高中信息技术教学中对学生计算思维的培养初探

何国柱

新课标中，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，其重要性不言而喻。笔者以提高学生的计算思维为目标，结合高中信息技术课程中Python部分内容的教学需要，对培养计算思维的教学实施策略和教学设计进行了探讨。

新高中信息技术课程标准提出了本学科的核心素养培养目标。其中，计算思维是其重要组成部分。计算思维吸纳了计算机科学的基本原理，主要包含算法思维、抽象思维、系统思维和数据思维。它提供了一种更高层次的思维方式和问题解决途径。这种创新的问题解决方法在当今社会的学习、生活和工作中发挥着重要作用，并广泛应用于各个领域。正如周以真教授所言，培养计算思维的目标是使学生成为“计算创造者”而非“计算使用者”，这些学生不仅要掌握计算机技能，更要能创造性地应用计算思维去解决问题，推动社会的创新和发展。我国的教育研究者早就认识到了计算思维的重要性，并在高中信息技术课程的培养目标中明确提出了培养计算思维的要求，把它确定为信息技术学科的核心素养之一。

一、计算思维概述

计算思维是我国信息技术学科核心素养的重要组成部分，它通过对问题的分解、抽象、形成和优化算法来解决问题。计算思维融合了数学思维与工程思维，强调的是问题解决的过程与方法，而不只是结果。计算思维包括计算概念、计算实践和计算观念三部分，作为一种有效的问题解决策略，计算思维在当今社会中有着广泛的应用价值。无论是解决日常生活中的问题，还是进行科研创新，甚至在改变社会产业结构中，计算思维都发挥着重要的作用。因此，如何有效提升计算思维作为信息技术核心素养，值得我们深入探索与研究。

二、Python走进高中信息技术课堂

Python是一种全球广泛使用的高级编程语言，它以优秀的可读性和简洁性赢得了众多编程初学者的青睐。在我国，Python的相关课程在学校开设相对较晚，教学模式一般是自上而下的，大学开设的Python课程最多，其次是高中（主要是校本课程），在义务教育阶段则较少。从2003年開始，我国的Python编程课程开始在高中逐渐普及，并从少数学校逐步推广至更广泛的范围。2018年，我国在新一轮的课程改革中，将Python的基础知识与应用纳入了高中信息技术学科课程中。

三、培养学生计算思维的教学实施策略

作为一种极富灵活性且功能强大的编程语言，Python的教学策略能显著影响学生对计算思维的理解和掌握。以下是我们在教学实践归纳总结的一些有效的Python教学策略。

基础教学为本：众所周知，掌握知识与技能需从基础的概念和原理入手。在Python编程教学中，基本的概念和原理是构建深层理解和应用的基石，只有让学生掌握了Python的基础概念，如变量、数据类型、控制结构等基础知识，构建完整的知识框架，学生才能将所学知识与技能用于未来的实践。

创设真实情境：真实情境的创设能显著提高学生的学习效果和学习兴趣。在Python的教学中，设计与学生实际生活情境相关的任务或项目，通过引导学生以Python程序解决问题，从而组织教学，借助知识、技能的学习和实践，帮助学生深入理解并运用Python编程知识。

问题导向学习：在进行Python课程的教学中，问题导向学习的方法对提升学生的计算思维能力有极大的作用。例如，老师可以提出具体问题，在学习循环结构时引导学生思考如何使用循环结构来解决问题，并鼓励他们积极探索和尝试多种解决方案。有助于培养学生的问题解决能力和高阶思维。

知识、理论与实践相结合：知识、理论与实践的结合是Python课程的教学目标。通过编写代码和具体的实践，学生可以更好地理解编程的概念。在课堂上，老师可以通过设计各种情景问题和项目作业，引导学生结合知识和技能去进行实践操作。项目的开发与实践可以有效地锻炼学生的团队合作和问题解决能力，使他们在实践中加深对Python编程和计算思维的理解。

