基于深度學習的高中信息技術算法與程序設計教學策略實踐研究

摘要：本文對高中信息技術算法與程序設計教學內(nèi)容進行了深入分析，并以填涂答題卡系統(tǒng)為例采用項目式學習進行實證研究，提出了基于深度學習的教學策略，即通過創(chuàng)設情境、項目驅(qū)動、合作探究、評價反饋、遷移拓展等教學策略激發(fā)學生實踐探究、協(xié)作學習、思維提升，促進深度學習發(fā)生。關鍵詞：深度學習；高中信息技術；算法與程序設計；教學策略《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》強調(diào)培養(yǎng)學生的信息素養(yǎng)和問題解決能力，為學生適應信息化社會的學習、工作和生活奠定基礎。所以，一線信息技術教師開始探索如何實現(xiàn)體現(xiàn)核心素養(yǎng)指向的學習方式，“深度學習”也因此成為教學研究的熱點之一。深度學習的核心目標是促進高階思維能力的發(fā)展，其可以為算法與程序設計教學高階思維培養(yǎng)提供有效的學習方式，對信息技術課堂教學改進有著重要的意義。內(nèi)涵及關系1.信息技術教學中深度學習的內(nèi)涵深度學習的本質(zhì)特征是深度思維，在信息技術教學中，深度學習注重學生主動參與，要求學生有強烈的學習動機和興趣，具備自我驅(qū)動的學習意識和能力，對信息技術保持積極的態(tài)度和探究精神。深度學習強調(diào)對知識的深入理解和應用，并通過高階思維的認知活動來完成高強度的學習，理解各種知識之間的深層次關系，運用所學的知識處理實際問題。2.算法與程序設計教學內(nèi)容特征算法與程序設計教學內(nèi)容的核心在于培養(yǎng)學生分析和解決問題的能力，學生通過編程語言的學習，能夠理解計算機如何處理問題，并能夠運用算法進行問題求解，為未來的學習和工作打下堅實的基礎。教學內(nèi)容的特征體現(xiàn)如下：①算法設計教學內(nèi)容應注重基本概念的講解和算法設計的邏輯，如排序、查找等常見算法。通過對這些算法的學習，學生可以理解并掌握如何設計高效的算法。②數(shù)據(jù)結(jié)構和算法應用教學內(nèi)容包括數(shù)據(jù)結(jié)構及其相關算法，如數(shù)組、鏈表、棧、隊列、二叉樹等。這些數(shù)據(jù)結(jié)構和相關算法在實際問題中有著廣泛的應用。③問題解決能力培養(yǎng)的教學內(nèi)容應注重培養(yǎng)學生解決問題的能力，即引導學生理解和分析問題，選擇合適的數(shù)據(jù)結(jié)構和算法進行求解。3.二者的關系深度學習與算法程序設計教學二者的關系是相互促進、相輔相成的。在信息技術教學中，深度學習為算法與程序設計提供了以批判性思維、問題解決等高階能力為目標的有效學習方式。通過深度學習和優(yōu)化算法，幫助學生提升編程技巧和解決復雜問題的能力。而算法與程序設計為深度學習提供了實現(xiàn)基礎。因此，深度學習是建立在理解算法的基礎上，通過程序設計解決實際問題所進行的可遷移學習，這樣的教學方式將有助于培養(yǎng)出具有創(chuàng)新能力和實踐能力的信息技術人才。策略與實施深度學習的教學理念強調(diào)對知識的深入理解，要求教師關注學生的學習過程，了解學生的學習需求，設計符合學生認知規(guī)律、有挑戰(zhàn)性的項目教學活動，將所學知識與實際問題相結(jié)合，促進學生的主動學習和深度思考。通過創(chuàng)設情境、項目驅(qū)動、合作探究、評價反饋、遷移拓展等教學策略，培養(yǎng)學生的高階思維能力和解決問題的能力。