计算思维的解读

计算思维的解读刘敏教学背景一．计算思维的概念及其在课程中的实施三．计算思维教学实施建议二．《指导意见》中算法的内容标准及学业水平要求一．计算思维的概念及其在课程中的实施义务教育段信息技术课程目标围绕学生发展核心素养展开，内容包括信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任四个方面。计算思维是指个体运用计算机科学领域的思想方法，在形成问题解决方案的过程中产生的一系列思维活动。具备计算思维的学生，在信息活动中能够采用计算机可以处理的方式界定问题、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。一．计算思维的概念及其在课程中的实施计算思维实际上是一个思维的过程，是一种思考方式，也是一种解决问题的方式。计算思维能够将一个问题清晰、抽象地描述出来，并将问题的解决方案表示为一个信息处理的流程。计算思维包含了数学性思维和工程性思维。如果某人要做一顿饭，既要煮饭又要炒青菜炒肉，但又不能做好了菜,饭还没煮熟，要怎么做？这三项任务都需要花费资源和时间。在做饭这件事上，人就相当于一个操作系统。我们在计算机科学中所学习的，正是如何调配有限的资源，完成所有任务。实际上说白了就是如何去设定几个并行的流程的问题。一．计算思维的概念及其在课程中的实施计算思维最重要的思维过程“抽象”，是指忽略所有不相关的复杂细节，而只专注于问题的关键部分。“分解”能让我们将问题分割成一个一个小的部分，我们将这些小部分各个击破。最终通过“组合”将各部分重整起来，形成一个针对原问题的解决方案。关键字抽象、分解、形式化模型化、自动化面向复杂问题一．计算思维的概念及其在课程中的实施计算思维理论性概括层面可操作性框架层面一．计算思维的概念及其在课程中的实施“计算之树”为架构的计算思维具体内容0、1思维（信息编码）程序和算法抽象和自动化分解与建模测试和调试…占德臣、聂兰顺和徐晓飞等学者一．计算思维的概念及其在课程中的实施课程内容计算思维核心要素0、1编码系统纠错算法抽象分解信息编码√计算机系统√演示文稿的动画时序√√Excel、数据库数据建模√√√√√创意编程√√√√√√信息编码包括编码及其特点、常见的文字和图像编码、编码和解码的基本过程、常见的编码和解码的方法、编码给社会带来的影响等。计算机系统从计算思维角度来看，最核心的思维是程序如何被存储、如何被CPU（控制器和运算器）执行。部分课程内容与计算思维核心要素对应表一．计算思维的概念及其在课程中的实施课程内容计算思维核心要素0、1编码系统纠错算法抽象分解信息编码√计算机系统√演示文稿的动画时序√√Excel、数据库数据建模√√√√√创意编程√√√√√√在Excel、数据库等数据建模中，计算思维的落实主要体现在“抽象和自动化”、“对象和属性”、“数据类型与运算符”等方面。其中函数特别能够体现计算机如何“自动”地完成任务，体现了自动化的过程。创意编程则在计算思维的六个核心要素方面都有体现。二．《指导意见》中计算思维的内容标准三个阶段的“课程内容标准”阶段课程内容标准第一阶段（3－4年级）（1）在日常生活中，能从信息技术视角去发现问题。（2）结合生活中的具体问题，初步体验算法思想及其意义。（3）遇到较大问题时，能尝试分解成若干个小问题，并分步分析与解决。（4）初识分类处理信息的意义与价值。（5）能用生活语言描述问题解决的步骤或流程。（6）初识数字化原理，知道数字可以表示信息。（7）初识计算机工作特点。第二阶段（5-6年级）（1）能分析问题需求，并能用计算思维界定简单问题。（2）能了解算法在解决问题中的意义与价值，初步感知用规划思维来设计、解决问题。（3）掌握用自然语言或思维导图描述算法的方法。（4）初步理解数据处理软件中抽象与自动化等模型的构建。（5）初步认识程序的三种基本结构：顺序、选择与循环。（6）选择一种简单的编程工具，掌握其基本的语法规则，能读懂该工具编写的简单程序，学会调试简单程序。（7）初步理解数字化原理，能完成简单的二进制与十进制转换。（8）初步理解以计算机为核心的数字设备的基本工作原理。（9）初步明确人类与机器的关系，能识别计算机系统的简单智能行为。第三阶段（7-8年级）（1）能主动分析问题需求，能用计算思维界定问题。（2）能用流程图描述算法，能掌握常见算法，并能应用该算法解决生活与学习中的问题。（3）能理解对象与属性、数据类型与运算符等概念。（4）能掌握程序的三种基本结构：顺序、选择与循环。（5）能使用编程语言，设计和开发模块化程序，解决生活问题。（6）能理解数字化原理，能分析二进制再现文本、图片、声音、视频等的过程与形式。