實際問題的思維能力。

（1）教學案例不必拘泥于課本

如“數(shù)據(jù)庫管理”模塊除了讓學生體驗學生學籍管理系統(tǒng)外，還可以讓學生去圖書館向工作人員了解圖書的分類管理，利用圖書管理系統(tǒng)體驗如何快速檢索、借閱圖書，然后在老師的引導下進行簡單的抽象、建模，提高學生的抽象和構(gòu)造能力。

（2）教學順序不是一成不變的

粵教版《算法與程序設計》內(nèi)容是按照“程序設計基礎”“可視化編程”“算法和程序?qū)崿F(xiàn)”“面向?qū)ο蟪绦蛟O計”以及“程序設計實踐”來安排的，這樣編排具有科學性和嚴謹性。然而，學生計算思維還沒形成，如果直接按教材內(nèi)容順序開展教學，學生面對枯燥乏味的算法理論，就有可能失去對本模塊內(nèi)容的興趣。這時可以從學生實際出發(fā)，對教材順序和內(nèi)容進行重組。先讓學生接受“算法設計的基本知識”，再把“面向?qū)ο蟪绦蛟O計”和“程序設計實踐”中的實例拿出來分析，即把“算法設計”的知識穿插到“程序設計”中，使抽象的知識形象化，再用生活的實例來講解算法，這樣學生會更感興趣，計算思維的滲透也就水到渠成了。

2.創(chuàng)新課堂教學，落實計算思維

在平時教學中，體現(xiàn)計算思維的活動也是無處不在的，只是在沒有關(guān)注計算思維時，這種活動對學生是無意識的。改變這種狀況，只需引導學生主動地用計算思維去解決問題。在教學中，可通過使用頭腦風暴法分析問題，找到解決問題的方法，再使用思維導圖細化方法，直到能使用計算機進行處理。

（1）使用頭腦風暴法，找到解決問題的方法

在培養(yǎng)學生計算思維時，重點是分析找到解決問題的方法。其中，最常用解決問題的方法是頭腦風暴法。下面以設計“運動會海報”為例，課前讓學生了解海報的組成；課中，讓學生們說出海報中包含的元素，并簡單說明方案，然后不斷鼓勵學生提出新的海報設計方案。再根據(jù)學生提出的方案重新組合，得到最終方案。

（2）使用思維導圖，細化方案

學生通過自上而下逐步細化的原則，使用思維導圖，將問題的解決方案進行細化，再使用數(shù)字化工具XMind列出解決問題的方案。設計運動會海報最終細化的方案以思維導圖的形式呈現(xiàn)。

通過思維導圖，可以明確看到如何處理運動會海報背景、主題圖案以及如何設置文字的字體、顏色等。

（3）使用計算機解決問題

計算思維的根本目的是解決問題，前面的分析最后都要落實到使用計算機解決問題上。因此，按照細化的方案，選擇合適的軟件即可解決問題。如需要處理圖片與背景，可選擇Photoshop軟件，否則選用Word軟件，也可以完全實現(xiàn)。

因此，以前的教學重點放在第三個環(huán)節(jié)，重視技術(shù)的使用，只講解如何處理圖片、加工主體圖案等，而創(chuàng)新后的課堂更加注重方法的分析，培養(yǎng)學生分析能力，訓練學生的計算思維。

3.借助算法和流程圖，強化學生的計算思維

高中信息技術(shù)教學還需幫助學生理解計算思維涵蓋的計算概念和方法，如遞歸、抽象等，引導學生挖掘生活中的“計算”“抽象”問題。再借助算法、流程圖，強化學生的計算思維。

（1）培養(yǎng)學生的算法思想及高效解決問題的能力

計算思維是人求解問題的一種途徑和取向，特別是對需要大量計算的問題，在提出問題解決方案后，應在思維與方法上充分利用計算機的強大計算能力。如漢諾塔問題，就是一種典型的遞歸算法，涉及大量的計算與計算思維。

通過算法分析，不難發(fā)現(xiàn)，漢諾塔問題看似復雜，其實就兩種情況：第一種，當塔上只有一個盤子時，只需將它放到目的塔就可以了。第二種，無論有多少個盤子，只需將其當作只有n和n-1個盤子來操作。即將n-1個盤子放到過渡塔，將第n個盤子放到目的塔，再將n-1個放回到目的塔。移動次數(shù)f（n）與盤子個數(shù)n的關(guān)系為：f（n）=2^n-1 ，當n=64時，f（n）的值將高達18446744073709551615，按移動一次需要1秒計算，則也要5845億年才能完成，這樣的問題如不借助計算機是無法實現(xiàn)的。因此，有效利用計算思維，借助計算機強大的計算能力，就能解決大規(guī)模計算問題。

（2）借助流程圖，清晰地表達解決問題思路

借助流程圖可以清晰地表達問題解決思路。如古代數(shù)學家張丘建在他的《算經(jīng)》中提出的“百錢百雞問題”：雞翁一，值錢五；雞母一，值錢三；雞雛三，值錢一；百錢買百雞，翁、母、雛各幾何？解決該問題的思路是首先提取問題的基本特征，再進行抽象處理。

設雞翁為x只，雞母為y只，雞雛為z只，得到數(shù)學式：x+y+z=100和5x+3y+z/3=100，先把問題抽象為數(shù)學模型；然后，設定邊界條件（雞翁x<=100/5=20，雞母y<=100/3設為33，雞雛z=100-x-y），用流程圖表達算法。

這個案例符合“針對給定的任務進行需求分析，明確需要解決的關(guān)鍵問題；提取問題的基本特征，進行抽象處理”，并用流程圖表述問題，通過“枚舉”算法，借助上機編程，就可以解決問題了。

計算思維培養(yǎng)已成為高中新課程改革中，實現(xiàn)育人價值的目標。希望在以后的高中信息技術(shù)課堂中，一方面，要重視學生計算思維的培養(yǎng)；另一方面，也需要在教學中挖掘基于教學內(nèi)容對應的計算思維，構(gòu)建基于計算思維的教學體系和教學方法，設計出能培養(yǎng)學生計算思維對應能力的課堂活動，讓信息技術(shù)課堂彰顯更多活力！

參考文獻

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