初中信息科技学科计算思维培养的“四化”策略

摘要：随着信息技术的发展，计算思维作为信息技术学科核心素养之一，日益受到教育界的重视。在初中阶段，通过信息科技学科教学培养学生的计算思维，不仅能够提升学生的逻辑思维能力、创新能力和问题解决能力，还能为他们未来的学习和发展打下坚实的基础。因此，本文基于情境问题化、条件化、能力化和结构化“四化”策略，以“猜数字算法设计”为例，尝试探讨初中信息科技学科中计算思维培养的有效策略。

关键词：初中；信息科技；计算思维；“四化”策略

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2024）23-0000-03

计算思维（Computational Thinking，CT）是一种独特的思维方式，其核心在于将复杂问题抽象化、分解化、规律化，并最终实现自动化处理，其关键步骤为分解问题、建立模型、设计算法和评估解决方案。在初中信息科技学科中培养学生的计算思维，对于学生的未来发展具有重要的意义。因此，如何有效地培养学生的计算思维，是当前教育研究领域亟待解决的重要问题。下面，笔者基于“四化”策略，即情境问题化、条件化、能力化和结构化策略，深入探讨初中信息科技学科中计算思维培养的有效策略，并结合“猜数字算法设计”案例，详细分析如何在实际教学中践行这些策略，以期为初中信息科技教育提供有益的参考和借鉴。

计算思维培养的“四化”策略

1.情境问题化：激发学习兴趣，引导主动探究

情境问题化要求教师创设具体、生动的情境，将抽象的计算思维问题转化为具体可操作的问题，从而激发学生的学习兴趣。在信息科技教学中，教师可以通过设计贴近学生生活的情境，如游戏、动画、故事等，将计算思维的概念和原理融入其中。学生在解决这些情境问题的过程中，不仅能够更好地理解计算思维的内涵，还能够锻炼自己的思维能力和解决问题的能力。

2.条件化：逐步深入，探究问题本质

条件化要求教师基于学生的前概念认知体系以及思维习惯，根据教学内容的形式、目标等，不断跟进问题难度，寻求思维角度，让学生掌握知识，弄清问题本质，并明白实现应用的条件。在教学过程中，教师可以通过逐步增加条件的方式，引导学生深入探究问题的本质。

3.能力化：内化知识，提升思维水平

能力化要求学生将获取的知识内化成一种能力，这种能力能够借助计算机辅助其解决问题。教师需要引导学生掌握抽象、建模、算法、编程、调试、优化等方法，明确每个步骤的关联，并通过反复练习，将这些技能内化为自己的能力。为了实现能力化目标，教师可以设计一系列的实践任务，让学生在完成任务的过程中锻炼自己的计算思维。

4.结构化：系统化培养，确保紧密衔接

结构化要求将计算思维的培养过程系统化、条理化，确保每个环节都紧密衔接、相互促进。为了实现结构化目标，教师可以制订详细的教学计划，明确每个教学环节的目标和内容。在教学过程中，教师可以通过设计一系列科学、有效的教学活动，采用逐步引导、层层深入的方式，让学生逐步掌握学习方法和技巧。同时，教师还可以利用评价工具对学生的表现进行评价和反馈，以便及时了解学生的学习情况，并针对性地进行调整和优化。通过结构化的教学方式，可使计算思维的培养过程系统化、条理化，从而有效提升学生的计算思维水平。

计算思维培养“四化”策略实践——以“猜数字算法设计”为例

1.案例背景

“猜数字算法设计”是一个经典的编程教学案例，它融合了趣味性与教育性，使学生在轻松愉快的氛围中掌握编程技能。此案例的核心任务是构建一个猜数字游戏，该游戏通过计算机与用户的互动，引导学生深入理解编程逻辑和算法设计。在游戏的初始阶段，计算机会随机选取1～100的整数作为目标数字。随后，游戏会提示用户输入一个猜测的数字。当用户输入猜测数字后，计算机会快速进行判断，并根据用户输入的数字与实际目标数字的大小关系，给出相应的反馈。这一反馈机制是游戏的关键，有助于学生理解编程中的条件判断语句。当用户最终成功猜中目标数字时，游戏会宣布结束，并伴随庆祝的动画或音效，以增强游戏的趣味性。整个游戏过程不仅锻炼了学生的编程能力，还培养了学生的逻辑思维和问题解决能力。

