摘要：隨著信息技術(shù)的發(fā)展，計算思維作為信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，日益受到教育界的重視。在初中階段，通過信息科技學(xué)科教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，不僅能夠提升學(xué)生的邏輯思維能力、創(chuàng)新能力和問題解決能力，還能為他們未來的學(xué)習(xí)和發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。因此，本文基于情境問題化、條件化、能力化和結(jié)構(gòu)化“四化”策略，以“猜數(shù)字算法設(shè)計”為例，嘗試探討初中信息科技學(xué)科中計算思維培養(yǎng)的有效策略。

關(guān)鍵詞：初中；信息科技；計算思維；“四化”策略

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 論文編號：1674-2117（2024）23-0000-03

計算思維（Computational Thinking，CT）是一種獨特的思維方式，其核心在于將復(fù)雜問題抽象化、分解化、規(guī)律化，并最終實現(xiàn)自動化處理，其關(guān)鍵步驟為分解問題、建立模型、設(shè)計算法和評估解決方案。在初中信息科技學(xué)科中培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，對于學(xué)生的未來發(fā)展具有重要的意義。因此，如何有效地培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，是當(dāng)前教育研究領(lǐng)域亟待解決的重要問題。下面，筆者基于“四化”策略，即情境問題化、條件化、能力化和結(jié)構(gòu)化策略，深入探討初中信息科技學(xué)科中計算思維培養(yǎng)的有效策略，并結(jié)合“猜數(shù)字算法設(shè)計”案例，詳細(xì)分析如何在實際教學(xué)中踐行這些策略，以期為初中信息科技教育提供有益的參考和借鑒。

計算思維培養(yǎng)的“四化”策略

1.情境問題化：激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)主動探究

情境問題化要求教師創(chuàng)設(shè)具體、生動的情境，將抽象的計算思維問題轉(zhuǎn)化為具體可操作的問題，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在信息科技教學(xué)中，教師可以通過設(shè)計貼近學(xué)生生活的情境，如游戲、動畫、故事等，將計算思維的概念和原理融入其中。學(xué)生在解決這些情境問題的過程中，不僅能夠更好地理解計算思維的內(nèi)涵，還能夠鍛煉自己的思維能力和解決問題的能力。

2.條件化：逐步深入，探究問題本質(zhì)

條件化要求教師基于學(xué)生的前概念認(rèn)知體系以及思維習(xí)慣，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的形式、目標(biāo)等，不斷跟進(jìn)問題難度，尋求思維角度，讓學(xué)生掌握知識，弄清問題本質(zhì)，并明白實現(xiàn)應(yīng)用的條件。在教學(xué)過程中，教師可以通過逐步增加條件的方式，引導(dǎo)學(xué)生深入探究問題的本質(zhì)。

3.能力化：內(nèi)化知識，提升思維水平

能力化要求學(xué)生將獲取的知識內(nèi)化成一種能力，這種能力能夠借助計算機(jī)輔助其解決問題。教師需要引導(dǎo)學(xué)生掌握抽象、建模、算法、編程、調(diào)試、優(yōu)化等方法，明確每個步驟的關(guān)聯(lián)，并通過反復(fù)練習(xí)，將這些技能內(nèi)化為自己的能力。為了實現(xiàn)能力化目標(biāo)，教師可以設(shè)計一系列的實踐任務(wù)，讓學(xué)生在完成任務(wù)的過程中鍛煉自己的計算思維。

