田俊南

2003年颁布的《普通高中信息技术课程标准》（试验）执行至今，高中信息技术课遇到了越来越多的困难和挑战，主要存在以下问题：教学目标较为空泛、教材内容趋于陈旧、重技能轻思维，而培养学生应用信息技术解决问题的意识与思维模式，已成为今后高中信息技术课程目标的必然取向。专家们经过大量的研究和探索，新的课程标准已经制定完毕，不久就将闪亮登场。新课标中最大的亮点便是将计算思维纳入了信息技术课程的核心素养，通过计算思维教育，可促进学生运用计算机科学领域的学科方法有效解决问题，这种独特思维方式必将推动高中信息技术学科的变革和发展。

笔者结合自身的教学实践，对高中信息技术课堂教学中计算思维的培养作一些简单的阐述。

一、计算思维的概念、特征与培养计算思维的价值

1.计算思维的概念与特征

2006年3月，美国周以真教授在计算机权威刊物Communications of the ACM上发表了Computational Thinking一文，首次提出“计算思维”这一概念。她认为计算思维是运用计算机科学的基础概念，进行问题求解、系统设计以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。这一概念的提出引起了国际社会的共鸣，在科学研究领域，计算思维（以抽象自动化为特征）已被看成是与理论思维（以观察和归纳包括人类社会活动在内的自然规律为特征）、实验思维（以推理和演绎为特征）并列的三大科学思维方式之一。

计算思维是一种根本技能，是我们求解问题的一条途径，是每一个人在现代社会中发挥职能必须掌握的，但决非要使我们像计算机那样地思考。当计算思维真正融入教学活动的整体时，它的作用和强大的生命力就会得到真正的体现。

2.培养计算思维的价值

众所周知，由于多方面的原因，近年来高中信息技术课程在培养学生信息加工能力的路上越走越艰难，以技术操作为主要内容的高中信息技术课之所以会受到各方面越来越多的质疑，其中最大的问题在于未能像数学、物理、化学等学科一样确定较为稳固的核心价值。而计算思维的提出，则为其打开了一扇希望之门，有助于学生能力的培养和信息技术课程自身的发展。在解决问题的过程中，学生不仅仅是技术工具的使用者，还应该是新的问题发现者、解决思路的提出者、问题解决方案的设计者、新型技术工具的开发者。计算思维的培养，能有效提高学生利用信息技术解决问题的能力层次，使更多的学生成为未来信息技术的创新者。

二、根据解决问题的需要培养学生的计算思维

事实上，一般学生都热爱计算，无论是计算机程序给他们提供的魔力般的感觉，还是喜欢艺术组合、描述、设计、规划并促进个人视觉世界中的创造。计算思维可以为学生提供更多的学习机会，当计算思维的思想与方法帮助我们解决实际问题变得更加容易时，它就会产生飞跃，拓展我们对周围世界的理解。那么，如何结合我们的课堂教学来培养学生的计算思维呢？下面是笔者认为在高中信息技术课教学中，培养学生计算思维较为典型的案例，希望能给大家带来一点启发。

1.通过Excel案例教学培养计算思维

在对学生讲授Excel函数知识时，针对高中学生重视考试成绩的特点，选择学校成绩作为统计分析的教学案例，要求使用公式和函数来计算学生考试成绩的总分、排名、进步情况、学科有效分情况等。使用Excel的IF条件判断函数和VLOOKUP查找引用函数都能解决问题。案例教学结束后，就案例教学中所涉及的计算思维方法和相关知识点进行归纳和总结，巩固加深知识体系。启发学生对案例进行思考、讨论，在案例的基础上扩展和创新，培养学生的计算思维能力和创新能力。

2.通过算法的教学培养学生的计算思维

算法中很多内容涉及计算与计算思维，如递归就是一种典型的计算思维，我们可以通过与计算相关的案例介绍递归，例如汉诺塔问题（Tower of Hanoi）。印度古老传说：在世界中心贝拿勒斯的圣庙里，一块黄铜板上插着三根宝石针A、B和C（见图1）。印度教的主神梵天在创造世界时，在其中一根针上从下到上地穿好了由大到小的64片金片，不论白天黑夜，总有一个僧侣在按下面的法则移动这些金片：一次只移动一片，不管在哪根针上，小片必须在大片上面。僧侣们预言，当所有金片移到另外一根针上时，世界将在一声霹雳中消灭，而梵塔、庙宇和众生也都将同归于尽，这就是所谓的汉诺塔问题。

这是目前在介绍递归的书中用得非常多的一个案例，通过计算我们不难发现，移动金片的次数，f（n）与宝石针上的金片个数n之间的关系是为： f（n）=2n-1 ，因此当n=64时，f（n）的值将高达18，446，744，073，709，551，615，按移动一次花费1s计算，需要约5845亿年才能完成，这样的问题在现实中几乎是无法实现的，但我们可以借用计算机的超高速，在计算机中模拟实现。由此可见，有效地利用计算思维，借助现代计算机超强的计算能力，就能解决之前人类望而却步的大规模计算问题。

3.通过App Inventor等软件培养学生的计算思维

Inventor（后文简写为AI）是一款由Google公司开发的基于Android系统的手机编程工具，其口号是“随身的编程工具，尽情发明吧”（Your idea， Your design， Your apps， Invent Now），并于2012年交由麻省理工学院负责教育领域的应用研究。

其开发模式及测试流程如下图2所示，主要包含三个部分：①设计界面（Designer），通过拖拉组件的形式完成界面设计（见图3）；②块编辑界面（Blocks），通过拉拽、拼图的方式来实现各组件间的行为事件，实现逻辑设计（见图4）。③模拟器（Android Emulator），主要用来进行测试。

AI因其具备如下特征而成为在高中信息技术课程中培养计算思维能力的有效工具：

（1）可视化

AI的界面设计和代码编写均采用可视化的形式呈现（见图3、图4），可视化的操作界面能够极大地激发学习者的兴趣和探究欲。

（2）零编程基础

AI模块编辑视图中的模块都已经封装了代码，只需要按照学习者的创意直接拖拽模块即可完成编程（见图4），轻松简单，极大地降低了对实际编码能力的要求。

（3）开发周期短

Inventor编写的应用程序或许不是很完美，但它们却是普通人都能做的，而且通常是在几分钟内就可完成。在当前移动互联网时代，AI让任何人在几分钟之内完成一个属于自己的App开发成为可能。正如App Inventor项目带头人Harold Abelson教授所说的：“App”。

因而，将AI应用于信息技术课堂教学，有助于最大化地激发学生的兴趣和创意，改变当前高中信息技术乏味无趣的现状。同时，在基于AI所设计的案例学习中体验计算思维“抽象”“模块化”等核心概念，使学生在问题解决过程中提升计算思维能力。

三、小结

新的课程标准即将发布，计算思维正式纳入了信息技术课程的核心素养的范畴。对信息技术学科而言，这既是机遇，也是挑战，培养学生的计算思维，有助于学生养成以信息技术的视角思考问题解决方案的思维模式。如何在新课标的引领下培养学生的计算思维，是我们每一位信息技术教师都应思考的问题和研究的课题。

（作者单位：江西省上饶中学）

□责任编辑 徐 凡

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