落實學科核心素養(yǎng)發(fā)展計算思維能力

落實學科核心素養(yǎng)，發(fā)展計算思維能力“數(shù)據(jù)處理與應用”教學中存在的問題“數(shù)據(jù)處理與應用”隸屬于必修1“數(shù)據(jù)與計算”模塊，強調(diào)信息社會中數(shù)據(jù)的重要價值，數(shù)據(jù)對社會的影響與作用，在解決現(xiàn)實問題過程中，了解數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)可視化表達的基本方法，選用恰當?shù)能浖ぞ呋蚱脚_處理數(shù)據(jù)。認識到利用技術(shù)工具對數(shù)據(jù)進行有效的處理，發(fā)現(xiàn)信息，是人們解決問題的重要途徑之一。在教學中，教師常會將“會用軟件進行計算”作為主要教學目標，如在數(shù)據(jù)信息加工中只關(guān)注數(shù)值型問題的計算、統(tǒng)計、篩選、可視化表達等操作，對于非數(shù)值型問題涉及較少。整個教學中忽視思維方式的養(yǎng)成，其結(jié)果是學生只會根據(jù)教師提供的標準方法來做事情完成任務(wù)，缺少創(chuàng)新意識，更不會有意識地應用計算思維的方式和特點來解決問題。例如，教師在教學中常用到條件明確、方法確定、容易列出公式的案例，這樣的案例僅能讓學生機械地重復操作技能，缺少思考的空間，因此，整個過程只是將數(shù)學演算換成了計算機軟件操作，思維方式并沒有改變。但是若換成條件模糊、沒有明確數(shù)學關(guān)系，需要界定問題、抽象特征、建立模型和構(gòu)造算法的劣構(gòu)問題，則能為學生提供較好的思維活動平臺。實際上，可以將教學案例分成兩類，一類是有清晰、確定的條件，可經(jīng)過較容易的數(shù)學解析得出算式，不用進行煩瑣的轉(zhuǎn)化和推演，如“雞兔同籠”問題等。另一類則是條件不清、方法不確定、需要深入思考和反復推理的問題，如“計算機模擬社會現(xiàn)象”等。第一類可以引導學生按照數(shù)學思維和規(guī)律來解決問題，但是恰恰因為有規(guī)律可循，才忽視了計算思維的精妙之處。課堂中，教師會認為學生能夠完成算法設(shè)計寫出正確的程序代碼或得出正確的數(shù)值，就是成功，造成的結(jié)果是計算思維的養(yǎng)成沒有落實。第二類其問題的呈現(xiàn)是復雜的、無序的，學生需要深入思考，應用邏輯推理去完成，面對這類問題，學生往往不知如何著手。而正是這樣的問題，才能顯現(xiàn)出計算思維的用處，有利于培養(yǎng)學生的計算思維能力。由此可見，我們在教學中要轉(zhuǎn)變教法，拓展教學內(nèi)容，引導學生解決綜合問題來達到其計算思維的養(yǎng)成。在“數(shù)據(jù)處理與應用”教學中貫徹計算思維的思考新課標指出，“計算思維是指個體運用計算機科學領(lǐng)域的思想方法，在形成問題解決方案的過程中產(chǎn)生的一系列思維活動”。每個學生在學完這部分內(nèi)容之后，將能夠運用計算機可以處理的方式，準確界定問題范圍，抽象事物特征，建立正確模型，合理地收集、組織、分析數(shù)據(jù)，得出解決問題的有效方案，并且會將其遷移應用到其他問題中去。與數(shù)學思維相同，計算思維也是人腦的思維，但是其解決問題卻是運用計算機科學領(lǐng)域的思想、原理與方法，運用計算機可以處理的方式來完成。從基礎(chǔ)層面上講，計算思維與數(shù)學思維十分相似，只是解決問題的方案適合于不同對象。數(shù)學思維形成的方案，能夠純粹依靠人腦來完成，計算思維形成的方案，一般都需要運用計算機的“自動執(zhí)行”來完成。正因為如此，計算思維與數(shù)學思維有一定的一致性，但也有不同，計算思維在擁有數(shù)學思維的同時，也融合了計算機科學領(lǐng)域的特征，更加偏重考慮客觀條件的限制，提出可執(zhí)行方案，與數(shù)學思維相比，計算思維不注重理論與推導過程，而是更關(guān)注輸入、輸出以及變量之間的關(guān)系等。同樣，計算思維也與算法思想有關(guān)系。計算思維是思維活動，算法是將這種思維具體化，將其表述成計算機能夠執(zhí)行的步驟;編制程序則是算法在計算機上的實現(xiàn)過程。因此，要養(yǎng)成學生的計算思維需要注意：一方面是“應用計算機科學領(lǐng)域的思想方法”，這說明計算思維不只是純粹的算法與編程;另一方面是“遷移到與之相關(guān)的其他問題解決中”，計算思維除了能夠解決計算機系統(tǒng)本身的問題，還要拓展其運用的范圍。能夠設(shè)計出有價值、可探究的案例，引導學生運用計算思維進行有方法、有步驟的深度思考，培養(yǎng)他們在解決問題的活動中形成計算思維的意識，提升計算思維的能力，才是教學中所要關(guān)注的重點。