林方東

人類邁入信息社會(huì)已久，信息技術(shù)已經(jīng)在社會(huì)生產(chǎn)生活中發(fā)揮著巨大的作用，信息素養(yǎng)成為未來(lái)合格公民必須具有的基本素養(yǎng)。教育部信息技術(shù)學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)的頒布以來(lái)，對(duì)作為信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)四個(gè)要素之一的計(jì)算思維的理解，以及在教學(xué)中如何滲透計(jì)算思維的訓(xùn)練，許多學(xué)者有不同見(jiàn)解。為此，本文基于計(jì)算思維的培養(yǎng)和信息技術(shù)必修模塊教學(xué)問(wèn)題的探究具有較大價(jià)值。

一、對(duì)計(jì)算思維的意義和內(nèi)涵的理解

計(jì)算思維最初是由卡耐基梅隆大學(xué)的周以真教授提出，它是“運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的思維方式來(lái)完成問(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、以及人類行為理解等一系列的思維活動(dòng)”，是一種用從計(jì)算機(jī)角度來(lái)看待問(wèn)題、解決問(wèn)題的思維。類似的，教育部2017版新課標(biāo)中對(duì)計(jì)算思維的概念是“指?jìng)€(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(wèn)題解決方案的過(guò)程中產(chǎn)生的一系列思維活動(dòng)”。這是對(duì)周以真教授的觀點(diǎn)的另一種解讀，計(jì)算思維實(shí)際上吸取了數(shù)學(xué)和工程的思維方法，是學(xué)科核心素養(yǎng)系統(tǒng)的核心及關(guān)鍵要素，影響著信息意識(shí)、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、以及信息社會(huì)責(zé)任這三個(gè)要素發(fā)展的質(zhì)與量，決定了學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展水平。

計(jì)算思維的內(nèi)涵在于，具備計(jì)算思維的學(xué)生，在信息活動(dòng)中能夠采用計(jì)算機(jī)可以處理的方式界定問(wèn)題，抽象特征、建立結(jié)構(gòu)模型，合理組織數(shù)據(jù)；通過(guò)判斷、分析與綜合各種信息資源，運(yùn)用合理的算法形成解決問(wèn)題的方案；總結(jié)利用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的過(guò)程與方法，并遷移到與之相關(guān)的其他問(wèn)題解決中。因此計(jì)算思維是一種普適的思維方式，重在解決問(wèn)題過(guò)程中，對(duì)問(wèn)題的形式化、模型化、自動(dòng)化、和系統(tǒng)化的能力，但不少教師把計(jì)算思維局限于算法思維，談?dòng)?jì)算思維則必提程序設(shè)計(jì)，這是一種片面的觀點(diǎn)。

高中階段學(xué)生已經(jīng)建構(gòu)起豐富的知識(shí)儲(chǔ)備，思維活躍，是計(jì)算思維形成的關(guān)鍵時(shí)期。信息技術(shù)必修模塊作為初高中信息技術(shù)教學(xué)內(nèi)容銜接的載體，同時(shí)也是學(xué)習(xí)選修模塊的基礎(chǔ)，起著承上啟下的作用。因此有必要在在有限的學(xué)習(xí)時(shí)間內(nèi)，高效率地進(jìn)行計(jì)算思維鍛煉。

二、基于計(jì)算思維訓(xùn)練的教學(xué)策略

1.充分挖掘教材內(nèi)容中的簡(jiǎn)單計(jì)算思維訓(xùn)練 基于對(duì)計(jì)算思維內(nèi)涵的理解，教師要善于從教材中尋找能夠進(jìn)行計(jì)算思維訓(xùn)練的教學(xué)內(nèi)容。例如，在數(shù)據(jù)信息加工單元教學(xué)中，在解決“運(yùn)用計(jì)算機(jī)讓數(shù)據(jù)信息可視化”這一過(guò)程的思維活動(dòng)，就是簡(jiǎn)單計(jì)算思維的體現(xiàn)。這里面包括對(duì)數(shù)據(jù)源的理解、對(duì)不同圖表應(yīng)用于不同場(chǎng)合的理解、對(duì)圖表形狀配色方案的理解等諸多思維活動(dòng)，這些活動(dòng)都是圍繞利用計(jì)算機(jī)解決數(shù)據(jù)可視化的問(wèn)題。雖然這些思維的難度和深度相比程序設(shè)計(jì)過(guò)程中的形式化思維、模型化思維而言是簡(jiǎn)單的，基礎(chǔ)的，但這些簡(jiǎn)單基礎(chǔ)的問(wèn)題在各個(gè)單元的學(xué)習(xí)中都能遇到，在整個(gè)必修模塊學(xué)習(xí)中更具有普遍性。應(yīng)該充分挖掘教學(xué)內(nèi)容中的這類普遍存在的計(jì)算思維訓(xùn)練，并在教學(xué)過(guò)程中給學(xué)生以點(diǎn)播總結(jié)，使之形成學(xué)習(xí)遷移能力，真正內(nèi)化為學(xué)生的信息素養(yǎng)。

