核心素养视域下高中生计算思维能力的培养策略

张华娟

◆摘  要：计算思维是高中信息技术学科核心素养的组成部分，而计算思维能力则是推动学生成长为社会发展需要的复合型人才的“推手”。笔者结合多年的教学实践经验，阐述了现今高中信息技术课堂教学面临的问题，并致力于高中信息技术课程的本质特征，探析高中信息技术教学中培养学生计算思维能力的意义，提升指向提高计算思维能力的高中信息技术教学策略，推动计算思维核心素养的落“堂”生根。

◆关键词：计算思维;教学策略

“互联网+”时代下，复合型人才对社会的发展有着不容忽视的影响，而信息技术教学作为培养学生计算机素养的主要途径，特别是高中信息技术教学服务对象（高中生）的特殊性，对高中信息技术教学提出新且高的要求——培养高中生的信息技术学科核心素养。计算思维作为高中信息技术学科核心素养的重要组成部分，其融合于信息技術具体的教学实践与活动中，能够不知不觉地强化学生学习水平、综合素质的提升，推动学生逐步成长为社会发展急需的人才——复合型人才。因而信息技术课堂中，教师要以“课堂内容”为基石，组织开展多元化的教学实践活动。下文中，笔者基于高中信息技术教学中培养计算思维能力面临的问题及意义，提出指向提高计算思维能力的高中信息技术教学策略，实现“信息技术教学”与“计算思维能力”的深度融合。

一、课题的提出

培养信息技术学科核心素养，是现今一线教师亟待解决的首要任务，但在具体的教学实践中，计算思维能力并未真切地渗透于高中信息技术课堂教学的各环节，致使计算思维核心素养沦为信息技术课堂华而不实的“包装”。为此，笔者结合多年的教学实践经验，从以下几个维度阐述了高中信息技术教学面临的问题，具体如下：

1.培养计算思维的意识不足

笔者使用了问卷星方式对信息技术教师做了个调查，情况如下：

由此可见，学校、教师以及学生对计算思维培养，并未给于高度的重视，特别新课标深化推进的今天，仍旧有部分教师并未客观、深刻地认知计算思维，因而信息技术课堂中开展的教学活动，教师对问题的界定存在误区，致使构建出的模型的合理性不强，很大可能让学生参加活动中的“思”出现片刻的“停顿”。此外，遇到问题时，学生单一凭借教师传授知识进行解答，很大程度上弱化了“问题”的价值与作用，不利于培养学生的迁移能力。

教学模式单一，也是现阶段高中信息技术课程教学的显著问题，在具体的教学实践中，部分教师并未贯彻“以学生发展为本”的教学理念，对课堂中的“内容”与“问题”进行创新，很可能抑制学生对信息技术相关知识的兴趣。如，学习“简单公式”时，教师关注学生对“编程方法”、“代码书写”的掌握，而对逻辑推演则是蜻蜓点水般地一带而过，较容易使学生产生“不上不下”的尴尬，更重要的是，这样的教学过程，不利于放飞学生的思维，让学生的大脑始终处于“思”的状态，同时也不利于培养学生对知识的迁移能力。

2.培养计算思维的课程体系不完善

教材，是信息技术课堂中师生“教”与“学”的主要载体，且是无可替代的。新课标指导下，教师能够机械地按照教材内容按部就班地“教”，但不能针对计算思维对教材内容进行再构建。然而，当前无论是教师还是学生对于信息技术课堂中的教学内容的关注度与重视度都不高，如若对课堂内容仍旧置若罔闻，很可能不利于计算思维培养的落实。简单来讲就是，信息技术课堂中，师生过渡依赖于教材，并未致力于计算思维培养、学生认知需求，对教材内容进行目标性、个性化的构建，导致信息技术课程体系不够完善，影响计算思维培养的落实。

3.培养计算思维的效果不理想

笔者曾对高三年级的一个班级做过一个调查。认为信息技术课里知识最重要的占27%，思维最重要的占60%。知道计算思维这个词的同学非常少。可见大多数学生不曾意识到计算思维的重要，也未接受过相关的训练。“你用什么方法计算1+1/2+1/3+...+1/100？”针对这个问题，笔者也对高三的一个班级进行了调查，情况如下：

