初中信息技术课堂中计算思维培养研究.pdfVIP

初中信息技术课堂中计算思维培养研究--第1页

初中信息技术课堂中计算思维培养研究

初中信息技术课堂中计算思维培养研究--第1页

初中信息技术课堂中计算思维培养研究--第2页

余海燕

2018年初，教育部正式公布了《普通高中信息技术课程标准》（2017年版）。新版课程标

准明确提出了信息技术学科核心素养之一就是计算思维，它是指“个体在运用计算机科学领

域的思想方法形成问题解决方案的过程中产生的一系列思维活动”。具备计算思维的学生在

信息活动中能够采用计算机可以处理的方式界定问题、抽象特征、建立结构模型、合理组织

数据；通过判断、分析与综合各种信息资源，运用合理的算法形成解决问题方案；总结利用

计算机解决问题的过程与方法，并迁移到与之相关的其他问题解决之中，它是一种问题解决

的方式。高中信息技术课堂教学不再单是信息技术知识与技能的训练与传授，而更注重学生

的逻辑思维能力、创新能力的培养。那么，到底如何将计算思维落地呢？如何使用计算思维

解决问题呢？在具体教学中如何组织和呈现相应教学内容，使学生理解计算思维的基本方

法，而不是简单的概念和知识的堆积呢？笔者以初一“机器人走迷宫”教学内容为例讲述使

用计算思维来解决问题的一般过程。

分解

计算思维首先是需要将问题分解为一系列较小可管理的问题的过程，分解有助于学生找到复

杂问题的解决方法。

机器人要走出迷宫，过程很复杂，它要面对各种不同的情况，按照任务的需要，笔者让学生

把机器人在迷宫中可能面对的情况进行分解，发现机器人在迷宫中行走可能会碰到三种状况

（如表1）。只要解决机器人在这三種状况下该采取的行动，就可以让机器人顺利走出迷宫

（如图1），任务分解后，难度大大降低，学生跃跃欲试，探究热情高涨。

模式识别

所谓“模式识别”，即找出分解后问题各部分之间的异同。首先，学生通过比较人蒙上眼睛

走迷宫，来找出机器人走迷宫与人走迷宫两者之间的异同。笔者请一位学生蒙上眼睛，让他

用一只手寻找教室的出口，发现他根本找不到方向，再请另一位学生用两只手配合寻找教室

初中信息技术课堂中计算思维培养研究--第2页

初中信息技术课堂中计算思维培养研究--第3页

的出口，会发现他能在各种状况下（如拐角）很好地做出相应的判断，顺利地找到出口。其

他学生在这个过程中认真观察、积极思考第二位学生是如何应对每一种情况的，并记录下

来。学生很容易就会发现，人在黑暗中需要通过双手来摸索路线，而且在偌大的空教室里只

有摸到墙才能找到出口。同样，机器人在偌大的迷宫里要想不迷路，也需要靠墙走。

其次，人要通过双手配合来寻找迷宫出口，那机器人需要什么来充当手呢？学生很容易联想

到已学过的红外避障传感器，只要机器人装上红外避障传感器，它就能像人一样感知周围的

环境。人需要双手配合才能走出迷宫，相应地，机器人至少也需要两个红外避障传感器来寻

找迷宫出口。

人在黑暗中走迷宫与机器人走迷宫的异同如表2所示。

任何事物都有相似性，模式识别教会了学生寻找到事物之间的共同特点，并利用这些规律去

解决问题。

模式归纳

所谓“模式归纳”，即探寻形成这些模式背后的一般规律，寻找一类问题的一般方法，开发

可用于解决许多类似问题的解决方案。模式归纳也称为抽象化。这是计算思维的基础。

这时，教师会分发迷宫图与小机器人给各小组，各小组试着寻找方法引领机器人走出迷宫，

学生通过小组间的讨论、分析发现，机器人走迷宫的策略跟人很相似，走出迷宫的方法可以

初中信息技术课堂中计算思维培养研究--第3页

初中信息技术课堂中计算思维培养研究--第4页

有两种，即靠左墙走或靠右墙走，也就是走迷宫的左手定则与右手定则。在探究过程中，分

解出来的三种机器人走迷宫状况该分别采取什么行动，学生也有了初步的答案。层层递进的

任务，引导学生学会思考，学会分析问题，在不知不觉中培养了他们的计算思维能力。

抽象化是将重要的信息提炼出来、去除次要信息的能力，学生掌握了抽象化的能力，就可以

将一个解决方案应用于其他事物中，触类旁通，制订出解决方案的总体思路。

算法设计

当我们遇到复杂的问题时，可以将问题分解成较小的部分，然后按照合适的顺序组合起来解

决问题。程序的灵魂是算法，流程图是一种很好的算法表示方法，它的特点是结构清晰、直

观，可以让学生对程序的运行过程及逻辑