2.善于創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境來(lái)培養(yǎng)提出問(wèn)題的能力從而鍛煉計(jì)算思維 計(jì)算思維是個(gè)體利用計(jì)算機(jī)科學(xué)范疇內(nèi)的思想方法來(lái)尋求解決方案過(guò)程所形成的思維活動(dòng)，在這樣的思維活動(dòng)中，提出問(wèn)題往往比解決問(wèn)題更加重要，因此學(xué)生應(yīng)具有突出的問(wèn)題意識(shí)。而問(wèn)題意識(shí)可以鍛煉計(jì)算思維，有利于創(chuàng)新活動(dòng)的進(jìn)行。但問(wèn)題并非無(wú)本之木，它通常隱藏在具體情境之中。為此在具體的教學(xué)過(guò)程中，我們應(yīng)聯(lián)系學(xué)生實(shí)際創(chuàng)設(shè)適宜的問(wèn)題情境，這種問(wèn)題情境應(yīng)與高一學(xué)生的認(rèn)知能力和學(xué)習(xí)能力發(fā)展水平相接近，使學(xué)生通過(guò)適當(dāng)程度的努力就能得到結(jié)果。又要貼近學(xué)生生活，更容易吸引學(xué)生興趣，借此激發(fā)他們的問(wèn)題意識(shí)。通過(guò)學(xué)生對(duì)具體情境中的對(duì)提出問(wèn)題能力的培養(yǎng)，使其能夠自主發(fā)現(xiàn)、探究與解決問(wèn)題，進(jìn)而在解決情境問(wèn)題的過(guò)程中得到計(jì)算思維的鍛煉。

3.科學(xué)設(shè)計(jì)課堂活動(dòng)以強(qiáng)化解決問(wèn)題的能力從而鍛煉計(jì)算思維 計(jì)算思維涵蓋算法思維、評(píng)測(cè)評(píng)估、細(xì)化分解、抽象和總結(jié)概括等不同思維。我們?cè)陂_(kāi)展信息技術(shù)必修模塊的教學(xué)活動(dòng)時(shí)，可聯(lián)系教學(xué)內(nèi)容圍繞計(jì)算思維的特定思維培養(yǎng)來(lái)組織教學(xué)，借此增強(qiáng)信息技術(shù)運(yùn)用能力，鍛煉計(jì)算思維。以“編程解決問(wèn)題和智能信息處理”章節(jié)教學(xué)為例，教師可設(shè)計(jì)經(jīng)由編程完成“小球的斜拋運(yùn)動(dòng)”的趣味活動(dòng)，利用算法思維將問(wèn)題劃分成規(guī)律的、完整的、可執(zhí)行的步驟，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)際解決問(wèn)題的過(guò)程中探索順序、選擇與循環(huán)結(jié)構(gòu)的基本特點(diǎn)，經(jīng)由小組學(xué)習(xí)尋求解決問(wèn)題算法，感受程序設(shè)計(jì)的一般過(guò)程，掌握程序設(shè)計(jì)的主要方法，增強(qiáng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力訓(xùn)練。另外，還可設(shè)計(jì)并組織倒計(jì)時(shí)和選課系統(tǒng)等充滿趣味性和實(shí)用性的課堂活動(dòng)，有效培養(yǎng)學(xué)生依托程序設(shè)計(jì)解決不同問(wèn)題的能力，在這些課堂活動(dòng)中，以項(xiàng)目學(xué)習(xí)的方式，立足于解決項(xiàng)目問(wèn)題的過(guò)程，從而強(qiáng)化計(jì)算思維的訓(xùn)練，并在潛移默化中完成計(jì)算思維的訓(xùn)練。