（7）能从二进制、逻辑等方面认识数学与计算机科学的区别与联系。（8）认识包括局域网、互联网在内的计算机网络的工作原理。（9）能主动认识人类智能与机器智能的区别与联系。二．《指导意见》中算法的内容标准及学业水平要求三个阶段的“学业等级水平”项目等级水平描述计算思维（1）能说出生活中适合用计算机解决的问题，至少举出三例。（2）能结合具体问题，阐述其中包含的算法思想，并能说出至少二条以上的意义。（3）在具体实例中，能将较大的问题分解成若干个小问题，能分步分析与解决问题。（4）能举例说明分类处理信息的意义与价值（至少二条）。（5）在具体实例中，能用生活语言描述解决问题的步骤或流程。（6）在具体实例中，能用语言描述数字是如何表示信息的。（7）能表述至少三条计算机特点。项目等级水平描述计算思维（1）能结合实例，根据任务需求，对简单问题进行界定与表达。（2）能阐述用算法解决问题的意义与价值（二条以上）。（3）能结合案例，用规划思维来设计、解决问题。（4）在具体的算法案例(如枚举法、二分法等)分析中，能用自然语言或思维导图描述其算法思路。（5）熟悉一种简单的编程工具（如Scratch、LOGO等）的基本语法规则，根据问题情境，在教师的指导下，能分析算法思路、编写程序、调试程序直至问题解决。（6）能对简单的自然数进行二进制与十进制的相互转换。（7）能说出计算机、移动终端等数字设备的基本工作原理。（8）结合具体案例，能简单识别计算机系统的智能行为，并能说明人类与机器的关系。（1）一级水平（2）二级水平二．《指导意见》中计算思维的内容标准及学业水平要求三个阶段的“学业等级水平”（3）三级水平（4）四级水平项目等级水平描述计算思维（1）在具体实例中，能分析任务的需求，并对问题进行界定与表达。（2）能运用所学算法(如检索、排序等)解决生活和学习问题，并能列举至少二个以上应用例子。（3）能读懂顺序、选择、循环这三种基本结构的流程图，在具体的算法案例分析中，能用流程图描述算法思路。（4）能结合具体案例和数据软件操作实践，阐述对象的基本属性，能确定对象的数据类型。（5）能掌握一种编程语言，能结合具体案例，抽象问题、设计算法、预测运行结果、编写与调试程序。（6）能简要阐述包括局域网、互联网在内的计算机网络的工作原理。（7）能结合案例，用语言描述二进制再现文本、图片、声音、视频等信息的过程与形式。（8）在具体的案例分析中，能从二进制、逻辑等方面表述数学与计算机科学的区别与联系。（9）能结合具体案例，说明人类智能与机器智能的区别与联系（不少于三条）。项目等级水平描述计算思维（1）结合案例，说出计算思维与数学思维、工程思维的区别与联系（至少三条）。（2）能灵活运用所学算法解决生活和学习问题，并能列举至少二个以上应用实例。（3）熟练掌握一种编程语言，能结合具体案例，界定问题，抽象特征，建立模型，设计算法，编写与调试程序。（4）能在具体项目中，应用数据库系统，协同编程，解决问题。（5）能撰写关于生活中计算思维应用迁移的研究报告。二．《指导意见》中计算思维的内容标准及学业水平要求2.知晓课程内容标准及学业水平要求的层次关系我们认真研究每条的关键字，可以发现，课程内容标准和学业等级水平的要求是从低到高、从简单到复杂，螺旋上升的。在发现并解决问题方面，要经历从具体问题入手分析，到总结出解决问题的一般方式方法；从界定简单问题，到用算法思维解决生活与学习中复杂问题的过程；在算法思想及意义方面，要经历从简单生活案例，到比较复杂的案例，从体验到了解，再到主动分析的过程；在算法描述方面，要经历从简单方式描述，到用多样方式描述；从用生活语言描述，到用自然语言、思维导图、流程图等方式描述的过程。二．《指导意见》中计算思维法的内容标准及学业水平要求3.从生活案例中感悟、体会、体验算法从“课程内容标准”和“学业等级水平”中，我们可以发现，在算法的学习中，对问题的发现、分解、分析、描述等行为，都是要求从日常生活、学习中的具体案例出发，如泡茶问题、农夫过河问题、大象装进冰箱问题、猜数字问题等等，这些案例学生有经历，比较熟悉，容易理解。三．计算思维教学实施建议首先是要增强课堂教学的互动性第一层：师生之间的互动第二层：生生之间的互动第三层：知识与生活之间的互动三．计算思维教学实施建议其次是增加教学方式的多样性用更宽的思路去处理教材，给学生自我发挥的空间三．计算思维教学实施建议第三是促进教学评价的多元性教师的评价要从多个角度和方面去考虑；要善于提炼；一定要兑现；三．计算思维教学实施建议第四是在现有基础上充分挖掘开发设备的优势，改善教学手段先进性。保底使用开发运用人间有味是清欢！谢谢！