浅谈高中生计算思维的培养

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 浅谈高中生计算思维的培养 摘要：随着计算机科学的高速发 展，大数据、云计算、物联网等应用延 伸到了生活、生产、学习的各个角落， 这使得计算思维成为思考问题、解决问 题的重要思维方式。而如何培养学生的 计算思维，则是每一个信息技术教育工 作者需要关注的内容。本文通过分析计 算思维的概念和内涵以及计算思维与高 中信息技术课程的关系，阐述了培养学 生计算思维的重要意义。同时，笔者结 合自身的教学实践，在教学中挖掘信息 技术课程中蕴含的计算思维，从简单明 了的生活问题入手，设计出了能够锻炼 学生计算思维的课堂活动。 中国论文网 /9/view-13021197.htm -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 关键词：计算思维；信息技术； 高中 中图分类号：G434 文献标识码： A 论文编号： 11674-2117（2017）22- 0040-03 随着计算机科学的高速发展，计 算思维逐渐成为思考问题、解决问题的 重要思维方式。目前，计算思维的培养 已被很多发达国家列为信息技术课程的 核心目标。我国正在修订的普通高中 信息技术课程标准也把计算思维纳入 信息技术的核心素养之一。2017 年 7 月， 国务院关于印发新一代人工智能发展 规划的通知中明确指出， “实施全民智 能教育项目，在中小学阶段设置人工智 能相关课程，逐步推广编程教育，鼓励 社会力量参与寓教于乐的编程教学软件、 游戏的开发和推广” 。由此可见，让学 生接触和认识计算科学，培养学生运用 计算机对现实问题进行数据分析，通过 计算模拟对问题建模，通过对计算数据 的探索分析从而发现问题、解决问题的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 能力，是每一个中小学信息技术教育工 作者需要面对和挑战的新话题，而计算 科学的核心思维方式则是计算思维。 培养学生计算思维的重要意义 1.计算思维的概念与内涵 在自然科学领域，有三大科学思 维对应三大科学方法：一是以推理和演 绎为特征的逻辑思维，其对应的是理论 方法；二是以实验和归纳自然规律为特 征的实验思维，其对应的是实验方法； 三是以抽象和自动化为特征的计算思维， 其对应的是计算方法。 计算思维，即在运用计算机科学 领域的思想方法形成解决问题方案的过 程中，所产生的一系列思维活动，其本 质是对问题模型的抽象和自动化。计算 思维不是说要让人像计算机一样思考， 而是指人类运用计算机解决问题的思维 方式。计算思维教育的宗旨在于培养学 生对问题模型抽象、自动化的思维方式， 它是对传统教学中注重演绎、类比和归 纳的数学思维方式，注重验证新的实验 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 思维之外的有力补充，其本质是对思维 的教育。计算思维解决问题的过程模型， 如图 1 所示。 由此可知，计算思维是人类发现 问题、抽象问题、构造模型，再利用计 算机自动化解决同类问题的一系列过程 与方法。在信息技术高度发展的今天， 信息技术工具的使用早已渗透到人类的 生活、生产、学习等过程中，培养计算 思维并不是要让每一个人成为计算科学 家，而是培养他们使用信息技术工具解 决问题的思维方法，提升其在信息社会 的适应能力。 2.计算思维与高中信息技术课程 全国中小学计算机教育研究中心 的李锋博士提出， “计算思维是信息技术 课程的一种内在价值。计算思维作为信 息技术课程中集逻辑能力、算法能力、 递归能力、抽象能力为一体的解决问 题的方式，无论从技术方法、社会需求 层面还是从个体心理发展层面来看，都 是以一种独特的思维方式引导学生理解 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 信息社会，提高学生信息技术运用的批 判能力、自我调节能力” 。在信息技术 课程中应当关注培养学生的计算思维、 创新思维和批判性思维，提升他们日后 在信息社会的适应能力、创新能力，这 是信息技术课程的一种内在价值。 因为计算思维是学生信息素养的 思想源泉，所以教师在教学设计、教学 活动中应该注重对学生计算思维的培养。 对学生思维的引导与教育，不是简单、 机械地传授知识，而应当以学生为主体， 引导他们积极思考，通过问题的抽象、 形式化、构造和自动化过程，使他们领 略应用计算思维解决问题的魅力。 在教学实践中培养学生的计算 思维 1.挖掘信息技术课程中蕴含的计 算思维 美国计算机科学技术教师协会认 为，计算思维教育应当存在于每个课程 教学中。对于我国的高中信息技术课程 而言，笔者理解的则是每个模块都要能 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 够体现计算思维的环节或过程，教师在 教学过程中要充分挖掘其中所蕴含的计 算思维。 例如，在“ 信息与信息社会 ”模块 的信息技术的历史一节中讲述古人 通过烽火传递信息，通过结绳记事记录 信息等，这些都是古人对现实问题进行 抽象，运用烽火、绳结等约定形式传递、 统计数据，作为教师，应让学生明白， 这表明人类在远古时代就了解到自然现 象的可传递性、可存储性和可计算性， 隐约体现了古人具备朴素的计算思维能 力。 2.组织信息学社团活动培养学生 综合实践能力 如果说高中信息技术课程是锻炼 学生计算思维的试练场，那么开设“机 器人”“3D 打印”“ 计算机程序设计 ”等社 团活动则更能够锻炼和提升学生的计算 思维，让学生在思维活动中计算能够做 些什么（计算理论） 、如何做（算法） 、 能做多好（计算的效率） 、能建造什么 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 样的计算工具（计算机工程） ，使其在 抽象、形式化、构造到自动化的过程中 体会计算科学的核心价值。 3.从生活问题入手 算思维源于生活，更广泛地应 用于生活，在教学过程中，教师要发现 和挖掘一些身边的问题，引导学生分析 问题、解决问题，培养他们应用计算思 维解决问题的能力。 例如，在程序设计逻辑表达式 一节，笔者引入“ 闰年的判断 ”的例子， 众所周知，一个回归年是 365.2422 天， 为了以整数计算每年的天数，所以将年 份分为闰年和平年，平年为 365 天，闰 年为 366 天，那么如何设置闰年才能保 证每年的平均天数与回归年一致呢？为 什么要规定能被 4 整除的大多是闰年， 但能被 100 整除而不能被 400 整除的年 份不是闰年，能被 3200 整除的也不是 闰年？那闰年的计算方式是什么呢？以 10000 年为例（注：以下算式中“/”表示 整除） ， “10000/4=2500”（10000 以内的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 数字 4 的倍数有 2500 个） “10000/100=100”（10000 以内的数字 100 的倍数有 100 个） ， “10000/400=25” （10000 以内的数字 400 的倍数有 25 个） ， “10000/32003”（10000 以内的数字 3200 的倍数有 3 个） ，而“2500-100+25- 3=2422”，了解现象后，笔者引导学生 对现实问题进行抽象与建模，利用数学 集合知识对年份 y 是否为闰年的问题进 行抽象（如图 2） 。 图中阴影部分即为闰年年份，转 换成自然语言就是“ 能被 4 整除但是不 能被 100 整除，或者能被 400 整除但是 不能被 3200 整除” 。假设年份为 y，得 到判断年份 y 是否为闰年的逻辑表达式 为（y%4=0&y%100！=0） |（y%400=0&y%3200！=0） 。学生 通过编程实现了一个判断任意年份是否 为闰年的小程序，成功的喜悦溢于言表。 这样通过计算与分析、抽象与构 造，不仅激发了学生的学习动机，而且 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 提高了他们利用计算思维解决实际问题 的能力。 在信息技术学科教学中，教师不 仅要注重学生计算思维的培养，