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高中信息技术基础课程在培养学生计算思维中的策略探究

作者:未知

  摘要:本文将综合辨析近几年学者们对于计算思维概念和本质的研究,帮助教师对其深入理解,在此基础上从宏观和微观两个角度探究在高中信息技术必修模块中培养学生计算思维的策略。
  关键词:高中信息技术必修模块;核心素养;计算思维
  中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2019)33-0186-02
  一、问题的提出
  计算思维培养是信息技术教育的重要课题,通过解读大量的文献,结合一线教学的经验,发现目前信息技术课程在培养计算思维方面存在着以下现象:第一,计算思维概念于2006年已提出,我国在2016年9月发布的《中国学生发展核心素养》中将计算思维纳入高中信息技术核心素养,很多一线教师是在2018年1月教育部正式印发《普通高中信息技术课程标准(2017版)》后正式接触计算思维。因此对于大多信息技术一线教师而言,计算思维是新概念,探究和实践才刚刚起步。第二,有不少教师是基于《算法和程序设计》模块或Flash教学来探讨计算思维的培养。《算法与程序设计》是高中信息技术的选修模块,并不是所有学生都会选,Flash更不是学生的必学内容,将计算思维的培养致力于此,显然不能满足全体学生的需求。第三,随着人工智能和创客教育的蓬勃发展,它们对培养学生计算思维能力的功效也日益显著,但其对于硬件要求比较高,也无法保证每个学生都能参与。
  因此如何让一线教师快速、准确地把握计算思维的概念,并通过高中信息技术必修课程来培养学生的计算思维是目前高中信息技术教育亟待解决的问题。本文将通过对计算思维概念的辨析,让教师能够通俗易懂地了解其本质,探讨基于高中信息技术必修模块培养学生计算思维能力的方法和策略,力求将计算思维培养基础化、常规化,并为一线教师提供具体可行的教学参考。
  二、计算思维的概念的辨析
  2006年,华裔计算机科学家周以真首先提出“计算思维”的概念,他认为计算思维就是运用计算机科学的思维方式及基础概念进行问题解答和系统设计,像计算机科学家一样思考问题、理解问题、解决问题等一系列涵盖计算机科学的思维活动。谢忠新教授以周以真教授的概念界定为立足点,结合国际教育协会和计算机科学教师协会对计算思维的可操作性定义,计算思维是人的思维,是人类求解问题的一条途径,是一种描述当我们思考如何利用计算机来解决问题时所采用的过程和方法。张立国教授运用词频分析法,以中国知网数据库平台为依托,将“计算思维”“概念”为篇名进行检索,得到了国内外关于计算思维的概念界定若干个,对这些概念抽取了核心词汇,通过分析认为计算思维的本质是人们理解自然、理解社会的思维方式,是使用科学工具寻求问题解决方案的系统过程。陈鹏等人通过分析285篇SSCI论文,对其中关于计算思维定义描述中所使用的高频率词汇进行统计,发现学者们对于计算思维的定义虽然没有统一,对计算思维的主要元素意见比较一致,主要包括抽象、概况、算法、分解、调试等。
  通过对以上学者的分析结果进行汇总辨析,计算思维的概念不再抽象难懂,其本质也不再模棱两可,为了能够更好地将计算思维的培养落实于课堂教学,可以将计算思维简单地理解為:运用算法思维、抽象、建模、约简、分解、概括等方法,高效、系统地利用计算机进行问题解决的过程。
  三、基于高中信息技术必修模块培养学生计算思维的策略探究
  究竟该如何在信息技术必修模块中培养学生计算思维,从宏观的角度,我们可以运用游戏化教学法、项目学习教学法和混合式学习教学法这些能够有效提升计算思维的教学策略,结合适合的教学内容来进行培养。从微观的角度,我们可以针对计算思维的某一方面,精心设计课堂活动来进行培养。
  (一)利用宏观的教学策略来培养计算思维
