基于课标的中职学生计算机思维的培养

胡殿均

摘要：本文提出了以课程标准为依据把握计算思维内涵的观点，论述了新时期计算思维培养的重要性，进而分析了当前中职信息技术教学在计算思维培养方面面临的师资、教材等困难。探索了可视化数据处理、模块化程序设计、学科融合、优化创新等培养学生计算思维的途径。

关键词：计算思维;课程标准;可视化数据处理;模块化程序设计;学科融合

中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1673-9094-（2021）02/03C-0050-04

2014年，教育部启动研制中等职业学校公共基础课程标准，经过专家组几年努力，2020版《中等职业学校信息技术课程标准》正式公布。其中，计算思维被确定为信息技术课程学科素养，是此次研制工作的突出特色。培养学生计算思维能力成为中等职业学校信息技术教学的重要内容。

一、中职信息技术课程中计算思维的内涵

目前，关于计算思维的研究很多，但是对计算思维的定义尚未形成统一的共识。其实，想“用一个定义、有限的要素概括其内涵，难免顾此失彼”[1]。面对计算思维定义的多样性，中职信息技术教师应紧紧围绕课程标准给出的定义，合理把握学生发展核心素养的新要求。2020版《中等职业学校信息技术课程标准》明确指出，计算思维是指个体运用信息技术的思想方法，在分析处理信息、解决问题过程中产生的一系列思维活动。这是一个过程性描述，从结果看，计算思维主要包括界定问题、抽象特征、建立模型、组织数据、形成方案及迁移运用等思维能力。

二、中职生培养计算思维的意义

随着经济社会的发展，原中职计算机应用基础课程教学大纲的要求，已经不能适应当前作为“信息技术原住民”的学生实际需求和社会、经济发展需求。创新是国家综合实力不断提升的源泉，计算思维的培养有助于帮助学生在未来更好地适应信息社会的发展变化，也更能体现信息技术课程的学科价值。随着新一轮课程改革的深入开展，编程也将成为信息社会“原住民”的基本技能，真正需要发展的是基于计算思维的创新思维品质。

三、当前中职信息技术教学中计算思维培养的两个突出问题

（一）师资力量需要进一步加强

教师的计算思维水平与课程实施能力直接决定了计算思维的教育质量[2]。信息技术教师的计算思维能力和课程实施能力培养是本轮课程改革的重点和难点。就中职生计算思维能力培养而言，信息技术教师培训需要关注两个方面的问题：一是加强对计算思维理解方面的培训，让教师知道“目标是什么”;二是加强计算思维培养方法的培训，引导教师知道“途径是什么”。

（二）基于課程标准的教材开发不足

教材是课程标准的具体化，是国家落实课程标准的重要载体[3]。课标组制定专家希望各地能在满足课程标准要求的前提下开发各具特色的教材，满足不同群体的需求。目前，有些地区的教材开发工作还未跟上，依然使用根据2009版教学大纲开发的教材。因此，当前基于课程标准的新教材开发工作迫在眉睫。教材开发人员要深入研究课程标准，厘清计算思维培养与程序语言学习的关系，避免将思维培养变成机械的语言学习。同时，新课程标准的最大亮点在于教师也是教学资源的开发者，信息技术教师需要做好充足的准备，能够对教材进行二次开发，并且能结合地区特色开发校本教材，保障课程标准有效落实。

四、探索培养中职生计算思维的有效途径

（一）通过可视化数据处理培养学生计算思维

实践表明，充分利用可视化数据处理工具也能实现学生计算思维培养。不可否认，程序设计课程是实现计算思维培养的重要途径，但是计算思维培养不一定非要通过程序课程来实现[4]。可视化数据处理工具不仅能帮助中职学生形象化地理解算法思维过程，还能为学生实现编程解决问题提供一个思维跳板，从而降低编程的难度。例如，教师可以引导学生尝试运用excel等可视化数据处理工具抽象、建模、处理问题。如表1所示，解决鸡兔同笼问题时，可以在excel中建立鸡、兔、腿的关系模型，学生首先列举鸡的所有情形，然后表达出兔的对应数量，在此基础上求出每种情形腿的数量，最后通过if函数自动判断结果。进一步，在处理百钱百鸡问题时，学生面对三重循环，可能会出现理解困难，同样可以在excel中建立鸡翁、鸡母和鸡雏的关系模型。由于三重循环涉及的数据量较大，可以引导学生先科学分析，简化样本量，然后分类设计。通过分析发现鸡翁最多20只，鸡母最多33只。如表2所示。引导学生先考虑0只鸡翁的情形，这样鸡母就是0到33，共34种情形，相应的“100—鸡翁—鸡母”就是鸡雏对应的数量，在此基础上求价格，再判断是否100钱。接着引导学生思考鸡翁共有21种情形（含0），手动替换鸡翁数量，表3所示的是4只鸡翁的情形。这21种鸡翁情形就是程序中的外循环，之前分析的34种鸡母情形就是内循环。

