【摘要】計算思維是信息科技學科核心素養(yǎng)之一,它將抽象、分解和算法設計等多種思維活動進行兼并融合,能夠促使學生發(fā)展抽象轉化能力、邏輯推理思維,并將其付諸實踐應用,從而進行信息科技難題的分析和解答。因此,信息科技教師需要以計算思維的培養(yǎng)為教學目標,引導學生深入理解并充分應用信息科技,進而有效促進學生學科素養(yǎng)的提升。
【關鍵詞】“雙新”背景;初中信息科技;計算思維;邏輯推理;培養(yǎng)策略
作者簡介:韓劍秋(1982—), 男,江蘇省南通市通州區(qū)金郊初級中學。
在當前課程教材更新和課程標準優(yōu)化的“雙新”背景下,學生計算思維的培養(yǎng)已然成為信息科技教學的核心目標之一。計算思維是指個體運用計算機科學領域的思想方法,在問題解決過程中涉及的抽象、分解、建模、算法設計等思維活動。教師在進行信息科技教學時,應著重讓學生在數據解析和邏輯分析的過程中培養(yǎng)計算思維,提升數據分析能力,為后續(xù)的學習奠定堅實的能力基礎。
一、“雙新”背景下培養(yǎng)學生計算思維的重要價值
(一)提升抽象轉化能力
計算思維的訓練注重讓學生將抽象的問題進行轉化并剝離出核心概念,從而獲取直觀的實效性信息。當學生在進行算法問題的求解時,需要將抽象的編程算法進行直觀化與可視化的分析呈現,以便更為高效而便捷地解決抽象復雜的編程算法問題;同時,學生還要對直觀問題進行抽象編程處理,達成抽象與直觀兩者之間的無障礙互通。具備計算思維的學生,能夠提升抽象轉化能力,將現實問題轉化為計算機可以理解和處理的形式,抽離出抽象問題的關鍵要素,在直觀信息的輔助下解決問題。
(二)強化邏輯推理思維
計算思維始終強調邏輯推理思維的重要性,能夠幫助學生立足于邏輯角度,對問題進行理解和分析,透徹把握推理算法的整體流程。因此,在信息科技教學中,學科教師可以借助具有指向性的編程任務開展能力訓練,讓學生在編程過程中以一定的邏輯順序來組織代碼、設計算法并解決問題。具備邏輯推理思維,能夠幫助學生理清問題的邏輯思維,進行推理和演繹,更好地分析和解決問題。
二、“雙新”背景下信息科技計算思維的培養(yǎng)策略
(一)轉化抽象概念,激發(fā)思維活性
計算思維涉及抽象、分解、建模、算法設計等思維活動,要培養(yǎng)這一核心素養(yǎng),學生往往需要對復雜抽象的概念進行直觀性轉化。對此,學科教師可以將計算思維的培養(yǎng)與實際問題的解決相結合,利用問題激發(fā)學生的思維活性,讓學生在解決實際問題的過程中,充分育成并應用抽象轉化能力。
以蘇科版初中信息科技七年級上冊第三單元探索1“互聯(lián)網應用中數據的構成”為例。該單元的教學重點是讓學生通過對互聯(lián)網數據的分析和探究,了解互聯(lián)網中常見的數據構成,對照比較數據在互聯(lián)網中的表現形式,在此基礎上整合轉化同類型主題的抽象信息。
對此,學科教師可以設計一些以抽象概念為主題的PPT設計任務,要求學生根據該主題,在互聯(lián)網上搜集各種類型的數據。例如,教師將“怪誕美學”作為PPT主題,讓學生在互聯(lián)網上尋找與主題相關的數據。學生在數據搜集的過程中逐步熟悉幾種常見的互聯(lián)網數據形式,將該抽象主題具象化為這幾種形式,最終完成PPT的制作。
學生A:“我對怪誕美學這個主題并不了解,于是我開始在網上搜尋它的相關信息,得到的解釋是‘以表現生活中不可理解的事物及場面為美的一種審美范疇,具有反常、夸張的特點。我還提取了有關怪誕美學的幾篇文章和插圖,嘗試將怪誕美學具象化為文本數據和圖片數據,以PPT的形式呈現出來?!?/p>
學生B:“我選取了幾個藝術評論家對怪誕藝術的鑒賞視頻,還在網絡上找到了《lost rivers》等幾首怪誕美學音樂的音頻,下載后,用剪輯軟件進行截取,最終集合到PPT中進行怪誕美學的分析解釋。”