由此可以看出，近40%的同学在高三这个阶段仍然会选择数学方法来解决这个问题，而不擅于将这个问题进行分解，用计算机的思维来解决这个问题。

二、理论思考

1.概念界定

计算思维，是指个体运用计算机科学解决问题的过程中产生的一系列思维。具备计算思维的学生，在信息活动中能够采用计算机可以处理的方式界定问题、抽象特征、建立结构模型;通过判断分析与综合各种信息资源，运用合理的算法形成解决问题的方案;总结这些方法，并迁移到其它问题解决中。因而将计算思维培养融合于高中信息技术课程教学的各环节，要致力于学生对问题的探究，具体的体现则是：通过搜集、处理各种信息资源，形成解决问题的科学方案，且是学生执行方案的过程中掌握迁移知识的能力。

2.研究的意义

培育计算思维，是高中信息技术课程的落脚点，通过落实计算思维的培养，能够强化学生对信息技术的深刻思考与探究，助力学生掌握信息技术相关知识的基础上，发展、提升高中生的创新能力。“互联网+”时代下，信息技术对于社会发展的作用不可估量，而将计算思维培养与信息技术教学深度融合，能够促成信息技术学科核心素养的落实，推动学生逐步成长为社会发展所需的复合型人才。

三、培养计算思维能力操作策略

1.创设生活化的问题情境，推动学生探究能力

“互联网+”时代，信息技术已经被广泛地应用于社会的各领域，而高中生作为我国社会主义建设与发展的接班人，理当拥有扎实的信息技术知识，这就对当代高中信息技术课堂的教学提出新要求——培养计算思维。作为当代一线的信息技术教师，要以“教材内容”为基石，且在具体的教学实践中，教师要结合班级学生的认知需求对教材内容进行重编与补充，构建个性化课程。某种程度来讲，学习的过程就是解决问题的过程，因此在信息技术课堂中，教师要寻找“知识”与“生活”之间的关联性，创设生活化的问题情境，点燃学生深度思考与探究的欲望，使学生解决问题的过程中促成计算思维的形成。比如在《枚举算法》一课中，老师的导入过程由破解密码开始。当老师“兴致勃勃”地打开本节课所用的PPT，结果却遇到了一个尴尬---要求要输入密码，其中提示信息为：“777**9 能被29与3整除”。

案例

《枚举算法》教学导入片段

（1）课程导入

教师打开本节课PPT时，PPT并未如期运行，而是弹出一个要求输入密码的对话框。师生在同一文件夹中发现一个“备忘录.txt”，里面显示着密码提示：777**9 能被29与3整除”

（2）思维引导

师：六位数，已经知道其中四位，还有两位不知道，就这个条件，我们的密码有多少可能？

生：100种。

师：它能被29和3整除，这个问题你们怎么解？

生1：等我拿计算器，凑几个看看

生2：应该有数学公式吧，让我再想想

师：你们的方法估计会需要不少时间，有没有想过用计算机来处理这个问题呢？计算机会怎么处理？

生：用循环语句，一个个判断

（3）抽象问题

师：我们可以设置变量x用来表示这个六位数。如果用循环语句，请大家写出它的可能的范围。

生1：范围是777009到777999

师：这个范围严谨吗？我们不放过任意一个可能，不多算任意一个不可能的。如果要按这个范围，我们要筛选的数共多少可能了？实际上我们可能的数最多是100种。

生2：777009到777999，每逢十个遍历一次

师：范围设定好了，条件也知道了，请大家用流程图将你们解决这个问题的方法展示出来

（4）算法设计及展示评价

使用流程图表示算法的思路是一种很好的方法。流程图可以更好的分清楚各个部分的需求。解决一个问题的算法并不是唯一的。对于每种算法我们要分析它的有效性，考虑它的效率问题。教师展示出具有典型问题的流程图，与学生一起讨论其中的问题。对有不同解决方法的学生要给予积极的肯定。以下挑选了四个同学的答案师生一起展开讨论。

（5）程序实现与结果呈现：在确定了正确的算法后，结合之前所前循环结构，分支结构及相关语句，实现程序编写与上机验证，得到结果，顺利打开PPT。

.“破解密码”这样的问题，很快很好地点燃学生进一步“思考”与“探究”的积极性与主动性。笔者与学生一起经历“发现问题”、“抽象建模”、“设计算法”、“程序实现”几个主要步骤来一起实现本节课第一环节—“用枚举方法破除密码”，从而正式进入了“枚举算法”课程。这一环节中师生一起品尝枚举算法带来的甜处，潜移默化地促成高中生计算思维的形成。要做好这些辅设，老师的备课要非常充分，善于结合生活中的实际应用，将它与课程内容很好地结合起来。

