朱余芹

摘? ?要：計(jì)算思維能力作為新課標(biāo)明確規(guī)定的人才培養(yǎng)目標(biāo)，值得一線教師結(jié)合自身的教學(xué)實(shí)踐，深入挖掘其思想內(nèi)涵及實(shí)現(xiàn)手段。本研究以“對分查找算法”一課為例，詳述了教學(xué)環(huán)境中培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力的探究過程及實(shí)施手段，并提出了今后教學(xué)工作的幾個(gè)努力方向，即，真實(shí)問題情境的設(shè)計(jì)、教學(xué)支架的搭建及多種思維形式的綜合運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維;問題求解;最近發(fā)展區(qū);教學(xué)支架

1? 計(jì)算思維的內(nèi)涵及其作用

《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年版）指出，計(jì)算思維是指個(gè)體運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在形成問題解決方案過程中產(chǎn)生的一系列思維活動(dòng)[ 1 ]。

計(jì)算思維能力本質(zhì)上是人們解決問題過程的一種思維方式。它是人們在信息技術(shù)高速發(fā)展、數(shù)據(jù)量急速膨脹的數(shù)字化時(shí)代，面對篩選和合理利用數(shù)據(jù)解決現(xiàn)實(shí)問題的一種能力體現(xiàn)，是信息社會(huì)人類必備的生存技能之一。

計(jì)算思維主要可以劃分為如下六個(gè)子能力：問題形式化、抽象問題特征、建立結(jié)構(gòu)模型、分析和組織數(shù)據(jù)、問題解決過程自動(dòng)化、解決方案系統(tǒng)化[ 2 ]。

下面以“對分查找算法”一課為例，展示筆者在高中信息技術(shù)課堂上培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力的一些探索和實(shí)踐。

2? 在高中信息技術(shù)課堂中培養(yǎng)計(jì)算思維能力的教學(xué)設(shè)計(jì)分析

2.1? 教學(xué)目標(biāo)分析

“對分查找算法”是高一信息技術(shù)選修一“算法與程序設(shè)計(jì)”中第四章“算法與程序?qū)崿F(xiàn)”第三節(jié)的內(nèi)容。新課標(biāo)對本節(jié)課程的基本目標(biāo)要求是：能夠從生活實(shí)例出發(fā)，概述算法的概念與特征，并用恰當(dāng)?shù)拿枋龇椒ê涂刂平Y(jié)構(gòu)表示簡單的算法;掌握一種程序設(shè)計(jì)語言的基本知識，使用程序設(shè)計(jì)語言實(shí)現(xiàn)算法。通過問題的解決，體驗(yàn)程序設(shè)計(jì)的基本流程，感受算法的效率，掌握程序調(diào)試與運(yùn)行的方法[ 1 ]。

其中，掌握簡單算法的描述方法，需要學(xué)生能夠清晰地界定問題、描述問題，將問題從具體復(fù)雜的情境中抽取出一般特征，并創(chuàng)造性地提出問題解決的一般方案。能夠使用一門程序設(shè)計(jì)語言解決問題，則要求學(xué)生對程序設(shè)計(jì)語言有一定程度的掌握，能夠使用結(jié)構(gòu)化的程序表示算法，并通過調(diào)試運(yùn)行程序?qū)崿F(xiàn)問題解決的自動(dòng)化。新課標(biāo)對本章節(jié)的目標(biāo)要求體現(xiàn)了培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力在課程中的具體落實(shí)。

2.2? 基本學(xué)情分析

從知識儲備的角度看，學(xué)生已經(jīng)掌握了VB程序設(shè)計(jì)語言的基本語法知識，能夠使用流程圖等方法描述簡單的算法，掌握了順序、選擇、循環(huán)三種基本的程序控制結(jié)構(gòu)。從認(rèn)知發(fā)展水平看，高中生具備一定的邏輯思維能力，能夠?qū)ψ约旱挠^點(diǎn)用簡要的事實(shí)加以論證，能夠根據(jù)已知的事實(shí)推導(dǎo)出常識性的結(jié)論，這為本章節(jié)的學(xué)習(xí)奠定了基本的認(rèn)知基礎(chǔ)。

2.3? 教學(xué)環(huán)節(jié)分析

基本的教學(xué)設(shè)計(jì)思路如圖1所示。

3? 高中信息技術(shù)課程中培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)

3.1? 真實(shí)問題情境的設(shè)計(jì)

教師在課堂上應(yīng)該盡量選取貼近學(xué)生日常生活的相關(guān)案例，借助學(xué)生熟悉的內(nèi)容來創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境。一方面，學(xué)生熟悉的場景更容易激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣，更容易使其調(diào)用相關(guān)的生活經(jīng)驗(yàn)去分析情境、界定問題、尋求解答;另一方面，這也加強(qiáng)了學(xué)生分析復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)問題，將問題抽象化、進(jìn)行建模，并運(yùn)用計(jì)算機(jī)解決問題的能力，而這一能力正是計(jì)算思維能力的具體表現(xiàn)。