（二）通过模块化程序设计培养学生计算思维

计算思维是培养学生像计算机科学家那样去思考问题，而不是让学生程序化地编写代码。中职生思维能力和程序设计基础尚未达到大学生的水平，再加上信息技术学科在整个课程体系中所占学分比重有限（与通用技术共占学分），要求中职生人人都能设计完整功能的程序代码需要更多的课时支持。教师可以引入模块化程序设计思想开展教学，以函数、插件、积件等“黑匣子”形式为学生提供底层的复杂程序功能，让学生通过调用来实现自己个性化的设计。模块化程序设计往往采用自顶向下的方法，将问题划分为几个部分，每个部分相对独立又互相支撑。在信息技术课程教学中适当引入模块化程序设计思想，有助于引导学生“像计算机科学家那样去思考问题”，避免学生因不能编写复杂的程序代码而畏惧编程，同时避免了学生只能编写简单的、不利于深度培养计算思维的基础性代码。目前流行的Scratch编程工具因为封装了很多复杂的程序功能而使学生更容易上手，广义上说也是模块化程序设计思想的应用。

（三）通过学科融合培养学生计算思维

无论信息技术课程标准怎样变化，信息技术都是为我们的生活、学习和工作服务的。在学科融合中开展信息技术教学依然是落实信息技术课程目标的有效途径，这是信息技术教师彰显学科价值和提升学生兴趣的“万能法寶”。计算思维是普适性的，是支持其他学科发展的思维工具和方法[5]。教师可以引导学生运用信息技术解决其他学科或专业领域遇到的问题，通过抽象、建模、处理等过程培养计算思维。已经有学者成功将计算思维同人文学科的学习有机融合[6]。学科融合的方法和时机需要教师根据教学内容灵活把握。例如，在进行“小型网络系统搭建”教学时，可以组织学生为其他学科开发简单的在线测试系统，并运用到实际的教学测试中，激发学生兴趣。还可以通过分析测试的安全性进行信息系统安全意识的渗透。当然，学科融合不仅仅是内容的融合，还需要深层次的融合，真正运用信息技术工具解决学科问题。教师还可以采取项目教学法，开展跨学科的深度融合，在项目实施过程中培养学生计算思维。

（四）通过优化创新培养中职生计算思维

计算机解决问题的最大优势就是快速、自动，而计算机专家在思考解决问题方法时经常用递归、循环等手段实现自动化的大数据处理。当数据样本达到一定极限时，算法的优化至关重要，所以在培养学生计算思维的时候不能局限于“完成任务”，还要进一步渗透“算法优化”的思想，这对学生计算思维的长远发展至关重要。计算思维的形成不是一蹴而就的，中职生在学习计算机专家思考问题的方法时，需要从简单问题和方法入手，面对相对复杂的问题，有学者提出了通过修改他人作品培养计算思维的策略[7]。学生很难在有限的课时内探究出一些完整的算法和作品。分析、理解经典算法和作品，并在此基础上鼓励学生进行修改、优化和创新，也不失为帮助学生培养计算思维的有效途径。

计算思维的提出是中职信息技术课程的重要变革，体现了信息技术课程的内在价值，也进一步提升了信息技术的学科地位。信息技术教师应适应时代的发展，积极参与培训，不断加强学习，勤于思考，大胆尝试，不断创新，总结经验，有效落实计算思维培养目标。

参考文献：

[1]史文崇，刘茂华，杨大志.计算思维教育的困惑与博弈[J].中国远程教育，2019（8）.

[2]陈鹏，黄荣怀，梁跃，等.如何培养计算思维——基于2006—2016年研究文献及最新国际会议论文[J].现代远程教育研究，2018（1）.

[3]曲茜茜，解月光，王海.高中信息技术学科教材“三重结构”及课堂实施建议[J].课程·教材·教法， 2018（12）.

[4]冯博琴.对于计算思维能力培养“落地”问题的探讨[J].中国大学教学，2012（9）.

[5]钟柏昌，李艺.计算思维的概念演进与信息技术课程的价值追求[J].课程·教材·教法，2015（7）.

[6]涂家文.用计算思维重构思想政治课教学[J].中学政治教学参考，2017（25）.

[7]王旭卿.从计算思维到计算参与：美国中小学程序设计教学的社会化转向与启示[J].中国电化教育， 2014（3）.

责任编辑：章跃一