任軍

摘 要：本文在分析了新高考信息技術(shù)核心素養(yǎng)及課程實(shí)施的基礎(chǔ)上，針對其中的計(jì)算思維培養(yǎng)，根據(jù)筆者教學(xué)實(shí)踐，分別從領(lǐng)悟計(jì)算思維之抽象性、感受計(jì)算思維之?dāng)?shù)字化、學(xué)習(xí)計(jì)算思維構(gòu)造性、理解計(jì)算思維系統(tǒng)化、體會計(jì)算思維網(wǎng)絡(luò)化幾個方面談如何開展信息技術(shù)教學(xué)來提高學(xué)科素養(yǎng)，例舉教學(xué)案例，淺談了如何更好提高學(xué)習(xí)效率培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維，如何學(xué)會思考和解決問題提高教師自身素養(yǎng)，從而推動高中信息技術(shù)課程的順利實(shí)施。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維;抽象性;數(shù)字化;構(gòu)造性;系統(tǒng)化;網(wǎng)絡(luò)化`

中圖分類號：G633.67 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A???? 文章編號：1992-7711（2019）04-108-2

一、引言

信息技術(shù)課程正在逐漸發(fā)展壯大，伴隨著新一輪改革的到來，信息意識、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會責(zé)任構(gòu)成了信息技術(shù)核心素養(yǎng)的四個方面。其中又以計(jì)算思維最為引起我們注意。因此，落實(shí)計(jì)算思維，成為我們學(xué)習(xí)信息技術(shù)學(xué)科的重中之重。

二、計(jì)算思維的定義

什么是計(jì)算思維？

2006年3月，美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任周以真教授在美國計(jì)算機(jī)權(quán)威雜志，ACM會雜志上給出并定義的計(jì)算思維，周教授提出計(jì)算思維的定義：計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動。

作為第三種思維——計(jì)算思維，相比于實(shí)驗(yàn)思維、理論思維，計(jì)算思維（設(shè)計(jì)與構(gòu)造），關(guān)注的是人類思維未被挖掘的部分，是這個時代對人類思維進(jìn)步的新要求。

核心素養(yǎng)中的計(jì)算思維如何定義？

在信息技術(shù)學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)中，也對計(jì)算思維進(jìn)行了以下定義：計(jì)算思維——運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法形成解決問題方案的過程中，所包含的一系列思維活動即計(jì)算思維。

三、新高考模式下信息技術(shù)教學(xué)的開展情況

新一輪高考改革，提出了新的要求，要求培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)，要求高中構(gòu)建各學(xué)科基礎(chǔ)型課程與拓展型課程內(nèi)容。其中信息技術(shù)課程要更加明晰教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)要求，進(jìn)一步突出學(xué)科的核心育人價值，以學(xué)科能力為關(guān)鍵突破點(diǎn)，帶動學(xué)科核心素養(yǎng)提升。而在信息技術(shù)課程開展的過程中，筆者和筆者所在的教學(xué)團(tuán)隊(duì)，經(jīng)過幾年的觀察和研究，發(fā)現(xiàn)以下問題：

其一，學(xué)生不能正確的認(rèn)識信息技術(shù)學(xué)科。學(xué)生對信息技術(shù)學(xué)科的認(rèn)識，與整個社會的價值觀相關(guān)，在以高考為指揮棒的前提下，學(xué)科不能得到很好拓展。

其二，受教育者無法明確學(xué)習(xí)的目的。對于部分同學(xué)來說，學(xué)習(xí)信息技術(shù)，無非就是拿到學(xué)分，通過會考，沒有意識到學(xué)習(xí)的過程是信息素養(yǎng)的形成過程。

其三，受教育者沒有深刻感受信息技術(shù)學(xué)習(xí)的真諦。簡單停留在操作層面是對信息技術(shù)的最大誤解，學(xué)生沒有領(lǐng)悟?qū)W是為了下次“不教而學(xué)”，簡單的重復(fù)老師的操作，在我們的課堂中十分常見。

