指向计算思维培养的高中信息技术教学模式构建

引言：《普通高中信息技术课程标准》把计算思维上升到学科核心素养，以问题解决的方式培养学生的抽象思维、分解思维、算法思维等，而当前研究成果只停留在说理或小部分应用，缺少可融入常态课堂的操作路径。一线教学实践中，对计算思维含混模糊、课程内容与考核手段滞后、教学脱离实际使用等，导致计算思维培育处于破碎状态，文章探索了从课程目标与实际需求结合，建立常态化课程操作模式，打通计算思维从说到课的“断头路”。

一、计算思维所面临的挑战

（一）教师专业培训不足

教师知识结构与计算思维要求相脱节，绝大多数没有经过系统的培训，对计算思维的核心要素理解不够透彻，教学中往往将思维培养当作编程语法的培育。跨学科融通不够，数学建模、数据分析等思维难以真正融入问题解决。专业发展制度不够完善，较少有专门的研训，课程设计欠缺系统。这些缺点使得教学内容过于浅显，不够深入，学生只会做，但没有思考。

（二）教学资源缺乏

资源建设有“三低”特征，即匹配度低，教材案例以单一知识点居多，比如循环语句练习，缺乏“问题描述—方案迭代”过程库；真实性低，脱离社会需求，如计算小球弹跳次数占比过高，无法激发学习动机；工具性低，缺乏低代码平台，App Inventor、数据接口等支撑资源，学生陷入技术细节，忽略了思维训练。碎片资源影响思维迁移[1]。

（三）课程内容与实际应用脱节

教学内容“两头悬”，目标悬：算法终止于理论，没能联系到智慧交通指挥、疫情预测等场景，如排序原理。方法悬：没有联系到技术前沿，没能联系到分布式计算、机器学习等应用场景，如冒泡排序。某调查显示多数同学认为课程无用，学习意愿淡泊，知识向能力转化的路径中断 [2]。

二、高中信息技术课程中计算思维的培养策略

（一）构建教师“三维能力”发展体系

教师专业化学习要打破“知识”束缚，建构“知识迁移—能力迁移—创新设计”三维能力模型，采用分层培训模式突破“断层现象”，将计算思维从“理念”推向课堂。《走进智能时代》一课的教学设计，需要学生设计交通拥堵的解决方案。教师基础层带领学生通晓计算思维，让学生思考“问题解析—模型建立”过程；中间层邀请学生参与跨领域的工作坊，使用Python 处理城市交通数据，将数据建模与计算思维建立连接等；创新层引入科技公司，与真实世界建立联系，例如，根据摄像头记录的数据，研发“智能信号灯调度系统”等。教师从项目中联系科技公司、学习真实世界的“脑外功夫”，在课堂上引导学生学习捕捉数据、提取模式、迭代设计等方法。三维能力模型对应三维能力迁移需求，在课堂实施中需要建立动态认证，教师应建立年度案例库，在课堂中通过真实案例库和思维过程分析报告呈现思维迁移结果，让计算思维贯穿思维迁移的全过程。

（二）开发“问题导向型”项目资源

项目资源设计基于实际问题，构建“基础－拓展－创新”三级项目链，贯通数据、算法等“大概念”，项目任务体现真实复杂，使学生经历完整的问题解决过程。在《数据处理与应用》“新冠疫情的传播模型仿真”项目设计中，教师把学生带入三级项目链：基础层爬取公开数据，通过pandas 库处理缺失值，理解数据抽象的必要性；拓展层设计模型，通过设置接触强度、潜伏期等参数仿真疫情传播过程，理解变量控制、迭代模型；创新层联系社区人员，实现可视化预警应用，调用地图 API 标识疫情传播风险等级较高的社区，将算法结论转换为疫情防控倡议书。学生在数据汇总、模型迭代、学科融汇中不断调试，体会分治策略与系统建模。问题导向的资源需要适配低门槛的低代码工具。使用 App Inventor 构建一个数据采集的应用程序，或者使用 Python 库迅速搭建一个算法的样例程序，让学生集中精力进行思想锻炼，不要过于关注语法，强调算法思想的可迁移性。

（三）建立“过程- 成果- 迁移”三维评价模型

评价体系需对应计算思维的问题解决本质，采用多维度观测指标记录思维发展轨迹。过程性证据与成果创新性并重，推动评价从技能考核转向素养诊断。在《算法与程序实现》的“对分查找算法”教学中，教师设计三维量规：过程性维度分析学生绘制的查找流程图与调试日志，关注首尾指针更新策略的逻辑严谨性；成果性维度评估算法创新性，如对比线性查找优化效率的数学证明；迁移性维度要求改编算法解决电商平台价格区间检索问题，提交场景适配报告。三维评价依赖技术赋能，利用代码分析工具自动识别递归逻辑合理性，或通过学习平台采集问题拆解路径数据，实现计算思维的可视化诊断与精准干预。

（四）深化产教融合打通应用闭环

产教融合，连接“课堂学习—企业实践—社会服务”，真需求驱动真应用。企业导师和实践学分是关键。从解决问题到承担问题解决者的责任，发展计算思维。《认识数据与大数据》教学，教师给出共享单车调度问题。学生阅读某企业提供的订单热力图，通过聚类算法规划最优停车点；企业工程师引入分布式算法处理千万数据；小组合作形成调度方案部署到共享单车应用，引入早高峰周转率，作为课程学习内容。社区服务，扩展到“老人智能出行助手”开发实践，将数据处理和规划算法运用于适应老化人群需求，社区服务反馈作为社会实践学分。

结束语：计算思维培育需以问题为导向重构培育体系。教师培养系统提供能力保障，项目资源库提供思维训练场域，三维评价模型实现精准导航，产教融合搭建应用闭环。四项方略形成动态平衡系统，为计算思维从“课”到“创”赋能升级。未来需探索生成自适应学习轨迹、深化自主思维，真正将信息素养教育打造成为未来人才培育的智能底色。

参考文献：

[1] 李安琪 . 指向计算思维培养的高中信息技术教学模式构建——以“ 初识数据与计算—— 数据的计算” 单元为例 [J]. 中国信息技术教育 ,2024,(05):47-49.

[2] 何源 . 指向计算思维培养的高中信息技术人工智能教学策略 [J]. 亚太教育 ,2024,(14):7-9.