孫明珠

摘 要：信息技術(shù)教師對于學(xué)生思維發(fā)展的重視程度越來越高，尤其是計(jì)算思維這一學(xué)科核心素養(yǎng)，其和理論思維以及實(shí)驗(yàn)思維共同組成三大科學(xué)思維，直接關(guān)系著學(xué)生利用信息技術(shù)解決問題的能力水平。為幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)發(fā)展計(jì)算思維的學(xué)習(xí)目標(biāo)，教師應(yīng)全面優(yōu)化教學(xué)策略，通過創(chuàng)設(shè)情境來幫助學(xué)生在課堂中獲取真實(shí)體驗(yàn)；借助以任務(wù)導(dǎo)向?yàn)榛A(chǔ)的項(xiàng)目教學(xué)法來拓展學(xué)生的思維深度；依靠循序漸進(jìn)的教學(xué)理念來幫助學(xué)生逐步發(fā)展計(jì)算思維；利用游戲競賽來激發(fā)學(xué)生參與課堂互動，強(qiáng)化思維系統(tǒng)的學(xué)習(xí)動力。

關(guān)鍵詞：高中信息技術(shù)；核心素養(yǎng)；計(jì)算思維；培養(yǎng)策略

隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)等先進(jìn)信息科技滲透到現(xiàn)代人的日常生活以及工作學(xué)習(xí)中，計(jì)算思維也越來越重要。在高中信息技術(shù)核心素養(yǎng)體系中，計(jì)算思維也占據(jù)著重要的地位，其主要指高中生在借助計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域中的理論知識、思想方法解決問題時進(jìn)行的一系列思維活動，包括界定問題內(nèi)容、抽象提取問題特征、構(gòu)建結(jié)構(gòu)模型、以合理化的方式組織數(shù)據(jù)、針對各類信息資源進(jìn)行分析與判斷、依靠算法來實(shí)現(xiàn)對問題的解決。教師不僅要讓學(xué)生在信息技術(shù)課堂中獲取學(xué)科知識，還應(yīng)轉(zhuǎn)變學(xué)生的認(rèn)知觀念，從而實(shí)現(xiàn)對計(jì)算思維的有效培養(yǎng)。現(xiàn)探討高中信息技術(shù)課堂中如何引導(dǎo)學(xué)生形成計(jì)算思維。

一、創(chuàng)設(shè)情境，實(shí)現(xiàn)親身體驗(yàn)

計(jì)算思維能夠促使學(xué)生利用計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)、信息學(xué)等學(xué)科知識來處理問題，其綜合了問題解決能力、邏輯思考能力以及計(jì)算機(jī)技能等多方面能力，對于高中生未來的發(fā)展有著不容忽視的重要意義，但培養(yǎng)難度也比較高。因此教師可通過創(chuàng)設(shè)情境，借助學(xué)習(xí)情境的形象化、具體化、真實(shí)化特征來彌補(bǔ)計(jì)算思維本身的抽象化特點(diǎn)，并利用各種貼近學(xué)生實(shí)際生活的應(yīng)用場景來使學(xué)生認(rèn)識到計(jì)算思維以及信息技術(shù)對于生活的不可或缺性，對計(jì)算思維的養(yǎng)成形成更為濃厚的興趣，主動地發(fā)展自身思維以及信息技術(shù)核心素養(yǎng)。

比如：在《算法及其特征》一課中，學(xué)生需要以更為系統(tǒng)化的方式來理解算法概念，并掌握二分查找這一以高效為優(yōu)勢的算法。在計(jì)算思維的核心素養(yǎng)發(fā)展方面，學(xué)生需要能夠把處理問題的具體方案總結(jié)與分解為準(zhǔn)確、清晰的步驟；明確算法的重要特征以及基本要素；了解二分查找算法基本思想，并能夠以合適的方式對其進(jìn)行描述；通過Python語言來有效實(shí)現(xiàn)二分算法，成功解決問題。