學生在搜集信息與分析整合的過程中,將抽象概念轉化為具象的表達,能夠充分激發(fā)思維活性,掌握理解抽象概念的技巧和方法,在潛移默化中實現抽象轉化能力的提升,為后續(xù)解決復雜疑難的信息科技問題夯實基礎。
可見,學科教師應以具有思維性與挑戰(zhàn)性的抽象概念任務激發(fā)學生對信息科技的好奇心和學習興趣,進一步深化計算思維的涵育,實現該核心素養(yǎng)的縱深培養(yǎng)。
(二)引入流程推理,深化算法理解
對信息科技問題進行流程推理,能夠幫助學生梳理復雜問題的邏輯順序和解決步驟,讓學生在解決流程推理題時更加得心應手。因此,教師可以借助流程推理類問題,引導學生自主探尋問題的突破口,確定解決方案,將其轉化為可執(zhí)行的步驟,從而培養(yǎng)學生的邏輯推理能力,提高學生的問題解決效率。
以蘇科版初中信息科技七年級上冊第三單元探索3“網頁的編輯和發(fā)布”為例。該單元主要教學網頁編輯步驟和發(fā)布流程,教師可引導學生分析邏輯算法的優(yōu)勢和局限性,并通過實例演示和實踐操作,幫助學生掌握頁面編輯算法的設計技巧。
例如,教師要求學生嘗試創(chuàng)建一個簡單頁面,展示自己的個人信息和興趣愛好。學生需要思考整個網站的編輯流程和設計步驟,如網頁編輯工具的選擇應用、基礎算法的學習掌握、整體網頁的布局設計、信息資料的整合搜集、圖文內容的位置擺放等。教師鼓勵學生各抒己見,在小組和班級中分享自己的想法和思路。
在學生提出各種可能的步驟后,教師幫助學生進行流程推理。比如,學生首先需要搜集資料,然后再選擇編輯工具和借助相應算法進行頁面的整體布局設計,最后添加文本和圖片。在此基礎上,教師幫助學生明確每個步驟的具體操作細節(jié):“<!DOCTYPE html>是文檔類型聲明,指示瀏覽器使用HTML5來解析文檔;< html>是HTML文檔的根元素,它包含整個文檔的內容;
是頭部部分,用于定義文檔的元數據,如文檔標題、字符編碼、引入外部樣式表和腳本等;學生在教師的指導下,掌握了網站的編輯流程和設計步驟,了解了不同算法編輯工具的特點和功能,以及如何選擇最符合自己需求的工具,使頁面看起來更加美觀和易于導航。學生在教師的指導下將邏輯推理和算法學習集于一體,實現了信息科技學習效益的成倍提升[1]。
可見,學科教師通過引入流程推理,不僅可以加深學生對算法的理解,讓學生充分掌握網頁編輯和發(fā)布的流程,還能夠發(fā)展學生的邏輯推理思維。
(三)創(chuàng)設擬真情境,把握思維技巧
為了培養(yǎng)學生的計算思維,教師可以通過創(chuàng)設兼具學科性與趣味性的擬真情境,激發(fā)學生的信息科技學習興趣,提升學生的學習動力,依托具體實例,引導學生進行算法操作的實踐演練和計算思維的構建培養(yǎng),讓學生在隨機應變中強化計算思維的應用。
以蘇科版初中信息科技七年級上冊第三單元“互聯(lián)網中數據共享—傳播中國大運河文化”為例。教師設計了一個擬真情境,假設學生收到了一個利用互聯(lián)網傳播中國大運河文化的任務,需要他們借助信息科技手段設計一個互動網站,向全世界展示中國大運河的歷史、文化和景點。網站要包含運河導航、文化介紹和歷史年表等多個部分。
學生需要借助計算思維,思考如何將復雜的操作拆分成簡單的步驟。比如,在設計導航功能時,學生需要思考如何利用信息算法獲取用戶的定位信息,并對大運河的信息數據進行實時分析,綜合分析出最優(yōu)路徑。此外,教師鼓勵學生從計算思維的視角進行拓展創(chuàng)新,學習如何利用網頁設計工具來提升大運河宣傳網站的交互性,如使用HTML和CSS等網頁編輯器進行網頁布局和樣式設計,同時加入VR交互和語音交互功能,以創(chuàng)新思維和用戶視角進行創(chuàng)造性拓展。
