基于计算思维培养的高中信息技术教学实践探索

【摘要】计算思维作为高中信息技术的重要核心素养之一，适用于信息储存、模式架构和算法编程等多个技术领域，与当前社会科技发展的联系密切，有着不可忽视的教育价值和意义。因此，信息技术学科教师应深化对计算思维的认知理解，明确其价值内涵与培养方向，构思更具普适性的培养策略，在达成课程目标的基础上，帮助学生全面把握计算思维的技巧精髓，为他们未来的学习与发展奠定坚实的能力基础。【关键词】高中信息技术；计算思维；路径探索；教学设计；核心素养近年来，随着现代信息技术的迭代发展与新课改的持续推进，对于高中信息技术课程的教学要求也从基本的应试达标，逐步向核心能力素养的涵育培养转变。计算思维作为信息技术核心素养的重要组成部分，进一步强调了抽象信息的收集转化、具体模式的认知识别和逻辑算法的编辑设计等能力点。因此，学科教师应革新教学理念，以计算思维培养作为教学目标，为学生设计更具个性化与实践性的培养策略，全面促进他们在信息技术领域的多维发展［1］。一、高中信息技术计算思维的内涵价值（一）巩固理论知识基础区别于其他的素质教育学科，信息技术学科的理论知识更为专业而复杂，学生需通过系统性的信息技术理论学习，才能完全掌握计算机科学的基本概念、原理和方法，包括数据结构、算法设计和编程语言等。而计算思维的培养能够帮助学生深度理解信息技术理论的核心理念与复杂概念，全面夯实学生在理论知识方面的基础，为他们将实际问题抽象转化为计算模型和逻辑算法做铺垫，提升他们在面对复杂问题时的分析和拆解能力，为学生未来深入学习奠定基础。因此，信息技术教师应重视计算思维的培养，为学生未来长期的信息技术学习提供基础保障。（二）强化技能应用实践信息技术是一门为生活实际服务的素质能力学科。计算思维作为信息技术学科的核心能力素养，涵盖抽象信息转化、逻辑推理分析和算法程序编辑等诸多技术能力。对此，学科教师应重视计算思维的培养，摒弃传统的灌输式教学，为学生提供更多应用实践的机会，使他们学会运用专业技能来解决真实问题，在未来学习和职业生涯中具备更强的竞争力。（三）促进思维意识创新计算思维作为现阶段的新兴思想，兼具着先进的技术力与开拓的创新力，是信息技术时代下重要的思维品质素养。随着时代的不断发展，现阶段信息技术领域需要一种更加灵活多变的思维路径或是审视角度来应对多类型的技术型难题，而计算思维为这种能力的培养提供了有效途径。对此，学科教师可以通过鼓励学生进行问题的抽象、分解和模式识别，引导他们从多个角度思考并寻找创新的解决方案，尝试将多领域的知识进行融合运用，实现知识层面的整合与思维意识的创新。二、高中信息技术计算思维的培养策略（一）创设拟真情境，渗透思维理论高中信息技术系统性和理论性的学科特点，使得这门专业学科更偏向学术，在趣味性方面不及其他学科，学生的学习兴趣不高。对此，教师可以创设生动的情境，将学生置于虚拟情境中，通过设置与计算思维培养相关的仿真课题，在全面调动学生学习积极性的基础上，进一步渗透并深化他们对于思维理论的理解与应用，促进学生信息技术计算思维的初步构建［2］。以教科版高中信息技术选择性必修2第三单元第一课时“组建局域网”为例。该课时主要介绍了局域网的设计方式和组建过程，要求学生理解IP地址的组成分类并明确组网的需求分析，运用以上一系列的理论知识来识别用户需要的网络模式，架构起高效而完善的局域网组。对此，教师可以为学生创建拟真的课题情境，比如：学校为校内的信息技术社团扩建了一间新的实验室，同时配置了一批新的计算机设备，为了保证信息技术社团顺利地开展活动，学校邀请了信息技术社团的成员来合作组建一个局域网，该局域网的要求是有完备的程序服务，并且支持内部信息共享和沟通。