計(jì)算思維的高中信息技術(shù)教學(xué)探究

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摘要：本文分析了高中信息技術(shù)教材中蘊(yùn)含著計(jì)算思維的數(shù)據(jù)、算法、系統(tǒng)三個(gè)方面內(nèi)容；教師要充分挖掘其中的思想，采用不同的教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。

關(guān)鍵詞：高中信息技術(shù)；教學(xué)探究

在信息技術(shù)教學(xué)過(guò)程中，教師經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)，講解了一些具體操作，學(xué)生機(jī)械的模仿操作步驟，看上去教學(xué)內(nèi)容有條理，學(xué)生掌握情況蠻好。但是當(dāng)教師布置一個(gè)類似的具體問(wèn)題，學(xué)生不知所措。這就是因?yàn)閷W(xué)生只關(guān)注了技術(shù)本身，而忽視了技術(shù)背后隱藏的知識(shí)的梳理和提煉，沒(méi)有上升為思維層次，對(duì)知識(shí)的掌握往往比較零散和表面，沒(méi)有養(yǎng)成自己的思維習(xí)慣和形成足夠的遷移和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。我們培養(yǎng)的目標(biāo)不僅僅是使學(xué)生成為軟件的使用者，而是使他們成為問(wèn)題的解決者。2006年，美國(guó)周以真教授首次提出“計(jì)算思維”，是指運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)。計(jì)算思維是學(xué)生適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的基本能力，如同閱讀能力、寫(xiě)作和算術(shù)能力一樣，是學(xué)生學(xué)習(xí)、工作、生活的一項(xiàng)基本技能。

1．挖掘教學(xué)內(nèi)容中的計(jì)算思維

計(jì)算思維包括數(shù)據(jù)、算法、系統(tǒng)三個(gè)方面。通過(guò)對(duì)高中信息技術(shù)必修教材和選修教材的研究分析，各知識(shí)點(diǎn)蘊(yùn)含的思維方式進(jìn)行歸類和重新整合，形成了包括編碼思維、存儲(chǔ)思維、安全思維、算法思維和操作思維等。數(shù)據(jù)思維是計(jì)算思維的基礎(chǔ)，算法思維是計(jì)算思維的核心，系統(tǒng)思維是計(jì)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(chǔ)思維、安全思維等。編碼思維包括二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制思想；存儲(chǔ)思維包括文本、圖像、聲音、視頻、動(dòng)畫(huà)的編碼存儲(chǔ)原理；安全思維包括信息的加密與解密，網(wǎng)絡(luò)安全。例如在講解高中《信息技術(shù)基礎(chǔ)》教材中“數(shù)字化圖像存儲(chǔ)”時(shí)，解釋點(diǎn)陣圖與矢量圖的區(qū)別時(shí)，教師可以用畫(huà)圖工具和FLASH分別演示點(diǎn)陣圖和矢量圖的縮放失真情況，解釋圖像存儲(chǔ)大小與分辨率和位數(shù)的關(guān)系時(shí)，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(dòng)態(tài)規(guī)劃等思想。例如講授《網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用》教材中“因特網(wǎng)信息交流與網(wǎng)絡(luò)安全”時(shí)，學(xué)生對(duì)密碼破譯的窮舉法理解存在很大困難。以往的教學(xué)效果很不理想?？梢圆捎梦⒄n的教學(xué)方法，設(shè)置了一個(gè)真實(shí)的破解電子郵箱密碼的場(chǎng)景，演示用C語(yǔ)言編寫(xiě)程序找到正確郵箱密碼的精彩過(guò)程，讓學(xué)生深切體會(huì)到不安全密碼在破解技術(shù)面前的蒼白無(wú)力，進(jìn)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(xué)生如何基于窮舉法原理設(shè)計(jì)出更加安全的密碼。

1.3系統(tǒng)思維

系統(tǒng)思維就是對(duì)系統(tǒng)問(wèn)題進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)、構(gòu)建和維護(hù)的過(guò)程。如何確定問(wèn)題、分析問(wèn)題、計(jì)劃方案、執(zhí)行和實(shí)施、評(píng)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(chǔ)》教材中“利用數(shù)據(jù)庫(kù)管理大量信息”時(shí)，教師可以演示“學(xué)生成績(jī)管理系統(tǒng)”的開(kāi)發(fā)過(guò)程，包括需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)測(cè)試與維護(hù)，使學(xué)生了解系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的過(guò)程，初步體驗(yàn)軟件開(kāi)發(fā)的步驟。

