高中信息技術(shù)課程教學(xué)中計(jì)算思維的培養(yǎng)策略與實(shí)踐 論文

2022年安徽省中小學(xué)教育教學(xué)論文評選高中信息技術(shù)課程教學(xué)中計(jì)算思維的培養(yǎng)策略與實(shí)踐摘要：隨著信息化時(shí)代發(fā)展，我們面對的問題也日益復(fù)雜，這對人類解決問題的能力提出了更高的要求。為了培養(yǎng)青少年解決問題的能力，各學(xué)科在新一輪課程改革中都修訂和印發(fā)了新的課程標(biāo)準(zhǔn)。高中信息技術(shù)學(xué)科課標(biāo)（2017年版）將計(jì)算思維列為信息技術(shù)學(xué)科的四大核心素養(yǎng)之一,強(qiáng)調(diào)了在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的重要性和必要性。本文將以當(dāng)前高中信息技術(shù)新教材為依托，選取一些具體內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，探索教學(xué)中計(jì)算思維的培養(yǎng)的方法與策略，并加以實(shí)踐。同時(shí)也在實(shí)踐中嘗試引入數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)和建模，旨在進(jìn)一步提升學(xué)生的創(chuàng)新意識和思維品質(zhì)。關(guān)鍵詞：高中信息技術(shù)計(jì)算思維培養(yǎng)策略實(shí)踐數(shù)學(xué)建模引言：高中信息技術(shù)課程新課標(biāo)明確要求，課程教學(xué)應(yīng)圍繞信息意識、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)和創(chuàng)新，以及信息社會責(zé)任四方面的核心素養(yǎng)展開。其中，計(jì)算思維作為核心素養(yǎng)的主要組成部分首次提出，具體表現(xiàn)在信息活動中，能夠采用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法界定問題、抽象特征、總結(jié)利用計(jì)算機(jī)解決問題的方法，并遷移到生活中其他相關(guān)問題的解決中。所以，計(jì)算思維是衡量學(xué)生綜合素養(yǎng)的重要指標(biāo)，在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，符合信息時(shí)代發(fā)展的要求。另外，數(shù)學(xué)公式、符號等表示出來，然后求解模型，得到相應(yīng)的結(jié)果，解決問題。這恰與計(jì)算思維素養(yǎng)的內(nèi)涵是一致的。一、研究高中信息技術(shù)教學(xué)中計(jì)算思維培養(yǎng)的現(xiàn)實(shí)意義1．計(jì)算思維是高中信息技術(shù)新課標(biāo)明確規(guī)定的核心素養(yǎng)之一（1）計(jì)算思維的涵義和應(yīng)用價(jià)值美國卡內(nèi)基.卡梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院的周以真教授于2006年3月首次提出：計(jì)算思算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動[1]。計(jì)算思維的方法主要分為四個(gè)基本步驟：分解、是信息技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，是信息化時(shí)代人們應(yīng)掌握的一項(xiàng)新技能。在高中信息技術(shù)課堂上培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，有助于中學(xué)生健全思維模式，提高思12022年安徽省中小學(xué)教育教學(xué)論文評選高中學(xué)生具有較強(qiáng)的計(jì)算思維能力，能夠更好地適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需要。（2）計(jì)算思維與高中信息技術(shù)核心素養(yǎng)的關(guān)系要素，影響其他三個(gè)要素的發(fā)展質(zhì)量，也在一定程度上決定學(xué)科核心素養(yǎng)的優(yōu)劣。所以，重視做好計(jì)算思維的培養(yǎng)具有現(xiàn)實(shí)意義，這既符合了國家教育改革的要求，也能幫助學(xué)生真正實(shí)現(xiàn)理論聯(lián)系實(shí)際，將所學(xué)知識應(yīng)用于實(shí)際。2．高中信息技術(shù)課程計(jì)算思維培養(yǎng)現(xiàn)狀（1）教師對計(jì)算思維認(rèn)識不足意識培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，并提升學(xué)生學(xué)習(xí)效果了。（2）部分高中生缺少培養(yǎng)計(jì)算思維的興趣初中階段的信息技術(shù)學(xué)習(xí)主要是一些辦公軟件、圖像處理軟件等應(yīng)用軟件的使用，編程難度過大，存在一定程度的畏難情緒。（3）教師教學(xué)評價(jià)方式不夠完善謂核心素養(yǎng)的培養(yǎng)也是空洞無效的。22022年安徽省中小學(xué)教育教學(xué)論文評選二、高中信息技術(shù)課程計(jì)算思維培養(yǎng)的策略與實(shí)踐1.利用項(xiàng)目式教學(xué)為基礎(chǔ)構(gòu)建計(jì)算思維培養(yǎng)（1）根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容與目標(biāo)，在真實(shí)的情境中確定項(xiàng)目主題，學(xué)生以小組活動展開自主探究、協(xié)作學(xué)習(xí)。在學(xué)習(xí)的過程中，以項(xiàng)目為主線，不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，中將以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)。（2）項(xiàng)目學(xué)習(xí)是一個(gè)自主探究和協(xié)作學(xué)習(xí)的過程，學(xué)生需要借助課內(nèi)外資源與支建立。