基于高中信息技术核心素养的计算思维的培养

郑晓东

摘   要：在高中信息技术课程中，核心素养是学生终身发展和社会需要的必备品格和关键能力。计算思维是运用数据结构算法，结合人类的思维特点，对计算机科学技术进行问题求解的思维活动，深度挖掘计算机科学技术上的广度和深度。高中学生面对信息技术课程，特别是程序设计中的算法问题，要充分利用思维分解、数据结构等计算思维方法进行分析求解。教师要根据高中信息技术课程的三维目标，和学生实际情况，对信息技术课程中有关计算思维的内容进行教学设计与实施，提升学生的课堂积极性与计算思维能力。

关键词：信息技术;核心素养;计算思维

时代高速发展，信息技术日新月异，计算机技术的应用与人们的生活越来越密不可分，国家的发展和科技的进步，也越来越依赖于计算机技术的发展，而核心素养是计算机科学发展的基础，计算思维是计算机科学发展的基石。因此，如何让高中学生具有良好的计算思维的技能，也是当前信息技术中核心素养培养的重要组成部分。2017新版《普通高中信息技术课程标准》明确提出：信息技术学科核心素养由信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任四个核心要素组成[ 1 ]。培养学生在高中信息技术课程中计算思维能力，也是衡量学生综合素质水平的重要指标，对国家计算机高端人才的培养，也起了积极的引导作用。

计算思维是运用数据结构算法，结合人类的思维特点，对计算机科学技术进行问题求解的思维活动，深度挖掘计算机科学技术上的广度和深度 。要求学生利用合理的算法，分析、判断，解决高中学生在实际生活中遇到的抽象问题。在信息技术的课堂上，充分应用各种合理的教学策略，有针对性地设计一些计算思维的教学任务，对学生的计算思维能力的培育，将起到事半功倍的教学成效。针对当前的信息技术核心素养的培养，对高中学生的计算思维能力的培养，可从以下几方面进行。

1  核心素养是根基，计算思维是核心

高中信息技术的核心素养主要是学生素养，是学生在信息技术方面的核心能力和必备品质，要有很强的社会的责任感，能够敏锐地感受信息的变化，对信息进行预期剖析，为解决问题的方法提供参考。高中的计算思维是学生运用计算机的科学领域的思维方法，对在学习信息技术的过程中，注重培养数据研究，合理应用结构算法，对数据进行整合和处理。信息技术是利用計算机，互联网，数据分析和应用算法，处理信息技术社会中经济数据和生产力变革，加快了全社会范围内的信息技术的技术创新，推动社会的信息化，智能化的发展，催生出虚拟现实空间并存的信息社会。

2  课堂教学是计算思维培养的基地

计算思维是高中学生信息技术必备的思维创新能力，课堂教学是教师引导学生，深度挖掘自己计算思维能力的重要学习场所。计算机科学算法思维的培养需要教师精心设计课堂教学目标、应用各种教学策略和教学评价，合理应用各种教学资源，重视以学生为主体的思维活动。

2.1  灵活应用各种教学方法是计算思维培养的有效途径

教师要根据信息技术学科的特点、学生的学情等实际情况，以及最终要达到的教学目的，选择一种适宜的教学策略，让学生的计算思维得到系统的，科学的，有效的训练。要达到此教学目的，首先要根据高中学生的实际情况，结合高中信息技术的新课标，合理制定出各模块的三维目标，总结出新课标中计算思维算法培养的体系结构;其次，灵活应用高中信息技术，特别是程序设计中结构算法的教学策略，应以学生为主体，教师为主导，应用任务驱动法，小组讨论等螺旋式的教学，总结高中信息技术计算思维拓展的教学规律，并对相关的知识结构进行迁移应用;第三，计算思维的培育也要结合高中学生的学情，特别是思维习惯，教师要根据不同学生的实际情况，分层设计出不同的教学任务，让不同层次的学生对同一知识点有不同层次的理解方法，在思维的培养上采用不同的策略和方法，让学生思维的严谨性和逻辑性都得到很好地提高。

2.2  精选案例是计算思维培养的关键

学生计算思维培养的主要场所是在课堂，教师必须精选能促进学生思维培养的精典案例，让学生在有限的课堂时间上进行剖析、体验，使学生的思维算法得到挖掘。如：加工生产流水调度，要使时间最短，实际就是让机器的空闲时间最短，一台机器在加工过程中，有可能要等待另一台机器。为了让机器空闲时间最短，教师可引导学生讨论、分析，利用贪心算法，设Mi=min{ai， bi}，将M按照从小到大的顺序排序;然后从第1个数开始输入数据计算，若Mi=ai，则将它排在从头开始数据的后面，若Mi=bi，则将它排在从尾开始数据的前面。让学生编写程序进行模拟、利用数据进行测试，找出最短时间点，学生在模拟测试的过程中，让学生在小组讨论，提供创设情景、分析讨论、反馈评价，学生应用已有的算法加以解决问题，提高自己计算思维的能力。

