计算思维在初中信息技术教学中的应用研究

【摘 要】计算思维是一种系统性的思维模式，新课标基本要求中，其已成为四项核心素养之一。在初中信息技术教学中加强对学生计算思维的培养，对于提高学生的分析问题能力、创新能力和自我发展能力具有重要意义。本文从计算思维的概念入手，分析了计算思维的本质和价值，对计算思维的内容进行了系统分析，并结合初中信息技术教学，对培养学生计算思维的策略方法进行了探索。

【关键词】初中;计算思维;信息技术;教学方法

【中图分类号】G633.67  【文献标识码】A  【文章编号】1671-8437（2021）34-0040-02

新时代，信息技术的飞速发展，改变了人们的生产和生活方式。尤其是网络技术不断更新换代，在改变信息传递方式的同时，也在改变教育方式，对人才培养提出了新的要求。《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》首次提出了信息意识、计算思维、数字化学习与创新和信息社会责任四项核心素养，计算思维在其中占据了极其重要的地位。由此可见，在初中信息技术教学中如何培养学生的计算思维，成为了教师必须面对和解决的问题。

1   计算思维的本质和价值

1.1  计算思维的内涵分析

计算思维不是单纯的计算能力，而是运用计算机的能力，是一种思维过程，最早由周以真教授提出。有人说计算思维就是让人像计算机那样去思考，其实这样的说法是比较片面的。因为，计算思维是概念化的抽象思维，是人类特有的思维模式，是一种思想;计算机并没有思维活动，它是模拟人的思维过程对信息进行机械化处理的物化存在，而且计算机处理信息的过程只是计算思维中的特定的部分活动[1]。

1.2  计算思维的价值分析

思维是人类智力的核心部分，人类只要有思维就能产生创造力，但是人类思维分为多个方面。而计算思维作为一种系统性思维模式，是促进人类创新发展的源泉，所以培养学生的计算思维意义非凡。一是能提升学生分析问题的能力。分析问题是解决问题的前提，人类已进入信息化时代，随着信息技术载体的不断扩展，人们在学习、生活、工作中被各种信息所包围，对这些信息进行分析，以抓住这些信息背后的本质，成为人们适应社会生活的基本能力，而计算思维作为一种系统的思维模式，对于提高人们的分析能力具有重要意义。二是能提升学生的创新能力。信息技术时代社会发展日新月异，而一个缺乏创新思维和创新意识的人很难跟上时代的节奏。而计算思维的根本在于创新，培养学生的计算思维，可以在潜移默化中强化学生的推理和创新意识，并在不断训练中提高其创新能力。三是能提升学生的自我发展能力。人类只有适应社会才能实现自我发展，才能最终服务于社会。在信息时代，面对纷繁复杂的社会环境，只有提升学生的计算思维能力，才能促进学生自我发展，才能提升学生在信息社会的生存能力[2]。

2   计算思维的系统组成

通常认为分解思维、模式识别、抽象思维、算法设计是计算思维的系统组成。但笔者认为培养计算思维的目的在于培养人的创新意识和发展理念，因此在分解思维、模式识别、抽象思维、算法设计的基础上应当将概括思维纳入计算思维概念进行系统设计[3]。

2.1  分解思维

分解思维是指将正在研究的某一事物按照一定的逻辑进行合理分解，也就是将整体分解为部分，将复杂问题层层解剖，化解为不同模块，目的在于在模块化解剖过程中找到解决问题的关键方式，这是一个循序渐进的过程。由此可见，分解思维是计算思维的基础和前提。

2.2  模式识别

模式识别本质上是对被识别事物或现象进行的分析和界定，分析和界定的内容即各种形式的信息，界定的方式是对信息进行描述、辨认、分类和解释。理论上讲，模式识别涉及生物体感知对象的基本方式，以及运用计算机进行模式识别的理论和方法。而计算思维视角下的模式识别主要是指根据人们的思维认识，通过一定的理论方法，对模块化的客观事物进行快速有效的识别[4]。

2.3  抽象思维

抽象思维是认识的高级阶段，是人类理性地对客观世界本质的反映。通过利用抽象思维分析事物，人们可以获取深层次、规律性的内容，并通过分析、综合、比较，抽取出深层次内容的本质属性，剔除非本质属性，进而把握事物发展的客观规律。可以说抽象思维是解决问题的关键，也是计算思维的关键，在整个计算思维系统模式中发挥着承上启下的作用。

2.4  算法设计

本质上讲，算法是解决问题的方案，也就是用一定的方法把解决问题的方案准确完整地表现出来。算法作为解决问题的策略机制需要考虑两个方面的因素，一是算法要没有缺陷，否则将无法解决问题;二是算法要合理，否则可能无法以最优的方式解决问题。