在教學(xué)環(huán)節(jié)中，教師可創(chuàng)設(shè)如下情境：班級的語文課代表在期中考試完成后，進(jìn)入辦公室?guī)椭Z文老師整理大家的試卷，為了使教師能夠便捷、高效地將考試成績錄入到計(jì)算機(jī)中，課代表在整理過程中，結(jié)合考生學(xué)號，按照由小至大的順序?qū)υ嚲碚归_了重新排列。此時A同學(xué)找到語文老師，提出自己的試卷只寫了考號而遺漏了名字，因此提出了補(bǔ)填姓名的申請。課代表應(yīng)當(dāng)如何把握此次機(jī)會，幫助老師在最短的時間內(nèi)將試卷找出，教師提出的問題包括通過何種方案可以有效解決此問題，涉及的算法有哪些典型特點(diǎn)。通過這一生活化情境，學(xué)生的注意力得到有效吸引，同時本課所需要解決的項(xiàng)目也得以引出。學(xué)生在思考問題時，還需要提取其中的隱含性條件。學(xué)生在小組內(nèi)結(jié)合教師給出的例子進(jìn)行思考與討論，發(fā)現(xiàn)若按照順序進(jìn)行查找，當(dāng)出現(xiàn)查找失敗的情況時，盡可以將一個錯誤答案排除，要找到能夠一次實(shí)現(xiàn)對多個錯誤問題進(jìn)行排除的方法。教師可幫助學(xué)生梳理待解決的問題，包括對該問題進(jìn)行具體化處理，程序輸出與輸入的內(nèi)容是什么；項(xiàng)目隱藏了哪些條件，在二分查找中，應(yīng)將哪張?jiān)嚲砗虯同學(xué)的考號展開比較；如何在二分查找期間成功縮小答案范圍；如何設(shè)計(jì)二分查找的程序結(jié)構(gòu)。在分析中學(xué)生完成基本模型的抽象任務(wù)，即：針對包含若干不同元素的有序數(shù)列，需將指定元素從中找出，只需將A同學(xué)的試卷編號輸出即可找出其試卷。同時，學(xué)生確定了問題解決步驟包括分析程序結(jié)構(gòu)，確認(rèn)對應(yīng)語法，設(shè)計(jì)流程圖以及編寫代碼。最后，學(xué)生在自主協(xié)作中完成了設(shè)計(jì)二分查找算法對應(yīng)流程圖的設(shè)計(jì)任務(wù)，也掌握了對于自身較為實(shí)用性的技能。

情境教學(xué)法在計(jì)算思維的養(yǎng)成教育中可以為學(xué)生創(chuàng)設(shè)合適的學(xué)習(xí)環(huán)境，鍛煉學(xué)生處理學(xué)習(xí)以及真實(shí)問題的能力，幫助學(xué)生降低對算法等學(xué)習(xí)難度較高的知識的理解難度，激發(fā)其學(xué)習(xí)動力，而且可以拉近信息技術(shù)課程、計(jì)算思維與高中生日常生活之間的距離，使高中生能夠正確認(rèn)識計(jì)算思維的價值。

二、任務(wù)導(dǎo)向，拓展思維深度

項(xiàng)目教學(xué)法是高中生計(jì)算思維強(qiáng)化的教學(xué)工作中最為常用的教學(xué)方法，教師在采用這一教學(xué)方法時，需要對知識模塊進(jìn)行提取、組織與整合，從而設(shè)計(jì)出較為完整的項(xiàng)目，再對項(xiàng)目進(jìn)行拆分，分解為具體的學(xué)習(xí)任務(wù)，以此為基準(zhǔn)來完成教學(xué)活動的設(shè)計(jì)。在項(xiàng)目活動中，學(xué)生與教師需要共同參與其中，活動的選擇設(shè)計(jì)、組織安排以及實(shí)施是教學(xué)的核心組成部分，也是學(xué)生形成計(jì)算思維的重要環(huán)節(jié)。以任務(wù)為導(dǎo)向來引導(dǎo)學(xué)生獲取正確的學(xué)習(xí)、思考與探究方向有助于拓展其思維深度。