1.創(chuàng)設情境，激發(fā)興趣，激活思維，驅(qū)動深度學習發(fā)生為了激發(fā)學生對算法與程序設計的興趣，教師可以通過創(chuàng)設與程序設計相關的真實情境，讓學生在真實情境中學習和應用知識。例如，教師可以讓學生親歷高二月考技術學科答題卡掃描，學生將答題卡放入掃描儀中，系統(tǒng)便能快速準確地完成批改，并將掃描結(jié)果實時展示在大屏幕上，每位學生都能看到自己的答案和排名，這種競技感讓學生在學習過程中充滿了激情和動力，激發(fā)了他們的學習興趣和熱情。本項目將算法與程序設計教學和實際生活中的答題卡系統(tǒng)相結(jié)合，在教學過程中，教師應注重激活學生的思維，引導學生主動探究算法與程序設計的內(nèi)在規(guī)律和應用方法，如設問：填涂答題卡系統(tǒng)如何準確識別考生答案？如何確保答題卡系統(tǒng)的準確性和可靠性？讓學生在解決答題卡系統(tǒng)項目問題中學習和掌握算法與程序設計，驅(qū)動深度學習的發(fā)生。2.聚焦項目，設問題鏈，合作探究，引領深度學習發(fā)生在算法與程序設計中，教師需要引導學生將所學知識應用到實踐中。教師可以設計一系列具有挑戰(zhàn)性和實際意義的學習任務，讓學生在實踐中探究算法與程序設計的原理和應用。首先，聚焦項目是算法與程序設計的第一步。教師需要選擇與課程內(nèi)容緊密相關的項目，讓學生在實際操作中掌握知識。例如，在答題卡填涂識別項目中編寫一個判斷圖片中某個信息點是否被填涂的程序項目，在編程語言時，讓學生更加深入地理解知識，并能夠在實踐中靈活運用。其次，設問題鏈是算法與程序設計深度學習的重要環(huán)節(jié)。例如，指導學生思考如何獲取和儲存信息點區(qū)域不同像素點的顏色信息，再引導他們判斷某個像素點是黑色還是白色等問題。所以，教師需要設計有邏輯性和層次性的一系列問題，以引領學生逐步進行深度思考。最后，合作探究是算法與程序設計中的關鍵環(huán)節(jié)。教師需要組織學生進行小組合作，共同探究問題解決方案。通過聚焦項目、設問題鏈、合作探究等方式，學生可以相互學習和交流，拓寬思路，提高解決問題的能力。項目探究在引領深度學習發(fā)生方面發(fā)揮了重要作用，同樣，教師也需要密切關注學生學習狀況和需求，適時調(diào)整教學策略方法，以便更有效地推動學生全面發(fā)展，具體的項目式學習模式如圖1所示。3.遷移知識，評價反饋，增強思維，推動深度學習發(fā)生算法與程序設計學習不僅僅是一個簡單的知識傳遞過程，更是一個遷移知識、評價反饋、思維增強和深度學習推動的綜合過程。通過引導學生理解和應用算法與程序設計的原理，鼓勵他們將所掌握的知識運用到實際問題中，以此推動知識的遷移（如圖2）。填涂答題卡系統(tǒng)的程序設計涉及循環(huán)結(jié)構算法的應用，算法在此場景中的主要應用在于對答題卡上的每個答案進行逐一掃描和判斷。算法優(yōu)化簡化了代碼的復雜性，使得程序更加簡潔易懂，提高了程序的效率。算法與程序設計在優(yōu)化后還具有良好的可擴展性，可以方便添加更多的答案和判斷邏輯，使得系統(tǒng)更加靈活和強大。評價反饋在此教學過程中起到了重要的作用，教師能夠依據(jù)學生的任務進展情況、課堂行為及課后練習的反應等數(shù)據(jù)，分析出他們在學習過程中遇到的問題，以提供相應的指導，并及時做出相應的教學調(diào)整。