計算思維視域下初中信息技術(shù)教學(xué)活動的設(shè)計方法

顧嘉俊

信息意識、計算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新和信息社會責(zé)任是信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的主要內(nèi)容。其中，計算思維能開拓學(xué)生的思維，幫助學(xué)生形成正確的思維方式，讓學(xué)生有邏輯地思考。在新時代的背景下，初中信息技術(shù)教師在開展教學(xué)活動的過程中要重視學(xué)生計算思維的培養(yǎng)?；诖耍P者探討了在計算思維視域下初中信息技術(shù)教學(xué)活動的設(shè)計方法，以供參考。

一、計算思維的概念

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》指出，計算思維是指個體運用計算機科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在問題解決過程中涉及的抽象、分解、建模、算法設(shè)計等思維活動。它包括創(chuàng)造力、算法思維、批判思維、問題解決、合作思維與溝通技能等能力。美國麻省理工學(xué)院媒體實驗室提出計算思維的三維框架，包括計算概念、計算實踐和計算觀念。初中生正處于思維發(fā)展的重要階段，教師要通過合理的引導(dǎo)、干預(yù)，開拓學(xué)生的思維，幫助學(xué)生夯實學(xué)科基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)和計算思維。

二、計算思維在初中信息技術(shù)教學(xué)活動中的應(yīng)用優(yōu)勢

（一）開拓學(xué)生思維，提升學(xué)科素養(yǎng)

計算機教育是面向未來的教育，教師將計算思維融入課堂教學(xué)，不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，讓學(xué)生學(xué)會有邏輯地思考，從多角度、多層面看待問題，還能夠提升學(xué)生的信息學(xué)科素養(yǎng)。在日常生活中遇到問題時，學(xué)生能夠?qū)崿F(xiàn)由線性思維向立體多元思維的轉(zhuǎn)變，找到解決問題的方法。

（二）調(diào)動課堂氣氛，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的到來，在信息技術(shù)的課堂教學(xué)中，教師融入計算思維，能夠激發(fā)學(xué)生參與計算機編程的興趣，調(diào)動學(xué)生的積極性與主動性，有利于營造輕松活躍的課堂氛圍，提高教學(xué)效率。

（三）打下堅實基礎(chǔ)，助力學(xué)生成長

初中階段是學(xué)生思維成長的黃金期，教師在教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，不僅能夠增強學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的意識，還能夠引領(lǐng)學(xué)生理性地看待信息技術(shù)，思考未來信息技術(shù)的發(fā)展方向，為學(xué)生的學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)，助力學(xué)生健康成長。

三、計算思維視域下初中信息技術(shù)教學(xué)活動的設(shè)計方法

（一）創(chuàng)設(shè)情境，開拓學(xué)生思維

初中生的認(rèn)知能力有限，部分學(xué)生對抽象的計算機知識理解不夠深入，在面對抽象、枯燥的內(nèi)容時，無法激發(fā)主動探索的興趣。對此，教師可以創(chuàng)設(shè)真實的情境，讓抽象的內(nèi)容變得形象化、具體化，激發(fā)學(xué)生探究知識的興趣，讓學(xué)生運用自己的生活經(jīng)驗理解知識，從而開拓學(xué)生的思維。

例如，在教授與Python相關(guān)的內(nèi)容時，教師可以先讓學(xué)生與智能音箱“小藝”對話，讓學(xué)生感受人工智能的魅力，再引導(dǎo)學(xué)生思考“‘小藝為什么能根據(jù)我們的需求尋找答案？”“‘小藝是如何實現(xiàn)人工智能的？”這些問題，最后，借助人工智能語音助手“小藝”與用戶交流互動的事例，帶領(lǐng)學(xué)生從人工智能中感受自然語言處理、對話系統(tǒng)和語音視覺等技術(shù)的魅力。接著，教師可以讓學(xué)生觀看Python的視頻，了解Python的起源、創(chuàng)始人等，借助生活實際場景講解Python在生活中的應(yīng)用，引起學(xué)生的共鳴。在此基礎(chǔ)上，教師可以引導(dǎo)學(xué)生利用Python繪制圓形，體驗Python的基礎(chǔ)編寫規(guī)則，體驗基礎(chǔ)圓、多彩圓的程序，讓學(xué)生理解代碼就是寫的命令。然后，教師可以根據(jù)學(xué)生思維能力的差異，為不同層次的學(xué)生安排兩種不同難度的程序體驗，讓思維能力一般的學(xué)生體驗圓的編寫規(guī)則，讓思維能力較強的學(xué)生探索更多的內(nèi)容。教師創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生分析問題、設(shè)計算法，讓學(xué)生編寫程序解決實際問題，能夠開拓學(xué)生思維，增強教學(xué)效果。

