高中信息技术课堂如何养成学生计算思维

高中信息技术课堂如何 养成 学生计算思维

毛露

江西省吉安市井冈山大学附属中学

摘要：人工智能、大数据时代，“计算思维”作为面对未来人工智能发展的底层能力，其意义不可谓不深远。如何构建人机交流之间桥梁的核心思维模式，

贯输式的传统信息技术教学必须要变革，要注重培育学生的概括能力、分解能力、评估能力、抽象能力、逻辑思维能力。

关键词：计算思维；高中信息技术；信息技术教学

现阶段，随着5G技术的不断成熟，万物互联，人工智能时代已经开启，信息技术在社会各个领域都将得到广泛应用，为适应社会发展，为大学培育合格的具备底层思维能力的高中生，高中信息技术教学必然成为提高学生综合能力的有效方法之一，也即是学生的概括能力、分解能力、评估能力、抽象能力、逻辑思维能力等等。因此，当前我国高中信息技术在教学中必须要深入探讨的问题是如何培养学生计算思维，只有这样才可以提高学生学习效率，进而为新课标要求下的教学目标提供有力保障。

一、计算思维释义。

计算思维就是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计，以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。用计算思维解决问题，学生负责把实际问题转化为可计算问题，并设计算法让计算机去执行，计算机通过运算，达到我们想要实现的工作目标，并将这个结果呈现出来，这就是计算思维里的人机分工。这个转化的过程，启发学生像经济学家、物理学家和艺术家那样思考问题，并理解如何使用计算解决问题，创建和发现能卓有成效进行探索的新问题。

二、当前高中信息技术教学中培养学生计算思维的现状及误区

1、信息技术的计算思想方法不清晰，分解能力、逻辑思维能力根本没体现。

课标中多次提到“信息技术基本思想与方法”的学习要求。比如“了解使用数据库管理信息的基本思想与方法”“掌握面向对象程序设计语言的基本思想与方法”等。但在教学实施中，这些思想方法它们有什么不同、如何体现它们的表现性特征?需要教学中师生探讨和实践，但实际上，课堂上还是讲练结合，学生似鹦鹉，根本没进行分析、判断推导。

2、计算思维方法简化为程序设计，等于编程。学生的评估能力、抽象能力没养成。

在教学内容的安排中，比如在算法与程序设计过于强调变量、函数、语句结构等编程语言和程序结构的技能，忽视了其内在的“算法思想”(例如模型建设、数据抽象等)的渗透。课程标准中所要求的“学生进一步体验算法思想，了解算法在解决问题过程中的地位和作用”也就很难得以实现。

3、信息技术课程内在价值实施方法的形式化

信息技术课程的内在价值主要是通过学校的日常教学得以实现的，教学方法的设计与实施直接影响着课程内在价值的落实。通过问题解决的活动，激发学生的学习动机，发展学生的思维能力、想象力以及自我反思与监控的能力。

但在课堂教学中，“教师讲，学生练”依然是教学组织的主导方式，“技术操练式”的教学方法依然为教师所倚重。即便在探究性活动过程中，有的教师分步骤地将探究问题、解决过程、方法策略，乃至作品案例呈现给学生。当学生作品呈现出“千篇一律”的格式时，发展学生的思维能力、想象力、自我反思与监控能力又从何说起？

三、以课堂实录案例角度，如何培养学生计算思维。

正如上文提到，目前我国高中信息技术教学中培养学生计算思维的现状不容乐观，所以教师需要结合实际教学情况，合理制定有效的教学措施，从观察、设计、抽象、计算、自动化、协作、评估等维度,实施计算思维教育。

运用计算思维进行问题求解一般步骤：
（1）把实际问题抽象为数学、物理问题，并建模。（2）进行映射，把模型中的变量等用特定的符号代替，即用符号一一对应数学、物理模型中的变量和规则等（3）通过编程或求助软件把解决问题的逻辑分析过程写成算法，即把解题思路变成计算机指令，也就是算法。（4）执行算法，进行求解，即计算机根据算法，一步步完成相应指令，求出结果。这就是计算思维中抽象和自动化的重要性。

教师在设计教学任务当中，要驱动学生在解决任务中利用计算思维处理问题，调动学生对问题解决的兴趣;通过规划设计、观察、探究活动弄清问题，找出解决问题的方法，从而锻炼学生的概括能力、分析能力;在完成任务的问题反馈调适中提升解决问题的能力，训练评估、逻辑思维;通过成果交流、活动评价强化解决问题的意识，塑造思维，最终达到培养计算思维的目的。

一）给定任务。任务设计要能引起学生兴趣，着眼引导学生解决问题的角度分析思考，描述问题，遵循针对性和有实用价值的原则提升学生计算思维的兴趣度。尽快使学生形成思维兴趣。如用已有的软件模仿“水滴的运动”，任务很日常，学生有尝试的欲望。

二）课堂设计，探究活动。组织学生对任务进行规划、探究是基于项目学习提升计算思维方法的关键。要建立让学生积极参与的课堂，贯彻“自主学习，合作探究”的教学理念，通过探讨求证项目开发是否有意义，技术上是否可行等问题，让学生一步步地自我启发，形成计算机解决问题的方案，凝练出计算思维方法。