其四，教育者不能充分理解并開展信息技術(shù)教學(xué)。教師們忙于各項(xiàng)工作，對于課堂的有效性往往疏于落實(shí)，會考和技術(shù)高考的壓力下，往往忙于落實(shí)書本知識，對教材的二次開發(fā)顯得不足，對于計(jì)算思維培養(yǎng)更杯水車薪。

四、基于計(jì)算思維，開展教學(xué)實(shí)踐研究

計(jì)算思維，從核心素質(zhì)去區(qū)分，包含了抽象性、數(shù)字化、構(gòu)造性、系統(tǒng)化及網(wǎng)絡(luò)化這樣幾個特點(diǎn)。本文分別從這幾個特征入手，談?wù)劷Y(jié)合教學(xué)實(shí)踐落實(shí)信息技術(shù)核心素養(yǎng)的探索。

1.刪繁就簡三秋樹——領(lǐng)悟計(jì)算思維之抽象性

抽象針對現(xiàn)實(shí)中的事物而言。什么是抽象？在解決問題的過程，抓住事物關(guān)鍵特征，通過化簡等方式，降低其復(fù)雜度將復(fù)雜的事情簡單化。在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，盡可能提供計(jì)算機(jī)能夠接受的模型，從而通過計(jì)算機(jī)解決現(xiàn)實(shí)問題。

【案例1】二進(jìn)制的學(xué)習(xí)

問題：假設(shè)對方有18萬敵軍，1萬敵軍可以用1個烽火臺表示，需要幾個烽火呢？給出以下提示1：

1個烽火可以表示幾個信息？

2個烽火可以表示幾個信息？

3個烽火可以表示幾個信息？

…

n個烽火可以表示幾個信息？

提示2：16種情況正好通過4個烽火臺來表示，以此類推，5個烽火臺最多可以表示32種情況，需要幾個烽火臺可以表示18種情況？

在二進(jìn)制的教學(xué)過程中，借助本案例，引入了烽火臺的形象概念。將烽火臺的狀態(tài)抽象為二進(jìn)制中的0和1，從而從最大程度簡化二進(jìn)制的理解，幫助學(xué)生順利開啟信息編碼的學(xué)習(xí)。如案例中所示，抽象過程中的化簡，把二進(jìn)制抽象為1個烽火臺，對于學(xué)生理解以及構(gòu)建思維的流程都能有很大提升空間，從而加快思維節(jié)奏，加深理解力。這不僅體現(xiàn)在課堂中，對課后的生活和工作都有不同的借鑒意義。

在今后的教學(xué)中，更大程度從抽象性的角度幫助學(xué)生理解，在今天，幾乎所有現(xiàn)實(shí)都可以編碼為“0”和“1”，誰的抽象能力強(qiáng)，誰就可以體現(xiàn)出新的創(chuàng)造性。

2.萬物皆數(shù)——感受計(jì)算思維之?dāng)?shù)字化

【案例2】枚舉算法水仙花數(shù)

水仙花數(shù)——一個數(shù)，有n位，假設(shè)n>=3，求得其每位上的數(shù)字的n次冪，然后進(jìn)行相加正好等于它本身。（例如：1^3 + 5^3 + 3^3 = 153）. 三位的水仙花數(shù)共有4個：153，370，371，407。

在水仙花數(shù)的案例中，首先通過教師講解水仙花數(shù)的概念和定義，其次學(xué)生操作vb程序練習(xí)思考，完成枚舉算法的程序?qū)崿F(xiàn)。在教學(xué)過程中，突出自然界由數(shù)字構(gòu)成，除了數(shù)學(xué)上已學(xué)知識，在算法領(lǐng)域內(nèi)仍然存在值得我們探究的各種有趣的數(shù)。希望同學(xué)們，立足于計(jì)算思維，感受到數(shù)字化的世界帶給我們的神奇旅程。

無論是《信息技術(shù)基礎(chǔ)》必修、《多媒體技術(shù)應(yīng)用》必修、《算法與程序設(shè)計(jì)》選修，貫穿整個教學(xué)過程最多的便是數(shù)字化。無論是進(jìn)制，字符漢字的編碼，圖像聲音的編碼，算法和程序的實(shí)現(xiàn)，同學(xué)們可以感受到數(shù)字化對生活和學(xué)習(xí)的改變。感受數(shù)字化，成了這個時代不可被忽略的一種體驗(yàn)。