（二）模擬活動，發(fā)展計算思維

實踐能讓學(xué)生獲得沉浸式學(xué)習(xí)體驗，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)信息技術(shù)的興趣，幫助學(xué)生主動思考。初中計算機教師要模擬內(nèi)容多樣的實踐活動，讓學(xué)生獲得真實的學(xué)習(xí)體驗，幫助學(xué)生在腦海里概括知識，形成概括性的計算思維。

例如，在教授與“算法”相關(guān)的內(nèi)容時，教師可以結(jié)合生活，模擬活動，提出“周末，老師的幾位朋友要來家里小聚，但茶杯沒洗、開水沒燒，茶葉也不知道放在哪個柜子里……如果你遇到與老師同樣的問題，請模擬一下具體場景，說說如何設(shè)計步驟，才能快速地準(zhǔn)備好茶水招待客人？”這一問題。接著，教師可以先告知學(xué)生泡茶需要經(jīng)歷擦桌子、燒水、拿茶葉、洗茶具、沏茶等過程，再讓學(xué)生分組討論，設(shè)計泡茶方案。學(xué)生設(shè)計的第一個方案是，先燒水，水燒開后擦桌子、洗茶具、拿茶葉，最后沏茶。學(xué)生設(shè)計的第二個方案是，先燒水，再在燒水過程中擦桌子、洗茶具、拿茶葉，最后水燒開后沏茶。教師可以讓學(xué)生比較這兩種方案，說說哪一種方案更高效，并分析原因。教師以生活事例導(dǎo)入，引導(dǎo)學(xué)生在模擬、討論的過程中，進(jìn)入課題，讓學(xué)生感受不同的算法，使學(xué)生明白只有使用正確、優(yōu)化的算法，才能高效地解決問題。在此基礎(chǔ)上，教師可以讓學(xué)生用自然語言描述代數(shù)式，讓他們感受到自然語言描述算法的不足。教師還可以讓學(xué)生繪制“判斷某個整數(shù)是奇數(shù)還是偶數(shù)”的流程圖，讓學(xué)生感受流程圖在描述算法時的優(yōu)越性，從而使學(xué)生在實踐操作中獲得感悟，發(fā)展計算思維。

（三）任務(wù)推進(jìn)，培養(yǎng)算法思維

教師可以向?qū)W生下達(dá)任務(wù)，讓學(xué)生自主思考、積極探究，從而提高學(xué)生的綜合能力，增強學(xué)生的團(tuán)隊意識。在學(xué)生完成任務(wù)后，教師可以對學(xué)生進(jìn)行評價，從而培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力。

例如，在教授與大數(shù)據(jù)相關(guān)的內(nèi)容時，教師可以將某大學(xué)“暖心飯卡”的新聞導(dǎo)入課程，讓學(xué)生思考大學(xué)里貧困生名單和補助金額是如何確定的，使學(xué)生了解生活中的大數(shù)據(jù)分析，從而激發(fā)學(xué)生對學(xué)習(xí)新技術(shù)的渴望。然后，教師可以讓學(xué)生觀看視頻，進(jìn)一步了解什么是大數(shù)據(jù)和大數(shù)據(jù)的特征、應(yīng)用領(lǐng)域等，并組織學(xué)生對大數(shù)據(jù)的來源、處理速度、更新速度、真實性和數(shù)據(jù)種類等方面展開交流，從而幫助學(xué)生掌握大數(shù)據(jù)的特點，為學(xué)生后續(xù)的數(shù)據(jù)分析做好鋪墊，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維。在數(shù)據(jù)分析的課程環(huán)節(jié)，教師可以創(chuàng)設(shè)購買圖書的情境，給學(xué)生布置挑選圖書的任務(wù)，指導(dǎo)學(xué)生運用八爪魚采集器大數(shù)據(jù)平臺選擇圖書。在學(xué)生注冊登錄八爪魚采集器客戶端后，教師可以讓學(xué)生根據(jù)自身的年齡特點、興趣愛好等選擇圖書類型，并設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)。在完成數(shù)據(jù)采集后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生分組篩選數(shù)據(jù)，借助平臺的排序、篩選等功能整理數(shù)據(jù)，運用建立好的數(shù)據(jù)源，利用函數(shù)算出圖書的銷量，從推薦率、折扣等角度選擇購買的圖書。在此過程中，學(xué)生借助八爪魚采集大數(shù)據(jù)平臺收集數(shù)據(jù)，借助WPS函數(shù)功能分析挖掘數(shù)據(jù)，并尋找數(shù)據(jù)背后隱含的價值，感受大數(shù)據(jù)分析的過程，提高計算思維能力，培養(yǎng)算法思維。

