基于计算思维能力培养的中学信息技术教学的研究

邵旦红

摘要：为了培养中学信息技术教学中的计算思维能力，将教学内容从计算思维的角度进行思维模式的划分，并分析了各思维模式之间的联系，同时给出了教学案例。该文是笔者结合多年的教学实践经验得出的，对中学信息技术课程教学中学生计算思维能力的培养有一定的借鉴作用。

关键字：信息技术教学；计算思维；教学案例

中图分类号：G424 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）31-0128-03

1 引言

中小学信息技术课程已在我国开设多年，回看这些年，我们可以发现，大家一方面在批判地继承传统经典的教学方法，另一面也在伴随着信息技术和教育理念的发展，不断总结、创新，提出新思路、新方法。

近几年，随着计算思维的提出，教育专家和计算机科学家开始关注，并在教学和培训中尝试应用和推广。要想培养出创新性人才，在教育教学理念上就要抛弃传统思想的束缚，更多地让学生自己用高效的思维分析问题思考问题。基于计算思维能力培养的中学信息技术教育除了能践行计算思维的思想，也能进一步提升中学信息技术教育水平，有利于挖掘学生潜能，提高教师教学效率。

2 基于计算思维培养的中学信息技术教学的设计思路

针对不同的学习主题，搭建一定的学习环境（包括教材、教案、辅助学习资源等），并基于模式知识制定相应的学习方法和策略实施教学。其中，模式知识是对某个知识域中的知识应用的规律和经验的描述，可以运用于相似问题的理解、学习和处理。针对中学所教授的信息技术的内容，本文总结了5种计算思维模式，即编码思维、存储思维、安全思维、算法思维和操作思维。

2.1 编码思维

数据是对客观事物的符号表示，它在计算机中能被计算机程序处理。数据分成两大类：数值型和非数值型。数值型数据指的是数字，有明确值。非数值型数据可以是文字、图像、声音等，其值不明确。无论哪种数据类型，数据首先要输入到计算机中，并转换成相应的二进制形式存储到计算机中，然后计算机才能对其进行处理。

数字经过数制转换为二进制表示形式后称之为机器数，这样的表示形式便于在计算机中存储和使用。这涉及逻辑型数据编码、数值型编码、文本编码、声音编码、图像视频编码等。

2.2 存储思维

数据在计算机中都是以二进制的形式被存储的，为了加强学生对计算机内部硬件存储数据方式的认识和理解，该部分内容从存储单位、存储介质、存储体系、存储扩充等方面进行介绍。

计算机中最小的存储单元是位bit（比特），而常用的存储单位为B， KB， MB， GB， TB， EB， ZB， YB， BB。bit只存放一位二进制数（0或1），8个二进制位组成一个字节（B），字节是经常常用的单位。计算机中存储数据的介质是用来存放不连续物理量的存储器。存储器主要由半导体和磁性材料制成，如磁带、磁盘、U盘等；计算机系统中的存储系统是分层的，分为缓存、主存、辅存三级。缓存主要用来缓和主存与CPU速度不一致的问题。辅存可以用来扩大存储空间。

2.3 安全思维

当前，信息安全无处不在。通过向中学生讲授安全思维，可以加强学生的信息安全和数据安全意识，增强学生从多方面、多角度、多渠道对信息进行加密、监控、备份等保护措施的能力，进一步体会信息安全的重要意义和必要性。安全思维的建立主要从物理安全、数据安全、病毒感染和网络安全这几方面进行讲授。

物理安全主要包括计算机存储设备故障、电源故障、自然灾害、磁干扰等。针对不同的安全问题可以不同的手段进行处理以保障物理安全。

数据安全主要涉及数据保护的问题，为此就需要对数据进行加密，这包括文件加密和数据传输加密。

计算机病毒是一段隐藏的小程序，与其他程序一样可以运行，但它能使正常程序运行出现异常。为了避免病毒侵袭，要谨慎打开来路不明的软件和移动设备，并可以使用杀毒软件定期对系统进行检测或清除病毒。

网络安全主要包括黑客入侵和网络控制两方面的内容。黑客通过网络发现远程系统的漏洞和管理方面的漏洞等，以多种形式入侵系统；网络控制主要权限限制、控制访问等方面，在网络环境下制定一定的安全策略。网络安全技术主要包括三类：隐藏、访问控制和密码学。

2.4 算法思维

为了培养学生的计算机问题求解能力和计算机应用水平，要强化学生对计算机科学的认知，使之掌握数据处理与问题求解的基本方法与手段、正确的科学思维模式。为此，这就需要将常见算法中所蕴含的思维渗透到日常教学中。

算法设计中的每种算法都是一种通用解题策略，具备计算思维特性，可在多个领域应用。下面从计算思维的角度，对中学信息技术课程中常用的算法进行简单分析，揭示其规律，望能为学生对相关领域中问题的求解提供方法指导。

枚举也叫穷举，指的是将问题解的集合一一列举出来，并根据相应问题制定的检验条件来挑选出有用的解，最终找到真正的解。

递归，用自己的情况简单地解决自己的问题。递归在程序设计中非常有效，使用递归策略能编写简单、清晰地程序。

分治策略，就是将复杂问题分解成两个或多个相同或相近的简单问题，简单问题又可以被继续分解成更小的简单问题，一直到簡单问题能被直接求解，那么原始的复杂问题就可由简单问题合并解决。

