高中信息技术课程基于问题驱动的计算思维培养实践研究

教学前沿．信息化　．　
Ｉ　！　ｌ　
高中信息技术课程基于问题马区动的计算思维培养实践研究　
文／上海市复兴高级中学齐幼娣　

【摘要】在高中信息技术课程标准下，信息技术教师要深入思考如何培养学生的计算思维。本文认　
为计算思维培养应该基于问题的驱动，并通过教学实例来深入探讨如何在问题的驱动下设计教学以达　
到培养学生计算思维的目的。　
【关键词】计算思维问题驱动　

高中信息技术课程标准提出要培养学生的四大　核心素养，即信息意识、计算思维、数字化学习与创　新、信息社会责任。其中，计算思维具有学科的独特　性。它最能反映学科本质的核心与关键要素，在某种　程度上影响着学科核心素养发展的总体质量。那么，　在教学中教师应该如何培养学生的计算思维？如何　把计算思维的培养融入到数据、算法、信息系统和信　息社会等四个学科概念模块的学习中７．如何设计课　堂教学，从而让学生像计算机科学家一样思考和创造　实践呢？我认为，教师要设计一些真实的问题情境，　让学生主动发现问题，在问题驱动下像科学家一样思　考问题、学习知识，从而培养学生的计算思维。　一、问题驱动的课堂有利于计算思维的培养　什么是计算思维？美国卡内基梅隆大学计算机系　主任周以真指出：计算思维就是运用计算机科学的基　本概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为，它包　括涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。　在２０１７版高中信息技术课程标准中，计算思维　的内涵是这样描述的：在信息活动中，能够采用计算　机科学领域的思想方法来界定问题、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的方案；　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中。　由此可见，要培养学生的计算思维就需要载体，　而这个载体就是问题，且这个问题应该是与信息技术　相关的，可以用信息技术学科方法、学科思想或学科　概念去求解的。学生在求解的过程中利用信息技术　学科的思想和方法，界定问题、建立模型、应用信息、　分析判断、形成算法、解决问题，从而培养计算思维。　信息技术学科教师在进行教学设计时，要重视问题的　设计和驱动，成功的问题设计将有利于激发学生积极　
主动的思考，将有利于发展学生的计算思维。　

二、基于问题驱动的计算思维培养之教学　
设计案例　
现以信息系统大概念中“计算机网络”为例，介　
绍如何基于问题驱动来培养学生的计算思维。在华　
东师范大学出版社《高中信息科技》（第一册）“３．１．１　
什么是计算机网络”教学设计中，教师可通过问题“如　
何解决一些电脑不能接受来自教师机的广播的问题”　
来驱动学生学习，通过学习计算机网络概念，并按照　
这个概念一步步解决问题，培养学生的计算思维。　
（一）发现问题，界定问题，建立模型　
上课前，教师先用广播软件将课题“计算机网络”　
告知学生，学生马上会发现真实的问题：小组内各有ｌ　
位学生的计算机不能被广播到，于是学生要尝试解决　
这个问题。在解决这　
个问题之前，首先要　
界定这个属于计算机　
哪方面的问题。教师　
引导学生分清被广播　图１　
到的计算机属于网络计算机，没有被广播到的计算机　
属于单机。那么，该问题被界定为：单机如何加入到　
网络，成为网络计算机。学生可建立模型，如图１所示。　
（二）利用计算机学科概念，形成问题的解决方案　
要了解单机如何成为网络计算机，就先要知道什　
么是计算机网络。教师引导学生自学教材“３．１．１什　
么是计算机网络”。随后，教师引导学生查看单机是　
否满足条件加入到计算机网络中，如果满足条件成为　
网络中一台计算机，那么问题也就解决了。至此，学　
生便找到了解决问题的方案。　
（三）利用各种信息资源，解决问题　

