对高中信息计算新课程标准的认识2018.11.17

对高中信息计算新课程标准的认识信息技术核心素养与核心概念一计算思维、信息建模、问题求解二信息技术课程设计与实施三信息技术核心素养评价五信息技术实验与创新四一、信息技术核心素养与核心概念普通高中信息技术课程是一门旨在全面提升学生信息素养，帮助学生掌握信息技术基础知识与技能、增强信息意识、发展计算思维、提高数字化学习与创新能力、树立正确的信息社会价值观和责任感的基础课程。--摘自《普通高中信息技术课程标准》信息技术课程定位学科核心素养是学科教育对全面贯彻党的教育方针，落实立德树人根本任务，发展素质教育的独特贡献，是学科育人价值的集中体现，是通过学科学习而逐步形成的关键能力、必备品格与价值观念。高中信息技术学科核心素养由信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任四个核心要素组成。它们是学生在接受信息技术教育过程中逐步形成的信息技术知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等方面的综合表现。四个核心要素互相支持，互相渗透，共同促进学生信息素养的提升。“信息技术学科核心素养”的界定数字化学习与创新计算思维信息社会责任信息意识具备信息素养的人“信息技术学科核心素养”的界定概念1：数据概念2：算法概念3：信息系统概念4：信息社会信息技术学科核心概念数据是描述事物的符号记录，是信息的载体，是计算工具识别、存储、加工的对象，例如图像、声音、字符、数值等。算法是对特定问题求解步骤的一种描述，是一系列解决问题的清晰指令。精确的算法是计算工具有效计算的前提条件。信息社会是通过创造、分配、使用、整合和处理信息进行社会经济、政治和文化活动的社会形态。其中的社会成员通过创新、高效使用信息技术为手段，以此获得较高的个人或组织生存与发展优势。信息系统是由用户、硬件/软件设施、信息构成的人机交互系统。合理设计和应用信息系统，可以更好地感知、传递、处理和应用信息。“学科核心素养”与“学科核心概念”信息社会责任数字化学习与创新计算思维信息意识信息社会信息系统算法数据信息意识是指个体对信息的敏感度和对信息价值的判断力。具备信息意识的学生能够根据解决问题的需要，自觉、主动地寻求恰当的方式获取与处理信息；能够敏锐感觉到信息的变化，分析数据中所承载的信息，采用有效策略对信息来源的可靠性、内容的准确性、指向的目的性作出合理判断，对信息可能产生的影响进行预期分析，为解决问题提供参考；在合作解决问题的过程中，愿意与团队成员共享信息，实现信息的更大价值。信息意识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。计算思维数字化学习与创新是指个体通过评估并选用常见的数字化资源与工具，有效地管理学习过程与学习资源，创造性地解决问题，从而完成学习任务，形成创新作品的能力。具备数字化学习与创新素养的学生，能够认识数字化学习环境的优势和局限性，适应数字化学习环境，养成数字化学习与创新的习惯。掌握数字化学习系统、学习资源与学习工具的操作技能，用于开展自主学习、协同工作、知识分享与创新创造。数字化学习与创新“数字化学习与创新”是与学生关系最密切的部分，是贴近学生生活、体现学生所具备的技术素养、应用能力和价值观的重要标志。“数字化学习与创新”包括利用信息技术支持其它学科教学与学习（信息技术与学科教学融合）的能力。“数字化学习与创新”是学生在解决与学习相关的问题中，综合运用计算思维的能力。数字化学习与创新信息社会责任是指信息社会中的个体在文化修养、道德规范和行为自律等方面应尽的责任。具备信息社会责任的学生，具有一定的信息安全意识与能力，能够遵守信息法律法规，信守信息社会的道德与伦理准则，在现实空间和虚拟空间中遵守公共规范，既能有效维护信息活动中个人的合法权益，又能积极维护他人合法权益和公共信息安全。