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高中信息技术教学中学生计算思维的培养
时间:2019-09-27
摘 要： 计算思维是一种重要的科学思维能力, 本文从讲述计算思维的涵义出发, 论述了高中信息技术课程中如何通过建立用计算思维解决问题的方法模型养成计算思维。
关键词： 信息技术课程; 计算思维; 解决问题; 算法;
中学信息技术课程的任务之一便是发展学生思维、锻炼学生解决问题的能力, 将计算思维的探索和引导接入高中信息技术课程中能够有效培养学生的科学思维, 进而深化认知能力、扩宽思考问题的维度、提高学习知识的效率。
一、计算思维的含义
计算思维[1]的英文释义是Computational thinking, 顾名思义, 即是将计算机的思维用在人的思考里。拓展开来, 便是我们用计算机的基础概念、计算方法、语言逻辑等去思考、设计和解决人的问题。
更形象一点, 在超市里结账时你会选择哪个收银台, 这是计算思维中的多服务器模型;当你做饭时怎么安排食物操作的优先顺序, 这是计算思维中的在线算法;当你想要找到丢失的物件时会选择原路返回, 这是计算思维中回溯的方法;当你今天需要去某个场合时, 你会在出门前准备好需要的各类物品, 这便是计算思维中的预取和缓冲。因此, 计算机思维其实已经渗透到了生活的方方面面, 同时, 它可以帮助我们更好的建立科学的思维模型, 从而更高效高质的分析问题、解决问题。
二、通过信息课程养成计算思维
高中信息技术课程的计算思维渗透便是学习各类计算机方式方法和建模, 借此逐渐提高学生认知水平和计算机科学使用技能。
(一) 建立用计算思维解决问题的方法模型
计算思维最终的目的是通过建模等计算过程达到问题最有效最优化的求解方案。因此, 养成计算思维的第一步, 就是了解用计算思维解决问题的一般方式, 如图所示。首先, 便是将问题的情境呈现出来, 使之能够使用工具如计算机等进行解决;接着对问题的数据进行分析;之后, 能够将问题情境抽象成一个模型;之后, 通过一系列有序的步骤, 将此类问题 (这个模型) 的解决方案实现自动化;通过实践分析, 判断和识别出最有效的解决方案;最后, 可将方案进行深化推广。
这便是运用计算思维解决问题的一般方式, 在学习和生活中, 遇到任何问题, 首先应该去思考如何运用此种方式方法来进行问题的分析、思考、解决等。久而久之, 便能逐渐提高系统、科学的思维能力和思考习惯。
(二) 运用模型培养计算思维案例
本节通过一个算法问题, 运用计算思维解决问题的一般方法模型来体现如何培养计算思维的运用能力。十个评委的打分中, 去掉一个最高分、一个最低分, 计算剩余的平均值, 这即为选拔性比赛的一般规则, 现在需要为这项规则设计算法。
1) 运用关注点分析法分析问题, 即将复杂问题简化为简单问题的累积。如这道题中, 将最终结果的计算简化为三个过程的累积:a.求和;b.选取最大值和最小值;c.计算平均值。
2) 分析数据。这个过程需要进行抽象, 将S表示为分数和, Max表示最大值, Min表示最小值, df是最终计算结果, 平均数。
3) 选取计算思维中合适方法进行步骤的求解。a.采用累加法进行数据求和;b.采用擂台法进行最大值、最小值查找。
4) 展开学习擂台法。这一过程需要通过互联网检索来进行。
5) 算法流程图制作。这一过程可借助visio软件, 并且体现了构造建模法。
6) 程序语言实现。这一过程需要使用vb语言, 并进行上机调试, 体现了纠错的验证方法。
(三) 从教材学习中探究计算思维
“信息获取的过程”是教材中“信息获取”单元的一个模块, 它便运用了抽象与分解的思维。所谓抽象便是从一个个例当中抽象出一般模型, 这个模型可以是实现过程、处理办法等等;所谓分解便是将一个问题分解成各个组成步骤, 逐一进行分析。除此之外, 在计算机编程和人工智能的学习模块中, 一般将复杂的问题分解成需要能够被简单解决的小问题, 并且通过简单问题的解决办法类推出可以借助计算机进行实现的算法, 这便是计算思维中的转化思维。
三、总述
计算思维是一种终生受益的思维方式, 高中是人的一生学习能力最强, 且养成思维最关键的时期。因此, 在高中信息技术课程学习中, 应着力建立运用计算思维解决问题的方式方法, 循序渐进地培养计算思维。
参考文献：
[1] 杨男才.基于计算思维的高中信息科技《算法与程序设计》教学探究[D].上海师范大学, 2013.
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