（3）教學(xué)評價(jià)不能只是看項(xiàng)目完成的最終情況，教師通過項(xiàng)目活動手冊規(guī)劃學(xué)生課堂學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，學(xué)生則通過手冊中的導(dǎo)學(xué)、練習(xí)，記錄活動完成狀況和總結(jié)課程感悟，將學(xué)習(xí)過程與結(jié)果結(jié)合起來，從而提升個(gè)人計(jì)算思維和解決問題的能力。例如，在進(jìn)行高中必修一《數(shù)據(jù)與計(jì)算》教材第三單元《認(rèn)識數(shù)據(jù)》時(shí)，筆者為后，隨著項(xiàng)目推進(jìn)，在教師引導(dǎo)下自主學(xué)習(xí)Python界面設(shè)計(jì)、加密解密算法、數(shù)據(jù)庫實(shí)際問題的能力，也就是計(jì)算思維能力的體現(xiàn)。2．將數(shù)學(xué)建模引入高中信息技術(shù)課程教學(xué)的計(jì)算思維培養(yǎng)中（1）數(shù)學(xué)建模的過程及建模在教育教學(xué)上的作用（見圖1）學(xué)建模。數(shù)學(xué)建?？商岣邔W(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)和提高了學(xué)生的計(jì)算思維。32022年安徽省中小學(xué)教育教學(xué)論文評選圖1數(shù)學(xué)建模的全過程示意圖（2）數(shù)學(xué)建模能促進(jìn)多學(xué)科知識融合，提升學(xué)生計(jì)算思維新課改下的高中信息技術(shù)教材以Python算法編程和信息系統(tǒng)為主要內(nèi)容，其建模融合，豐富了知識結(jié)構(gòu)。思維的培養(yǎng)。1.案例一：子項(xiàng)目《成員信息》教學(xué)——探究數(shù)據(jù)編碼推導(dǎo)或驗(yàn)證，過程非常簡單。最后，我們提示學(xué)生可以利用Python自帶的bin（）函數(shù)制轉(zhuǎn)換有一個(gè)感性的認(rèn)知。體現(xiàn)了高中信息技術(shù)學(xué)科的計(jì)算思維培養(yǎng)。2.案例二：子項(xiàng)目《數(shù)據(jù)安全》教學(xué)——探究加密算法第一步，播放視頻《風(fēng)聲》，學(xué)生觀察每張紙條上電碼與文字，并通過最后幾張紙條的匯成的一條密電，引發(fā)思考，探究加密和解密的過程。該步驟是數(shù)學(xué)建模過程中模42022年安徽省中小學(xué)教育教學(xué)論文評選圖3范例展示（電碼和文字）及加密、解密過程中明文和密文的含義和關(guān)系同學(xué)們在測試幾組教師給定的幾組數(shù)據(jù)后，很快總結(jié)出規(guī)則：①密文不改變大小寫，如果明文字符是從‘A’-‘W’或‘a(chǎn)’-‘w’，密文則將明文中的每一個(gè)字母用字母表中該字母后的第3對應(yīng)‘A’-‘C’，即超出字母表則返回字母表的開頭，按順序后移。③非英文符號，密文不變。這些表達(dá)學(xué)生并不會很規(guī)范，但教師為了后期的算法編程會統(tǒng)一展示明文和密文對應(yīng)的動畫（見圖4），幫助學(xué)生確認(rèn)歸納過程，在數(shù)學(xué)建模中完成從模型假設(shè)到模型建立的過程?？偨Y(jié)加密規(guī)律。圖4動畫截圖——密碼規(guī)律（完成模型建立）第三步，轉(zhuǎn)變加密規(guī)律為算法。對于高中信息技術(shù)學(xué)科，最重要是用計(jì)算機(jī)編程解圖5流程圖繪制（完成算法）bcc[i]+3代表后52022年安徽省中小學(xué)教育教學(xué)論文評選推3b=b+c[i]+3，遇到x到z最后三個(gè)字符的明文，則使用公式c[i]+3-26代表用Python程序解決問題。中得到了提升。圖6加密算法的代碼實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)加密技術(shù)在古老的中國就有多種方法，同學(xué)們課后可參照79整節(jié)課運(yùn)用合理算法形成了解決問題的方案，充分體現(xiàn)了數(shù)學(xué)建模導(dǎo)向下的計(jì)算思維培養(yǎng)與提升過程。3.案例三：子項(xiàng)目《研學(xué)收獲》教學(xué)——總結(jié)數(shù)據(jù)類型和線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)操作同運(yùn)算，如何運(yùn)算。該步驟為數(shù)學(xué)建模中分類歸納，總結(jié)出數(shù)據(jù)類型。（見圖7）圖7元組、集合、列表結(jié)構(gòu)圖第二步：回憶研學(xué)過程中的排隊(duì)檢票等生活場景，理解線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過真實(shí)情62022年安徽省中小學(xué)教育教學(xué)論文評選境感受線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，提升學(xué)生的感性認(rèn)知。（見圖8）圖8隊(duì)列結(jié)構(gòu)圖1和表格2。是感性到理性思維的過渡，該步驟通過實(shí)驗(yàn)軟件中代碼和結(jié)構(gòu)圖的呈現(xiàn)，明確線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的種類、特點(diǎn)與操作，計(jì)算思維在實(shí)驗(yàn)建模中提升。表1線性表基本操作 表2 隊(duì)列基本操作線性表操作結(jié)果截圖創(chuàng)建線性表操作結(jié)果截圖創(chuàng)建插入刪除隊(duì)列操作結(jié)果截圖創(chuàng)建入隊(duì)出隊(duì)現(xiàn)算法，實(shí)現(xiàn)功能。結(jié)構(gòu)模型的建立和數(shù)據(jù)的合理組織，提升了學(xué)生的計(jì)算思維。三、結(jié)語新課程改革要求以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)。學(xué)生在項(xiàng)目研究中發(fā)現(xiàn)問題，自主學(xué)使自己的計(jì)算思維素養(yǎng)得以培養(yǎng)與提升。斷探索、研究新型課堂，全面提高學(xué)生的綜合能力。參考文獻(xiàn)[1]王榮良：計(jì)算思維教育[