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                点燃高中信息技术课堂计算思维的火花

                作者:www.bitpakkit.com 更新时间:2018/12/31 9:32:08

                计算思维是新课标的一个亮点,也是课标组专家倡导与推广的思维方式。计算思维不仅是高中生必备的核心素养,也是人类最基本的思维方式,与“听、说、读、写”同等重要。那到底什么是计算思维?如何培养学生的计算思维,值得每一位从事信息技术教育教研的工作者认真思考和实践。

                计算思维的内涵和误区

                要使计算思维在信息技术课堂中点燃,就要先了解计算思维的概念、特征及常见的误区,再重新组织教学内容,研究可行的教学方法。

                1.计算思维的概念

                计算思维不是新生事物,自古以来就是社会生产、发展所必需的思维品质。从古代算盘、近代计算器到现代计算机及云计算等技术的应用,无不体现了计算思维的内涵。2006年,美国卡内基?梅隆大学周以真教授对计算思维做了界定,她认为:计算思维是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类行为。从此,计算思维以一个正式的概念在国内外得以快速传播和发展。新课标也指出,计算思维是指个体运用计算机科学领域的思想方法,在形成问题解决方案的过程中产生的一系列思维活动。

                2.计算思维的特点

                计算思维概念的提出,引起了学术界广大学者的共鸣。2011年,国际教育技术协会和计算机科学教师协会对计算思维的概念做了进一步的阐释,指出计算思维是一个用来解决问题的过程,具有以下特点:(1)制定问题,并能利用计算机和其他工具帮助解决该问题;(2)逻辑化组织和分析数据;(3)通过抽象,如模型、仿真等再现数据;(4)通过算法,支持自动化解决方案;(5)识别、分析和实施可能的解决方案,并找到最有效的解决方案;(6)将问题的求解过程推广到更广泛的问题中。

                根据以上定义和特点,可知计算思维是人的思维,是人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。在学习中,它是一种十分常用的思维模式,当然这种思维模式也不只属于信息技术科学,在其他学科中也有应用。

                3.计算思维的误区

                由于计算思维的研究尚处于推进期,认识误区也较多,如有人认为“计算思维是计算机思维”“计算思维必须通过编程”等。这些观点显然都是错误的。首先,只有人才具有思维,计算机本身并不具有思维。如李艺教授认为,计算思维是一个围绕“人”展开的,是刻画人的内在品质的概念。其次,计算思维包含了一系列计算机科学思想,而这些概念最为直观的理解和表达可以用程序语言。正如语言素养不只是写作,计算思维也不仅仅是程序设计。实际上,即使没有计算机和编程,计算思维也会逐步发展,逐渐被人们重视。但正是由于计算机的出现,给计算思维发展带来了根本性的变化。

                点燃高中信息技术课堂计算思维之火的必要性

                1.学生计算思维的现状

                目前,信息技术课程大多以技术操作为主,教师没有引导学生养成一种利用技术解决问题的思维习惯,更没达到提升计算思维的层次。学生仅仅学会了一些简单的操作技能,没能挖掘技术背后的原理及思想,也就无法达到利用信息技术解决问题的能力层次。而计算思维的提出,则为其打开了一扇希望之门,有助于学生能力的培养。

                2.培养计算思维的价值

                新课标对高中信息技术课程的总目标进行了定位,它是一门旨在全面提升学生信息素养,帮助学生掌握信息技术基础知识与技能、增强信息意识、发展计算思维、提高数字化学习与创新能力、树立正确的信息社会价值观和责任感的基础课程。

                (1)计算思维是信息素养的能力体现。在信息社会,信息素养既表现为个人应用信息技术工具和方法时处理信息、解决问题的能力,也表现在与他人进行信息合作时必要的计算机知识储备,计算思维正是这两种能力的综合体现。

                (2)提高学生的自主创新能力。通过发展计算思维,支持学生使用一系列的计算概念和方法处理数据,建构模型、创造作品,使学生不仅作为信息技术的使用者、消费者,也要成为信息技术的发明者、创造者。

                如何点燃高中信息技术课堂学生计算思维的火花在新课标理念下,高中信息技术教学,不仅要让学生理解计算机学科大概念,还要引导学生将计算思维应用至日常学习中,形成一种思维习惯。那么,在新课标教材还没有使用之前,如何点燃学生的计算思维火花呢?建议从以下几个方面进行实践。

                1.重组教材内容,渗透计算思维

                结合新课标,将现有高中信息技术教材内容进行适当重组,变知识传递为思维启迪,提高学生发现、认识和解决实际问题的思维能力。

                (1)教学案例不必拘泥于课本

                如“数据库管理”?槌巳醚逖檠Ъ管理系统外,还可以让学生去图书馆向工作人员了解图书的分类管理,利用图书管理系统体验如何快速检索、借阅图书,然后在老师的引导下进行简单的抽象、建模,提高学生的抽象和构造能力。