在该拟真情境下，教师可以为学生简要分析局域网的组织结构图，介绍组成部分的概念与功能：“同学们，为了让大家更好地打造信息技术社团的局域网，老师简要介绍一下基本局域网的组织结构图。首先大家可以看到局域网的核心是交换机，它负责连接所有的计算机，并确保数据能够高效地在它们之间传递。其次是IP地址的组成和分类，每台计算机在网络中都有一个唯一的IP地址，就像每个人都有自己的身份证号码，这些IP地址分为不同的类别，比如A类、B类和C类，我们要根据学校为我们扩建实验室的大致规模和具体需求，合理分配这些IP地址，以确保每台计算机都能顺利地连接到网络中，并进行信息共享和沟通。”在拟真任务情境的驱动下，学生的学习兴趣被全面激发，他们更加深刻地意识到网络组建的重要性和复杂性，进而全身心地投入该章节的概念学习中。在此基础上，教师可以鼓励学生针对该拟真情境下的问题进行“头脑风暴”，讨论在局域网中需要考虑的因素，包括工作站、服务器、路由器、交换机等硬件的选择，以及网络拓扑结构的设计。学生在“头脑风暴”中独立进行情境模式的识别与抽象要求的方案转化，将局域网的组建需求转化为一个可实施的网络设计方案，而教师则需要扮演情境下的引导者角色，为学生提供网络仿真软件（如CiscoPacketTracer）进行组建模拟，让他们根据方案结果，选择合适的硬件，配置IP地址，设计子网等。可见，通过创设拟真的信息技术教学情境，教师可以将复杂晦涩的理论知识呈现于情境中，全面激发学生的信息技术学习兴趣，使他们在主动参与中获得知识，在拟真情境中强化对于所学理论概念的应用，在方案设计与“头脑风暴”中深化对计算思维技能的掌握，形成良好的信息技术学习习惯与高效的计算思维方式，从而促进信息技术教育质量的整体提升。（二）链式问题驱动，夯实思维基础信息技术是一门由易入难的学科，涵盖了从基础的计算机操作到复杂的数据储存与编程设计等广泛内容。因此，教师应重视学生计算思维的培养，通过设置链式问题，驱动学生进行逻辑推理，让他们对复杂的信息技术问题进行分析与拆解，把握计算思维方法的核心要素，夯实计算思维基础。以教科版高中信息技术必修1第三单元第二课时“数据与结构”为例。该部分教学内容主要涵盖多种数据结构概念特点及其结构上的算法设计，要求学生明确不同结构之间的优劣之分，为利用数据和实现数据的价值做准备。对此，教师可以设计一系列环环相扣的问题链，引导学生在层层深入中逐步理解数据与结构的关系。首先，教师可以提出一个前置性的问题为后续做铺垫：“同学们，我们在日常生活中无时无刻地接收着来自外界的各种信息，但是面对这庞大的信息量，我们应该如何进行有效的存储和管理呢？”该问题从学生的生活经验出发，引导他们思考信息存储的重要性，他们可能会提到手机中的照片、文件和电脑中的C盘、D盘等，这也为后续问题链的展开讨论奠定了基础。其次，教师可以根据学生的答案进一步追问：“手机和电脑收集到的信息是如何进行分类和储存的呢？”该问题将学生的思考向专业理论方向上引导，学生开始思考数据的结构性。为此，教师可以初步引入数据结构的概念，引导学生讨论不同数据类型的特点，帮助学生理解如何通过不同的结构（如数组、链表、树等）来有效管理数据。再次，教师可以根据教材提供的典型案例，提出更深层次且更具挑战性的问题，如：“同学们，人们在日常生活中经常会选择网购，但是大家没有想过体量庞大的网络订单数据是如何储存的呢？应该如何选择合适的数据结构来存储此类信息呢？”学生需要运用计算思维的逻辑推理能力，对网购订单信息数据的类型进行分析比对。