2．合理采用教學(xué)方法

2.1課堂教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)相結(jié)合

由于學(xué)生的基礎(chǔ)參差不齊，學(xué)習(xí)進(jìn)度不一致，個(gè)體學(xué)習(xí)存在差異，所以有必要搭設(shè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)幫助學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上可以根據(jù)自己實(shí)際情況調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)進(jìn)度和內(nèi)容；網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)能為學(xué)生創(chuàng)設(shè)豐富的資源環(huán)境，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)提供指導(dǎo)；學(xué)習(xí)網(wǎng)站具有強(qiáng)大的交互功能，能夠?qū)崟r(shí)反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。例如筆者在進(jìn)行網(wǎng)頁(yè)制作教學(xué)時(shí)，制作了學(xué)習(xí)平臺(tái)網(wǎng)站，并提供了操作教程視頻指導(dǎo)，作品提交，學(xué)生自我評(píng)價(jià)、學(xué)生之間評(píng)價(jià)、教師評(píng)價(jià)的功能。網(wǎng)站的使用不僅方便學(xué)生的學(xué)，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(tái)還提供網(wǎng)頁(yè)制作需要的一些資料素材和技術(shù)支持，為學(xué)生提供大量處理信息的機(jī)會(huì)，培養(yǎng)處理信息能力。

2.2課程講授與生活實(shí)踐相結(jié)合

根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，將計(jì)算思維與學(xué)生的學(xué)習(xí)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(xué)效果。例如筆者在講解高中《網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其應(yīng)用》教材中“IP地址及其管理”時(shí)，IP地址比較抽象，如果單純以講授法教學(xué)，難以吸引學(xué)生的注意力，且學(xué)生又缺乏自主探究的知識(shí)基礎(chǔ)，因此教學(xué)難度較大?！癐P地址與域名的概念”比較抽象，學(xué)生比較難理解，IP地址對(duì)應(yīng)門牌號(hào)碼（如江蘇省高郵市文游南路26號(hào)），域名對(duì)應(yīng)單位名稱（如江蘇省高郵中學(xué)）。IP地址的格式是由兩部分組成：網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)和主機(jī)標(biāo)識(shí)，網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)確定主機(jī)所在的物理網(wǎng)絡(luò)，主機(jī)標(biāo)識(shí)確定主機(jī)的物理地址。同學(xué)所在的班級(jí)名（如高一二班）就可以理解為網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)，而同學(xué)所在的座位號(hào)（第二組第四排）就可以理解為主機(jī)標(biāo)識(shí)。在講授過(guò)程中巧用生活中的實(shí)例、類比等方法，可以使較為枯燥的知識(shí)易于為學(xué)生所接受。

2.3任務(wù)驅(qū)動(dòng)與模塊化學(xué)習(xí)相結(jié)合

將一個(gè)大模塊分解成各個(gè)小模塊，設(shè)計(jì)小任務(wù)去完成各個(gè)小模塊的學(xué)習(xí)。逐步分解問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生完成學(xué)習(xí)任務(wù)，鍛煉學(xué)生的思維。例如筆者在講解高中《信息技術(shù)基礎(chǔ)》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(shè)置、亮度對(duì)比度設(shè)置等操作，若單純講解零散枯燥，而使用了任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法，真實(shí)設(shè)計(jì)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生探究操作，可以取得很好的教學(xué)效果。根據(jù)最近發(fā)展區(qū)理論，三次設(shè)置問(wèn)題，三個(gè)任務(wù)的難度逐漸提升，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中進(jìn)行思考與歸納。同時(shí)還提供針對(duì)技能操作的理論知識(shí)講解和操作演示，讓學(xué)生探究實(shí)踐學(xué)習(xí)，并體驗(yàn)圖像簡(jiǎn)單處理的樂(lè)趣。

3．總結(jié)

計(jì)算思維隱藏在信息技術(shù)課程中，教師要注重學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)，充分挖掘教學(xué)內(nèi)容中的計(jì)算思維，合理采用教學(xué)方法，逐步養(yǎng)成學(xué)生的思維習(xí)慣，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。不求每一位學(xué)生都是編程專家，但求每一位學(xué)生都能學(xué)會(huì)像科學(xué)家一樣的思考，促進(jìn)我們整個(gè)社會(huì)的發(fā)展。

作者:陳汐平 單位:江蘇省高郵中學(xué)