学科思想方法：计算思维教育的一个视角

学科思想方法：计算思维教育的一个视角周世杰张瑜随着信息技术的快速发展及其在社会各领域的作用凸显，计算思维成为人们日益关注的热点。作为21世纪学生应具备的关键能力，计算思维成为信息技术教育的重要内容和主要方向。基于学科思想方法发展学生计算思维的教学，可以按照信息技术学科自身的逻辑体系组织课程内容，系统完整地展示信息技术学科领域中的知识系统和逻辑结构。这种完整的学科知识结构和严密的逻辑性，为计算思维教育提供了新的视角，有助于对学生信息素养进行连续和系统的培养，有助于学生全面、准确地了解信息科技的发展状况，也有助于信息技术学科思想的传承。●什么是学科思想方法1.计算思维的要素由上述可知，在计算思维内涵和要素方面，国内外学者主要是从计算科学方法论的角度予以归纳和提炼。2.计算思维教育很多专家指出，计算思维体现了信息技术学科的一种内在价值，有助于学科建设与发展。在新课标中，计算思维被定义为：“个体运用计算机科学领域的思想方法，在形成问题解决方案中产生的一系列思维活动。”新课标在定义中，指明了发展学生计算思维，需要运用学科思想方法。南京师范大学李艺（2016）等基于计算思维，为信息技术学科课程设计与教材编写设计了六组主题：对象与管理、规则与安全、系统与工程、设计与制作、协作与交流、伦理与道德。基于这种现状，熊璋和李锋（2019）在《信息时代·信息素养》一书中针对计算思维教育提出了三个建议：其一，掌握信息技术学科领域的思想方法;其二，将信息技术学科领域的思想方法与其他领域相结合，创新解决问题的新模式;其三，依据学科领域思想方法合理选用信息技术工具，利用信息技术工具解决问题，并能实现这种解决问题能力的迁移。三个建议和新课标定义相比，从“计算机科学领域的思想方法”到“信息技术学科领域的思想方法”，拓宽了发展学生计算思维的渠道。●什么是信息技术学科思想方法众所周知，数学、化学等成熟学科都有各自的学科思想方法，并且都是从自身上游学科知识提炼而来，这些经验可以用来指导信息技术学科的思想方法梳理工作。因此，我们可以将信息技术学科思想方法界定为：在信息技术发展历程中，在解决实际问题过程中而逐步形成的具有信息技术学科特点的科学原理和技术思想。它由上游学科生发，并经过从其智慧积累之中采摘、改造并重新序化而来，具有信息技术学科知识取向且较为严谨的体系化的特征，是对信息技术学科知识的本质理解和理性分析。通过这样的概念界定，可以指导我们梳理信息技术学科思想方法的思路。思路一：在上游学科中寻找，如信息熵思想、图灵机理论等。思路二：从信息技术的发展历程中寻找，如符号化思想、标准化思想、对象管理思想等。符号化思想。现代计算机作为处理信息的工具，只能处理数字（二进制数）。要想让计算机帮助我们处理需要的信息，必须将文字、图片、声音、视频等信息载体转换为数字（二进制数）。所以我们可以认为计算机的符号化思想，就是能够有意识地使用计算机的符号0和1来解释和解决现实的问题。标准化思想。为了减少信息技术在发展和应用中所产生的不必要的复杂性，经协商一致或在发展过程中自然形成大家必须遵守的一些规则。它具有动态变化性和普适性等特征。对象管理思想。在信息技术学科内容中，所有的软件和工具的操作中都涉及对象、属性等问题，将这些实体或关系抽象化后形成数字化对象，并对其进行操作、修改，达到有效管理，这种思想和方法，可以合理构建对象之间的结构化关系，实现对象之间更好地联系，形成一个有效的信息化系统。思路三：从教学实践中寻找一些经典算法，如枚举、递归、迭代、分治和回溯等。算法是计算机的灵魂，算法不仅是一种解决问题的方式，更蕴含着丰富的学科思想，可以说，算法与计算思维关系密切。因此，在算法设计中一些经典的算法也可以归入信息技术学科思想方法。发展学生计算思维有助于学生理解信息环境中各要素之间的关系，也体现了当代信息技术课程的一项重要价值。同时，计算思维教育需要提炼信息技术学科的思想方法，并通过设计适合学生学习的方式，引导学生形成以学科思想方法观察事物和问题求解的能力，发展与之相适应的思维方法与创新能力，提升学生的信息素养。●如何开展学科思想方法视角下的计算思维教育学科思想方法是学科教学的灵魂。信息技术学科思想方法是在认识信息科技知识技能以及利用信息技术解决实际问题的过程中提炼出的学科观点，是对信息技术学科的本质、特征及价值的认识，是发现问题并利用信息技术解决问题的指导思想。基于以上认识，笔者在教学实践中，从学科思想方法的视角，已经做了一些尝试。例如，笔者在教学字符编码、计算机硬件型号、USB接口标准和IP地址等内容时，曾融入相关内容，引导学生理解在信息技术发展的过程中，为了避免不必要的冲突，一些规则的逐步形成过程，从而让学生了解标准化思想的特点和价值。再如，在教学“信息”的概念时，笔者以“找人”的情境游戏引入，通过信息的出现，逐步清晰要找的人的特征，即“消除了不确定性”。课后，笔者将“信息熵”的相关知识制作成微视频，通过微信公众号发布给学生，让学生课后自主学习。通过现有尝试笔者发现，在教学实践中，选择恰当的教学内容，设计合理的教学活动，渗透学科思想方法，有利于提升学生的学習品质。其一，基于计算思维教育的现状和已有经验，在进一步梳理信息科技学科思想方法的基础上，进行“学科思想方法视角下发展学生计算思维的教学实践”，该计划主要包括三方面的主要内容：①通过文献研究、经验梳理等方式，进一步归纳、凝练信息科技学科的思想方法;②对照课标课程结构，梳理课程内容，选取与学科思想方法联系密切的知识点，进行教材内容分析，并在此基础上，寻找学科思想方法、计算思维要素与课程内容的“链接点”，围绕“链接点”，统整教学内容;③采用课例开发、案例分析、策略归纳等方式，总结学科思想方法视角下发展学生计算思维的教学策略。其二，基于新课标，寻找信息科技学科