針對《機(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)》模塊，教師可為學(xué)生設(shè)計(jì)“走入人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與機(jī)器學(xué)習(xí)”探究項(xiàng)目，結(jié)合人工智能核心技術(shù)應(yīng)用案例來組織學(xué)生展開對這部分知識的學(xué)習(xí)。首先，學(xué)生需要完成第一部分任務(wù)，即對機(jī)器學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行體驗(yàn)，通過閱讀教材與搜集資料明確機(jī)器學(xué)習(xí)的具體概念與當(dāng)前的發(fā)展歷程。具體活動包括利用Flappy-Bird小游戲來感受機(jī)器學(xué)習(xí)的過程；借助數(shù)字化學(xué)習(xí)的方式來掌握機(jī)器學(xué)習(xí)所經(jīng)歷的發(fā)展歷程。在第二部分任務(wù)中，學(xué)生需要學(xué)習(xí)機(jī)器學(xué)習(xí)的應(yīng)用領(lǐng)域與運(yùn)行原理，借助感知器來了解機(jī)器所運(yùn)用的學(xué)習(xí)方式；利用決策樹來完成“等人”決策的設(shè)計(jì)；掌握人臉識別庫等機(jī)器學(xué)習(xí)的具體應(yīng)用情況。在最后一部分任務(wù)中，學(xué)生需要通過對簡單化的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所形成的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行體驗(yàn)以及對于深度學(xué)習(xí)展開應(yīng)用來加深對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所具有的基本原理的印象。在學(xué)習(xí)過程中，可通過對手寫體數(shù)字進(jìn)行識別來實(shí)現(xiàn)對于TensorFlow的具體化體驗(yàn)。在學(xué)生完成所有學(xué)習(xí)任務(wù)后，教師可針對“機(jī)器學(xué)習(xí)概念”“機(jī)器學(xué)習(xí)與人類學(xué)習(xí)之間的區(qū)別”“體驗(yàn)機(jī)器學(xué)習(xí)的應(yīng)用”以及“案例評價報告”等評價項(xiàng)目來對學(xué)生的單元學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評價，幫助學(xué)生明確自身在項(xiàng)目學(xué)習(xí)中的具體學(xué)習(xí)成果。

在學(xué)習(xí)《數(shù)據(jù)可視化》時，教師需要引導(dǎo)學(xué)生對文本數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)可視化的作用、具體方式進(jìn)行掌握，了解詞云制作原理以及Python詞云程序等，其中指向計(jì)算思維的學(xué)習(xí)目標(biāo)為借助自主學(xué)習(xí)單以及網(wǎng)站新手教程，通過WorditOUT或者WordArt網(wǎng)站來完成詞云制作任務(wù)。在教學(xué)中，教師首先可為學(xué)生呈現(xiàn)出詞云圖片以及與之相對應(yīng)文字描述，從而將項(xiàng)目主題引出，學(xué)生需要找到并登錄統(tǒng)計(jì)局網(wǎng)站，在其中的“可視化欄目”板塊搜索自己感興趣的話題并完成對網(wǎng)頁的瀏覽，對文本類數(shù)據(jù)可視化的具體作用進(jìn)行體會。學(xué)生需要按照教師為其布置的課前任務(wù)，通過Excel來對所有同學(xué)的午餐內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并將詞頻依次列出，并探索能夠在最短時間內(nèi)獲得詞頻數(shù)據(jù)的方法，依靠WordlitOUT或者WordArt軟件來以所有同學(xué)午餐為主題完成詞云的制作。而后，在學(xué)生能夠?qū)υ~云制作的主要步驟進(jìn)行精準(zhǔn)梳理后，教師可令學(xué)生從網(wǎng)絡(luò)上下載自己所喜歡的文檔，借助Python詞云程序，提取文章主旨。利用網(wǎng)站提供的提示信息，完成參數(shù)設(shè)置，獲取午餐詞云。啟動“Python數(shù)據(jù)可視化”這一指定程序，結(jié)合代碼案例與文檔提示，來繪制與設(shè)計(jì)詞云。最后通過流程圖來展現(xiàn)出數(shù)據(jù)可視化的具體實(shí)施過程，并對詞云程序進(jìn)行改編，為自己有興趣的文檔來制作對應(yīng)的詞云。最后對學(xué)生的抽象問題以及分析問題的能力進(jìn)行考查，可引導(dǎo)其思考文本類數(shù)據(jù)可視化的其他形式，對比詞云與其他處理數(shù)據(jù)的方式的異同點(diǎn)與優(yōu)劣勢。

教師在以計(jì)算思維的發(fā)展為主要教學(xué)目標(biāo)來選擇教學(xué)模式時，需要確保所選用的教學(xué)模式兼具創(chuàng)新性、開放性、合作性以及學(xué)生主體性的特點(diǎn)。以任務(wù)為驅(qū)動要素的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)模式能夠滿足這一項(xiàng)信息技術(shù)關(guān)鍵能力的培養(yǎng)目標(biāo)，將理論及技能學(xué)習(xí)與實(shí)踐應(yīng)用環(huán)節(jié)加以融合，使學(xué)生以高效的方式實(shí)現(xiàn)對知識的深化理解，對思維的有效