  1.游戏化教学法。游戏化教学是指教师将游戏思维和游戏机制融入课堂教学,其目的是让学生在轻松、益智的环境中,更加大胆地尝试,多向发散思维,发挥想象力。学生在游戏当中,会不自觉地运用计算思维,从而达到计算思维的培养。
  例如,在《表格信息的加工与表达》中,教师可以将对数据的各种处理,从简到难设置成游戏关卡,每过一关赋予不同的积分和奖励,最后以积分最多为胜利,学生既完成了学习任务,也获得了教学评价。通过总结和分析不同方法的优劣,找到一个最好的完成任务的方法,从而培养学生利用计算机解决问题的思维方式。
  2.基于项目学习教学法。基于项目的学习是新建构主义指导的,强调学生对实际问题的自主探究、合作学习和创新能力培养的一种研究性学习模式。项目学习法能够培养学生通过系统的思考、计划、尝试等步骤,最终找到最佳方案来解决实际问题的能力。很多研究者都在研究中表明计算思维和问题解决之间存在很多关联性,学生的解决问题的能力显著影响学生的计算思维能力。
  在《认识信息资源管理》一节中,教材设计学生使用的学习方法即项目学习教学法。学生在项目研究过程中会发现当人们遇到问题,可以采用的方法有很多,这些方法各有利弊,但通过网络、计算机来解决一些问题总是会变得快捷、高效。通过网络、计算机来解决问题的方法也有很多,怎样能更加提高效率、提高资源利用率、实现资源共享并解决安全问题,学生进行这些思考并尝试解决这些问题的过程实际上就是在培养计算思维。
  3.混合式学习教学法。混合式学习法是指将传统教学和E-learning的优势结合起来的教学方式,将这种“线上”和“线下”形式有机组合,可以让学习者由浅入深达到深度学习。目前,MOOC、翻转课堂和其他形式的混合式学习法都已经发展比较成熟,混合式学习法能够提高学生的主动性,构建其自身的知识网络,扩展学生视野,丰富学习内容,培养学生自主学习的能力、创新及探究能力,更加有利于培养学生的思维过程。
  在《编制计算机程序解决问题》中,采用翻转课堂的教学模式,在课前通过微视频和导学案的方式,让学生了解计算机与程序,VB程序的编制环境以及基本元素,抛出实际问题要求学生通过分析,设想如何利用程序来解决这个问题。解决该问题可以有多种算法,学生在课上利用程序来实现该算法,并且分析哪种算法才是最佳算法。这一系列过程使得理论和技术类的知识都由学生课下完成,课上主要进行计算思维的培养,使计算思维的培养变得集中且高效。   (二)从微观的角度培养计算思维
  所谓微观的角度,就是针对计算思维某个方面思维的培养。计算思维包括算法思维、抽象、建模、约简、分解、概括等多种思维方式,在教学中可以针对某个方面,结合教学内容设计课堂活动。例如:①在涉及算法的教学内容中,通过设计游戏或者解决实际问题,让学生体验游戏和解决问题时如何设计算法,不同的算法有什么特点,什么样的算法是最优方案,从而培养学生的算法思维。②在剖析和建立数据库时,因数据库要应用于现实世界,现实世界数据之间的关系往往比较复杂。学生学习信息技术必修模块,太复杂的数据关系学生肯定吃不消,就需要使用一些抽象和约简的手段来处理数据库中数据的复杂性。③将一个大问题分解成一个个的子问题来解決,是我们解决问题时常常使用的方法,这也是计算思维的一种思维方式。④在信息技术必修模块的知识类内容教学中,教师要善于引导学生发现新旧知识之间的联系,以及它们之间的异同,从而让学生根据这些联系和异同概括出新知识的关键点,这也是计算思维培养的一个方面。
  四、结束语
  关于计算思维的培养,其重要性教师们都已明确,但是能够借鉴参考的教学实践案例还比较少,教师需要不断实践来修订自己的教学设计,以期真正通过课堂活动来有效培养学生的计算思维。另外,一种思维方式是否进步,评价的方法和标准都比较难确定,在教学中如何评价学生的计算思维得到有效培养,也是接下来教师们需要重点研究的。
  参考文献:
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