在網站設計過程中,學生需要不斷調試網站的樣式并豐富網站的功能,根據擬真情境所提供的反饋和評估,進行相應的修改和優(yōu)化,以確保宣傳效果的最大化和網站功能的全面化。
教師通過創(chuàng)設擬真情境,能夠讓學生體驗數據處理和應用的方法和過程,在實踐中進一步認識到計算思維的重要性,實現計算思維能力和創(chuàng)新拓展意識的綜合發(fā)展。學生依托擬真情境進行任務實踐,能夠進一步熟悉網絡平臺中的技術工具和軟件系統(tǒng)的功能與應用。而特殊情況和即時反饋為學生提供了豐富的鍛煉機會,能夠讓學生在實踐與應用中提升思維的靈活性。
(四)合作設計程序,強化算法應用
合作學習是培養(yǎng)學生計算思維的有效途徑之一。學生在同一個程序項目中往往需要交流討論,集思廣益,才能討論出最優(yōu)的程序設計方案。同時,合作設計程序也有助于培養(yǎng)學生的團隊合作意識和溝通交流能力。
以蘇科版初中信息科技七年級上冊第四單元項目探索3“小型互聯(lián)系統(tǒng)的搭建及故障排除”為例。教師要求學生通過合作的方式設計和構建一個小型互聯(lián)系統(tǒng),分工編寫相應的程序來控制系統(tǒng)的運行,并學會協(xié)作分析與排除其中可能出現的故障。
在該合作項目中,教師將學生分成若干小組,每個小組由三到四名學生組成。學生可以根據小組的綜合優(yōu)勢和能力特點,為互聯(lián)系統(tǒng)設計不同的功能,如溫度監(jiān)測、光線控制、聲音傳感等。
在設計過程中,學生需要思考如何利用傳感器來獲取數據,并利用這些數據來控制系統(tǒng)的運行。在此過程中,教師積極引導學生相互交流、討論和合作。學生可以向組員分享自己的想法和解決問題的方法,互相學習和借鑒。例如,學生A具備編寫控制系統(tǒng)程序的經驗,而學生B對傳感器的使用更加熟悉。通過合作,他們可以共同解決問題,共同提升計算思維能力和算法應用能力。
除此以外,在項目程序的合作設計中,學生需要分工合作,利用抽象、分解和建模等計算思維來解決問題,學會將問題分解為更小的子問題,并通過設計相應的算法來解決這些子問題。例如,在設計溫度監(jiān)測系統(tǒng)的程序算法時,小組需要解決“如何利用溫度傳感器來獲取數據”這個問題,這便需要將該問題細化為三個子問題:如何判斷當前的溫度狀態(tài)、如何確定不同環(huán)境下的閾值、如何得到算法程序的反饋。小組成員需要進行人員分配和任務分工,依據各自的計算思維水平,實現程序設計方面特長優(yōu)勢與能力短板上的互補。
通過計算機算法程序項目的合作學習,學生相互協(xié)作、分工合作,共同完成項目,不僅可以提升計算思維,還可以培養(yǎng)團隊合作意識和溝通交流能力。這將對學生后續(xù)的信息科技學習產生重大且深遠的影響[2]。
結語
總之,計算思維培養(yǎng)作為“雙新”背景下的重要課題,是對學生數據分析能力、抽象轉化能力和邏輯推理能力的培養(yǎng)。教師應引導學生從復雜問題中抽象出核心概念,強化對學生邏輯推理和算法設計能力的培養(yǎng),提升學生的分析思維和創(chuàng)新能力,使他們能夠更好地理解和掌握信息技術精要,以更快地適應當前信息社會的發(fā)展需求,成長為高素質的技術型人才。
【參考文獻】
[1]師文浩,王睿嫻,王立生.指向計算思維培養(yǎng)的信息科技實驗教學:以初中《信息編碼與二進制》為例[J].中國信息技術教育,2023(18):44-46.
[2]俞祥.初中信息科技課堂推動學生計算思維發(fā)展的策略探索[J].新課程導學,2023(23):57-60.