4.結(jié)構(gòu)化：系統(tǒng)化培養(yǎng)，確保緊密銜接

結(jié)構(gòu)化要求將計算思維的培養(yǎng)過程系統(tǒng)化、條理化，確保每個環(huán)節(jié)都緊密銜接、相互促進(jìn)。為了實現(xiàn)結(jié)構(gòu)化目標(biāo)，教師可以制訂詳細(xì)的教學(xué)計劃，明確每個教學(xué)環(huán)節(jié)的目標(biāo)和內(nèi)容。在教學(xué)過程中，教師可以通過設(shè)計一系列科學(xué)、有效的教學(xué)活動，采用逐步引導(dǎo)、層層深入的方式，讓學(xué)生逐步掌握學(xué)習(xí)方法和技巧。同時，教師還可以利用評價工具對學(xué)生的表現(xiàn)進(jìn)行評價和反饋，以便及時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，并針對性地進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。通過結(jié)構(gòu)化的教學(xué)方式，可使計算思維的培養(yǎng)過程系統(tǒng)化、條理化，從而有效提升學(xué)生的計算思維水平。

計算思維培養(yǎng)“四化”策略實踐——以“猜數(shù)字算法設(shè)計”為例

1.案例背景

“猜數(shù)字算法設(shè)計”是一個經(jīng)典的編程教學(xué)案例，它融合了趣味性與教育性，使學(xué)生在輕松愉快的氛圍中掌握編程技能。此案例的核心任務(wù)是構(gòu)建一個猜數(shù)字游戲，該游戲通過計算機(jī)與用戶的互動，引導(dǎo)學(xué)生深入理解編程邏輯和算法設(shè)計。在游戲的初始階段，計算機(jī)會隨機(jī)選取1～100的整數(shù)作為目標(biāo)數(shù)字。隨后，游戲會提示用戶輸入一個猜測的數(shù)字。當(dāng)用戶輸入猜測數(shù)字后，計算機(jī)會快速進(jìn)行判斷，并根據(jù)用戶輸入的數(shù)字與實際目標(biāo)數(shù)字的大小關(guān)系，給出相應(yīng)的反饋。這一反饋機(jī)制是游戲的關(guān)鍵，有助于學(xué)生理解編程中的條件判斷語句。當(dāng)用戶最終成功猜中目標(biāo)數(shù)字時，游戲會宣布結(jié)束，并伴隨慶祝的動畫或音效，以增強(qiáng)游戲的趣味性。整個游戲過程不僅鍛煉了學(xué)生的編程能力，還培養(yǎng)了學(xué)生的邏輯思維和問題解決能力。

2.案例過程

（1）情境問題化：踏上尋寶之旅，解鎖數(shù)字密碼

教師：“同學(xué)們，今天我們將踏上一場尋寶之旅！不過，這次的寶藏可不是那么容易找到的，它藏在一個由數(shù)字組成的密碼鎖后面。只有破解了這個密碼，我們才能揭開寶藏的神秘面紗。這個密碼鎖非常特別，它會根據(jù)我們輸入的數(shù)字給出提示。如果數(shù)字太大了，它會說‘太大了’；如果數(shù)字太小了，它會說‘太小了’。我們的目標(biāo)是通過不斷嘗試，找到正確的數(shù)字，打開密碼鎖，找到寶藏！同學(xué)們，你們想不想親手設(shè)計一個這樣的密碼鎖游戲呢？通過編程，我們可以讓計算機(jī)扮演密碼鎖的角色，而我們則可以通過輸入數(shù)字來嘗試破解它。”學(xué)生們聽完后，躍躍欲試。教師適時引入“猜數(shù)字”游戲的概念，并解釋如何通過編程來實現(xiàn)這個游戲。學(xué)生分組討論，交流自己的想法和思路。在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生逐漸將抽象的計算思維問題轉(zhuǎn)化為具體可操作的問題，為接下來的編程實踐打下堅實的基礎(chǔ)。