                (2)教学顺序不是一成不变的

                粤教版《算法与程序设计》内容是按照“程序设计基础”“可视化编程”“算法和程序实现”“面向对象程序设计”以及“程序设计实践”来安排的,这样编排具有科学性和严谨性。然而,学生计算思维还没形成,如果直接按教材内容顺序开展教学,学生面对枯燥乏味的算法理论,就有可能失去对本?槟谌莸男巳。这时可以从学生实际出发,对教材顺序和内容进行重组。先让学生接受“算法设计的基本知识”,再把“面向对象程序设计”和“程序设计实践”中的实例拿出来分析,即把“算法设计”的知识穿插到“程序设计”中,使抽象的知识形象化,再用生活的实例来讲解算法,这样学生会更感兴趣,计算思维的渗透也就水到渠成了。

                2.创新课堂教学,落实计算思维

                在平时教学中,体现计算思维的活动也是无处不在的,只是在没有关注计算思维时,这种活动对学生是无意识的。改变这种状况,只需引导学生主动地用计算思维去解决问题。在教学中,可通过使用头脑风暴法分析问题,找到解决问题的方法,再使用思维导图细化方法,直到能使用计算机进行处理。

                (1)使用头脑风暴法,找到解决问题的方法

                在培养学生计算思维时,重点是分析找到解决问题的方法。其中,最常用解决问题的方法是头脑风暴法。下面以设计“运动会海报”为例,课前让学生了解海报的组成;课中,让学生们说出海报中包含的元素,并简单说明方案,然后不断鼓励学生提出新的海报设计方案。再根据学生提出的方案重新组合,得到最终方案。

                (2)使用思维导图,细化方案

                学生通过自上而下逐步细化的原则,使用思维导图,将问题的解决方案进行细化,再使用数字化工具XMind列出解决问题的方案。设计运动会海报最终细化的方案以思维导图的形式呈现。

                通过思维导图,可以明确看到如何处理运动会海报背景、主题图案以及如何设置文字的字体、颜色等。

                (3)使用计算机解决问题

                计算思维的根本目的是解决问题,前面的分析最后都要落实到使用计算机解决问题上。因此,按照细化的方案,选择合适的软件即可解决问题。如需要处理图片与背景,可选择Photoshop软件,否则选用Word软件,也可以完全实现。

                因此,以前的教学重点放在第三个环节,重视技术的使用,只讲解如何处理图片、加工主体图案等,而创新后的课堂更加注重方法的分析,培养学生分析能力,训练学生的计算思维。

                3.借助算法和流程图,强化学生的计算思维

                高中信息技术教学还需帮助学生理解计算思维涵盖的计算概念和方法,如递归、抽象等,引导学生挖掘生活中的“计算”“抽象”问题。再借助算法、流程图,强化学生的计算思维。

                (1)培养学生的算法思想及高效解决问题的能力

                计算思维是人求解问题的一种途径和取向,特别是对需要大量计算的问题,在提出问题解决方案后,应在思维与方法上充分利用计算机的强大计算能力。如汉诺塔问题,就是一种典型的递归算法,涉及大量的计算与计算思维。

                通过算法分析,不难发现,汉诺塔问题看似复杂,其实就两种情况:第一种,当塔上只有一个盘子时,只需将它放到目的塔就可以了。第二种,无论有多少个盘子,只需将其当作只有n和n-1个盘子来操作。即将n-1个盘子放到过渡塔,将第n个盘子放到目的塔,再将n-1个放回到目的塔。移动次数f(n)与盘子个数n的关系为:f(n)=2^n-1 ,当n=64时,f(n)的值将高达18446744073709551615,按移动一次需要1秒计算,则也要5845亿年才能完成,这样的问题如不借助计算机是无法实现的。因此,有效利用计算思维,借助计算机强大的计算能力,就能解决大规模计算问题。

                (2)借助流程图,清晰地表达解决问题思路

                借助流程图可以清晰地表达问题解决思路。如古代数学家张丘建在他的《算经》中提出的“百钱百鸡问题”:鸡翁一,值钱五;鸡母一,值钱三;鸡雏三,值钱一;百钱买百鸡,翁、母、雏各几何?解决该问题的思路是首先提取问题的基本特征,再进行抽象处理。

                设鸡翁为x只,鸡母为y只,鸡雏为z只,得到数学式:x+y+z=100和5x+3y+z/3=100,先把问题抽象为数学模型;然后,设定边界条件(鸡翁x<=100/5=20,鸡母y<=100/3设为33,鸡雏z=100-x-y),用流程图表达算法。

                这个案例符合“针对给定的任务进行需求分析,明确需要解决的关键问题;提取问题的基本特征,进行抽象处理”,并用流程图表述问题,通过“枚举”算法,借助上机编程,就可以解决问题了。

                计算思维培养已成为高中新课程改革中,实现育人价值的目标。希望在以后的高中信息技术课堂中,一方面,要重视学生计算思维的培养;另一方面,也需要在教学中挖掘基于教学内容对应的计算思维,构建基于计算思维的教学体系和教学方法,设计出能培养学生计算思维对应能力的课堂活动,信息技术课堂彰显更多活力!@

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