發(fā)展。

三、循序漸進(jìn)，尊重認(rèn)知規(guī)律

對于高中生而言，高中信息技術(shù)課程的學(xué)習(xí)難度相較以往的學(xué)習(xí)內(nèi)容，有著幅度較大的提升，以自動化、抽象以及算法思想為核心特點(diǎn)的計(jì)算思維培養(yǎng)工作也屬于長期性的教育任務(wù)。在初期接觸環(huán)節(jié)中，學(xué)生對其的印象往往是抽象且模糊的，因此無論是抽象思維的養(yǎng)成，還是信息技術(shù)的傳輸，教師都必須以尊重高中生的認(rèn)知規(guī)律為前提，以循序漸進(jìn)的方式來引導(dǎo)學(xué)生逐步在信息技術(shù)知識與技能的學(xué)習(xí)、理解與掌握的過程中，接觸計(jì)算思維，逐步形成計(jì)算思維[1]。

如：在學(xué)習(xí)《作出判斷的分支》一課時，教師首先應(yīng)對學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)程度與學(xué)習(xí)方式作出判斷，學(xué)生在此單元中需要接觸算法的概念，了解描述算法可用的方法以及多種控制結(jié)構(gòu)的特征，同時還需要掌握Python程序相關(guān)知識與程序運(yùn)行調(diào)試方法等內(nèi)容。能夠結(jié)合實(shí)例，對“算法”概念進(jìn)行概括性敘述，并圍繞具體情境，選擇合適的控制結(jié)構(gòu)與方法來表示算法。而在該課中，python程序中的if語句以及分支結(jié)構(gòu)為重點(diǎn)內(nèi)容?？紤]到學(xué)生在前期的學(xué)習(xí)中已經(jīng)對程序設(shè)計(jì)知識形成了初步的了解，對于程序描述方式也有了較為深刻的印象，雖然接觸了Python中的輸出輸入、數(shù)據(jù)類型、變量與常量等內(nèi)容，但是因多方因素，可能存在一定的遺忘，需要教師逐步引導(dǎo)。在計(jì)算思維方面，學(xué)生需要了解雙分支、單分支結(jié)構(gòu)的執(zhí)行順序，并在實(shí)際問題的分析過程中，結(jié)合分支結(jié)構(gòu)繪制程序流程圖。

教師可讓學(xué)生思考，生活中有哪些和物流有關(guān)的APP，可從中體驗(yàn)到什么功能；如何寄出快遞；若需要經(jīng)營快遞寄取中心，考慮到寄取費(fèi)用隨快遞重量增加而增長，而手動計(jì)費(fèi)方式效率與精準(zhǔn)度都比較低，如何設(shè)計(jì)可對郵資進(jìn)行自動計(jì)算的計(jì)算器。學(xué)生可組建小組來分析問題，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)搜索的資料了解當(dāng)前快遞寄送的收費(fèi)規(guī)則；探討計(jì)算器可用的程序結(jié)構(gòu)類型以及具體的運(yùn)行邏輯；程序結(jié)構(gòu)于Python之中對應(yīng)的具體算法表示方式；通過程序流程圖的形式來表達(dá)其運(yùn)行邏輯；完成模型設(shè)計(jì)后，編寫代碼。在此問題分析環(huán)節(jié)中，學(xué)生的合作意識以及分析問題的能力得到鍛煉與增強(qiáng)，同時還可在梳理問題的過程中，確定該課所需掌握的知識點(diǎn)。在學(xué)生自主設(shè)計(jì)程序結(jié)構(gòu)時，教師可尋求合適的時機(jī)進(jìn)行指導(dǎo)與糾正，如分支結(jié)構(gòu)類型、關(guān)系運(yùn)算符等內(nèi)容。學(xué)生可借助PPT來以動畫的形式呈現(xiàn)出執(zhí)行單雙分支結(jié)構(gòu)的過程，在探究Python對應(yīng)的具體語法時，對語法要點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)；以自然語言來描述計(jì)算器的具體執(zhí)行過程。在此環(huán)節(jié)中，學(xué)生的建模以及抽象分析能力均能夠獲得有效鍛煉。設(shè)計(jì)完成后，學(xué)生可相互以多角度的方式來展示本組的“郵資計(jì)算器”代碼、流程圖等設(shè)計(jì)成果，并討論制作作品期間遭遇的困難與應(yīng)對方法。

