《基于问题分解和抽象的高中生计算思维培养实践》
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通过高中信息技术学科的教学,让学生通过启发式推理关注分解任务,同时仿真解决抽象问题,进行形式化表达,构建模型,以程序设计教学为切入点剖析计算思维各个层次的思维深度,探索深度思维架构的过程,能够培养学生运用计算思维方法灵活而又主动地发现问题、分析问题、解决问题、总结归纳问题的能力.通过基于问题分解与抽象的教学实践,能够帮助教师更新教学理念,提升专业素养,同时提升学生的计算思维能力.
● 计算思维教学实施中的困难分析
通过对上海市青浦区96位信息技术教师问卷调查,我们发现目前学科教师对计算思维的认识不足,主要表现在对什么是计算思维缺乏基本了解,对计算思维抽象和自动化的本质缺乏清晰的认识.通过对部分教师的进一步访谈,我们还发现有些学科教师把计算思维的定义当作知识来学习.还有不少教师将计算思维培养简单地理解成计算机原理的教学,将计算思维教育误解为对计算机原理性知识的讲解.另外,我们发现很多教师虽然对计算思维有所了解,但对于用怎样的教学方法培养学生的计算思维存在疑惑.许多一线信息科技学科教师的教学模式变化跟不上时代节奏,更有甚者还有不少教师在用陈旧的教学方式来给生在信息技术社会的“原住民”授课,课堂上基本表现为直接教会学生使用某个软件或工具,方法上也是以讲授法为主.即使在算法模块中,也是简单地把编程教学理解为计算思维教学.教师习惯于完成知识与技能目标的教学,对于思维教育,苦于没有合适的方法.
因此,教师要改变现有的认识,关键是要从根本上改变传统的讲授式教学模式,课前精心设计,把知识目标分解成若干个问题进行呈现.课堂上清晰地表达出任务,引导学生通过启发式推理关注分解任务,同时能够抽象问题,进行形式化表达,进一步構建出解决问题的模型.通过这样的教与学改变,学生基于任务不断重复上述过程,教师也能在这样的教学实践中逐步深入理解计算思维教育的本质,加深对计算思维的认识.
● 任务驱动教学模式的设计
计算思维的重要特征之一是问题分解,在教学上的体现是教师能够运用恰当的教学方法和思维技巧引导学生分解复杂问题,形成若干方便理解和解决的子问题或系统设计时所需要的模块化设计思想.因此,采用如下页图所示的基于任务驱动的教学方式,关注问题的分析、分解直至问题解决,有利于达成这样的教学目标.
课堂上将任务以问题的形式呈现,引导学生不断分解问题,抽象特征,最终找到解决问题的方法.问题的提出其实就是给学生呈现教学任务,因此任务的设计也就成为课堂教学的关键.任务设计的好坏关系到基于任务驱动的计算思维教学的实施效果.这些任务的设计由教师在课前完成,即把整堂课的核心任务按照课堂导入、实施的环节分解成几个相互关联、层层递进的子任务.每一个子任务都可以解决一个子问题,也是为后续解决问题做铺垫.
学生在课前做好进入思维教育的学习状态的准备,这样有利于教师在课堂上更好地开展计算思维教学,所采用的方法可以是课前让学生对这节课的内容有初步的了解.课堂上学生在明确任务后,在教师的引导下用计算思维方法分解任务,最终完成任务.为了明确整个教学过程是否达到教学设计的效果,教师在课堂上要不断运用计算思维方法进行监控,出现问题及时做出调整,以确保所有预设的教学任务顺利完成.
1.课前准备
教师在课前进行详细的教学设计,对教学目标进行分析,根据教学内容分解教学任务,同时明确每个任务呈现的形式以及任务之间的联系、任务具体实施方式等,还应思考怎样运用计算思维方法引导学生进行抽象和建模.同时,教师应为学生课前的学习任务做准备,例如,准备一些新课知识点相关阅读材料或者习题,让学生在新课前预习使用.
学生课前初步了解新课相关内容,通过习题等方式检测相关内容已有的基础,这样学生能快速进入思维教育的学习状态,为后续学习做准备.这里的准备除了包括知识方面的储备,更重要的是为课堂上用计算思维方法分析分解任务打下基础.
2.课堂实施
课堂实施时,教师在课堂上要清晰地呈现任务.通常通过真实情境创设,引入本课主题,情境的选择要与上课内容相关,可以是网络搜索的一些视频,也可以是师生自己拍摄的与教学内容相关的小场景.在实施任务环节,教师通过启发式推理,对问题进行转化,通常是化繁为简,最后清晰地进行形式化表达,如数学表达式形式,从而建构出解决任务的模型,通过组织学生进行这样的分析共同确定问题的解决方案.这部分内容是计算思维能力培养的关键,抽象特征时教师要根据课堂上的情况启发式引导,把大的任务简化,也就是一个化繁为简的过程.教师在课堂上对整个教学过程进行监控,适时对学生的学习过程和结果进行评价,评价的内容主要是学生作品的展示、交流共享自己的学习心得.在任务都完成后,教师对知识点进行总结性概括,并引导学生拓展迁移所学知识,内化新知.
学生在课堂上首先是明确教师提出的任务,然后在教师的引导下用计算思维方法合理进行问题分解,有效抽象出问题特征,进行形式化表达,建立解决问题的模型.这里的关键是学生在明确学习目标和任务要求之后,可以以小组为单位进行分析讨论,根据任务的功能描述,采用计算思维方法中的分析、比较、约简、抽象、概括和分解等方法对问题模型进行建模,然后再在编程环境中自动化运行,检验方案的正确性.相对于传统的仅仅以完成任务为目标的编程学习,学生经历了“抽象—形式化表达—构造—自动化”这一完整的过程,所获得的不只是学会写代码,更多的是学会用计算思维方式分析分解问题.这些学习过程的实践和结果都是课堂上分享交流的好素材.
● 任务驱动教学模式的教学实践
“对分查找”是高中算法部分的学习内容,该内容的学习目标是理解对分查找算法的原理,掌握对分查找算法的基本结构,通过分析对比顺序查找和对分查找的过程,能很好地感受对分查找在查找效率方面的优势.对分查找的中点确定也是学生从抽象到形式化表达的难点所在.基于任务驱动的课堂教学模式,师生共同分析分解任务,抽象问题,通过一个个环环相扣的子任务完成形式化表达.
总结:这是一篇适合分解和计算和思维和培养和实践论文写作的大学硕士及关于计算本科毕业论文，相关计算开题报告范文和学术职称论文参考文献.
计算引用文献:
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