2.案例过程

（1）情境问题化：踏上寻宝之旅，解锁数字密码

教师：“同学们，今天我们将踏上一场寻宝之旅！不过，这次的宝藏可不是那么容易找到的，它藏在一个由数字组成的密码锁后面。只有破解了这个密码，我们才能揭开宝藏的神秘面纱。这个密码锁非常特别，它会根据我们输入的数字给出提示。如果数字太大了，它会说‘太大了’；如果数字太小了，它会说‘太小了’。我们的目标是通过不断尝试，找到正确的数字，打开密码锁，找到宝藏！同学们，你们想不想亲手设计一个这样的密码锁游戏呢？通过编程，我们可以让计算机扮演密码锁的角色，而我们则可以通过输入数字来尝试破解它。”学生们听完后，跃跃欲试。教师适时引入“猜数字”游戏的概念，并解释如何通过编程来实现这个游戏。学生分组讨论，交流自己的想法和思路。在教师的引导下，学生逐渐将抽象的计算思维问题转化为具体可操作的问题，为接下来的编程实践打下坚实的基础。

（2）条件化：逐步深入，探寻密码锁的奥秘

在学生对“猜数字”游戏有了初步的认识后，教师开始引导其设计算法。教师先让学生思考一个简单的场景：用户输入一个猜测数字，计算机判断这个数字是否正确，并给出相应的提示。学生很快就设计出了相应的算法。然后教师又提出了一个挑战：“同学们，你们能不能想想办法，让这个游戏变得更加有趣和富有挑战性呢？”一个学生提出想法：“我们可以增加一些条件，如让用户根据计算机的提示不断调整自己的猜测数字。这样，用户就需要不断地思考和尝试，才能找到正确的数字。”在教师的引导下，学生开始逐步增加条件，让算法变得更加复杂和有趣。他们讨论了如何设计提示信息、如何判断用户的输入是否有效、如何控制游戏的循环次数等问题。在讨论的过程中，学生逐渐深入理解了猜数字游戏的本质和算法设计的思路，并意识到，通过不断增加条件，可以让游戏变得更加富有挑战性和趣味性。同时，学生也学会了如何运用条件判断语句来实现这些复杂的逻辑。

（3）能力化：编程实践，打造专属密码锁

教师先向学生介绍使用的编程语言（如Python等），并简要讲解编程的基本概念和语法，然后让学生根据之前设计的算法编写“猜数字”游戏。学生通过不断地尝试和修改，逐渐完善了自己的程序。通过学习编程，学生不仅掌握了编程语言的基本技能，还学会了如何运用抽象、建模、算法、调试、优化等方法来解决问题，学生的计算思维水平有了显著的提升。学生在完成“猜数字”游戏后可以向教师和同学展示自己的作品，并分享自己的编程经验和心得。通过展示和分享的过程，学生不仅锻炼了表达能力和沟通能力，还从其他同学的作品中汲取了灵感和启发。

（4）结构化：寻宝之旅的全程回顾与收获

在“寻宝之旅”的编程探险中，教学环节之间紧密衔接、相互促进，从情境问题化的引入到条件化的算法设计，再到能力化的编程实践，每个环节都为学生提供了充分的学习和思考空间。在理论学习环节，教师通过讲解和演示，向学生介绍了计算思维的基本概念、原理以及应用。在实践操作环节，教师引导学生通过编程实现“猜数字”游戏，并让他们在实践中不断调试和优化自己的程序。在项目学习环节，教师设计了一些小型项目供学生分组研究和实践。学生在小组中合作完成任务，共同解决问题。在评价与反馈环节，教师通过评价学生的作品、观察学生的思考和解决问题的过程等方式，帮助学生了解自己的优点和不足，鼓励学生不断提升自己的计算思维水平和编程能力。同时，教师也根据学生的反馈和表现，及时调整和优化自己的教学策略和方法。通过这场“寻宝之旅”的编程探险，学生不仅收获了知识和技能，还收获了快乐和成长。他们学会了如何运用计算思维来解决问题、如何与他人合作完成任务、如何不断地学习和进步。

结束语

随着信息技术的不断发展和教育改革的深入推进，我们有理由相信计算思维的培养将在初中信息科技学科中得到更加广泛的重视和推广。

参考文献：

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