3.沒有規(guī)矩不成方圓，不積跬步無以千里——學(xué)習(xí)計(jì)算思維構(gòu)造性

數(shù)學(xué)學(xué)科中，如果能夠具體地給出某一對象我們稱之為可構(gòu)造的，對于能夠給出某一對象的計(jì)算方法，亦是如此。觀察信息技術(shù)學(xué)科，構(gòu)造性也是存在于方方面面的，算法尤為明顯。對于《算法和程序設(shè)計(jì)》一書而言，算法作為程序設(shè)計(jì)的核心，算法是解決某種問題的通用法則或方法，也就是一系列計(jì)算規(guī)則。

【案例3】給定一籃子豌豆和一只空碗，只要籃子中還有豌豆就執(zhí)行下列的步驟：

1.從籃子里拿出一個豌豆;

2.剝開豌豆的豆莢;

3.把剝落的豆放在碗里;

4.扔掉空豆莢。

程序則是算法的一種具體描述手段。這就要求我們在教學(xué)中，以問題的解決為核心，構(gòu)造合適的算法，用自然語言或者流程圖來描述算法。在此構(gòu)造過程中，充分體驗(yàn)算法的作用，逐步建立思維的過程。這個過程就是構(gòu)造過程中實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維的培養(yǎng)，對于提升算法思維能力也具有十分重要意義。

【案例4】小張用VB編寫一個文本替換程序，功能如下：單擊“替換”按鈕command1，將文本框Text1中與文本框Text2相同的文本，替換為文本框Text3內(nèi)的文本，并在文本框Text4中顯示替換后的結(jié)果，以及在標(biāo)簽Lable5中輸出替換的總數(shù)，運(yùn)行效果如下所示：

替換算法如下：

（1）將本文框1，2，3中的字符串分別保存到變量s，s1，s2中;

（2）檔字符串S的i位置右邊長度超過字符串s1長度時，循環(huán)執(zhí)行下列a，b步，否則跳轉(zhuǎn)到（3）：a.如果s第i位置起，查找到與s1相同的文本，則將s替換后的結(jié)果重新賦值給變量s，i位置跳過字符串s2長度到達(dá)下一個查找位置，同時替換總數(shù)加1;b. 否則，i加1跳轉(zhuǎn)到下一個字符位置;

（3）將替換后的字符串s顯示在文本框text4中，同時顯示替換總數(shù)。'代碼略

無論是算法，還是題中考察的字符串和數(shù)組的理解，都需要從日常生活構(gòu)造出程序的基本要素，在構(gòu)造的過程中，實(shí)現(xiàn)模擬到量化的過程，這是信息技術(shù)時代需要的基本需求。在日常的教學(xué)中，尤其是程序的教學(xué)，需要我們教師們，不斷引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)構(gòu)造性的思維，在構(gòu)造的過程中，感受并落實(shí)算法與程序設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)。

4.不識廬山真面目，只緣身在此山中——理解計(jì)算思維系統(tǒng)化

系統(tǒng)——描述了部分與整體之間的關(guān)系。系統(tǒng)一詞從古希臘語中翻譯而來。更進(jìn)一步解釋系統(tǒng)一詞：我理解的系統(tǒng)是一個有機(jī)整體，它由若干要素構(gòu)成，同時各個要素內(nèi)部具有一定聯(lián)系，它們通過各種聯(lián)結(jié)構(gòu)成了這個有機(jī)整體。了解系統(tǒng)的意義，有助于教師更好開展教學(xué)。系統(tǒng)論，是一門新興的科學(xué)，研究系統(tǒng)和進(jìn)行系統(tǒng)論的學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)其邏輯和數(shù)學(xué)的意義，有助于更好的培養(yǎng)學(xué)生的思維習(xí)慣。

對于用系統(tǒng)的思維進(jìn)行整理的過程中，思維導(dǎo)圖將系統(tǒng)得到了最真實(shí)的體現(xiàn)和落實(shí)。對于考察的每個可能的知識點(diǎn)，比如聲音、圖像、視頻，將所有可能涉及到的知識點(diǎn)以思維導(dǎo)圖形式列出來。同學(xué)們可以在這個過程中，更加細(xì)化對知識的掌握。

