基于深度學(xué)習(xí)的高中信息技術(shù)算法與程序設(shè)計(jì)教學(xué)策略實(shí)踐研究

摘要：本文對(duì)高中信息技術(shù)算法與程序設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了深入分析，并以填涂答題卡系統(tǒng)為例采用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)進(jìn)行實(shí)證研究，提出了基于深度學(xué)習(xí)的教學(xué)策略，即通過創(chuàng)設(shè)情境、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)、合作探究、評(píng)價(jià)反饋、遷移拓展等教學(xué)策略激發(fā)學(xué)生實(shí)踐探究、協(xié)作學(xué)習(xí)、思維提升，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)發(fā)生。關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí)；高中信息技術(shù)；算法與程序設(shè)計(jì)；教學(xué)策略《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)和問題解決能力，為學(xué)生適應(yīng)信息化社會(huì)的學(xué)習(xí)、工作和生活奠定基礎(chǔ)。所以，一線信息技術(shù)教師開始探索如何實(shí)現(xiàn)體現(xiàn)核心素養(yǎng)指向的學(xué)習(xí)方式，“深度學(xué)習(xí)”也因此成為教學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。深度學(xué)習(xí)的核心目標(biāo)是促進(jìn)高階思維能力的發(fā)展，其可以為算法與程序設(shè)計(jì)教學(xué)高階思維培養(yǎng)提供有效的學(xué)習(xí)方式，對(duì)信息技術(shù)課堂教學(xué)改進(jìn)有著重要的意義。內(nèi)涵及關(guān)系1.信息技術(shù)教學(xué)中深度學(xué)習(xí)的內(nèi)涵深度學(xué)習(xí)的本質(zhì)特征是深度思維，在信息技術(shù)教學(xué)中，深度學(xué)習(xí)注重學(xué)生主動(dòng)參與，要求學(xué)生有強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和興趣，具備自我驅(qū)動(dòng)的學(xué)習(xí)意識(shí)和能力，對(duì)信息技術(shù)保持積極的態(tài)度和探究精神。深度學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)對(duì)知識(shí)的深入理解和應(yīng)用，并通過高階思維的認(rèn)知活動(dòng)來完成高強(qiáng)度的學(xué)習(xí)，理解各種知識(shí)之間的深層次關(guān)系，運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)處理實(shí)際問題。2.算法與程序設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容特征算法與程序設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容的核心在于培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力，學(xué)生通過編程語言的學(xué)習(xí)，能夠理解計(jì)算機(jī)如何處理問題，并能夠運(yùn)用算法進(jìn)行問題求解，為未來的學(xué)習(xí)和工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。教學(xué)內(nèi)容的特征體現(xiàn)如下：①算法設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容應(yīng)注重基本概念的講解和算法設(shè)計(jì)的邏輯，如排序、查找等常見算法。通過對(duì)這些算法的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以理解并掌握如何設(shè)計(jì)高效的算法。②數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法應(yīng)用教學(xué)內(nèi)容包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其相關(guān)算法，如數(shù)組、鏈表、棧、隊(duì)列、二叉樹等。這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和相關(guān)算法在實(shí)際問題中有著廣泛的應(yīng)用。③問題解決能力培養(yǎng)的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力，即引導(dǎo)學(xué)生理解和分析問題，選擇合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法進(jìn)行求解。3.二者的關(guān)系深度學(xué)習(xí)與算法程序設(shè)計(jì)教學(xué)二者的關(guān)系是相互促進(jìn)、相輔相成的。在信息技術(shù)教學(xué)中，深度學(xué)習(xí)為算法與程序設(shè)計(jì)提供了以批判性思維、問題解決等高階能力為目標(biāo)的有效學(xué)習(xí)方式。通過深度學(xué)習(xí)和優(yōu)化算法，幫助學(xué)生提升編程技巧和解決復(fù)雜問題的能力。而算法與程序設(shè)計(jì)為深度學(xué)習(xí)提供了實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。因此，深度學(xué)習(xí)是建立在理解算法的基礎(chǔ)上，通過程序設(shè)計(jì)解決實(shí)際問題所進(jìn)行的可遷移學(xué)習(xí)，這樣的教學(xué)方式將有助于培養(yǎng)出具有創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的信息技術(shù)人才。策略與實(shí)施深度學(xué)習(xí)的教學(xué)理念強(qiáng)調(diào)對(duì)知識(shí)的深入理解，要求教師關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，設(shè)計(jì)符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律、有挑戰(zhàn)性的項(xiàng)目教學(xué)活動(dòng)，將所學(xué)知識(shí)與實(shí)際問題相結(jié)合，促進(jìn)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)和深度思考。