2.5  概括思维

概括思维实际上是类推思维的表现，是人们通过综合和比较，把抽象思维获得的事物的本质特征推广到同类事物上的过程。概括是科学发现的重要方法，是通过对一定范围事物的特征进行总结分析，进而类型化到其他具有相同或相似特征的事物，实现认识的升华。在计算思维系统中，概括思维是目的，是实现创新发展的必然要求和根本所在。

3   初中信息技术教学中培养学生计算思维的策略

3.1  情境——引导学生分解问题

俗话说，好的开端是成功的一半。对于一节课而言也是一样，在课堂导入环节，通过创设情境来导入，效果良好。如有的教师在讲解Excel数据统计的时候会拿图书馆藏书的数据来练习，这时教师就可创设捐书或是购书的情境。接着把话题巧妙地转移到捐书或是购书的数据上，为后面的数据统计的教学做铺垫。但是有的教师没有创设情境，直接出示一张捐书统计表，要求学生计算捐书的总数、平均数等。这样的方式往往让学生感到很突兀，学生虽然能按照教師讲解的方式去完成任务，但是却不明白计算这些数据有什么用，下课后往往也不会在意课堂上学了什么。而教师如果创设一个捐书的情境，这样在计算捐书的总数、平均数时学生就会有意识地关注捐书总数够不够，哪些班级捐得多，哪些班级捐得少，进而考虑哪些书籍受欢迎，哪些书籍比较匮乏等问题。这是计算思维中分解思维的体现。

3.2  合作——多角度探究问题

小组合作是一种很好的学习方式，在这过程中学生互相帮助、取长补短，可以有效提高课堂的学习效率。同一个问题，观察的角度不同，见解往往也不同，在小组中，把大家的意见模型化，就能够形成新的认知。如在教学“形状补间动画”时，教师可以给学生播放用Flash制作的魔术表演。看完表演以后教师让学生进行小组讨论，说一说看到了几个魔术表演，都变了些什么。有的学生说看到了圆形变长方形，有的说看到了长方形变文字，还有的说看到了文字变图片等。大家把这些讨论结果一汇总，发现原来形状补间动画可以发生在图形与图形之间、图形与文字之间、文字与图片之间、图形与图片之间等。这就相当于通过讨论给制作形状补间动画建了个模型框架，不管你想变什么，先给它分类，明确是图形变文字，还是文字变图片，这就是计算思维中的模式识别。

3.3  教师指导，帮助提炼问题

发挥好主导作用是教师课堂教学基本功的体现，因为教师是课堂教學的向导，教师往哪里引，学生就往哪里走。如前面说到的学生的讨论发现，教师要及时给予评价，并加以总结。在形状补间动画制作中，学生发现是基础，而教师要加以指导;开始关键帧和结束关键帧可以是图形、文字、图片等，但必须都是打散的状态，最后创建补间形状以完成形状补间动画的制作。这就是一个从模块化分析向抽象思维转化的过程。

3.4  动手实践，解决问题

动手实践，解决问题，实际上就是解决问题的方案设计与执行的过程，也就是计算思维的算法。信息技术是一门对动手操作能力要求较高的学科，而动手操作需要素材，如何获取素材呢？如何将这些素材建立起连接？这些都是学生要考虑的问题。在这个过程中，教师就要引导学生进行算法设计，并通过合理的算法绘制图形或利用网络资源获取相关素材，然后利用计算机软件完成操作。

3.5  举一反三，拓展应用

培养学生的计算思维的根本目的在于培养学生的创新能力和创造能力。在这个过程中，学生必须学会举一反三，通过解决一个问题掌握一类问题的解决方法。如学生通过学习计算捐书总数的方法，学会通过计算最大值，找到学生最喜爱的图书类别，从而指导大家的捐书方向。学生在学习形状补间动画制作时，通过学习图形变图形，进而制作出图形变文字、图形变图片的动画。学习的目的在于应用，把课堂所学用于解决生活中的实际问题才是教育的根本。

现如今我们身处信息社会，它要求教师在信息技术课堂上培养学生的计算思维。教师要勇于接受新任务，努力钻研新知识，在教学实践中不断探索新方法、新模式，力争培养出具有计算思维的新一代接班人。

【参考文献】

[1]裴昌根，宋乃庆.基于核心素养的优质高效课堂教学探析[J].课程·教材·教法，2016（11）.

[2]魏雄鹰，肖广德，李伟.面向学科核心素养的高中信息技术测评方式探析[J].中国电化教育，2017（5）.

[3]曾琦，秦怡萌.对“互联网+”时代下数字化学习的审视与思考[J].课程·教材·教法，2017（5）.

[4]王荣良.计算思维教育实施过程中的冷思考[J].中国信息技术教育，2017（18）.

【作者简介】

肖燕（1981～），女，汉族，江苏连云港人，本科，中学一级教师。研究方向：初中信息技术课堂教学。