杨俊

摘 要：计算思维可以让学生以一个多元化的视角用信息技术的学科思维方式理解信息世界，解决目前信息技术课程发展所面临的学生学习积极性不足等突出问题，进一步推动信息技术课程的改革与重构。实际上，计算思维隐藏于现有的高中信息技术课程之中，只是没有聚焦于它。本研究从基于“伟大的计算原理”的计算思维概念框架、计算思维操作性定义两个视角来分析高中信息技術课程蕴含的计算思维。计算思维概念框架涉及计算、抽象、自动化、设计、通信、协作、记忆、评估等八个维度，计算思维操作性定义涉及用计算思维解决问题过程的详细可操作的步骤。研究采用了大量翔实的案例，对高中信息技术课程的一个必修模块、五个选修模块所蕴含的计算思维进行了深入细致的分析。对于高中信息技术课程而言，能够充分挖掘出各个模块内容中蕴含的计算思维，是有效实施计算思维教育的关键和前提。

关键词：信息技术；计算思维；概念框架；可操作性定义；案例分析

一、计算思维与信息技术课程的关系

（一）计算思维体现了信息技术课程的一种内在价值

目前，国内对信息技术课程价值的研究表述大都趋于泛化的“信息素养核心价值”论，关于“信息技术课程内在价值”的研究较少。信息技术课程是一门以计算机为核心工具的课程，具有较强的抽象性、逻辑性和思维性，需要学生具备严谨的思维方式来解决问题。《课程标准》中对学生的培养目标，虽然强调了培养学生利用信息技术解决问题的思想方法，但却并没有明确地体现信息技术课程的内在价值。全国中小学计算机教育研究中心李锋博士明确提出，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，无论从技术方法层面、社会需求层面还是个体心理发展层面，都以一种独特的思维方式引导学生理解信息社会，提高学生信息技术运用的批判能力、自我调节能力。发展学生的计算思维，培养学生运用信息技术解决问题的能力，充分体现了信息技术课程的一种内在价值。

（二）计算思维解决了信息技术课程的学科思维问题

学科思维是区分学科边界、表征学科独立以及成熟的重要标志，信息技术想要作为一门学科独立存在，就一定要有自己的学科思维。对此，祝智庭教授也指出：面对不断变化的信息化世界，计算机课程不是要把学生都培养成为程序设计专家，而是希望学生具备信息技术学科的思维方式，正确理解计算机和人与社会的关系。随着数字化社会的不断推进，各类电子产品在日常生活中逐渐普及，小到手机，大到各种生产设备，计算思维已经成为人们理解问题、分析问题、解决问题必须的思维方式。对于信息技术课程而言，计算思维就像人们阅读、写字、做算法一样，是信息技术学科最基础、最适用、不可缺少的基础思维方式。

（三）计算思维是信息技术课程改革的助推剂

从国内外的研究现状可以看出，在国外的信息技术课程改革过程中，英国以培养计算思维为主，美国倾向于多元化目标。在国内，张丽霞等研究了基于数字化生存能力的信息技术课程目标的重构，计算思维作为面向信息技术课程的学科思维，可以让学生从一个多元化的视角，用信息技术学科思维方式理解信息世界，解决目前信息技术课程发展所面临的学生学习积极性不足等突出问题，从而进一步推动信息技术课程的改革与重构。

二、高中信息技术课程蕴含的计算思维分析

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学校的每堂课程教学中。对于高中信息技术课程而言，能够充分挖掘出各个模块内容中所蕴含的计算思维，是有效实施计算思维教育的关键和前提。下面，分别从计算思维概念框架和计算思维操作性定义两个视角分析高中信息技术课程蕴含的计算思维。

（一）基于“伟大的计算原理”的计算思维概念框架视角

1.计算

在基于“伟大的计算原理”的计算思维概念层次中，计算（Computation）处于核心层（第一层次）。计算是执行算法的过程，从一个包含算法本身的初始状态开始，输入数据，然后经过一系列中间级状态，直到达到最终也即目标状态。[24]课程标准中所包含的必修模块“信息技术基础”课程主题二“信息的加工表达”和选修模块“算法与程序设计”课程能很好地体现计算的思想和方法，下面通过案例加以说明。

（1）汉诺塔（Hanoi）问题

汉诺塔（又称河内塔）问题是指有三根柱子，其中一根柱子上按大小顺序放着64片圆盘。要求把圆盘按大小顺序移动到另一根柱子上。规则要求小圆盘上不能放大圆盘，一次只能移动一个圆盘。

汉诺塔问题，是通过递归与非递归方法来对圆盘进行移动的，蕴含递归关系，所以采用递归算法往往比较自然、简单、易于理解。汉诺塔问题计算量很大，当圆盘数为n时，需要移动2n-1次，所以，假设圆盘数很多，那么即使是用一台功能超强的计算机来解决它，也需要很多年。鉴于264-1这个数字太大，先考虑3个圆盘的情况，假设三根柱子分别为A、B、C，则计算机模拟执行时就会按A→C、A→B、C→B、A→C、B→A、B→C、A→C的顺序依次显示圆盘移动的起始、中间和最终状态。随着圆盘数的逐渐增大，计算机计算及显示圆盘移动的状态所花费的时间也会越来越长，学生此时便能很好地体验汉诺塔问题的计算复杂度。

（2）计算机抽奖

很多综艺类电视节目都设有抽奖活动：主持人先喊：开始！ 大屏幕上便不断滚动显示随机的手机号码；主持人喊：停！ 大屏幕上最后显示的手机号码就成为中奖号码。

类似上述的抽奖活动，实质上属于计算机抽奖，抽奖程序可支持手机号码、身份证号码、姓名、图片等多种中奖方式。计算机抽奖程序一般涉及用随机函数计算并选择手机号码的顺序问题，计算量的大小与候选手机号码的总数有很大关系。尽管涉及的算法不算复杂，但是不断滚动显示随机的手机号码也能让学生感受计算的快慢和状态的变化。

三、结束语

计算思维体现了信息技术课程的一种内在价值，一定程度上可以解决信息技术课程的学 科思维问 题，是信息技术课程改革的助推剂。实际上，现有的高中信息技术课程蕴含了丰富的计算思维，只是现有的课程标准未能聚焦到它身上。本研究从基于“伟大的计算原理”的计算思维概念框架、计算思维操作性定义两个视角来分析高中信息技术课程蕴含的计算思维。虽然在计算思维的分析中案例涉及高中信息技术课程一个必修模块、五个选修模块的很多知识，但是难免挂一漏万。计算思维的充分挖掘是有效实施计算思维教育的关键和前提，希望更多的研究者能给予关注。