７１　
Ｉ　！　全Ｉ　教学前沿．信息化　
１．利用旁边计算机网络中的电脑的相关信息　
根据网络三要素的概念，现在单机具备了三要素　
中“计算机设备”一个要素，教师可引导学生提出问　
题，即第二个要素“通信线路及连接设备”是否具备？　学生们拉出单机主机箱查看，有的学生还拉出旁边计　算机主机箱查看比较。学生发现此计算机少了一根　灰色的线。于是，教师介绍了这根双绞线的作用和连　接方法，一头连接前面的连接设备交换机，一头连接　网卡。接着，让学生自取双绞线，小组合作完成计算　机与交换机的连接。学生通过寻找和动手连接理解　了“通信线路及连接设备”这个要素。　双绞线连接完毕，学生发现此计算机还是没有　接收到教师机的广播。于是，学生查找网络三要素中　“网络协议”要素是否具备。教师提示查看网络协议　的方法，学生发现网络协议已经安装好。三个要素似　乎都已经具备，为什么问题还是没有解决呢？于是，　教师让学生比较旁边的计算机，学生点击“属性”发　现在“ＴＣＰ／ＩＰ协议版本４”属性窗口上没有设置ＩＰ　地址。教师用交通规则中的车牌来比喻ＩＰ地址的作　用，帮助学生理解网络协议规定“每一台上网的计算　机必须要配置一个ＩＰ地址”。对于如何配置ＩＰ地址　的问题，教师仍旧提议向周围计算机学习。　２．利用数字化工具。分析、利用数据　教师要求学生把本教室所有计算机的ＩＰ地址记　录下来，汇总分析，看看能否为单机配置ＩＰ地址。教　师向学生推荐数字化工具“一起写”软件以此来汇总　ＩＰ地址，学生很快从汇总表上发现了规律，并为单机　配上ＩＰ地址。至此，学生亲身经历了解决“电脑不能　被广播到”的问题。　３．利用亲身的经历和感悟，归纳提炼和学习新知　教师引导学生一起反思：为什么要把单机接入　计算机网络？计算机网络的功能是什么？学生分小　组讨论，派一人在计算机上用一句话归纳计算机网络　的功能，并输入和打印出来。教师发现学生打印出来　的答案都是书本上的内容：数据通信、资源共享和分　布式处理。于是，师生讨论到底什么是数据通信，什　么是资源共享和分布式处理，并用课堂上具体的应用　来解释这三个功能。如教师用广播软件进行广播来　解释信息从教师机传送到学生机，是利用了数据通信　的功能；网络打印其实是硬件共享，体现了资源共享　功能；学生各组用“一起写”软件汇总ＩＰ地址，分组　合作完成ＩＰ地址的汇总，体现了分布式处理功能。　（四）总结问题解决的过程，巩固和迁移知识　７２　最后，教师让学生总结今天学习的主要内容“计　算机网络的三要素和功能”并布置任务“回家拍摄家　中的计算机网络设备及连线，用Ｗｏｒｄ形式记录并上　交”。这样就把课堂上学习的知识，迁移到了家庭实　
际网络的应用中。　

三、基于问题驱动的计算思维培养之教学　
实践总结　
在问题的驱动下，学生思维活跃，像计算机科学　
家一样用科学的方法、严谨的态度去研究问题、解决　
问题，从而提高了学生的计算思维能力。　
首先，解决一个真实的问题。整堂课以真实网络　
为例，以问题为导向，教师在一开始就设置了一个真　
实问题，从而使得整堂课在这个真实问题的驱动下层　
层深入，在解决问题的过程中培养学生的计算思维。　
其次，用科学的思想方法去研究问题。在解决“单　
机不能接受广播”的问题中，引导学生用计算机科学　
领域的思想方法来界定问题，根据书本上计算机网络　
的概念形成解决问题的方案，根据计算机网络的三要　
素逐条来检查单机是否符合条件，并让单机符合计算　
机网路的三要素，从而培养学生的计算思维。　
第三，用严谨的态度对待问题。在具体的问题解　
决过程中，学生通过判断、分析与综合旁边计算机的　
信息资源来辅助解决问题。学生通过查看旁边计算　
机的连接和设置，以单机开展一一对比学习。在配　
置ＩＰ地址时，学生更是通过小组合作查看、记录、汇　
总整个教室的ＩＰ地址，从中发现规律，配置一个相　
关的不重复的ＩＰ地址，从而用严谨而科学的态度来　
探究问题。　
最后，用亲身经历来实证概念。在本堂课教学为　
什么要加入计算机网络和计算机网络有什么功能时，　
教师引导学生反思自己在课堂中的经历，用学生看到　
的广播软件的广播功能来体会数据通信的功能，用学　
生亲身经历的网络打印来解释什么是资源共享，用课　
堂上各小组分头输入即时汇总ＩＰ地址来理解什么是　
分布式处理，从而用实例来证明概念的正确性或合理　
性。※　

参考文献：　
【１】谢忠新，曹杨璐．中小学信息技术学科学生计　
算思维培养的策略与方法Ⅱ］．中国电化教育，２ｏ１５（１１）．　
［２】李峰，王吉庆．计算思维：信息技术课程的一　
种内在价值卟中国电化教育，２０１３（８）．