計算思維的高中信息技術教學探究
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摘要：本文分析了高中信息技術教材中蘊含著計算思維的數據、算法、系統三個方面內容；教師要充分挖掘其中的思想，采用不同的教學方法，培養(yǎng)學生的計算思維。
在信息技術教學過程中，教師經常會發(fā)現，講解了一些具體操作，學生機械的模仿操作步驟，看上去教學內容有條理，學生掌握情況蠻好。但是當教師布置一個類似的具體問題，學生不知所措。這就是因為學生只關注了技術本身，而忽視了技術背后隱藏的知識的梳理和提煉，沒有上升為思維層次，對知識的掌握往往比較零散和表面，沒有養(yǎng)成自己的思維習慣和形成足夠的遷移和解決實際問題的能力。我們培養(yǎng)的目標不僅僅是使學生成為軟件的使用者，而是使他們成為問題的解決者。2006年，美國周以真教授首次提出“計算思維”，是指運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。計算思維是學生適應社會發(fā)展的基本能力，如同閱讀能力、寫作和算術能力一樣，是學生學習、工作、生活的一項基本技能。
1．挖掘教學內容中的計算思維
計算思維包括數據、算法、系統三個方面。通過對高中信息技術必修教材和選修教材的研究分析，各知識點蘊含的思維方式進行歸類和重新整合，形成了包括編碼思維、存儲思維、安全思維、算法思維和操作思維等。數據思維是計算思維的基礎，算法思維是計算思維的核心，系統思維是計算思維的綜合表現。
1.1數據思維
數據思維中包括編碼思維、存儲思維、安全思維等。編碼思維包括二進制、八進制、十六進制思想；存儲思維包括文本、圖像、聲音、視頻、動畫的編碼存儲原理；安全思維包括信息的加密與解密，網絡安全。例如在講解高中《信息技術基礎》教材中“數字化圖像存儲”時，解釋點陣圖與矢量圖的區(qū)別時，教師可以用畫圖工具和FLASH分別演示點陣圖和矢量圖的縮放失真情況，解釋圖像存儲大小與分辨率和位數的關系時，選擇單色和彩色24位、16位分別保存，觀察它們文件的大小。
1.2算法思維
算法思維，包括窮舉、分治、遞歸、貪心、動態(tài)規(guī)劃等思想。例如講授《網絡技術應用》教材中“因特網信息交流與網絡安全”時，學生對密碼破譯的窮舉法理解存在很大困難。以往的教學效果很不理想。可以采用微課的教學方法，設置了一個真實的破解電子郵箱密碼的場景，演示用C語言編寫程序找到正確郵箱密碼的精彩過程，讓學生深切體會到不安全密碼在破解技術面前的蒼白無力，進而向學生揭示其中“窮舉法”的基本思想、方法和編程技巧。最后，將告訴學生如何基于窮舉法原理設計出更加安全的密碼。
1.3系統思維
系統思維就是對系統問題進行分析、設計、構建和維護的過程。如何確定問題、分析問題、計劃方案、執(zhí)行和實施、評估和反思這一系列的思維就是系統思維。例如在講解高中《信息技術基礎》教材中“利用數據庫管理大量信息”時，教師可以演示“學生成績管理系統”的開發(fā)過程，包括需求分析、系統設計、系統實現、系統測試與維護，使學生了解系統開發(fā)的過程，初步體驗軟件開發(fā)的步驟。
2．合理采用教學方法
2.1課堂教學與網絡教學相結合
由于學生的基礎參差不齊，學習進度不一致，個體學習存在差異，所以有必要搭設網絡平臺幫助學生進行自主學習。學生在網絡平臺上可以根據自己實際情況調節(jié)學習進度和內容；網絡平臺能為學生創(chuàng)設豐富的資源環(huán)境，對學生的學習提供指導；學習網站具有強大的交互功能，能夠實時反饋學生的學習情況。例如筆者在進行網頁制作教學時，制作了學習平臺網站，并提供了操作教程視頻指導，作品提交，學生自我評價、學生之間評價、教師評價的功能。網站的使用不僅方便學生的學，還能改善教師的教，也為師生間的交流提供了虛擬空間。平臺還提供網頁制作需要的一些資料素材和技術支持，為學生提供大量處理信息的機會，培養(yǎng)處理信息能力。
2.2課程講授與生活實踐相結合
根據學生的認知規(guī)律，將計算思維與學生的學習生活、校園生活、家庭生活密切聯系在一起，能起到良好的教學效果。例如筆者在講解高中《網絡技術及其應用》教材中“IP地址及其管理”時，IP地址比較抽象，如果單純以講授法教學，難以吸引學生的注意力，且學生又缺乏自主探究的知識基礎，因此教學難度較大。“IP地址與域名的概念”比較抽象，學生比較難理解，IP地址對應門牌號碼（如江蘇省高郵市文游南路26號），域名對應單位名稱（如江蘇省高郵中學）。IP地址的格式是由兩部分組成：網絡標識和主機標識，網絡標識確定主機所在的物理網絡，主機標識確定主機的物理地址。同學所在的班級名（如高一二班）就可以理解為網絡標識，而同學所在的座位號（第二組第四排）就可以理解為主機標識。在講授過程中巧用生活中的實例、類比等方法，可以使較為枯燥的知識易于為學生所接受。
2.3任務驅動與模塊化學習相結合
將一個大模塊分解成各個小模塊，設計小任務去完成各個小模塊的學習。逐步分解問題，引導學生完成學習任務，鍛煉學生的思維。例如筆者在講解高中《信息技術基礎》教材中“圖像的采集與加工”，介紹使用photoshop工具軟件處理圖像的裁剪、旋轉、大小設置、亮度對比度設置等操作，若單純講解零散枯燥，而使用了任務驅動式教學法，真實設計任務，引導學生探究操作，可以取得很好的教學效果。根據最近發(fā)展區(qū)理論，三次設置問題，三個任務的難度逐漸提升，引導學生在學習過程中進行思考與歸納。同時還提供針對技能操作的理論知識講解和操作演示，讓學生探究實踐學習，并體驗圖像簡單處理的樂趣。
3．總結
計算思維隱藏在信息技術課程中，教師要注重學生計算思維的培養(yǎng)，充分挖掘教學內容中的計算思維，合理采用教學方法，逐步養(yǎng)成學生的思維習慣，促進學生的全面發(fā)展。不求每一位學生都是編程專家，但求每一位學生都能學會像科學家一樣的思考，促進我們整個社會的發(fā)展。
作者:陳汐平 單位:江蘇省高郵中學