【案例5】某學(xué)生的關(guān)于聲音的思維導(dǎo)圖，分出錄制和采集、格式、數(shù)字化以及存儲量計(jì)算等知識點(diǎn)，在存儲量計(jì)算中，可以采用兩種方法計(jì)算，都在思維導(dǎo)圖中得到體現(xiàn)。

當(dāng)然系統(tǒng)的思想應(yīng)該存在于計(jì)算機(jī)的各個角落，在任何用計(jì)算機(jī)處理的問題中，我們教師都有必要教會學(xué)生用系統(tǒng)的思想考慮問題。用系統(tǒng)論這個新的學(xué)科體系的方法和信息技術(shù)這門日益壯大的學(xué)科相結(jié)合，為我們繼續(xù)去描繪美好的未來。

5.網(wǎng)絡(luò)天下，人類共識——體會計(jì)算思維網(wǎng)絡(luò)化

網(wǎng)絡(luò)是一臺巨大的計(jì)算機(jī)。網(wǎng)絡(luò)把整個互聯(lián)網(wǎng)都聯(lián)結(jié)在了一起。全面共享了數(shù)據(jù)資源、存儲資源、計(jì)算資源、信息資源、知識資源、專家資源等。網(wǎng)絡(luò)帶給我們生活的變化是巨大的，網(wǎng)絡(luò)時代正在從生活的方方面面沖擊我們的生活，無論是政治、經(jīng)濟(jì)、生活，人們的穿衣、吃飯、出行正在被各種網(wǎng)絡(luò)新方式取代，那么在教學(xué)這個陣地里，網(wǎng)絡(luò)也正在全面的改變我們的教育者和受教育者。教學(xué)中，我們可以用網(wǎng)絡(luò)課堂和傳統(tǒng)課堂相結(jié)合，從而引領(lǐng)新的教學(xué)模式，為這個時代的教學(xué)開辟新的道路。

【案例6】在高三的教學(xué)過程中，除了傳統(tǒng)課堂教學(xué)，我們備課組的老師們還嘗試用QQ建群，用作業(yè)功能，發(fā)布作業(yè)，以及回收作業(yè)。

當(dāng)然在這條路上，我們需要做的還有很多，需要去探尋和研究的事情還有很多，前途很光明，未來等待我們?nèi)ラ_發(fā)。

五、基于計(jì)算思維，提高教師自身素養(yǎng)

除了教學(xué)實(shí)踐，更需要作為接收一線信息技術(shù)的我們，在自身的素養(yǎng)方面不斷學(xué)習(xí)和提高自己，用核心素養(yǎng)的各個方面要求自己，基于計(jì)算思維去思考我們所碰到的各種情況，我們還可以這樣去做：

用思維引領(lǐng)方式要求自己，在教學(xué)過程中，注重思維更多于注重形式。以培養(yǎng)學(xué)生思維力為最高宗旨，不斷要求自己認(rèn)真?zhèn)湔n，落實(shí)教學(xué)實(shí)踐;

在解決問題的過程中，可以用圖示法來進(jìn)行問題解決的模式。始終要學(xué)會簡化抽象出計(jì)算思維，同時將這種方式落實(shí)到實(shí)踐教學(xué)中去。

學(xué)會使用思維導(dǎo)圖開展教學(xué)及復(fù)習(xí)，幫助學(xué)生充分學(xué)習(xí)使用思維導(dǎo)圖。充分理解系統(tǒng)對我們思維的影響，用系統(tǒng)的思想去貫穿一生的學(xué)習(xí)和工作。

充分利用身邊能夠提供學(xué)習(xí)的環(huán)境，充分利用理論聯(lián)系實(shí)踐的方式，充分利用網(wǎng)絡(luò)化的時代帶來的便利，始終用思維力的提升來要求自己，要求自己的教學(xué)。

未來已來，等我們?nèi)ビ樱?/p>

[參考文獻(xiàn)]

[1]陶增樂.信息技術(shù)基礎(chǔ)[M].浙江：浙江教育出版社，2005年.