計算思維的高中信息技術(shù)教學探究
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摘要：本文分析了高中信息技術(shù)教材中蘊含著計算思維的數(shù)據(jù)、算法、系統(tǒng)三個方面內(nèi)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(shù)教學過程中，教師經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)，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(nèi)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(shù)本身，而忽視了技術(shù)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(tǒng)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(shù)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(nèi)容中的計算思維
計算思維包括數(shù)據(jù)、算法、系統(tǒng)三個方面。通過對高中信息技術(shù)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(shù)據(jù)思維是計算思維的基礎，算法思維是計算思維的核心，系統(tǒng)思維是計算思維的綜合表現(xiàn)。
1.1數(shù)據(jù)思維
數(shù)據(jù)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(wǎng)絡安全。例如在講解高中《信息技術(shù)基礎》教材中“數(shù)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(shù)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(wǎng)絡技術(shù)應用》教材中“因特網(wǎng)信息交流與網(wǎng)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(shù)面前的蒼白無力，進而向?qū)W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(tǒng)思維
系統(tǒng)思維就是對系統(tǒng)問題進行分析、設計、構(gòu)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(tǒng)思維。例如在講解高中《信息技術(shù)基礎》教材中“利用數(shù)據(jù)庫管理大量信息”時，教師可以演示“學生成績管理系統(tǒng)”的開發(fā)過程，包括需求分析、系統(tǒng)設計、系統(tǒng)實現(xiàn)、系統(tǒng)測試與維護，使學生了解系統(tǒng)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(wǎng)絡教學相結(jié)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(wǎng)絡平臺幫助學生進行自主學習。學生在網(wǎng)絡平臺上可以根據(jù)自己實際情況調(diào)節(jié)學習進度和內(nèi)容；網(wǎng)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(wǎng)站具有強大的交互功能，能夠?qū)崟r反饋學生的學習情況。例如筆者在進行網(wǎng)頁制作教學時，制作了學習平臺網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)頁制作需要的一些資料素材和技術(shù)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(jié)合
根據(jù)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(lián)系在一起，能起到良好的教學效果。例如筆者在講解高中《網(wǎng)絡技術(shù)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(wǎng)絡標識和主機標識，網(wǎng)絡標識確定主機所在的物理網(wǎng)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(wǎng)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(qū)動與模塊化學習相結(jié)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(shù)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(zhuǎn)、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(qū)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(jù)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(jié)
計算思維隱藏在信息技術(shù)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(nèi)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
