浅谈中学信息技术学科中计算思维能力的培养

刘莉

摘   要：本文首先介绍了计算思维的概念， 然后结合中学信息技术课程的特点，采用多样化的课堂教学，重视加强学生的算法程序设计和编程能力， 信息技术与学科课程合理整合三方面给出了中学信息技术学科中计算思维能力培养的有效方法，为该学科中计算思维能力的培养提供相应参考。

关键词：中学信息技术学科;计算思维;程序设计;课堂教学

新一轮课改提出我国基础教育的总目标是“发展学生核心素养”。具体到每个学科就是“发展学科核心素养”。信息技术学科的核心素养包括四个方面：“信息意识”、“计算思维”、“数字化学习”和“信息责任”。计算思维是人类三大科学思维方式之一，计算思维简单地讲，是指运用计算机科学的基础概念，进行分析并解决问题、设计程序、理解人类行为等涵盖计算机科学之广度的一系列思维方式[ 1 ]，所以计算思维的培养在信息技术学科教学中显得非常重要。如何在课程的实施过程中有效培养学生的计算思维能力，笔者通过多年的中学信息技术教学经验的积累，结合这门课程的特点提出了可以从以下三个方面来多方位、有效、全面地培养学生的计算思维能力。

1  采用多样化的课堂教学，多方位提升学生的计算思维能力

在信息技术课程中，老师可以用很多方法提高学生的计算思维能力。多样化的课堂教学不仅可以让学生学会操作系统内的各种基本软件的使用，而且可以了解由计算设备、人和信息组成的计算机系统的大致原理。通过多样化的课堂教学培养学生计算、逻辑、推理和设计能力，让学生自主创作各种信息作品，提高学生运用计算思维解决问题的能力。

在中学信息技术课教学活动设计中，教师可以从分解问题、关注点分离的思维、算法化思维、启发式推理递归、抽象、自动化、优化处理、可视化表达以及模块化规划等一个或多个方面来培养学生的计算思维能力。例如：在中学信息技术课程《Scratch编程——游戏的设计》的教学过程中，学生进行模仿设计，尝试创作前往要设计动画的脚本及弄清程序运行的先后顺序，在交流互动、完善修改程序时，通过运行程序，可以找出错误代码，找出错误的原因，调整后再运行，观察结果直到满意。这一过程就培养了学生推理判断及优化处理的能力。

还有从《计算机硬件组成》一课的教学过程中，我们可以看得出，如果课堂教学时，教师把一些废旧计算机交给学生们自行拆卸再拼装，并且让学生们自学，分组讨论，再让他们讲出计算机各个硬件的名称、位置和性能，信息的存储、输入和输出的过程及信息容量存储单位及换算，从而掌握本课的内容。这样的教学过程比教师边播放图片边照本宣科，更能帮助学生思考和分析问题，学生在真实的情境中体验与实践，促进了他们计算思维的有效迁移。

2  教学中重视算法程序设计，有效提升学生的计算思维能力

通过学习计算机程序设计，可以让学生很好地体验算法思想。但是程序设计的内容在中学信息技术课中章节篇幅较少，各校一般用兴趣小组或校本课程的形式开展教学，供特长生学习。长期以来， 不少学校教师和家长对科目关注不够，认为信息技术课只要掌握基本的计算机操作能力即可，不是高、中考科目，导致该课程地位低下。学生更愿意把时间花在学习主要科目上面，不重视信息技术课程，对信息技术课程的学习积极性不高，教师在教学过程中简单教学，常常忽略了对学生计算思维的培养。

信息时代，随着计算机技术的飞速发展，信息技术对人类社会经济、文化和生活的影响日益显著。我们的世界也在朝着数字化、智能化和程序化方向发展。移动支付、智能家居、人脸识别等都让人们的生活更加快捷、方便。互联网、大数据、云计算、人工智能、机器学习、深度学习这些关键技术的快速发展，大家渴望了解更多，更希望通过学习利用这些技术来创新。有了这些需求，人们更加需要深入透彻地了解信息技术，也就是说，他们对计算机逻辑要有更深入和直观的理解，具备计算思维。所以，更多的人们开始愿意接受“从小学习编程”这一理念。信息技术教师可以用自己独特的教学方法，开展编程教学、创客教学等有趣的教学活动，培养学生对信息技术课程的学习兴趣，同时在有趣的活动和教学中丰富学生的阅历，增强学生的动手能力，提升学生的计算思维能力。

