基于中学信息技术课培养学生计算机思维的实践研究

伍自鹏 王燕 黄莹

摘   要：文章从数据处理概念产生的历史背景出发，分析了有关研究的现状和发展，提出了基于Python语言学习的计算机相关问题解决模型的高技术教育计划实施策略，该策略的核心是通过研究学生的现实生活问题，培养和发展学生的计算机思维，解决信息技术教学工具和碎片化的问题，将其他学科与深化信息技术相结合。

关键词：中学信息技术;计算机思维;培养实践

在如今的信息社会中，学生的信息技术知识，特别是他们思考计算机的能力，已经成为他们未来职业生涯中最重要的先决条件之一。培养和发展学生的计算机思维，以迎接21世纪信息技术的挑战。计算机思维的提高是一种长期的学习、实践和经验积累，一门或多门课程是无法完成的;而高校信息技术教学是系统培养学生计算机思维、适应计算机思维的重要途径之一;高校信息技术教学领域的重大变革和教育目标的实现，已成为信息技术领域研究者和教师的重要课题。

1    Python语言特点与教学价值

当前的信息技术教育反映了与信息技术关键概念相关的理论部分，主要是在课堂或程序设计中，以应用为重点的内容则辅之以特定的软件工具和实践训练。它们之间没有紧密的联系，但它们构成了信息技术培训计划中最重要的部分。这也是信息技术教育工具化的主要原因之一。多年的信息技术教学实践表明，信息技术课程教育与培训的程序化不能被学生的计算机思维训练所取代。Python语言具有语法简单、开源、跨平台、可扩展性强等特点以及许多强大的应用扩展带。它是一种名副其实的“胶水语言”，在许多领域（如可视化、生物信息学、大数据分析等）都被用作主流应用程序的首选开发语言，特别是在高中使用Python语言。从应用程序级别来看，Python有大量不同的库/框架，使开发人员能夠用相对较小的代码填充令人印象深刻的准专业程序。例如，pyGame框架可以用来编写2D游戏，GTK库可以用来创建窗口程序，Django框架可以用来设计Web程序，Kivy可以用来创建Android程序，numpy和Matplotlib可以用于任何科学数据处理，panda和D3库都可以用于数据可视化，opencv（simplev）可以用来创建机器透明度的高级应用程序，scikit可以学习开发专业的机器学习机会，ArcGIS可以用来构建具有大量专业库和支持移动设备的地理信息系统（Geographic Information System，GIS）程序，学生有机会利用信息技术发现、分析和解决生活和学习中的实际问题，这是实现培养计算机思维目标的关键。

2     中学信息技术教学中存在的问题

近年来，随着科学技术和计算机技术的飞速发展，计算机已逐渐影响社会的各个领域。因此，我国从小学就开始实施计算机教育，并引入信息技术学科来培养学生的计算机思维。在信息技术专业教育的背景下，以下几个方面逐渐成为一个新的课题：

（1）当前信息技术专业学生对计算机教育的兴趣较低。在没有计算机思考的情况下，在日常的听力中，存在一种他们无法理解的情况。从长远来看，存在学生不感兴趣的情况。

（2）由于目前的计算机教育还没有建立良好的互动学习方法，教师通常采用“灌输式”的教学方法，让学生听。在这种方法的应用中，不仅不能保证学生的主体地位，还不利于学生计算机思维的培养和提升。

（3）学生的计算机思维不好。在计算机教育的早期阶段，教师忽视了对学生进行计算机思维的培养，学生没有得到计算机思维或效果不好。其结果是学生在后续的计算机教育中无法遵循教学原则，无法达到计算机教育的目的。

3    中学信息技术课培养学生计算机思维的实践方法

3.1  Python重构信息技术教学

数据思维侧重于描述和解决问题过程中的信息处理。从这个角度看，数据思维可以理解为解决信息处理问题时的一种思维方式。编程语言可以看作是描述数据处理过程的形式语言，而程序设计是以信息活动为基础的（数据处理也是一种推理），程序设计语言/程序设计通过表示/解决信息处理问题的功能对应于抽象/逻辑在解决数学问题中的表示和推理。

3.2  分层次互动学习

因为计算机知识点是抽象和复杂的，不同层次的互动式学习教学方法对学生的学习有很大的帮助，能促进学生对数据点的理解掌握。在分层互动教育过程中，通过提问、对话等方式使学生相互交流，确保学生能够充分调动他们的计算机思维;在互动学习中，教师也可以根据不同学生的不同能力和兴趣，建立起不同程度的课前任务或者课后补习以满足学生的需要。

3.3  创新教学手段

在中学信息技术背景下，文章提出运用创新的教学方法培养学生的计算机思维能力。目前，计算机教育中经常采用传统的“灌输式”教学方法，教师可以更新自己的教学方法和模式，通过技术动画和实例来提升学生对计算机教育的兴趣，进而充分调动学生的计算机思维，进行培训和升级。

4    结语

早期的实践表明，基于Python环境和计算机思维的高等教育信息技术教育重构是必要的，也是可行的。无论是观念、实践还是资源，存在的主要问题是信息领导能力不足、信息技术教育缺乏普遍重视、信息技术教师知识体系需重建、缺乏一个本地化的中文Python平台等，目前还没有针对测试计算和信息技术核心知识教学的评价体系，这是主要问题。计算机思维不能代替传统思维，也不能代替学生对创新思维的整体培养。必须将计算机思维纳入更广泛的方法中，如系统思维和设计思维;随着新课程标准的颁布，各种道德修养和核心知识培训措施的实施，计算机素养和程序设计必将超越信息技术这个学科，在教育和培训中发挥更大的作用。