【摘 要】 本文通過引入計算思維的教學案例分析，探討高中生計算思維能力培養(yǎng)的目標和方法。主張培養(yǎng)學生通過判斷、分析與綜合處理各種信息資源能力，形成利用計算機解決問題的過程與方法，并遷移到與之相關的其他問題解決過程中。

【關鍵詞】 高中生；信息技術；計算思維能力；教學；培養(yǎng)

《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》明確指出，普通高中信息技術課程的根本任務是全面提升學生的信息素養(yǎng)。課程圍繞信息技術學科核心素養(yǎng)，精煉學科大概念，吸納學科領域的前沿成果，構建具有時代特征的課程內容。

信息技術學科核心素養(yǎng)由信息意識、計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新、信息社會責任四方面構成。其中，計算思維是最能體現(xiàn)信息技術學科本質的核心素養(yǎng)。

一、關于“計算思維”的概念

2006年美國卡內基梅隆大學周以真教授提出“計算思維”的概念，周以真教授認為，計算思維是運用計算機科學的基本概念去求解問題、設計系統(tǒng)和理解人類行為。近年來，“計算思維”概念受到廣泛關注，不同學者亦有不同觀點?！镀胀ǜ咧行畔⒓夹g課程標準（2017年版）》中表明，“計算思維是指個體運用計算機科學領域的思想方法，在形成解決方案的過程中產(chǎn)生的一系列思維活動?！?/p>

二、高中信息技術課程中計算思維的培養(yǎng)目標

高中信息技術教學旨在通過信息技術學科的學習與訓練，逐步培養(yǎng)學生的計算思維這一核心素養(yǎng)，使學生在基于信息技術的學習活動中，從計算機能夠處理的視角，進行問題的界定、特征的抽象及提取，結構模型的建立，數(shù)據(jù)的合理組織等，通過判斷、分析與綜合處理各種信息資源，選擇并合理運用算法形成解決問題的方案，總結出利用計算機解決問題的過程與方法，并遷移到與之相關的其他問題解決中。

三、高中信息技術課的教學現(xiàn)狀

分析現(xiàn)行高中教材及教師教學實際情況可知，基于“技術應用”的教學理念非常廣泛。教師通常把教學目標的定位放在學生學會技術操作，能夠應用技術解決問題上。

例如，講授關于概念的知識時，教師的教學側重點是列舉與概念相關的例子，強調的是與概念相關的應用技能，而對于與計算機科學相關的概念、原理和思想，缺乏準確細致的講授，涉及概念的內容，僅限于“了解”層面，講授膚淺。學生對計算機科學知識體系缺乏整體性認知和結構化意識。講授操作技能類知識時，教師的教學側重點是學生具體操作技術掌握的熟練程度，在這種只強調技術操作，忽視學生分析與解決問題的思維能力培養(yǎng)的教學下，學生學會的只是照貓畫虎的操作技術，缺乏嚴謹?shù)倪壿嬎季S習慣、創(chuàng)新思維能力與信息社會責任感。

四、高中信息技術課程教學中落實計算思維的培養(yǎng)策略

在教學過程中，教師要在如何引導學生以計算思維的方式進行思考上下功夫。教師備課時的首要任務就是要設計出有意義、有價值的真實問題情境，搭建思維“腳手架”，提出層層遞進的思考問題，采用有針對性的訓練，幫助學生學會在分析問題和解決問題時的一般流程，并在此過程中形成計算思維意識，進而提升計算思維能力。

“信息的基本特征”是高中必修冊中典型的一節(jié)理論課，涉及概念較多?；浗贪娼滩纳辖o出一些常見生活事例及諺語，要求學生討論思考其具有信息的哪種特征。這樣的教學案例目的單一，只能讓學生基本了解信息的基本特征有哪些，缺少深層次的思維過程?，F(xiàn)實生活中，我們所遇到的信息表現(xiàn)出來的特征都不是單一的，信息是通過多個特征綜合呈現(xiàn)的。在高中信息技術教學中，學生學習信息的特征不是為了能正確羅列信息特征有哪些項，而是要深層次學習信息及其特征的作用。比如，在鑒別某個信息的真?zhèn)螘r，能夠綜合分析該信息符合信息的哪些特征，并從中梳理出相關的信息特征項，分析其表現(xiàn)形式和所起的作用，從而理性的鑒別、評價和運用信息。這樣才能體現(xiàn)出“通過判斷、分析與綜合各種信息資源，提取關鍵特征，建立結構化思想的知識體系，并能夠遷移到解決實際問題當中”的計算思維核心。

“網(wǎng)絡信息資源的獲取”是以技術應用為主的一節(jié)課，通常教師從應用的角度出發(fā)，把教學側重點放在使用搜索引擎的技巧上，而講授搜索引擎概念及工作原理內容時，輕描淡寫的一帶而過。學生在課堂上學會了一些有針對性的技巧，但遇到復雜的綜合性實際問題，需要進行分析、篩選并決策時，就無計可施了。這樣的教學明顯缺失計算思維中“學會利用計算機解決問題的過程和方法，并遷移到相關的實際問題解決中”的培養(yǎng)。實際生活中我們搜索網(wǎng)絡資源時，初步檢索出的信息通常是海量的、模糊的、零散的、模棱兩可的，在進行教學時，我們就要設計呈現(xiàn)這種真實的生活情境問題，引導學生在面對信息不完整不清晰的情況下，通過細致觀察、客觀分析、合理推斷，提取信息的關鍵特征，利用分析得出的特征再次進行精準檢索和科學篩選，最終得出更準確結果。通過這樣的學習，學生才能學會分析界定問題、對檢索問題進行抽象和歸納、構建關于信息檢索的通式模型，并使用該模型將模糊信息轉化成精準的有規(guī)律的檢索條件項，以此達到從一個問題的解決遷移到一類問題的解決上。