关注信息技术革命所带来的环境问题与人文问题；对于信息技术创新所产生的新观念和新事物，具有积极学习的态度、理性判断和负责行动的能力。信息社会责任核心概念与核心素养信息社会责任数字化学习与创新计算思维信息意识信息社会信息系统算法数据必修模块集中关注两个学科核心概念，与核心素养水平1和水平2有明确的对应关系，便于落实发展学科核心素养的目标。同时渗透另外两个核心概念及核心素养要素的内容，做到必修模块对核心素养的全面覆盖。数据与计算信息系统与社会核心概念与核心素养信息社会责任数字化学习与创新计算思维信息意识信息社会信息系统算法数据选择性必修模块通常涉及到2到4个核心素养要素，达到水平2及水平3。人工智能初步和数据管理与分析涉及全部核心素养要素。数据与数据结构数据管理与分析网络基础人工智能初步三维设计与创意开源硬件项目设计核心概念与核心素养信息社会责任数字化学习与创新计算思维信息意识信息社会信息系统算法数据算法初步移动应用设计必修模块涉及2或4个核心素养要素，达到水平3。思考题要点1.“计算思维”在信息技术教学中的作用的争论。2.信息技术的核心概念及核心素养远不止四个，课标的解释仅适用于高中阶段的学生。3.对核心素养（特别是计算思维）的理解不能简单化，但也不宜过分复杂化。二、计算思维、信息建模、问题求解计算思维旨在倡导一种所谓的“计算机科学家的思维方式”，以区别其它思维方式，提高社会、学术界、学生及家长对学科的认同。计算思维最早由S.Papert在1996年的一篇数学教育的文章中提出，意图挖掘数学问题求解中的计算内涵。2006年，J.Wing明确提出要在计算机科学教育中贯彻计算思维的思想，引发学界对计算思维的广泛关注。Cuny,Snyder,andWing(2010)对计算思维的定义：“在叙述问题和寻求通过信息处理手段有效解决问题的过程中所涉及到的思维过程。”从“算法思维”到“计算思维”解决问题信息处理手段叙述问题“计算思维”的四个关键词英国计算新课程标准中的“计算思维”界定问题、抽象特征、建立结构模型、合理组织数据。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。建模与问题求解模型现实世界理论数学模型与数学思维数学模型数学概念数学理论自然及人工现象概念关联结构规律计算模型与计算思维计算模型计算概念计算机科学自然及人工信息的信息处理概念关联结构规律Step1理解问题问询、实验、重述。Step2设计求解方案找出数据（已知）与未知之间的联系；寻找模式；与已经求解过的问题或已知的公式相关联；简化给定的信息，以达致更容易解的问题。Step3实施求解方案实施并验证求解方案中的每一个步骤。Step4核查评估考察所得到的解答，检验答案，评估效果。G.Polya的问题求解模型/步骤•问询•重述理解问题•关联•模式•简化设计求解方案•实施•验证实施求解方案•考察•检验•评估核查评估G.Polya的问题求解模型/步骤Step1理解问题问题情境中的数据、信息和知识；知识表示；问题目标设定。Step2设计求解方案基于数据的推理；设计求解问题算法或归结为已知算法；将复杂问题及数据分离；归约到更容易解的问题（模块化）。Step3实施求解方案通过某种编程语言或工具实现、验证问题的求解算法。Step4核查评估检验答案；评估解答与目标的匹配度；求解方案的效率、效果；求解过程优化及迭代。