贪心策略，在对问题求解时，只是确保当前求解的部分是最好的，但不从整体上判断它是否合适，因此该策略是在选择局部最优解。

2.5 操作思维

将涉及操作的知识内容进行重新归纳和整理，就形成了“操作思维”。通过操作实践能够提高学生的动手能力，进一步体会计算机操作的简便和效率。

根据操作的对象不同，可将操作分为软件操作和硬件操作。当前，软件多种多样，功能也不尽相同。同样，硬件设备也是如此。为此，需要从变化中找出不变，通过对大量软件和硬件的分析，我们发现相同类别的软件或硬件设备，其操作行为都是相近的。软件方面，比如当前流行的办公软件： MS office和WPS；数据库软件：MS SQLSERVER和 Oracle；硬件方面，不同公司生产的键盘、鼠标、打印机等。当前的软件大都是图形用户界面，用户只要通过对形象化的窗口、菜单、按钮等进行操作就可完成相应的任务。比如说菜单，它是系统可以完成的任务以层次的方式显示出来的一个界面。命定的层次根据应用程序的不同而不同，一般重视文件的操作、编辑功能放在最左边，然后往右有各种设置等操作。同样，比如说电脑配备的硬件设备鼠标，虽然不同公司生产的鼠标的造型、外观有一定差别，但鼠标所具有的功能基本都一致，都有左键和右键，最多再有个中键或滚轮。对鼠标能进行的操作也都一样，都是单击、双击、单击右键这些相似的操作。

既然相同类别的软件或硬件都具有相似的操作，那么这为中学计算机课程的教学提供了思路，只需将某一具体的软件或硬件设备的操作知识交给学生，就能培养学生达到举一反三、触类旁通的作用。

3 基于计算思维能力培养的中学信息技术教学案例

本节将《多媒体文字处理软件》作为教学案例，以制作电子报刊为目的，将各知识点进行串联和融合，培养学生的操作思维等计算思维能力。

教学目的：为了让学生熟悉软件的图形用户界面，以掌握多媒体文字处理软件的功能为例，制定学习任务，培养学生的自主学习能力，增强学生的信息意识和审美能力，培养学生的操作思维。

教学内容：以现实世界的实际需求为引子，为学生指定任务，具体授课过程如下所示。

1）先给学生展示一下电子报的多个范本。向学生提问：这么多漂亮富有创意的电子报是如何制作的呢？这其实就可以用我们今天所讲的多媒体文字处理软件做出来，那我们今天一起来做一份属于自己的电子报吧！我们今天所使用的多媒体文字处理软件具有处理图形、图像、文字、表格等功能，为了表达我们想要表达的思想，按照信息的特点，选取合适的软件来处理信息，我们可以选择Word、WPS、PowerPoint、Dreamweaver、FrontPage等软件来实现我们需要的功能。对一般的排版功能，选用WPS、Word、记事本、写字板等就够用了，要能实现内容的表现形式多样化，版式美观、布局合理，易于检索。

2）如果摆在大家面前有一款新软件，你想去使用它，该怎么办？这可先让学生自己思考一下，然后让大家彼此交流，最后由老师给出办法。虽然大家没接触过新款软件，但大家可以借助“帮助”命令学习使用该软件，此时就能很好地体现了系统的向导思维。

3）根据图形用户界面的特征，总结多媒体文字处理软件的一般特点：

（1）程序窗口的顶部依次有标题栏、菜单栏和工具栏，用户可从其中选择需要的功能。

（2）在执行功能之前，先选择相应的对象。

（3）执行操作的结果能直接显示出来，达到“所见即所得”的效果。

其他相关的软件其实也相近的图形界面，比如Powerpoint， Dreamweaver等，但又因为具体的应用和要求不同而不同。即使如此，界面也大致相同，在此可以培养学生触类旁通的学习能力、知识拓展的能力等操作思维。

4）让学生自己动手花时间学习软件的功能及基本操作。多媒体文字处理软件的常用操作需要学生熟悉，比如打开、关闭、新建、复制、剪切、粘贴、撤销、设置字体字号、插入图片等。而关于其他一些功能，可以不介绍，需要学生自学。比如Word中设置图片的版式：四周环绕、嵌入等，这些功能可由学生自主探究。经过一定训练后，学生们最后就可以根据自己的想象力和创造力设计一份独特的电子报。

5）考核学生所做的作业，并不断进行反思总结。

6）让学生思考：要想使用某个软件，是否非要先掌握该软件的所有功能？学生回答：在实际应用中能满足需求，不一定非要掌握软件所有功能。继续提问：当前我有一个高版本的word软件，其界面不同于前面所用的版本，外观已经发生了变化，那大家还能认出来吗？最后提问：在我们一起学习完word软件后，办公系列软件中其他软件，比如说Power Point软件，如果让大家自学，你们能不能做到呢？通过同类知识迁移，鼓励学生多思考多实践，触类旁通地自学相关软件。

教学总结：

1）教学中，通过对某一具体软件的学习之后，所学知识可用于学习其他的软件，这就是学生的知识迁移能力。并充分利用学生的好奇心和敢于挑战困难的心理，鼓励学生自主学習，完成剩余内容的学习。

2）通过针对具体任务的操作，可以扩展到一类操作，进而能归纳出具有共性的操作模式，这样能使学生触类旁通地使用其他软件，达到操作思维的培养目标。

4 结束语

本文从中学信息技术课程教学的内容出发，对其进行归纳分析，总结出几种思维模式，并分析了他们之间的关系，更加注重可持续发展的计算机应用能力培养，并给出了相应的教学案例。将计算思维融入到中学信息技术教学中，能够提高学生的学习兴趣，并为培养出具有计算思维能力的创新人才作出有益探索。

参考文献：

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[2] 张克松. 中学信息技术教学中的“乐学” 策略[J].中国电化教育，2010（4）.

[3] 蔡建东，贺玉婷，喻静敏. 中学信息技术课翻转课堂教学模型构建与应用研究[J].现代教育技术，2014，24（12）.