例如，教師可以引導學生探究循環(huán)結(jié)構與其他算法的綜合應用，讓學生在解決問題的過程中發(fā)現(xiàn)新的應用價值和創(chuàng)新點，讓每個學生都能在算法與程序設計中獲得發(fā)展。增強思維是算法與程序設計的另一個重要目標。例如，在學習算法與程序設計時，教師可以引導學生探究算法的變化規(guī)律，讓學生自主探究、獨立思考和解決問題，進而發(fā)現(xiàn)算法與程序設計的本質(zhì)和原理，進一步培養(yǎng)學生的思維能力和創(chuàng)新能力，推動深度學習和全面發(fā)展。4.深度挖掘，拓展應用，提升思維，促進深度學習發(fā)生在算法與程序設計教學中，教師應當引導學生深入理解算法的原理。首先，掌握算法的執(zhí)行流程，深度挖掘算法在解決問題中的作用。例如，在解決讀取準考證號問題時，學生探索從第一個數(shù)開始，逐個讀取到最后一個數(shù)，從而得出結(jié)果。在這個過程中，學生不僅學會了如何使用算法與程序設計，而且理解了循環(huán)在處理大量重復操作中的優(yōu)勢。其次，拓展應用是提升學生思維能力的有效途徑。教師可以通過設計各種實際問題，引導學生運用程序設計去解決。例如，讓學生編寫程序求信息點邊界問題等都需要用到算法。通過解決這些問題，學生不僅能夠更加熟練地運用算法與程序設計，而且能夠提升邏輯思維能力和問題解決能力。最后，提升思維和促進深度學習發(fā)生是算法與程序設計教學的最終目標。教師應當注重培養(yǎng)學生的思維能力和創(chuàng)新精神，引導學生主動探究、發(fā)現(xiàn)和解決問題，同時，還需要營造一個良好的學習環(huán)境，讓學生在探索和實踐的過程中，真正理解和掌握信息技術知識，從而提升信息素養(yǎng)和實踐能力，實現(xiàn)深度學習（如圖3）。成效及思考1.培養(yǎng)學生的問題解決與創(chuàng)新思維能力算法與程序設計深度學習教學策略鼓勵學生通過實際問題解決來學習知識和技能，注重學生的主動學習和實踐操作。在教學中，教師通過設計有挑戰(zhàn)性的編程項目，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新思維和實踐能力。2.增強學生的自主學習和合作溝通能力算法與程序設計深度學習教學策略強調(diào)學生的自主學習和協(xié)作學習，這有助于培養(yǎng)學生的自主學習能力和協(xié)作精神。算法與程序設計深度學習教學策略注重學生之間的合作與交流，鼓勵學生進行小組合作，開展團隊項目活動等。這樣的學習環(huán)境有助于培養(yǎng)學生的團隊精神、溝通技巧和協(xié)作能力。3.增強學生的綜合素養(yǎng)和應用能力算法與程序設計深度學習教學策略以實際項目為基礎，將信息技術知識與實際應用相結(jié)合。學生在項目實踐中不僅可以掌握基本的信息技術操作技能，還能了解信息技術在現(xiàn)實生活中的應用場景。算法與程序設計深度學習教學策略注重培養(yǎng)學生的綜合素養(yǎng)，包括信息素養(yǎng)、創(chuàng)新素養(yǎng)、合作素養(yǎng)等。通過算法與程序設計深度學習的教學策略，學生能夠更深入地理解算法與程序設計的概念和應用，從而更好地掌握相關知識和技能，這種理解與應用能力的提升有助于學生將在信息技術學科中學習到的知識遷移到其他學科和實際生活中。4.提高教師的教學水平和研究能力在算法與程序設計深度學習教學策略的研究過程中，教師需要不斷探索和研究新的教學方法和手段，這樣有助于提高教師的教學水平和研究能力。通過不斷反思和改進教學方法，教師能夠提升自