自2001年中国首次成功举办“青少年机器人大赛”以来，这项一年一度的活动使中小学生对机器人充满好奇心，也让他们在动脑的同时对所学知识有所实践。在比赛过程中，学生需要为了完成指定任务对机器人进行组装、尝试编制程序、利用编制出的程序对机器人进行简单的操作。这正是考察学生计算思维能力的一个过程。这种活动不仅让学生对信息技术更加感兴趣，同时也提高了学生的动手能力和团队协作能力。如果想要中小学生拥有更强的计算思维能力，把机器人项目中设计和开发时使用的计算机编程语言的学习纳入信息技术必修课内容显得尤为重要。现在，为了更好地落实并培养中学生的计算思维，很多省市已经把VB、Python等语言编程的学习归入中学甚至小学信息技术课程，因此利用VB、Python等编程语言进入课堂的契机，深入探索有效的模式和方法，培养学生的计算思维，也将起到非常重要的作用。

总之，在中学信息技术课程中积极开展计算机程序等有关内容的教学，可以加强学生的编程能力，促进学生的计算思维发展，为学生将来从事现代科学研究和工程实践打下坚实的基础。

3  合理整合信息技术与学科课程，全面提升学生的计算思维能力

《福建省义务教育课程實施计划（试行）》将信息技术课程归入综合实践活动课程。实施计划要求学生通过运用知识、交流与合作，提高收集和处理信息、综合解决问题的能力，增强社会责任感，通过个人实践逐步形成创新精神和实践能力。

由此观之，不仅可以在计算机编程这种信息技术课程中实现它与学科课程的完美融合，还应该多与语言、艺术、数学等其他学科课程合理整合来全面提升学生的计算思维能力。例如：在学习《多媒体作品的制作》这一单元内容的时候，整个单元可以设计以学生的春游活动为主题，围绕这一主题，利用信息技术课中学习的PowerPoint、PhotoShop等软件创作作品。在设计初期可以利用手绘思维导图设计作品的大纲，教会学生软件的基本操作，然后让学生自行创作。学生在创作过程中会遇到如作品背景颜色如何搭配、作品图文的排版方式、作品配乐的选择等等诸多问题，这些问题的解决必须具备语文、美术、音乐等方面的知识。问题的解决是从意识到方法再到能力的过程，是一个循序渐进的过程，学生在完成既定任务的同时，也明白了隐含的原理，培养了学生对知识的转化、应用和计算思维能力。

在《Scratch编程——一气呵成画五环》一课的教学设计中，教师将信息技术课与数学课融合。从数学中等边三角形的画法说起，让学生理解图形的一边绕顶点旋转一定的角度后变成另外一条边，然后再引导学生从正方形到正六边形的画法中找规律，归纳出正N边形的画法，最后让学生尝试推理出圆形的画法。最终回归到Scratch中求解画圆程序的过程就是由问题引发思维、由思维产生算法、由算法形成程序的过程。当学生编好程序后，教师可以鼓励学生用数列和变量优化程序，这就是计算思维的优化过程，全面地激发了学生的潜力和创造力。

简而言之，把看起来复杂的问题进行重新诠释，描述成为一个我们知道怎样去解决的问题就是计算思维。它跟阅读、写作和算术一样逐渐成为人们基础的、普遍的、适用的基本能力。在现代社会，想要成为在许多的竞争者中脱颖而出的创新型人才，具有计算思维是必备的条件之一。新思想、新方法、新研究成果层出不穷的时代，让人类更加注重计算思维的培养。国家只有拥有更多的创新型人才，才能使我们国家的自然科学与工程、社会经济与技术得到更好的发展。只有增强计算思维，才能在工程领域和世界自然科学中占得一席之地。随着社会的发展，越来越多的学校也开始推崇学生计算思维的培养。

从中学信息技术课程学科的核心素养可以看出，要提高学生的信息意识、信息责任感和数字化学习能力，必须要培养学生的计算思维能力。我们信息技术教师要在教学活动中重视这种能力的培养，积极探索和挖掘学科教学中有利于学生计算思维提升的内容、方法和策略，为我国培养创新型人才贡献力量。

参考文献：

[1]王鸿.浅谈初中信息技术学科中计算思维的培养[J].科技视界，2018（6）.