计算思维在信息技术教学中的运用

计算思维在信息技术教学中的运用

贵阳中天中学何雪松

信息技术课程推进了这么多年，在信息技术课程日趋成熟的今天，我们的信息技术教学中还缺乏些什么呢？今天我就来谈谈我在信息技术教学工作中找到的一条提升学生信息素养的有效途径——计算思维。

托尔斯泰在他的教育论文集说：“靠记忆力来掌握未曾检验过的概括，是破坏思维进程的最大祸害”。所以信息技术课程标准要求学生在信息技术课程中必须保证一定课时的上机实践操作。这是很重要的一个方面，但是我们却忽略了另外一个贯穿于学科学习中的副产品——计算思维。这个问题很少被明确的提出和讨论。今天我就来介绍一下计算思维是什么，并向大家介绍一下我在教学中的运用实例。首先我们先看一个短片，这是广州市南武中学数学教师谢捷的女儿谢恩希，3岁117天的时候，创下了114秒还原六面魔方的吉尼斯世界纪录，这个故事告诉我们有效地训练我们的思维，是可以提高相关方面的思维能力的。那么人脑常规是如何思维的呢？我们现在来做一个互动的实验，这里有8个小木块，哪位老师能上来帮我还原成一个如图所展示的正方体呢？

通过这个蒙台梭利二项式的玩具还原游戏，我们可以感受到具体到抽象的过程，当然抽象的公式反过来可以指导我们具体任务。这就是我们简单的思维过程，两个看似简单的智力玩具，却无形中提升了我们的思维能力。那么计算机能提升我们什么样的思维能力呢？这就是随着计算机不断普及后，计算机泛在化、平民化现象后发展起来的一种像计算机科学家一样解决问题的计算思维能力。2011年我作为贵州省中学信息学奥赛的指导老师得到计算机协会资助，免费参加了在深圳举办的2011中国计算机大会，这是目前国内计算机领域学术水平最高的会议了，我在这次会上听了陈国良院士做了一篇题为：“计算思维是振兴计算机教育的途径”的演讲。他在演讲里面纠正了“计算机科学等同于计算机编程和认为计算机科学的基础理论已完成剩下的只是工程问题”的错误观点，这些观点只有通过我们信息技术教育

一线的广大教师不断的改变教育理念，落实教材内容创新教法，才能在信息技术的课堂教学中培养出更多的信息技术学科优秀人才，才能在自己的教师职业生涯中找到闪光点。

在近几年的高考、中考中，我们贵州省也有很多成绩优异的高分学生。但是在每年的全国青少年信息学奥林匹克获奖名单中，我们却很少看见贵州的学生出现在获奖名单中。看到贵州省获奖名单和成绩后，我感觉到自己作为一名信息技术教师的责任，这份责任心让我看过名单后久久不能平静。从表中的数据来看，我们贵州在全国的信息技术教育水平上是比较落后的，我们初中阶段除了完成信息技术教材教学内容以外，是否应该思考培养一些在计算机学科方面拔尖的优秀学生呢？带着这份思考我找到了一条提升学生思维能力的有效平台——全国青少年信息学奥林匹克联赛（NOIP），在参与竞赛的活动中，能有效激发学生对信息技术学科的兴趣，并发现和培养一些对计算机感兴趣且学有余力的优秀学生。那么信息学奥赛到底能带给学生什么样的思维能力呢？通过一道2010年普及组的上机测试题我们可以

看到测试的综合度之高，对于初一年级的孩子要求读懂题目，分析数学问题，构建程序流程，编写程序让计算机自动得出答案。这正是一种对学生计算思维能力的一种考察，我们可以看到计算思维就是与读、写、算同等重要的一种能力。对于学生而言，计算思维贯穿所有学科的学习，它是我们目前教育体制预期的副产品，却往往被我们所忽略。

人脑对信息的处理包括分析、抽象、综合、概括等。计算思维、理论思维、实验思维属于科学思维的范畴，其中计算思维是以设计和构造为特征，并以计算机学科为代表的一种思维方式。计算思维最早被提及并讨论是在2006年的美国计算机权威杂志（ACM）上，计算思维的是这样被定义的：计算思维是运用计算的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类行为的一种方法，是一类解析思维。

美国卡内基〃梅隆大学计算机系的周以真教授在2006年在美国计算机权威杂志（ACM）上第一次提出了“计算思维”这一教育观点，并进行了详细的阐述，她说计算思维代表着一种普遍的认识和一类普适的技能，每一个人，而不仅仅是计算机科学家，都应热心于它的学

习和运用。2007年11月《中国计算机协会通讯》杂志全文翻译并刊登了这篇文章。我当时认真的研读和分析了这篇3页纸的文章，我感受颇深。在这种理论思想的指导下，我逐渐的在信息技术常规教学工作中找到了乐趣，并通过各种尝试培养了一些优秀的学生。2011年当我在中国计算机大会上听到陈国良院士的“计算思维是振兴计算机教育的途径”演讲时，我被陈院士的演讲内容深深吸引了，这不是我一直在实践的一种教育想法吗？今天当计算思维这个概念被进一步规范和推广时，也给我继续实践我的教育理念注入了强劲的动力。