有学生认为：“老师，我发现正常网购平台会将网购订单数据的商品名称设定为字符串类型的数据，将订单的商品购买数量设定为整数类型的数据，两者都作为基本数据项存在，以此类推，一个正常的网购商品订单由多个基本数据项组成，所以它应该为符合数据类型，由Python的列表进行存储。”最后，教师可以将复现网络订单的数据储存结构作为问题链的最后一个部分，让学生根据自己的逻辑推理思路进行算法编程设计，模拟网购订单从选择下单到完全储存到数据库的过程，使该算法具备网购下单的基本功能，比如选择商品数量、查询订单信息和确定订单的收货地址等。学生在问题链的层层递进驱动下，不仅对于数据储存及其算法设计的相关内容形成了一定的认识，还在复杂问题的解决过程中，熟练运用计算思维的逻辑性与思辨性，建立起扎实的计算思维基础。可见，教师通过这种链式问题驱动的教学方式，能够驱使着学生在不断的探索和反思中，更好地掌握计算思维的核心要点，提升他们在信息技术领域的综合素养。这不仅为学生的学业奠定了坚实的基础，也为未来的职业发展提供了重要的技能支持，帮助他们在信息技术不断发展的时代中，迎接各种挑战并抓住机遇。（三）组织实践活动，促进思维应用信息技术学科是时代前沿的学科，它的学科本质是与现代社会的前沿接轨，将新兴的信息技术应用于生活实际中。计算思维这一核心能力素养也应在生活实践中得以应用与强化。对此，信息技术学科教师应摆脱传统课堂教学的桎梏，组织开展信息技术实践活动，将教学与学生的生活实际相连接，鼓励他们灵活运用计算思维解决实际问题，帮助他们深刻认识到计算思维的现实意义与价值［3］。以教科版高中信息技术选择性必修6第四单元第三课时“坐标定位”为例。该教学板块介绍了信息技术网络中常见的定位技术，即将具体的位置信息转化为坐标数据，将用户的设备作为信息的发射源与接收端，经过卫星即时的处理反馈来实现地图实时定位的功能。在课程要求的安排下，学生需要充分应用计算思维的抽象转化与逻辑推理技法，在比对不同地图APP功能和特点的过程中，推理总结出地理坐标抽象转化为信息数据的流程方法。对此，信息技术学科教师可以通过组织实践性质的户外教学活动，使信息技术的学科教学和思维培养与生活建立互通的渠道。比如，学科教师可以要求学生分享他们在日常生活中使用地图、导航等工具进行位置的确认和定位的经历，将课堂主题自然而然地与生活实际链接。“老师，我以前出去旅游的时候迷路了，靠着手机的地图和定位来确定自己的位置，找到了回旅社的路。”“老师，我的爸爸之前靠着手机导航带着我们去自驾游。”这种生活性的话题能够帮助学生联系实际，使他们意识到信息技术中坐标定位功能的重要性，产生对定位功能的学习探索兴趣。在此基础上，教师便可以着手组织开展坐标定位的主题实践活动，要求学生分析实时定位和在线地图服务的区别，以计算思维的逻辑推理和抽象转化来分析它们的作用原理，深度剖析该信息技术知识点的内核。在该主题实践活动中，学生需要和同伴协商合作，尝试在同一个地点使用不同的工具（如百度地图、高德地图等）进行定位，观察不同工具在定位过程中的表现和差异。例如，学生将市动物园作为观测对象，发现高德地图和百度地图所显示的经纬度大致相同。接着，学生可以尝试通过输入动物园官方给出的具体经纬度数据，进一步观察地图上显示的位置变化。通过测试，学生发现位置的变化幅度微乎其微，据此便能够对此类地图APP的工作原理进行分析：它的运作模式一种为利用GPS来对用户的手机输出端进行实时定位，先将定位到的地理位置信息转化为经纬数据，再传输反馈至用户的手机接收端，另一种则为直接输出地理经纬数据，将数据转化为地理位置信息反馈至手机接收端。可以说，现阶段常用的坐标定位软件是一种高效的信息接收转化媒介。可见，通过组织开展生活性的信息技术实践活动，学科教师可以将信息技术与生活实际深度融合，引导学生在相