3  拓展高中信息技术课中有关计算思维的教材内容

计算思维的培养是高中信息技术新课标的的重要内容，整个教材的设计是模块化的，思维方式是螺旋上升的，教材的活动内容聚焦信息技术核心素养，以人为本，立德树人，注重自主创新，关注学生的认知、差异，促进高中学生终身学习的个性发展，教材中对思维算法分析可再深入挖掘，让教材体系更加完美，学生的思维活动方式得到更多地挖掘。

3.1  信息学奥赛课程融入校本课程

信息学奥赛的课程中部分算法，可融入高中信息技术教材中部分的项目活动，它的内容很多都是跟我们的生活密切相干的，学生在解决问题的同时，可利用计算思维、数据算法进行剖析、研讨，找到突破问题的缺口。例如：现在很多学生都很喜欢玩游戏，而游戏都是利用一些算法，用程序编辑出来的，例如：贪食蛇游戏，可让学生根据自己能力开发一些小游戏，并对游戏的功能进行改善，这样，学生学习信息技术的兴趣得到培养，思维能力也得到拓展，计算思维能力也提升。

3.2  开发人工智能的课程

随着现在科技的快速发展，人工智能领域的研究也在不断上升，越来越多的前沿学术研究都已将目光和战略转移到了人工智能领域，高中信息技术课程中融入人工智能课程，能够全面培养学生的信息学科素养，体验专家级别的解决问题的新思路，培养学生创新型的新思维。在课程活动中，教师要考虑如何将人工智能的陈述性知识转化为学生能够解决问题的程序性知识。例如：网络爬虫，教师可以让学生先体验一下大数据下人工智能，应用算法分析，让学生建立起科学的思维概念，利用人工智能解决现实中的问题，对拓展计算机科学技术领域的算法有重要意义。

3.3  构建基于信息技术核心素养的计算思维的评价体系

信息技术的核心素养的培养是信息技术教学中的重要内容，计算思维能力的培养是核心素养培养的重要环节，培养学生思维算法要从信息技术思维层、问题解决层加以突破，它是作为教学评价的依据，强调普遍高中教育是在义务教育基础上，进一步提高国民素质，面向大众的基础教育。课堂评价是以高中信息技术学科核心素养的分层结构为基础，应用多元化的层次模型记录、采集学生的学习过程，及时分析学生的学习情况的数据，同时改良教师的教学策略，完善学生评价体系，重视情景中评价和整体性评价，评价模式支持学生自主学习和合作探究，应用数字化思维模式解决问题，促进基于项目的学习，完善知识结构标准化测试和上机操作测试相结合的学业评价，针对专业能力较强的学生，可制作成案例分析成果论文或研究性报告。

3.4  落实高中信息技术课程的核心素养培养

核心素养的培养是社会进步的需求，是技术发展的必然，学生现状的需要，和谐社会的选择。在深度剖析数据与信息的基础上，应用数据与算法，体现数字化的学习过程，认识到信息系统运用过程中存在的很多不确定性，通过设计与主题有关的综合实践活动，体验数据传输的工作过程，认识数据结构算法的优劣和传统数据组织形式的局限性，分析数据特点与计算模块结构，剖析项目与任务驱动的差异，了解到数据是四大核心概念之一，体会到信息社会责任感的重要性和融合性。提高学生的核心素养是信息社会必备的人文素养。

综上所述，计算思維能力的培养是高中信息技术课程的重要内容，是抽象、螺旋上升的思维活动，是学生必须具备的基本能力。核心素养是学生，特别是高中学生终身学习和社会需求的核心素养，在高中信息技术的课堂组织教学的过程中，教师必须承担起有效、快速培养学生计算思维能力的重任，兼顾学生的核心素养，精选算法案例，利用思维的迁移，灵活应用各种有效的教学方法和策略，将信息技术的课堂情景和学生的思维活动融为一体，应用计算思维解决问题，培养学生算法能力，对学生适应未来科技，推动信息社会的发展有重要的作用。

参考文献：

[1]中华人共和国教育部.普通高中信息技术课程标准[S].北京：人民教育出版社，2017.