我们该如何在信息技术教学中灵活的运用计算思维呢？在具体的教学实践中，我遵循“一条主线，两个改变，三种灵活”模式展开了培养学生计算思维能力的教学工作。

1、一条主线是指围绕初中信息技术教材的提高式教学活动；

始终围绕初中信息技术教材的提高式教学方案设计，灵活的激发学生计算思维能力的运用。例如：在初一的常规教学中EXCEL电子表格这个单元就是很好的切入点，带着学生探索“行”和“列”的命名方式，数字表示行号，字母表示类列，列数A-Z，列数编号不够用怎么办？字母组合AA,AB,AC……学生得出26*26+26=702列，然后带着思考查看最后一列不是ZZ ，为什么最后一列是IV ？思考……思考的背后就是思维训练的一个过程，不仅锻炼了学生分析问题的能力，还拓展了学生的计算能力（加减乘除、排列组合、结果验证）。

2、两个改变是指在以培养学生计算思维能力为目标的状态下引入新课程理念的教师教学方式的改变和学生学习方式的改变：

例如：二进制与十进制数的教学一直是初一学生最为头疼的内容，我以前列出“权”的公式加以分析，学生很难转换思维方式。但是我们换一种方式来引导学生思考效果就大不相同了。还是遵循具体到抽象的科学思维方式来进行，我在课堂上和学生们一起作互动游戏，通过自制纸牌上十进制代表的红点数与牌正反代表“1”和“0”的二进制，就很直观的进行了讲解与转换，学生在游戏中轻松的掌握了十进制和二进制的转换，并拓展了八进制和十六进制。这个教学难点的突破正是基于教师教育理论的提升和学生学习方式的改变。

信息技术学科总是被多数人认为就是上机学习软件，大不了编个程序。如果我们自己不改变这种教学方式，就会陷入一种职业倦怠之中，所以我自己就从改变信息技术学科认知方式入手，要求学生上课有课堂笔记，并记录上课的内容，通过改变学生的认知方式从而改变了上课的效果，提升了学生对学科的重视程度。

随着信息技术时代的不断发展，我们信息技术教师的责任也日益艰巨，如何在繁杂的教学过程中体现出自己的职业价值，发掘和培养出更多的优秀学生，对于我们每一位信息技术教师来说既是一份责任，也是一种挑战。所以时常保持一份“空杯心态”，不断学习进步才能在自己的工作岗位上有所突破。

3、三种灵活是指在整个教学过程中做到：教学方法的灵活，教学反馈方式的灵活，课程素材选择的灵活；

我在具体的教学实践中，灵活的教学方法也是十分重要的，我们在计算思维能力培养上非常重视学生探究问题能力的培养，例如：初一上册有一节Powerpoint 的动画制作课，课后目标稿要求学生制作一个动画效果演示五角星的绘制过程，我就抓住这个知识点进行了拓展与提高，首先引导学生推导出n边形内角和公式，这个过程我培养的是学生探究问题的思维过程。等学生得出“三角形内角和等于180度”并推导出通用公式（（n-2）*180）后，再提出“三角形内角和等于180度”这个命题不好的问题（这是著名数学家陈省身教授的研究成果的起源），学生就问“老师，那什么好？”。我和学生带着问题一起学习了多边形外角的概念，得出了“多边形外角和等于360度”这个结论，同时说明了“多边形外角和等于360度”相对于前面那个结论好的原因，好就好在它不随边数发生变化。可是同学们如何才能画出一个标准的五角星呢？带着问题同学们思考着，尝试着！最终有学生提出从现成的几何图形中选一个作为“参照”，然后画上五根直线平移过去，通过实践，学生验证了他们的想法是正确的。这种提高式的拓展思维训练也为我后来编程解决菱形公式的推导，奠定了坚实的思维基础。其实，教学不是将知识和技能的掌握作为最终目的，而是将重点放到培养学生主动探究问题

的动机和思路、发挥思维的积极性上。讲一个数学问题的算法，它的形式或结果并不重要，重要的是让学生明白这个算法针对什么样的问题提出的，它解决该问题的过程是如何展开的。其实最关键的是学生在看似枯燥的问题解决过程中找到了快乐，通过计算思维能力的培养，让学生明白信息技术学科的真正含义，知道自己需要学习什么，解决什么问题，让抽象的计算思维落实到普通问题的解决过程中。

教学反馈方式的灵活更多体现在教学成果的运用与学生的实践活动中，例如：Excel表格这一章节，从提升教材现有的目标入手，让学生自己提出想要解决的问题是什么，老师协助他们设计分析表格，并共同提出解决问题的步骤和方法。学生根据表格任务自己组织分组测身高、量体重、测试跳远、测试跳绳，从基础数据的采集、录入、分析、汇总到最后得出结论。这不仅仅是一种上课方式的改变，更多的是根据思维能力培养的目标，灵活反馈教学效果的一种尝试。

综上所述，计算思维能力的培养，离不开日常教学的点滴积累。信息技术教育未来的发展是不可预测的，但计算思维对未来计算机科学的发展和转型可能真正具有根本的重要性。我相信一句话“预测未来的最好方式就是去创造它”！