鼓励探索和创新：鼓励探索和创新对于培养学生计算思维和编程能力至关重要。在教学中，我们可以鼓励学生利用Python去探索和解决自身感兴趣的问题，激发学生的主动性和创新性，提高创新思维和问题解决能力。例如，教师可设立开放性项目，让学生自选主题、自我设计，并通过Python实现创意。这既能提升学生实践操作能力，也培养了创新精神和问题解决技巧。

及时反馈和指导：学习是一个不断尝试和改进，进而迭代的过程。在这个过程中，教师对学生问题的及时反馈和指导显得尤为重要。教师在教授、引导学生对问题进行求解，或对项目进行推进的时候要提供实时、具体的反馈。通过反馈和指导，让学生了解自己的优缺点和需要改进的地方。这种及时的反馈和指导能够帮助学生更清晰地认识自己，从而促进编程技能的不断进步和计算思维能力的持续提升。

通过这些教学策略，我们可以让学生在理解基础、应用实践、解决问题、创新思考和自我反思等方面深化对Python知识与技能的学习与应用，从而有效地提升计算思维能力。

四、培养学生计算思维的教学设计

（一）课前准备

课前学习活动的有效组织是保证学生对基础知识的充分掌握，课堂的高度参与及个性化思维得到充分发展的关键环节。所以，教师在这个环节要善用网络通讯工具和教学辅助平台，指导学生明确学习内容的重点和掌握有效的学习策略。教师可以通过教学辅助平台分享学习资源，对不同基础的学生预设课前学习任务并同步掌握学生的学习情况。在课前学习任务单的设计过程中，教师还可以提前公布课内将要解决的问题或者项目主题，让学生在学习课本知识的同时，对将要开展的项目能做到深思熟虑。

（二）课中引导

Python课的堂上讲授主要涵盖了堂上答疑、合作探究和成果展示三个环节。教师可以在堂上答疑的过程中及时了解学生的基础知识掌握的程度，检查学生学习任务的进展，对学生遇到的问题给予充分的技术支持和鼓励。合作探究环节通过项目式教学鼓励学生通过自主学习、小组讨论、编程互动，共同完成项目。学生需要与组员分享讨论，推动解决方案的改进和完善。展示环节让各小组进行汇报和成果展示，并分享他们的经验。最后，教师要对学生们的学习成果给予合适的评价。课中师生的有效互动是实现计算思维培养的重要途径。

（三）课后拓展

课后环节是学生学以致用，实践学习成果的重要环节。合理的课后拓展环节不仅可以激励学生将所掌握的理论知识转化为具体的生活实践，还可以通过生活中问题的解决进一步提升计算思维能力。所以，教师可以在这个阶段设定一些拓展延伸的小项目去鼓励学生学以致用，勇于实践。

五、成果和反思

在Python课程中，我们有针对性地实践了上述的教学策略和设计。的确，Python的教学不仅提升了学生的编程技能，更为重要的是，有效地增强了他们的计算思维能力。然而，在实践过程中，我们也遇到了一些挑战。比如，对基础知识理解不够深厚的学生在理解算法时会面临困难，同时在编程过程中也可能感到困扰。未来，我们需要进一步加强学生的代码编写和调试技能的训练，并提供更多实践的机会给他们。

六、结论

综上所述，计算思维是现代信息社会中个体必须掌握的一种思维方式和科学素养，我们作为教育工作者应对其给予足够的关注和重视。Python作为一门广泛应用的编程语言，其教学实践与研究对于塑造学生的计算思维具有重要意义。将计算思维与编程学习相结合，让学生在实践中掌握这种思维方式，是一个有效的教学策略。同时，我们还需要持续改进和创新教学方法，注重启发和引导学生去主动探索、学习和创新思考，提供更多实践机会，促进学生计算思维能力的发展。

作者单位：深圳市龙岗区平湖外国语学校