通過創(chuàng)設(shè)情境、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)、合作探究、評(píng)價(jià)反饋、遷移拓展等教學(xué)策略，培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力和解決問題的能力。1.創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)興趣，激活思維，驅(qū)動(dòng)深度學(xué)習(xí)發(fā)生為了激發(fā)學(xué)生對(duì)算法與程序設(shè)計(jì)的興趣，教師可以通過創(chuàng)設(shè)與程序設(shè)計(jì)相關(guān)的真實(shí)情境，讓學(xué)生在真實(shí)情境中學(xué)習(xí)和應(yīng)用知識(shí)。例如，教師可以讓學(xué)生親歷高二月考技術(shù)學(xué)科答題卡掃描，學(xué)生將答題卡放入掃描儀中，系統(tǒng)便能快速準(zhǔn)確地完成批改，并將掃描結(jié)果實(shí)時(shí)展示在大屏幕上，每位學(xué)生都能看到自己的答案和排名，這種競(jìng)技感讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中充滿了激情和動(dòng)力，激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)興趣和熱情。本項(xiàng)目將算法與程序設(shè)計(jì)教學(xué)和實(shí)際生活中的答題卡系統(tǒng)相結(jié)合，在教學(xué)過程中，教師應(yīng)注重激活學(xué)生的思維，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探究算法與程序設(shè)計(jì)的內(nèi)在規(guī)律和應(yīng)用方法，如設(shè)問：填涂答題卡系統(tǒng)如何準(zhǔn)確識(shí)別考生答案？如何確保答題卡系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性？讓學(xué)生在解決答題卡系統(tǒng)項(xiàng)目問題中學(xué)習(xí)和掌握算法與程序設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)深度學(xué)習(xí)的發(fā)生。2.聚焦項(xiàng)目，設(shè)問題鏈，合作探究，引領(lǐng)深度學(xué)習(xí)發(fā)生在算法與程序設(shè)計(jì)中，教師需要引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中。教師可以設(shè)計(jì)一系列具有挑戰(zhàn)性和實(shí)際意義的學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生在實(shí)踐中探究算法與程序設(shè)計(jì)的原理和應(yīng)用。首先，聚焦項(xiàng)目是算法與程序設(shè)計(jì)的第一步。教師需要選擇與課程內(nèi)容緊密相關(guān)的項(xiàng)目，讓學(xué)生在實(shí)際操作中掌握知識(shí)。例如，在答題卡填涂識(shí)別項(xiàng)目中編寫一個(gè)判斷圖片中某個(gè)信息點(diǎn)是否被填涂的程序項(xiàng)目，在編程語言時(shí)，讓學(xué)生更加深入地理解知識(shí)，并能夠在實(shí)踐中靈活運(yùn)用。其次，設(shè)問題鏈?zhǔn)撬惴ㄅc程序設(shè)計(jì)深度學(xué)習(xí)的重要環(huán)節(jié)。例如，指導(dǎo)學(xué)生思考如何獲取和儲(chǔ)存信息點(diǎn)區(qū)域不同像素點(diǎn)的顏色信息，再引導(dǎo)他們判斷某個(gè)像素點(diǎn)是黑色還是白色等問題。所以，教師需要設(shè)計(jì)有邏輯性和層次性的一系列問題，以引領(lǐng)學(xué)生逐步進(jìn)行深度思考。最后，合作探究是算法與程序設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。教師需要組織學(xué)生進(jìn)行小組合作，共同探究問題解決方案。通過聚焦項(xiàng)目、設(shè)問題鏈、合作探究等方式，學(xué)生可以相互學(xué)習(xí)和交流，拓寬思路，提高解決問題的能力。項(xiàng)目探究在引領(lǐng)深度學(xué)習(xí)發(fā)生方面發(fā)揮了重要作用，同樣，教師也需要密切關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)狀況和需求，適時(shí)調(diào)整教學(xué)策略方法，以便更有效地推動(dòng)學(xué)生全面發(fā)展，具體的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)模式如圖1所示。3.遷移知識(shí)，評(píng)價(jià)反饋，增強(qiáng)思維，推動(dòng)深度學(xué)習(xí)發(fā)生算法與程序設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)不僅僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的知識(shí)傳遞過程，更是一個(gè)遷移知識(shí)、評(píng)價(jià)反饋、思維增強(qiáng)和深度學(xué)習(xí)推動(dòng)的綜合過程。通過引導(dǎo)學(xué)生理解和應(yīng)用算法與程序設(shè)計(jì)的原理，鼓勵(lì)他們將所掌握的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際問題中，以此推動(dòng)知識(shí)的遷移（如圖2）。填涂答題卡系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)涉及循環(huán)結(jié)構(gòu)算法的應(yīng)用，算法在此場(chǎng)景中的主要應(yīng)用在于對(duì)答題卡上的每個(gè)答案進(jìn)行逐一掃描和判斷。算法優(yōu)化簡(jiǎn)化了代碼的復(fù)雜性，使得程序更加簡(jiǎn)潔易懂，提高了程序的效率。算法與程序設(shè)計(jì)在優(yōu)化后還具有良好的可擴(kuò)展性，可以方便添加更多的答案和判斷邏輯，使得系統(tǒng)更加靈活和強(qiáng)大。評(píng)價(jià)反饋在此教學(xué)過程中起到了重要的作用，教師能夠依據(jù)學(xué)生的任務(wù)進(jìn)展情況、課堂行為及課后練習(xí)的反應(yīng)等數(shù)據(jù)，分析出他們?cè)趯W(xué)習(xí)過程中遇到的問題，以提供相應(yīng)的指導(dǎo)，并及時(shí)做出相應(yīng)的教學(xué)調(diào)整。