為實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)，教師需層層深入教學(xué)過程，讓學(xué)生通過明確實(shí)際問題，分析解決方案，歸納算法步驟，繪制程序流程圖以及編碼等環(huán)節(jié)，逐步提升自身的計(jì)算思維水平。在最終的總結(jié)與評價環(huán)節(jié)中，為增強(qiáng)學(xué)生在程序語言輸出以及輸入格式的規(guī)范性，可摒棄人工判斷的方法，運(yùn)用OJ平臺來給學(xué)生提出精準(zhǔn)化反饋與專業(yè)化建議。

四、以賽促學(xué)，激發(fā)學(xué)習(xí)動力

在當(dāng)前的信息技術(shù)教學(xué)中，不少學(xué)生對于計(jì)算思維都缺乏深刻、正確的認(rèn)識，對于計(jì)算思維的發(fā)展動力不足，往往將注意力集中到學(xué)習(xí)任務(wù)方面，沒有關(guān)注思維層面的發(fā)展目標(biāo)。這與教師長期采用的單一化、枯燥化的教學(xué)方法有著密切的關(guān)聯(lián)。因此教師在計(jì)算思維教育過程中，應(yīng)引入游戲化競賽這一教學(xué)要素，通過技能訓(xùn)練式、探究式以及引導(dǎo)式游戲活動來使信息技術(shù)教學(xué)過程更加靈活有趣，從而實(shí)現(xiàn)“以玩促學(xué)”“以賽促學(xué)”的教學(xué)目標(biāo)。

比如：在學(xué)習(xí)《數(shù)據(jù)的查找》一課時，學(xué)生需要通過二分查找與順序查找兩種方式來完成查找目標(biāo)數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生通過對必修一教材的學(xué)習(xí)已經(jīng)能夠簡單應(yīng)用數(shù)組，對于二分查找也有一定的了解；順序查找則是高中生需要掌握的查找類算法中較為簡單易行的典型算法。教師在為學(xué)生設(shè)計(jì)游戲競賽時，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)對兩種不同算法的比較設(shè)計(jì)?？蔀閷W(xué)生設(shè)計(jì)“查找大師選拔賽”的游戲活動，學(xué)生需要通過無刻度式天平這一工具從20個顏色、大小完全一致的小球中篩選出質(zhì)量稍重的特殊小球，查找過程需要計(jì)時，按照具體破解時間來篩選出“破解大師”，各個小組之間可對破解方法進(jìn)行交流。而后，學(xué)生需要結(jié)合目標(biāo)球的具體質(zhì)量范圍展開質(zhì)量競猜，在對競猜次數(shù)進(jìn)行記錄的過程中，還需將算法寫出。再通過二分查找法進(jìn)行目標(biāo)小球的查找，并對兩種不同的查找方法展開對比與分析。最后，對游戲規(guī)律進(jìn)行總結(jié)，歸納二分查找法的實(shí)施步驟，同時，探討游戲中采用的兩種數(shù)據(jù)查找方法分別適用于哪一種類型的問題。在游戲進(jìn)行過程中，學(xué)生察覺相比前一種方法，二分查找法能夠以更高的效率幫助自身找到目標(biāo)小球，以此實(shí)現(xiàn)了對優(yōu)化算法意識與評估思維的有效培養(yǎng)。

游戲競賽能夠充分激發(fā)學(xué)生對于信息技術(shù)學(xué)習(xí)的熱情，但是在實(shí)際的教學(xué)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，教師應(yīng)注重游戲內(nèi)容與計(jì)算思維發(fā)展內(nèi)容、教學(xué)內(nèi)容的一致性，以教學(xué)內(nèi)容為核心設(shè)計(jì)并選擇合適的游戲內(nèi)容與類型。同時還需通過及時的教學(xué)反饋來了解學(xué)生在游戲中所采用的問題解決方法的正確性，在合適的時機(jī)為學(xué)生提供指導(dǎo)與糾正。

結(jié)束語

計(jì)算思維的培養(yǎng)與強(qiáng)化需要學(xué)生的主動配合與信息技術(shù)教師的科學(xué)引導(dǎo)，因此教師應(yīng)當(dāng)從教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等角度入手，立足核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)，綜合應(yīng)用情境教學(xué)法、項(xiàng)目教學(xué)法、游戲化教學(xué)法等多種教學(xué)手段，為計(jì)算思維養(yǎng)成創(chuàng)設(shè)良好的實(shí)施條件，使學(xué)生在真實(shí)化、趣味化、生活化的信息技術(shù)課堂中實(shí)現(xiàn)對自身高階思維的有效發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]蔣亞梅.高中生計(jì)算思維培養(yǎng)存在的問題及對策[J].中小學(xué)電教（教學(xué)），2022（12）：19-21.