2.开展多元化的教学方法，提高学生解决问题能力

无论思维的培养还是思维的形成，都不是一蹴而就的，因而在具体的信息技术课堂的教学实践中，教师要立足于班级学生学习的需求，抓住学生学习信息技术知识的“兴趣点”“问题点”，运用多元化的教学方法来开展实践活动。

（1）微视频学习法

如果对于展示某一个知识点，我们分别用文字、图像、声音、视频方式去展示它，其中最受欢迎的会是哪个呢？毫无疑问，选择视频的人会最多。微视频有这样的一些好处：时间简短、内容直观耐人寻思、图文声像并茂、有针对性、可重复。学生在课堂上难以理解的难以消化的内容，都可以通过相关的微视频让学生在课堂上、课间、假期进行学习。比如在《冒泡排序》一章中，笔者就在上课前的课间播放了一个4分钟左右的视频（由罗马尼亚舞团表演的“算法的艺术-冒泡排序”），通过该视频，学生快速地掌握了冒泡排序的基本算法，并能用语言表达出来。微视频可以从网络来，可以自己制作，在选择或者制作时一定要注意展示主要知识点，不可让其它无关的内容喧宾夺主。

（2）游戏教学法

美国心理学家布鲁纳说：最好的学习动力莫过于学生对所学知识有内在兴趣，而最能激发学生这种内在兴趣的莫过于游戏。”通过游戏，老师可以把学生吸引到课堂中，锻炼他们观察、思维和判断能力。在《信息编码》一节中，笔者用了“猜生肖”游戏来引导学生思考编码的原理。

（3）对比教学法

将两个或者多个算法进行对比，找到其中的相同点及不同点，让学生在比较中进行筛选及吸收，分清混淆的概念，获取对方的优点，将知识内化，形成自己的思维体系。比如在讲“素数”判断的程序实现过程中，教师将出现最多的两个结果呈现出来让学生进行分析。

在对比之前，多数同学将素数判断循环范围设在2至a-1之间，有近半的同学认为判断的时候遇到不能被整除了就可以得出“是素数”的结论。经过两个程序对比，雪亮的眼睛们都得到了正确的答案。

3.关注新事物的运行机制，培养学生知识迁移能力

近些年，信息技术的发展突飞猛进。大数据、人工智能、物连网等等新词汇不断地刷新人们的认知。技术改变了生活，改变了工作。很多领域在不断地创新。我们的教育需要为学生奠基这样一种能力：不断自我更新，主动去理解新科技，探究新事物。对常见的应用实例进行分析，比如无人超市、高速公路收费、ETC等等生活中新出现的实例。要引导学生观察身边事物，用计算思维的视角去分析问题。在介绍《人工智能》一节内容中，有如下一个调查：

这种情况是学生没有去思考智能音箱语音识别工作机制而造成。试想这些音箱它如果没有一直聆听，怎么识别用户正确的呼唤呢？它一直在接收指令，对收到的指令进行判断，直到某一条正确指令时它便给出回应。用课堂上的思维去理解生活中新事物的运行机制，能帮助我们明辨是非，评判真伪，更自信地拥抱日新月异的新时代。

综上所述，将计算思维能力的提升融入高中信息技术课堂教学的各环节，呈现出必要性与可操性。新时代赋予了教师更大的责任。要培养学生的计算思维，教师首先要从观念上不断更新自己。很多老师觉得培养计算思维就是编程，这是认知上的错误。英国教育哲学家赫斯特说：教育的中心目的是向学生传授主要的思维形式，在思维核心之外包裹的诸多知识仅仅是载体。所以知识不等于能力，编程不等于计算思维。今天我们学VB，明天学python ，若干年后又有更好的语言出现，语言会经常变，一直不变的是这当中所用的迭代思维，递归思维，枚举等思维。其次在具体的实践过程中，教师要肯定信息技术课程教材的基石作用，同時也要有意识地挣脱教材编写的囿于，并结合班级学生的认知需求对课堂教学的具体内容进行合理的改编与补充，尤其要注重组织开展多元化的教学实践活动，使学生实践的过程中潜移默化地发展、提升计算思维能力。教师需要不断地学习，从教材和现实中挖掘相关的内容来提升学生信息素养。实现“计算思维能力”与“信息技术教学”的深度融合，强化高中信息技术课程的育人价值。