基于计算思维培养的高中信息技术教学实践

摘要：高中信息技术课程作为培养学生计算思维的关键路径，其教学实践需突破传统操作技能的局限，转向以核心素养为核心的思维能力构建。本文结合新课标要求与项目式学习模式，提出一套融合信息化工具的教学设计方案，通过细化目标、优化方法与整合资源，揭示如何在教学中系统性地培养学生的计算思维能力，为突破当前教学瓶颈提供实践参考。

关键词：高中信息技术；计算思维；项目式学习

引言：信息技术课程在基础教育中的定位长期存在争议，其教学效果常受制于课程目标模糊与方法单一的困境。当前高中教学普遍将信息技术视为工具性学科，教学内容多聚焦于软件操作与基础理论，而计算思维这一核心素养的培养则被边缘化。新课标明确将计算思维列为信息技术学科的四大核心素养之一，要求教师重新审视课程设计与教学策略。然而，现有实践仍面临教学目标与方法脱节、评价体系片面等问题，导致学生难以形成系统性思维能力。基于此，本文以计算思维培养为核心，通过整合课程标准、教学策略与技术工具，构建一套可操作的教学设计框架，旨在为教学实践提供新的路径。

一、高中信息技术课程的教学现状

课程实施过程中存在三方面显著制约因素。在目标维度，目标定位不明确导致部分教师将课程窄化为技能训练场域，过度关注办公工具使用及网络应用技巧，而弱化计算思维培养中的抽象建模与算法构建能力。内容层面，教学设计呈现表层化特征，以编程教学为例，常见机械式语法规则记忆替代问题建模能力训练，学生难以建立实际问题与逻辑架构的转化机制。评价环节则表现出方法论局限，多数教师仍沿用操作准确性测试或知识点考核等传统方式，缺乏对思维发展轨迹的动态追踪与过程性反馈[1]。

二、基于计算思维培养的教学设计

（一）结合核心素养要求，制定计算思维培养目标

教学规划应始于对学科核心能力的精准锚定，依据课程标准中计算思维的关键要素——问题建模、结构分解、算法构建及效果验证，将培养目标转化为可观测的行为指标。以算法教学单元为例，需确立“运用系统性思维实现现实场景的流程化重构与优化”的核心目标，通过工程化任务促使学生建立问题识别、要素拆解与方案迭代的认知闭环。课程实施过程中需强化概念迁移能力，如在编程原理讲授时重点阐释数据封装与模块调用的逻辑映射关系，而非停留于代码书写规范层面。

（二）采用项目式学习（PBL）方式

项目式学习作为计算思维培养的有效路径，其核心在于通过结构化任务序列促进认知迭代。教学实施可划分为递进式阶段：前期聚焦现实场景的问题界定，借助需求调研与场景建模完成系统需求分析；中期运用计算思维核心方法（问题拆解、模式抽象、算法构建）将复杂系统解构为数据流处理、规则引擎构建及算法逻辑设计等模块，并运用逻辑建模工具实现系统框架可视化表达；后期依托编程环境完成功能实现，通过单元测试与系统集成验证方案可行性，继而开展多轮迭代优化。教师在此过程中需承担认知引导职能，通过递进式提问（如“如何构建多条件判断的逻辑结构”或“如何通过复杂度分析实现算法优化”）触发学生的元认知监控，自主识别逻辑断点。

（三）结合信息化工具

教学工具的选择直接影响思维培养的效率，在低年级或基础阶段，可优先使用可视化编程工具如Scratch，通过拖拽模块的方式降低语法门槛，让学生聚焦于逻辑结构的设计。随着学生能力提升，逐步引入Python等文本编程语言，并搭配在线调试平台与代码分析工具，帮助学生直观观察程序执行过程。此外，可整合协作平台如GitHub或班级博客，鼓励学生分享设计思路与代码片段，通过同伴互评促进思维碰撞。评价工具方面，采用过程性记录与成果展示相结合的方式，例如通过思维导图记录问题拆解过程，或录制项目演示视频以评估学生的表达与逻辑连贯性。这些工具不仅提供技术支撑，更通过交互特性强化学生的实践体验，使抽象思维具象化为可操作的行动步骤[2]。

在《数据的可视化表达》课程中，教师不妨以“城市空气质量监测”为项目主题，引导学生从真实数据中挖掘规律，结合信息化工具逐步构建计算思维。课程伊始，教师通过动态图表展示全国主要城市的PM2.5年度变化趋势，引导学生观察数据波动特征，并提出核心问题：“如何用可视化工具将复杂数据转化为具有说服力的信息故事？”学生分组后，首先使用Scratch搭建数据呈现的交互原型，通过拖拽事件模块控制折线图、柱状图的动态切换，初步体验逻辑结构与用户反馈的关联。这一阶段重点训练问题分解能力，学生需将“空气质量分析”拆解为数据分类、图表选择、交互设计等子任务，并以思维导图记录决策路径。进阶阶段，教师引入Python的Matplotlib库，指导学生将Scratch原型转化为可处理真实数据集的代码。学生通过在线调试平台实时观察代码执行过程，利用代码分析工具定位循环结构中的逻辑错误，逐步优化图表标签、颜色映射等细节。例如，有小组发现传统折线图难以体现多城市数据对比，通过嵌套循环结构实现分面图表的自动化生成，并在协作平台上共享代码片段，引发班级关于“如何平衡图表信息密度与可读性”的讨论。教师适时引入认知负荷理论，引导学生反思可视化设计中抽象与具象的平衡策略。课程后期，学生以小组为单位在班级博客发布可视化作品，除展示动态图表外，还需录制3分钟讲解视频，阐述数据清洗、算法选择及交互逻辑的设计思路。同伴通过GitHub提交代码审查意见，重点关注变量命名的规范性与算法的可扩展性。最终，教师结合思维导图迭代记录、代码版本更新日志及小组互评结果进行综合评价，强调“从问题抽象到方案落地”的全流程思维进阶。这种融合可视化工具链与协作平台的教学设计，使学生在技术实践中深化对计算思维中模式识别、算法优化等核心要素的理解[3]。

结语：计算思维的培养需贯穿教学设计的每个环节，从目标设定到工具选择均需以思维发展为逻辑起点。通过项目式学习将理论与实践结合，借助信息化工具突破传统教学的时空限制，可使学生在真实问题解决中逐步形成结构化、系统化的思维模式。这一设计框架的实践价值在于，它既回应了新课标对核心素养的要求，又通过方法与工具的整合为教师提供了可迁移的教学路径。未来，随着课程实施的深入，需持续收集学生反馈并优化教学策略，使计算思维的培养真正融入信息技术课程的日常教学之中。

参考文献：

[1]黄琼.高中信息技术教学中学生计算思维的培养新探[J].学周刊，2024，（36）：104-106.

[2]李玉国.高中信息技术教学中学生计算思维的培养研究[J].中学课程辅导，2024，（33）：96-98.

[3]毕新华.以发展计算思维为目标的高中信息技术教学实践探索[J].中国新通信，2024，26（21）：108-110.