（2）條件化：逐步深入，探尋密碼鎖的奧秘

在學(xué)生對“猜數(shù)字”游戲有了初步的認(rèn)識后，教師開始引導(dǎo)其設(shè)計算法。教師先讓學(xué)生思考一個簡單的場景：用戶輸入一個猜測數(shù)字，計算機(jī)判斷這個數(shù)字是否正確，并給出相應(yīng)的提示。學(xué)生很快就設(shè)計出了相應(yīng)的算法。然后教師又提出了一個挑戰(zhàn)：“同學(xué)們，你們能不能想想辦法，讓這個游戲變得更加有趣和富有挑戰(zhàn)性呢？”一個學(xué)生提出想法：“我們可以增加一些條件，如讓用戶根據(jù)計算機(jī)的提示不斷調(diào)整自己的猜測數(shù)字。這樣，用戶就需要不斷地思考和嘗試，才能找到正確的數(shù)字?！痹诮處煹囊龑?dǎo)下，學(xué)生開始逐步增加條件，讓算法變得更加復(fù)雜和有趣。他們討論了如何設(shè)計提示信息、如何判斷用戶的輸入是否有效、如何控制游戲的循環(huán)次數(shù)等問題。在討論的過程中，學(xué)生逐漸深入理解了猜數(shù)字游戲的本質(zhì)和算法設(shè)計的思路，并意識到，通過不斷增加條件，可以讓游戲變得更加富有挑戰(zhàn)性和趣味性。同時，學(xué)生也學(xué)會了如何運用條件判斷語句來實現(xiàn)這些復(fù)雜的邏輯。

（3）能力化：編程實踐，打造專屬密碼鎖

教師先向?qū)W生介紹使用的編程語言（如Python等），并簡要講解編程的基本概念和語法，然后讓學(xué)生根據(jù)之前設(shè)計的算法編寫“猜數(shù)字”游戲。學(xué)生通過不斷地嘗試和修改，逐漸完善了自己的程序。通過學(xué)習(xí)編程，學(xué)生不僅掌握了編程語言的基本技能，還學(xué)會了如何運用抽象、建模、算法、調(diào)試、優(yōu)化等方法來解決問題，學(xué)生的計算思維水平有了顯著的提升。學(xué)生在完成“猜數(shù)字”游戲后可以向教師和同學(xué)展示自己的作品，并分享自己的編程經(jīng)驗和心得。通過展示和分享的過程，學(xué)生不僅鍛煉了表達(dá)能力和溝通能力，還從其他同學(xué)的作品中汲取了靈感和啟發(fā)。

（4）結(jié)構(gòu)化：尋寶之旅的全程回顧與收獲

在“尋寶之旅”的編程探險中，教學(xué)環(huán)節(jié)之間緊密銜接、相互促進(jìn)，從情境問題化的引入到條件化的算法設(shè)計，再到能力化的編程實踐，每個環(huán)節(jié)都為學(xué)生提供了充分的學(xué)習(xí)和思考空間。在理論學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，教師通過講解和演示，向?qū)W生介紹了計算思維的基本概念、原理以及應(yīng)用。在實踐操作環(huán)節(jié)，教師引導(dǎo)學(xué)生通過編程實現(xiàn)“猜數(shù)字”游戲，并讓他們在實踐中不斷調(diào)試和優(yōu)化自己的程序。在項目學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，教師設(shè)計了一些小型項目供學(xué)生分組研究和實踐。學(xué)生在小組中合作完成任務(wù)，共同解決問題。在評價與反饋環(huán)節(jié)，教師通過評價學(xué)生的作品、觀察學(xué)生的思考和解決問題的過程等方式，幫助學(xué)生了解自己的優(yōu)點和不足，鼓勵學(xué)生不斷提升自己的計算思維水平和編程能力。同時，教師也根據(jù)學(xué)生的反饋和表現(xiàn)，及時調(diào)整和優(yōu)化自己的教學(xué)策略和方法。通過這場“尋寶之旅”的編程探險，學(xué)生不僅收獲了知識和技能，還收獲了快樂和成長。他們學(xué)會了如何運用計算思維來解決問題、如何與他人合作完成任務(wù)、如何不斷地學(xué)習(xí)和進(jìn)步。

結(jié)束語

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展和教育改革的深入推進(jìn)，我們有理由相信計算思維的培養(yǎng)將在初中信息科技學(xué)科中得到更加廣泛的重視和推廣。

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