一個以計算思維為導向的教學案例1.案例內(nèi)容在網(wǎng)頁中，經(jīng)?？梢钥吹健安履阆矚g”欄目。觀察、對比后可以發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)站會為不同的人推薦不同的新聞。在新聞傳播理論中，這種形式被稱為“定向推送”。“定向推送”的依據(jù)是判斷你對哪些類別的新聞感興趣，如時事、科技、文學、體育等。網(wǎng)站是如何做到定向推送新聞的？一是記錄用戶瀏覽新聞的“上網(wǎng)行為”，“計算”你對各類新聞的“興趣度”，如某用戶經(jīng)常瀏覽某一類的新聞，它就認為這個用戶對這類新聞的興趣度較高;二是“測量”某個用戶與其他哪些用戶的興趣度相似，然后把推送給其他用戶的新聞同樣推送給這個用戶，以擴大新聞傳播范圍。2.運用計算思維解決問題的方法網(wǎng)站是如何“計算”用戶對某類新聞的興趣度的？又是怎樣“測量”某個用戶與其他用戶的興趣相似度的呢？在網(wǎng)頁上，會看到新聞的下方有一些按鈕，如“收藏”“點贊”“評論”“分享”等，這些按鈕分別表示了用戶對該條新聞感興趣的程度。當用戶按下這些按鈕中的某一個時，實際上就表達了對這條新聞的“興趣度”，如按下“收藏”，說明對這條新聞興趣一般，按下“分享”，則證明對這條新聞很感興趣。那么，計算機是如何處理人的“行為”“態(tài)度”等“非計算類”問題的呢？一個基本的方法，就是通過計算思維活動，把“非計算類”問題轉(zhuǎn)換成“可計算類”問題，形成用數(shù)學語言描述的解決問題的方案，利用計算工具加以實現(xiàn)。運用計算思維解決“非計算類”問題，需要經(jīng)歷界定問題、量化、建立數(shù)學模型、算法設(shè)計和自動計算等步驟。（1）界定問題。從具體事物中抽象出需要解決的問題。在這個案例中，我們需要解決以下問題：①如何用數(shù)值來表示“行為”“態(tài)度”;②如何計算人與人之間的“興趣相似度”;③怎樣讓計算機自動計算，得到結(jié)果。（2）量化。將復雜多變的信息轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢远攘?、可計算的?shù)值。也就是用數(shù)值來表示人的“行為”和“態(tài)度”。在這個案例中，可以給每個按鈕賦予不同的數(shù)值，用數(shù)值大小來表示對新聞的興趣度，數(shù)值越大，興趣度越高，如將“閱讀”賦值為1，“點贊”賦值為2，“收藏”賦值為3，“評論”賦值為4，“分享”賦值為5，這樣就把人的“態(tài)度”量化成了數(shù)量等級。（3）建立數(shù)學模型。在合理的量化基礎(chǔ)上，建立各變量之間的數(shù)學聯(lián)系，并用數(shù)學公式或數(shù)學語言表示。在日常生活中，人們常用“形影不離”“漸行漸遠”來比喻兩個人之間的關(guān)系，這說明人與人之間的親疏關(guān)系可以用“距離”來衡量。將這個說法類推到數(shù)學上，就能夠借助“點與點”之間的距離，來計算不同用戶興趣度的接近程度。因此，可用點與點的距離公式（歐幾里德距離公式）作為計算人與人興趣相似度的數(shù)學模型。設(shè)有n條新聞，xi為x用戶對第i條新聞的興趣度，yi為y用戶對第i條新聞的興趣度，則兩人的興趣相似度d為：

。d的值越小，兩人的興趣度越相似。（4）設(shè)計算法。根據(jù)數(shù)學模型，將制訂好的解決問題的方案轉(zhuǎn)換成計算機可執(zhí)行的方法與步驟。在本案例中，可以借助Excel軟件，使用函數(shù)和自定義公式進行計算。（5）自動計算。利用VBA對程序功能“封裝”，通過點擊按鈕讓計算機自動計算。觀察計算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，用戶5與用戶4的興趣度最為相似。因此可以把用戶4興趣度高的新聞同樣推送給用戶5。這樣就實現(xiàn)了向特定人群發(fā)送特定類新聞的“定向推送”功能。運用計算思維解決“非計算類”問題的基本方法如上圖所示?？梢悦鞔_，計算思維不只是用來“計算”的，也不僅是應用于計算機系統(tǒng)，它應該是應用于社會的很多方面，因此，“遷移能力”是運用計算思維解決問題的關(guān)鍵，上面呈現(xiàn)的案例就是把有關(guān)計算機科學的思想和方法遷移到了“不可計算類”問題的解決中。在落實學科核心素養(yǎng)的過程中，教師要轉(zhuǎn)換教學理念，拓展教學內(nèi)容，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教學方法