因此，教師需要在教學中改變原有的教學內容和教學方法，通過解決生活中真實存在的復雜問題，達到培養(yǎng)學生計算思維能力的目的。

五、基于計算思維培養(yǎng)的教學案例

王榮良教授在《計算思維教育》一書中寫到：算法思維方式是信息技術的最基本的思維方式。計算機處理問題最根本的機制就是“算法”，所以計算思維涵蓋了算法思維的本質。應用到我們教學實踐中，就需要將思維本身具象化，使用具有可操作性的教學策略，在教學活動中落實計算思維的培養(yǎng)。

下文教學案例中的三個學生任務，是基于計算思維的培養(yǎng)，使用回溯算法思想指導學生進行信息檢索的教學內容。

回溯算法的基本思想是：從一條路往前走，能進則進，不能進則退回來，換一條路再試。許多復雜的，規(guī)模較大的問題都可以使用回溯法。利用回溯思想檢索網(wǎng)絡信息，分析歸納出信息檢索的一般方法。通常，在檢索條件清晰、明了的條件下，可以直接利用回溯優(yōu)化檢索結果，若檢索條件模糊、含混，則需要利用信息的結構化原則，先進行檢索關鍵詞提取。

【任務一】在12306官網(wǎng)上查詢列車時刻信息，制定一份從“西安”到“北?！钡幕疖嚦塑嚢才?，要求越早到達越好。（提示：沒直達車時可以考慮轉車。）

任務一分析：從西安到北海沒有直達的列車，在這個任務中，首先要引導學生發(fā)現(xiàn)哪個城市是最合適的換乘城市，除了要考慮路程外，還要考慮換乘的時間是否匹配，才能符合“越早到達越好”的條件。在嘗試尋找換乘城市的過程，就是體會回溯算法的思想。

【任務二】制定一份從“西安”到“北?！钡某鲂邪才?，要求費用越低、時間越少越好。（提示：可以考慮多種交通方式。）

任務二分析：改變任務條件以后，有時間、路程和花費幾個關鍵因素要考慮任務也就相應變得復雜化，搜索結果可能使人決策困難。這時，可以使用決策矩陣法進行分析。

具體操作思路如下：將影響決策的多個因素進行梳理，并建立起數(shù)學模型。給這些決策因素進行賦值，計算并分析其結果。

假設三個變量分別是：t=時間，s=路程，m=金錢。每一個變量的值為0或者1，代表該變量對路線的影響程度，0為次，1為好。在完成任務二時，需要參考這三個變量，通過權重系數(shù)可以調整三個變量的重要程度，權重越高則越重要。權重范圍可以設為1-3。

最終，我們根據(jù)數(shù)據(jù)分析得出結果。

使用決策矩陣法的過程就是計算思維的體現(xiàn)。這種將人的主觀意識用數(shù)學方式來表達，形成一般性策略，即達到將生活問題使用計算機自動處理的目的。

【任務三】從海邊旅游城市北海和海南中二選一，如何用科學的方法找出最優(yōu)方案？

任務三分析：任務三是在任務二的基礎上，鞏固學習內容的掌握，檢測學生解決實際問題的能力。同時，也是用該任務進行一般性策略驗證的過程。

在這個教學案例中，當學生初次搜索的線路不符合條件時，需要返回并重新開始，再次進行檢索，最終達到符合條件的結果。這個過程就是回溯思想的生活應用。當學生在搜索信息發(fā)生決策困難時，要引導學生能夠有意識的對問題進行抽象和歸納，重新進行信息的提取，進行精準檢索，在遇到選擇問題時，使用決策矩陣的方法進行信息的分析及篩選。由此形成一種科學的、數(shù)字化的思維方式。并逐步形成基于計算思維的核心素養(yǎng)。

我們現(xiàn)在身處于一個大數(shù)據(jù)時代，在海量的信息里進行有效檢索的思維方式非常關鍵。引入計算思維后，我們的信息檢索教學思路需要進行一些變化?；舅悸啡纾核阉餍畔⒌慕Y構化；對搜索問題進行抽象和歸納，依據(jù)數(shù)學分析的算法，構建起關于信息檢索的、可被計算機處理的數(shù)學模型；根據(jù)模型將模糊的描述性搜索信息轉換成精確、可由計算機處理的數(shù)學表達式；由計算機進行處理；歸納、總結出在計算思維條件下進行信息搜索的一般性策略與方法。

六、結論

當前，計算思維正在受到教育界的廣泛關注和研究，我們將計算思維引入高中信息技術課教學實踐當中，旨在引導學生學會采用科學方法，建立數(shù)據(jù)模型，設計合理算法，構建思維模式。培養(yǎng)學生用科學的方法解決身邊問題的能力，這是一個探索的過程，也許會有很多細枝末節(jié)的不足之處，我們將在教學實踐中不斷完善，探索出符合信息技術課特征，體現(xiàn)出學科價值的新思路。為促進信息技術學科良性發(fā)展做出努力。

【參考文獻】

[1] 教育部.普通高中信息技術課程標準（2017年版）[M]. 北京：人民教育出版社，2017.

[2] 李辛.基于“數(shù)據(jù)與計算”課程的高中生計算思維能力培養(yǎng)[J].教育信息技術，2018.4.

【作者簡介】

李南穎，女，一級教師，陜西省教學能手，陜西省蓮湖教師進修學校中學信息技術教研員、電教信息部主任，陜西師范大學現(xiàn)代教育技術教育碩士導師，主要研究方向：中學信息技術教育教學.