（四）加強訓(xùn)練，提高計算思維能力

首先，教師要加強學(xué)生數(shù)據(jù)思維能力的訓(xùn)練，引導(dǎo)學(xué)生分析、處理數(shù)據(jù)，使學(xué)生對數(shù)據(jù)更加敏感，讓學(xué)生學(xué)會運用數(shù)據(jù)加工信息，并提出解決問題的策略。數(shù)據(jù)處理是對數(shù)據(jù)加以歸類、篩選、重組的過程，其能讓隱藏的問題得以顯現(xiàn)，讓數(shù)據(jù)變得更有價值。教師可以開展數(shù)據(jù)思維能力訓(xùn)練，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)相應(yīng)的教學(xué)情境，如對生活現(xiàn)象進(jìn)行觀察、記錄等，將這些數(shù)據(jù)表格化、圖形化，并以圖形的方式呈現(xiàn)，并通過分析形成結(jié)論。如在學(xué)習(xí)與“WPS表格”相關(guān)的內(nèi)容時，學(xué)生除了要了解電子表格的知識，還要學(xué)會輸入、編輯、處理數(shù)據(jù)。在計算思維的視角下，教師可以引導(dǎo)學(xué)生利用互聯(lián)網(wǎng)與現(xiàn)成資源去查找有用信息，指導(dǎo)學(xué)生通過合作、探究等方式采集數(shù)據(jù)，制作表格和圖表，提高學(xué)生學(xué)以致用的能力，從而發(fā)展學(xué)生的計算思維能力。

其次，計算思維是一種抽象化的思維，教師要加強學(xué)生計算思維訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的知識遷移能力。信息技術(shù)涉及的內(nèi)容眾多，知識點之間也會存在一定的關(guān)聯(lián)，教師要建立知識間的聯(lián)系，讓學(xué)生在了解知識的同時，開展計算思維訓(xùn)練，引導(dǎo)學(xué)生借助舊知識去探索新知識，從而實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。如在學(xué)習(xí)與“WPS演示”相關(guān)的內(nèi)容時，學(xué)生已經(jīng)了解了制作演示文稿的方法，教師可以開展相應(yīng)的遷移訓(xùn)練，引導(dǎo)學(xué)生合作交流完成一個演示文稿，幫助學(xué)生在操作中完成思維的訓(xùn)練與遷移，利用以前所學(xué)的知識去探索問題。在此過程中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生明確各自的分工，共同搜集與主題相關(guān)的資料，從而更好地掌握知識。

最后，教師要讓學(xué)生參加編寫實例程序的訓(xùn)練，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)程序的興趣，培養(yǎng)學(xué)生分析問題與解決問題的能力。在初中階段，學(xué)生要通過Visual Basic等編程語言的學(xué)習(xí)，了解程序設(shè)計的方法與步驟，理解其內(nèi)在的思維模式。在指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容時，教師要立足于計算思維的視角，讓學(xué)生了解程序設(shè)計的三種基本結(jié)構(gòu)。

由于學(xué)生的學(xué)習(xí)是入門級的，概念、定義對他們而言顯得尤為重要，但這部分內(nèi)容具有抽象、難懂的特征，因此，教師要關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)感受，通過分享形象生動的案例，讓學(xué)生多多參與計算思維訓(xùn)練，幫助學(xué)生更好地體驗計算機語言的學(xué)習(xí)過程，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、縝密的思維能力。如在教授與“判斷程序”相關(guān)的內(nèi)容時，教師可以借助足球比賽前裁判員通過擲一枚硬幣決定雙方比賽場地的情境引入“猜幣”程序，指導(dǎo)學(xué)生分析問題，制作“猜幣”程序的流程圖，從而引出“If...Then...Else...End If”的結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生學(xué)會運用條件語句編寫算法語句。教師運用“猜幣程序”引入條件語句，能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)程序的興趣，提高學(xué)生的計算思維能力。

結(jié)語

計算思維是信息化時代每一個人都需要具備的能力，對于初中信息技術(shù)教學(xué)來說，培養(yǎng)學(xué)生計算思維的重要性更是不言而喻。因此，教師要積極探索計算思維的培養(yǎng)方法，將計算思維與信息技術(shù)知識結(jié)合，以培養(yǎng)學(xué)生的自主探索能力，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維。

（作者單位：江蘇省蘇州工業(yè)園區(qū)星瀾學(xué)校）