基于计算思维的高中生信息素养培养策略

基于计算思维的高中生信息素养培养策略以算法模块为例随着信息技术的发展与信息化社会的到来，越来越多的人认识到学会学习和具备信息素养是一个现代人所必须具备的能力之一。2006年3月，曾任美国卡内基梅隆大学计算机科学系主任、现任美国基金会计算机和信息科学与工程部主任的周以真教授在美国计算机权威杂志ACM上发表并定义了计算思维（COMPUTATIONALTHINKING），他认为计算思维应该是每个人具有的基本技能，而不仅仅属于计算机科学家。这一观点正在得到人们的认同，对计算思维的培养也显得越来越重要。目前，计算思维已经在计算机领域广泛地被认识和关注，现在科学界把它与实验思维和理论思维认为是人类的三大科学思维方式。如何基于计算思维理念培养高中学生的信息素养成为了每一位信息科技教师必须思考的问题。一、计算思维与信息素养1、计算思维周以真教授提出的计算思维的定义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的行为。计算思维的本质是抽象和自动化。如同所有人都具备是非判断、文字读写和进行算术运算一样，计算思维也是一种本质的、所有人都必须具备的思维能力。计算思维具有下面的特点计算思维不等于计算机编程，它要求从多个抽象层面进行思考。计算思维是一种基于技能而非机械技能，不是一种简单地，机械式的重复。计算思维是人的思维方式，不是计算机的。2、信息素养在2013年修订的上海市中小学信息科技课程标准修订稿（征求意见稿）中指出，信息科技课程以信息处理为主线，以提高学生的信息素养为根本目标，主要包括信息科技基础知识和基本技能，用信息技术解决问题的能力，以及信息化社会中的行为规范。其中，用信息技术解决问题的能力是提高信息素养的关键能力。从以上两个定义可以看出，两者既有联系又有区别。联系在于两者都基于计算机学科；两者都强调能力的培养，而非简单机械的重复；两者都关注解决实际问题；两者最终都需要通过培养逐步内化。区别在于信息素养更加强调的是应用计算机处理工具的能力，而计算思维更加强调的是具有用计算机科学去思考问题的能力。可以说计算思维与信息素养的提升息息相关，相辅相成。二、高中信息科技算法模块教学的现状在课程标准修订稿中，高中信息科技学科中的“算法”部分占据了总建议63课时中的32课时，仅从课时安排上就可以看出，算法在高中信息科技教学中所占据的重要地位。课程标准修订稿还指出，算法是计算机科学的核心内容之一，是使用计算机处理信息的基础，用计算机解决问题都需要算法。用程序设计语言实现算法解决实际问题需要学生具备一定的抽象思维、逻辑思维、数学思维和判断能力，这些能力既是信息素养的培养需求，也与计算思维能力的培养不谋而合。从实际教学情况来看，经常能发现学生可以在老师讲解的基础上学会相关的知识点，但真正要求使用算法求解问题时，却无法正确完成，甚至完全没有思路。出现这种情况其实就是学生缺少计算思维的训练，不知道如何用计算思维去分析问题，就更不用谈解决问题了。因此，培养学生具备计算思维能力不仅有助于信息科技学科教学和学生信息素养的培养，其对学生的终生发展都有着重要的意义。三、基于计算思维的高中生信息素养培养策略计算思维的培养不是一蹴而就的，单靠机械重复的训练也不可能达成，它需要教师精心设计教学，需要在每节课中点滴渗透。因此教师在教学设计时要以学生为中心，以培养学生在学习活动中使用计算思维分析处理问题为出发点，通过情景创设、任务驱动激发学生对计算思维的兴趣；通过自主学习、合作探究体验计算思维的方法；在解决问题、完成任务中提升计算思维的能力；通过评价反馈、经验交流不断巩固内化计算思维的意识，最终帮助学生具备计算思维能力，提升信息素养。教学环节培养维度关注点创设情境、提出任务计算思维兴趣选择适合计算思维培养的情境和任务自主学习、合作探究计算思维方法构建以学生积极思维、主动参与的课堂解决问题、完成任务计算思维能力深入理解算法思想、提供关键点支架评价反馈、经验交流计算思维意识重视归纳思想和方法，评价手段多元化四、基于计算思维的高中生信息素养培养教学案例在高中信息科技算法模块中，主要涉及了顺序、分支、循环三中算法结构，其中循环结构属于难度较高的内容，其算法思想有别于数学中提到的相关概念，是一种学生从未体验过的算法执行过程，学生比较难以理解，但循环结构又是一个很能体现出如何运用计算思维来帮助解决实际问题的模块。因此，笔者以循环结构的新授课为例，在一堂课中设计了3个与学生学习、生活紧密联系的活动开展教学，帮助学生理解循环算法，培养计算思维能力，从而提升信息素养。教学环节活动内容设计意图创设情境提出任务【活动1】观看动画酸碱中和滴定实验机器人走正方形实验思考问题重复执行的操作是什么让重复执行的操作能终止（继续）的条件是什么循环次数（重复执行次数）是否确定如果确定是几次用流程图描述算法从学生学习生活中熟悉的问题入手，选择适合培养计算思维的情境和任务，提升学生的学习兴趣，体会算法在实际生活中的应用，激发学生的学习动机。自主学习合作探究【活动2】参考分支结构流程图一般格式的归纳过程，归纳这种循环结构流程图的一般格式。以分支结构的归纳为铺垫，降低从个别问题到一般规律这个目标的跨度。1HCLYN904YN在活动过程中引导学生进一步熟悉比较、归纳、知识迁移等计算思维方法，构建以学生积极思维、主动参与的课堂。解决问题完成任务【活动3】完成具体问题的算法流程图，并上机实现。已知密码是199之间的一个数字，找密码，如果找到，输出“恭喜你”；否则重新再找直到找到。选择的问题难度符合学生的认知水平，能够吸引学生的兴趣，方便学生运用计算思维展开分界面1界面2析思考，进而加深学生对循环算法思想的理解和运用。以多媒体课件作为学习支架来规避学生没有学过相应语句格式的缺陷，降低学习目标的跨度；按照学生的流程图直接生成VB代码，让学生能够通过编程进一步检验算法并体验循环结构的魅力，激发学生的学习动机。评价反馈经验交流明确小组分工，提醒教师各个小组任务的达成度，为反馈交流做好准备。引导学生重视计算思维的培养与应用。在以上3个活动中，教师尽量使用学生生活、学习中经常遇到的实例作为任务目标，以便让学生基于日常生活经验进行知识迁移，开展深入的思考，通过思考逐步寻找出解决问题的方法。通过流程图、编程半成品、任务学习单等形式搭建支架，让学生逐步从模仿到思考，将计算思维的培养渗透到信息科技课堂教学中，将学生的思维水平的提高作为算法模块教学的一个目标，通过体验算法之美来促进学生计算思维的发展。五、结语对于高中生而言，学习的过程应该是思考的过程，而不是死记硬背，机械重复的过程。实践证明，在信息科技学科教育教学中关注学生计算思维能力培养，有助于帮助学生建立起缜密的逻辑思维和判断能力，提高运用信息技术解决实际问题的能力，进而提升学生的信息素养，而这也是将学生培养成为符合