4.從計(jì)算機(jī)底層原理出發(fā)通過(guò)數(shù)理邏輯基礎(chǔ)引導(dǎo)計(jì)算思維鍛煉 高一學(xué)生已經(jīng)掌握了一定的數(shù)學(xué)和物理基礎(chǔ)知識(shí)，而計(jì)算機(jī)科學(xué)是建立在現(xiàn)代數(shù)學(xué)和物理學(xué)發(fā)展基礎(chǔ)上的產(chǎn)物。通過(guò)增加對(duì)基礎(chǔ)數(shù)字邏輯電路的講解，讓學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)運(yùn)行的基本原理有一定的感性認(rèn)識(shí)，有助于學(xué)生建立從計(jì)算機(jī)硬件角度處理問(wèn)題的思維方式。計(jì)算機(jī)科學(xué)是建立在近現(xiàn)代無(wú)數(shù)科學(xué)家的研究成果上的，因此它蘊(yùn)含了大量的科學(xué)思維邏輯，從這些科學(xué)思維邏輯中形成了計(jì)算機(jī)科學(xué)的基本概念、基本方法，是這些思維造就了計(jì)算機(jī)科學(xué)，這些思維是計(jì)算機(jī)的精華和靈魂。馮諾依曼的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)和圖靈的圖靈機(jī)理論，還有信息學(xué)奠基人香農(nóng)等計(jì)算機(jī)科學(xué)史上的巨人在計(jì)算機(jī)誕生的過(guò)程中所發(fā)揮的作用，可以給學(xué)生帶來(lái)對(duì)科學(xué)巨人的敬仰和奮斗目標(biāo)，激發(fā)興趣，通過(guò)對(duì)這部分歷史的介紹，也能讓學(xué)生了解計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展歷程，從而讓學(xué)生從計(jì)算機(jī)運(yùn)行的本質(zhì)角度思考問(wèn)題，從而達(dá)到鍛煉計(jì)算思維的目的。

5.善于在教學(xué)評(píng)價(jià)中驗(yàn)證學(xué)生計(jì)算思維能力水平 教學(xué)評(píng)價(jià)有助于我們對(duì)課堂教學(xué)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)反思。在教學(xué)評(píng)價(jià)中，增加對(duì)學(xué)生計(jì)算思維訓(xùn)練效果的可操作的驗(yàn)證方法。在某個(gè)教學(xué)內(nèi)容結(jié)束后，要求學(xué)生根據(jù)教師的演示、推理、設(shè)計(jì)等步驟進(jìn)行類比，重復(fù)教師課堂上的思路，解決教學(xué)評(píng)價(jià)中提出的問(wèn)題。如果學(xué)生能以教師一樣的方法，將自己對(duì)形象化問(wèn)題的理解進(jìn)行形式化的表述，能夠通過(guò)把復(fù)雜的問(wèn)題分解成關(guān)鍵步驟，并將這些關(guān)鍵步驟用模型化的方式組織起來(lái)，形成對(duì)關(guān)鍵步驟之間相互關(guān)系的一種理解，那么這也就意味著他們已經(jīng)掌握了解決當(dāng)堂問(wèn)題的思維方法，能對(duì)課堂所學(xué)知識(shí)進(jìn)行遷移和重新建構(gòu)。這樣便能在教學(xué)評(píng)價(jià)過(guò)程中很好地驗(yàn)證學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容是否真正理解，從而驗(yàn)證學(xué)生是否真正得到計(jì)算思維的鍛煉。

結(jié)語(yǔ)：基于對(duì)學(xué)生的信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)水平參差不齊的認(rèn)識(shí)，以及對(duì)計(jì)算思維意義和內(nèi)涵的認(rèn)識(shí)，我們提出了在高中信息技術(shù)必修模塊的學(xué)習(xí)過(guò)程中應(yīng)該注意到的五個(gè)可以鍛煉計(jì)算思維能力的教學(xué)策略，通過(guò)對(duì)這些教學(xué)策略在具體課堂教學(xué)過(guò)程中的不斷實(shí)施和驗(yàn)證，可以總結(jié)如何在必修模塊中形成解決計(jì)算機(jī)科學(xué)問(wèn)題的關(guān)鍵能力，為高中信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)在教學(xué)過(guò)程中的滲透提出解決方案。