“水滴的运动”分组准备:装有水的水杯，滴管，有水的水盆。

自主探究观察：1.水滴在重力作用下水滴的形状，然后可选择Photoshop、flash等软件中的椭圆工具画出水滴形状。2、水滴是透明的，Photoshop、flash等软件中有透明度。2.观察水滴下落并消失水中，下落时间短暂，中间的变形可以不忽略，但是要运动，作动画。消失则是透明度0。3.观察水滴滴在水面上运动，一圈一圈往外面荡漾开来，最后消失不见了。荡开，怎么建模模仿呢？

这样通过师生共同探讨的方法修正自己的思维策略，使思维的发展处于开放的环境中，循序渐进地帮助学生理清思维，提高学生的计算思维方法。

        三）任务实施。任务实施过程中必定会遇到各种状况，师生必须经过反复调试进行化解，这些状况的化解过程同样是经历计算思维的过程，是训练计算思维的重要流程。在实施过程中，教师可以根据情况，通过难题分解、难题抽象、实践探索等，具体化计算思维，帮助学生解决一般性问题。

因为有运动所以同学们意见一致选择flash来模仿，舞台大小设置好，用椭圆工具画出一个无边界的小圆，并用形状选择工具变形成重力作用的形状。但是透明度没有photoshop的滤镜工具，flash色彩渐变也用了，效果还是不佳，怎么办？引导学生从背景入手，用色差形成光线反差，反复调试，发现深蓝色和黑色背景最能衬托出水滴的透明，水滴在空气中淡淡的兰，所以最后选择深蓝色作背景，水滴用白色到浅蓝中心渐变。

水滴下落建模：下落时间短暂，中间的变形可以不忽略，传统补间动画即可。用flash第一层实现：第1关键帧，水滴放在舞台外。到底要运动多久才到水面上？我们不是计算水滴运动时间和速度等，只是模拟运动状态，随便试试在第10帧插入关键帧（如果与实事不符再修改时间帧），水滴放在舞台中央位置。

一模建完了，软件已为我们编程好了算法，直接交由计算机完成计算，1到10帧作补间动画。播放效果，发现时间太短，修改时间，把第10关键直接拖到15帧，再放效果，大家认为基本符合实际情况为止。水滴落水面要消失不见，同学们自然想到把最后一帧的水滴弄成透明度为0，试试吧。

水滴滴落水面荡涟漪，物理建模，从水滴落处往外荡，圈的形状是圆还是椭圆呢？“往外荡”，是同心的还是变形的呢？Flash第二层设计，水面的水波是水滴运动完后才开始动，所以起始位应该在16帧设置关键帧，水波纹泛白光，只要一个无填充的白色边框椭圆模拟即可；“往外荡”放大效果，试着在第36帧插入关键帧，然后把“波纹”用变形工具放大，发现不同心运动，这违背物理现象，必须做同心放大，菜单中“旋转与缩放”，缩放200%试试，能同心但发现太大，撤消重来，缩放160%；水波荡涟漪，有放大变形，所以不能用传统补间动画，试试“变形”补间动画。水波消失，36帧对水波做透明度处理。计算机计算完成。

 四）成果交流，活动评价。小组在完成项目后，演示各组的成果，并反馈开发过程碰到哪些难题、这些问题如何解决，通过交流思维的过程，帮助学生得到较全面的知识，强化学生计算思维。同时，老师是引导评述，点评学生思路的不足和闪光点，客观地检验学生的独立思考和分析能力，继而帮助学生提升计算思维意识的能力。

结语：

在计算思维实现的过程中，首先通过观察分析，逐步学会对事物进行概括、抽取出事物的特性，形成概念，并进行推理及判断。然后建模需要多种选择和分别相对应的实现步骤，这些都非常有利于培养生的逻辑思维能力和严谨的思维习惯，一旦出现了纰漏，整个计算过程就会出现失败，这就不得不迫使学生去重新检查数学物理等建模中出现了哪些问题和错误，有时候一些细微的错误不一定很容易发现，这就需要孩子耐心去检查，也培养了学生的严谨态度和抗挫折的能力，以及重新再来的勇气。在挫折中成长，在思维中计算学习，促进学生全面发展，以适应这个时代的高速发展，从而提高我国教育教学的总体水平。

参考文献：

1. 刘嘉教授在“2019全国中小学人工智能教育大会”演讲《开创未来的核心能力—计算思维》

2. 基于项目学习的高中生计算思维培养 作者：叶景辉来源：《科技资讯》2019年第23期

[3]王双军.在高中信息技术教学中如何培养学生计算思维能力[J].教育信息化论坛,2019,3(05):206.

[4]宋莉莉.浅谈如何在高中信息技术教学中培养学生的计算思维[J].中华少年,2019(09):35.

[5]彭仁杰.在高中信息技术课堂培养计算思维的思考与实践[J].教育界(基础教育),2018(05):19-20.