巧用思维导图培养计算思维

【摘要】计算思维作为高中信息技术四大核心素养之一，其重要性不言而喻。本文旨在分析思维导图在理清知识结构、拓展知识体系、分析并解决问题、激活创新思维等方面的作用，以期为优化计算思维的培养提供思路。【关键词】思维导图；高中信息技术；计算思维计算思维是高中信息技术学科四大核心素养之一[1]。一般认为，计算思维可分为分解思维、抽象思维、算法思维、概括思维。分解思维是指将大问题分解为更易于理解分析的相对小的问题；抽象思维是关注关键信息并忽略不必要细节的过程；算法思维是指用计算机解决问题的步骤，是为了解决问题而需要让计算机有序执行的、无歧义的、有限步骤的集合；概括思维是将问题的一般性规律总结出来，更好地解决类似问题。在现阶段高中信息技术课程教学中，课程内容呈现零散和繁多的特点，但学生普遍缺乏相应的基础，且课时数量也较少，这在一定程度上增加了高中信息技术实际教学的难度。思维导图是一种具有发散性、可视化的思维工具，这种工具使杂乱无章的信息变得有序、清晰，让思考过程更具结构性和逻辑性。因此，笔者尝试使用思维导图的方式来辅助优化信息课教学，促进学生计算思维能力的培养。理清知识结构构建整体思维计算机在处理数据时，需要根据事物之间的关系选择合适的数据结构，并利用所选数据结构来组织数据和设计算法。数据结构是一种抽象的数据类型，它定义了如何组织数据以及如何操作这些数据，这对初学者来说比较抽象，可以借助思维导图的绘制来帮助学生理解和掌握课程内容。“链表”这一课题在选择性必修《数据与数据结构》一书中占据着重要地位，相对于其他数据结构如数组，链表更为复杂。学生需要掌握链表的概念、特性、类型、模拟实现的方式以及基本操作，这些内容如果仅通过大段文字的描述往往显得晦涩难懂、枯燥乏味，但借助思维导图，这些知识点可以以更直观、更有序的方式呈现出来。例如，链表最重要的两个概念是节点和指针，教师可围绕这两个概念首先阐述它们的特性。其次，根据指针指向的不同，链表可以分为单向链表、双向链表和循环链表三种类型，教师可采用列表的形式进行模拟实现。最后，从链表的创建开始，教师可介绍插入、删除和遍历输出等基本操作。总的来说，思维导图能够以图文形式展示知识点之间的关系，并以图像、线条和颜色等元素强化知识点之间的联系与区分，通过信息整合、强化记忆、提高学习效率等促进学生知识的结构化[2]，建立整体思维模式。梳理逻辑关系培养发散思维思维导图采用树状结构和连接关系来呈现知识点和想法之间的关联和层次，这有助于理解知识点之间的逻辑关系，将知识体系有机串联起来。对于链表这种数据结构，学生除了理解其基本概念和特性外，能够在代码中实现这些操作非常重要。这不仅需要学生掌握链表操作的逻辑思路，还需要他们掌握如何在代码中表达这种逻辑。在现实教学中，教师可以在课堂上运用思维导图来启发学生，在思维导图的各个节点或分支上添加一些注释或说明，以更形象的方式体现知识点之间的关联性。在高中阶段的学习中，我们通常使用列表来模拟实现链表。对于一维列表，假设数据存储在data中，指针存储在next中，对于节点p，数据域表示为data[p]，节点p的后继表示为next[p]；对于二维列表，则是将每个节点都表示为一个列表元素，节点p的数据域为data[p][0]，后继表示为data[p][1]，结构上的不同使得代码书写和含义表达也有所不同。在思维导图的各个相关节点上进行标注，“联系”和“差异”一目了然。基于思维导图开展的深入学习，不是将现有的知识点简单拼接，而是在宏观层面上进行思维激荡，如讨论并总结一些具有代表性的链表结构以及它们在不同场景中的应用，插入排序链表、约瑟夫环链表、链式队列结构等，思考这些场景的应用和结构选择之间的关联性。再如，为说明链表和数组之间的联系和区别，教师可用思维导图总结呈现不同数据结构的异同。思维导图的分类和归纳功能帮助学生更加系统地梳理逻辑关系，进而塑造更为清晰的发散思维。在计算思维培养过程中，合理运用思维导图可以帮助学生梳理和整合复杂的概念、算法和逻辑关系，从而提高学生的思维能力和问题解决能力。呈现思考过程强化计算思维学习数据结构的关键是数据结构的应用，而应用往往是难点所在。在面对题目计算量大以及变量繁多等复杂情况时，学生有效梳理与合理组织相关信息至关重要。在必修一“数据与计算”中，我们学习了“用算法解决问题的基本过程”，主要包括三个步骤：抽象与建模、设计算法、描述算法，这和计算思维的核心内容高度契合。抽象与建模是指从问题中提取出已知条件和求解目标，并建立起数学模型。这个过程要求学生对问题有深入的理解、识别其核心元素和彼此间的关联关系，这就是计算思维中至关重要的分解思维和抽象思维。只有通过抽象和建模，才能够把现实世界的问题转化为计算机可以理解和处理的形式，设计算法是解决问题的关键步骤。算法的设计需要对数据结构和算法有深入的理解，并能够根据问题的特性设计出高效的算法。在计算思维中，算法思维也是非常核心的部分，只有通过算法，学生才能够指导计算机高效进行信息处理。然后，教师需要将设计的算法用程序语言或流程图等形式进行详细描述，这一过程应清晰地展现算法的每一个步骤以及它们之间的关联。在计算思维中，描述算法实际上是把算法转化为计算机可以执行的指令。最后借助概括思维，教师可以对同一类问题的解决策略进行概括与总结，以便后续解决同一类问题。约瑟夫问题是循环链表应用的典型问题，教师可通过思维导图的树状结构，按照抽象与建模—设计算法—编写程序并调试运行的步骤，将该问题各个方面的信息进行整理和分类。这样，学生可以更清晰地认识问题，明确问题的关键所在，还可以从多角度考虑问题，拓展思路，发现问题的不同方面和解决方法，建立关联，从而更好地把握问题的本质。约瑟夫问题的解决方案有多种，思维导图可通过图形和组织结构的方式将程序之间的异同点进行可视化展示，简洁明了地呈现不同程序的关键信息。通过思维导图的层级和分类，教师可以将不同程序的相似点和差异之处进行比较，有助于学生增强理解。在一次次解决程序难点的过程中，学生不仅要能够理解和编写代码，更重要的是要学会运用计算机技术，实现对问题的有效处理。学生可利用思维导图呈现做题的思路，突出重难点，整理错题，通过分析关键点，建立解决问题的结构模型并举一反三。通过这种计算思维的训练，学生可以更好地掌握信息技术学科的核心知识，进而促进个人核心素养的培养。这种思维方式在处理其他问题时也能够发挥积极作用，帮助学生更好地适应信息化时代的发展要求。总之，思维导图本质上是一种可视化工具，可以使复杂的计算思维过程变得更加直观。具体而言，思维导图可以捕捉学生在解决问题时的思考过程，将思考过程中的重要节点和步骤记录下来，这种图形化的表达方式可以帮助学生理解和回忆思考过程，更好地呈现和分享自己的思路。在制作思维导图过程中，学生需要将问题进行