例如，教師可以引導(dǎo)學(xué)生探究循環(huán)結(jié)構(gòu)與其他算法的綜合應(yīng)用，讓學(xué)生在解決問題的過程中發(fā)現(xiàn)新的應(yīng)用價(jià)值和創(chuàng)新點(diǎn)，讓每個(gè)學(xué)生都能在算法與程序設(shè)計(jì)中獲得發(fā)展。增強(qiáng)思維是算法與程序設(shè)計(jì)的另一個(gè)重要目標(biāo)。例如，在學(xué)習(xí)算法與程序設(shè)計(jì)時(shí)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生探究算法的變化規(guī)律，讓學(xué)生自主探究、獨(dú)立思考和解決問題，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)算法與程序設(shè)計(jì)的本質(zhì)和原理，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新能力，推動(dòng)深度學(xué)習(xí)和全面發(fā)展。4.深度挖掘，拓展應(yīng)用，提升思維，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)發(fā)生在算法與程序設(shè)計(jì)教學(xué)中，教師應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生深入理解算法的原理。首先，掌握算法的執(zhí)行流程，深度挖掘算法在解決問題中的作用。例如，在解決讀取準(zhǔn)考證號(hào)問題時(shí)，學(xué)生探索從第一個(gè)數(shù)開始，逐個(gè)讀取到最后一個(gè)數(shù)，從而得出結(jié)果。在這個(gè)過程中，學(xué)生不僅學(xué)會(huì)了如何使用算法與程序設(shè)計(jì)，而且理解了循環(huán)在處理大量重復(fù)操作中的優(yōu)勢(shì)。其次，拓展應(yīng)用是提升學(xué)生思維能力的有效途徑。教師可以通過設(shè)計(jì)各種實(shí)際問題，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用程序設(shè)計(jì)去解決。例如，讓學(xué)生編寫程序求信息點(diǎn)邊界問題等都需要用到算法。通過解決這些問題，學(xué)生不僅能夠更加熟練地運(yùn)用算法與程序設(shè)計(jì)，而且能夠提升邏輯思維能力和問題解決能力。最后，提升思維和促進(jìn)深度學(xué)習(xí)發(fā)生是算法與程序設(shè)計(jì)教學(xué)的最終目標(biāo)。教師應(yīng)當(dāng)注重培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新精神，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探究、發(fā)現(xiàn)和解決問題，同時(shí)，還需要營造一個(gè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，讓學(xué)生在探索和實(shí)踐的過程中，真正理解和掌握信息技術(shù)知識(shí)，從而提升信息素養(yǎng)和實(shí)踐能力，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)（如圖3）。成效及思考1.培養(yǎng)學(xué)生的問題解決與創(chuàng)新思維能力算法與程序設(shè)計(jì)深度學(xué)習(xí)教學(xué)策略鼓勵(lì)學(xué)生通過實(shí)際問題解決來學(xué)習(xí)知識(shí)和技能，注重學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)和實(shí)踐操作。在教學(xué)中，教師通過設(shè)計(jì)有挑戰(zhàn)性的編程項(xiàng)目，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。2.增強(qiáng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和合作溝通能力算法與程序設(shè)計(jì)深度學(xué)習(xí)教學(xué)策略強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí)，這有助于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和協(xié)作精神。算法與程序設(shè)計(jì)深度學(xué)習(xí)教學(xué)策略注重學(xué)生之間的合作與交流，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行小組合作，開展團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目活動(dòng)等。這樣的學(xué)習(xí)環(huán)境有助于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神、溝通技巧和協(xié)作能力。3.增強(qiáng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)和應(yīng)用能力算法與程序設(shè)計(jì)深度學(xué)習(xí)教學(xué)策略以實(shí)際項(xiàng)目為基礎(chǔ)，將信息技術(shù)知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合。學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)踐中不僅可以掌握基本的信息技術(shù)操作技能，還能了解信息技術(shù)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用場(chǎng)景。算法與程序設(shè)計(jì)深度學(xué)習(xí)教學(xué)策略注重培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)，包括信息素養(yǎng)、創(chuàng)新素養(yǎng)、合作素養(yǎng)等。通過算法與程序設(shè)計(jì)深度學(xué)習(xí)的教學(xué)策略，學(xué)生能夠更深入地理解算法與程序設(shè)計(jì)的概念和應(yīng)用，從而更好地掌握相關(guān)知識(shí)和技能，這種理解與應(yīng)用能力的提升有助于學(xué)生將在信息技術(shù)學(xué)科中學(xué)習(xí)到的知識(shí)遷移到其他學(xué)科和實(shí)際生活中。4.提高教師的教學(xué)水平和研究能力在算法與程序設(shè)計(jì)深度學(xué)習(xí)教學(xué)策略的研究過程中，教師需要不斷探索和研究新的教學(xué)方法和手段，這樣有助于提高教師的教學(xué)水平和研究能力。通過不斷反思和改進(jìn)教學(xué)方法，教師能夠提升自