以“對分查找算法”一課的猜數(shù)字游戲?yàn)槔Ｊ紫?，游戲化的案例符合中學(xué)生的年齡心理特征，容易激發(fā)學(xué)生的興趣與關(guān)注，提高課堂的參與度;其次，在猜數(shù)字的過程中，學(xué)生借助相關(guān)的生活經(jīng)驗(yàn)，會(huì)很快發(fā)現(xiàn)“猜測中間數(shù)，可以很快縮小查找范圍，鎖定目標(biāo)”，對二分查找算法的基本思想有更加直觀、透徹的領(lǐng)悟。這一認(rèn)知水平的達(dá)成，便于學(xué)生下一步對問題的具體分析，并抽象出相關(guān)特征。

課堂教學(xué)中選取的案例需要貼近學(xué)生生活，才能更易于激活學(xué)生潛在的思維能力，調(diào)取相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，以便更好地界定問題、分析問題。

3.2? 教學(xué)支架的搭設(shè)

根據(jù)維果斯基的最近發(fā)展區(qū)理論，學(xué)生解決問題的實(shí)際水平和學(xué)生可能達(dá)到的發(fā)展水平之間存在差異，即，最近發(fā)展區(qū)。教師在教學(xué)中，只有為其搭建教學(xué)支架，提供必要的幫助與支持，才能讓學(xué)生順利完成教學(xué)內(nèi)容，達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。

在“對分查找算法”一課中，教師讓學(xué)生通過表格的填寫，敘述猜數(shù)字的思考過程，明確猜數(shù)字過程中所用到的思考和解決問題的方法，即二分查找法。通過學(xué)生的親身體驗(yàn)感受二分查找法的操作過程，在頭腦中形成對二分查找法概念的準(zhǔn)確定義，明了其使用的前提條件，為下一步提取二分查找法的基本特征奠定基礎(chǔ)。

通過學(xué)案提問的方式，學(xué)生可以有效把握使用二分查找法的幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，即中間值的計(jì)算、循環(huán)查找終止條件的設(shè)置以及確定查找數(shù)據(jù)的具體范圍，并對關(guān)鍵環(huán)節(jié)概括相關(guān)特征，用邏輯表達(dá)式進(jìn)行表述，實(shí)現(xiàn)對問題解決過程的初步抽象化、概括化，為下一步創(chuàng)建問題解決模型奠定基礎(chǔ)。

合理搭建教學(xué)支架需要教師具備以下的基礎(chǔ)條件：

（1）對學(xué)生的基本學(xué)情有清晰的把控，明了其知識儲備、認(rèn)知水平以及其通過探索可能達(dá)到的高度，能夠預(yù)判學(xué)生在探究過程中可能出現(xiàn)的困難。

（2）有深厚的學(xué)科專業(yè)功底，對教材有深刻的理解，能夠?qū)滩淖錾钊胪诰蚝挽`活處理。

（3）能夠靈活運(yùn)用合作學(xué)習(xí)、獨(dú)立探究等多種教學(xué)方法，以便學(xué)生在探究受挫時(shí)能夠得到足夠的支撐與幫助，從而促進(jìn)探究活動(dòng)的順利開展。

（4）做好教學(xué)資源建設(shè)，建議盡量使用系統(tǒng)化的、多媒體化的、有難度梯度的多種資源，以便不同認(rèn)知類型的學(xué)生各取所需。

3.3? 聚合思維與發(fā)散思維等多種思維形式的綜合運(yùn)用

相關(guān)理論研究表明[ 3 ]，計(jì)算思維是多種思維形式共同作用的結(jié)果。“對分查找算法”一課中，借助猜數(shù)字游戲，學(xué)生能夠清晰地用語言描述二分查找算法的計(jì)算過程，這個(gè)過程中學(xué)生運(yùn)用到了形象思維;而將二分查找算法抽象成計(jì)算模型又需要用到抽象思維;采用對分查找解決問題的思維過程可以看作學(xué)生不斷聚焦、不斷去粗取精、提取事物的關(guān)鍵特征、構(gòu)筑模型解決問題的過程，這是一種聚合思維的形式;而將學(xué)到的方法遷移到其他的應(yīng)用領(lǐng)域，形成更加廣泛的應(yīng)用，又需要學(xué)生具有發(fā)散思維的能力。

因此，計(jì)算思維不是具體的某一種思維形式，而是多種思維形式綜合運(yùn)用形成的高階思維模式。在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，需要教師準(zhǔn)確把握不同學(xué)生的思維特點(diǎn)，因材施教。

4? 結(jié)束語

計(jì)算思維能力是構(gòu)成中學(xué)生信息技術(shù)核心素養(yǎng)的關(guān)鍵因素，需要教師在課堂中對學(xué)生著力培養(yǎng)。唯有如此，才能夠讓學(xué)生滿足當(dāng)今社會(huì)的人才需求，成為信息社會(huì)的合格公民。同時(shí)，我們還應(yīng)該看到，計(jì)算思維能力的培養(yǎng)是一個(gè)逐步內(nèi)化、長期曲折的過程，不可一蹴而就，需要師生持之以恒的努力與付出。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn) （2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]任友群，李鋒，王吉慶. 面向核心素養(yǎng)的信息技術(shù)課程設(shè)計(jì)與開發(fā) [J] .課程教材教法，2016，（7）：56-61.

[3]熊煒，孫少艾. 論思維科學(xué)[J].南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2018，20（1）：76-80，85.