基于计算思维的问题求解模型/步骤•情境数据•知识表示•设定目标理解问题•抽象推理•模块分离•设计算法设计求解方案•编程实现•验证算法•调试执行实施求解方案•目标匹配•效果效率•迭代优化核查评估基于计算思维的问题求解模型/步骤基于计算思维的信息建模分析问题定义模型目标创建系统概念模型简化条件形成假设选择变量定义关系建立方程函数计算模型编程实现解释结果检验调节验证并确认模型分析及报告得出结论优化维护计算概念–编程时使用的概念计算实践–在编程过程中发展出来的实践计算观念–形成有关世界与自我的观念计算思维–三个关键维度计算观念计算实践计算概念序列是计算（编程）中的一个关键概念，指表示为计算机可执行的一系列单独步骤或指令的特殊活动。循环是多次运行相同序列的一种机制。事件就是一件事情引发另一件事情的发生，事件是现代交互程序设计的一个基本成分。并行的意思是指令序列可以同时执行，大多数现代计算机编程语言都支持并行机制。条件是另一个关键计算概念，指的是基于特定条件对多种不同输出结果进行选择或决策的能力。算符为数学、逻辑和字符串表达式实施各种操作（处理）提供支持。数据：与数据有关的存储、检索和更新等基本操作。计算概念计算实践聚焦思维和学习的过程，而不是学什么及如何学。计算思维涉及四种主要实践模式：增量与迭代、测试与调试、复用与重组、抽象与模块化。这些实践模式不仅是编程的关键，在其它各种设计活动中也非常有价值。编程活动是发展这些实践能力的有效场景。计算实践增量与迭代：设计项目并非清晰或顺序的过程：先识别出项目的概念，然后开发一个计划，最后用代码实现设计。项目设计是一个不断适应的过程，先将项目问题的解分解为可处理的若干小步骤，而项目计划可能会为了响应达到解的需要而改变。测试与调试：事情很少如想象的一样进行，出错不可避免。因此发展一种处理（以及预期）问题的策略是非常关键的。计算实践复用与重组：“建立在他人（和自己）工作基础上”是编程实践的一个传统，在网络技术高度发达的今天，每个人都可以访问到极其丰富的、可用于复用和重组的资源。抽象与模块化：将较小组件（组件）聚合成较大事物的能力，是设计和问题求解的一种重要方法和实践。计算实践表达：从计算思维的观点看，计算不仅仅是消费（信息），而是可以用于创造、设计及自我表达的某种东西，因此将计算视为一种新型媒介。连接：创造和学习都涉及到深度的社会性实践，可以通过交互来增强。与他人一起创造价值、为他人创造价值。提问：对未知及习以为常的事物提出质询、并通过设计来响应质询的活动。计算观念信息建模–从概念模型到计算模型现实问题概念模型计算模型编程实现检验模型工程思维、计算思维、数学思维数学思维计算思维工程思维模型抽象程度模型实现程度在利用信息技术手段求解问题中，问题理解的关键在于识别出问题中所包含的信息，以及导致问题的解必须对信息做怎样的处理。问题本身（待求解的问题是什么？什么构成问题的解？什么是好的解？等等）很可能是不明确的，只有明确了信息才能聚焦问题。对问题及其解的理解差异（即：所获取的信息及其处理方法的不同）直接影响到求解方案的设计和实施。对解的评估注重“可行性”（资源、成本、效率），没有绝对的“正确性”，准确性取决于解对问题目标的匹配程度。基于计算思维问题求解的特征计算思维是基于信息处理的问题求解方法之核心。计算思维与数学思维、工程思维、设计思维、互联网思维、大数据思维、系统化思维以及创新思维之间的关联。新课标围绕核心素养组织学科核心概念，计算思维在发展核心素养中起到承上启下的关键作用，但核心素养不仅仅是计算思维！在教学中落实对计算思维的培养，关键不是编程，而是利用编程手段解决问题。在信息技术教学中落实计算思维培养Python语言程序设计编程教学应该实用、适用，通过应用项目来掌握Python编程。算法及其流程图表示方法，简单算法的实现（解析算法、枚举算法、排序算法等）。通过改善一些算法的效率（如计算阶乘、斐波那契数列计算等），初步引入算法优化的概念。通过数据管理与可视化的简单编程，掌握Python处理大数据及基本可视化的技巧，为后续模块的编程做好准备。掌握简单硬件编程，改变信息技术课严重“偏软”现象。编程语言首先是工具，编程教学应该服务于那些真正需要编程的地方，比如大数据、人工智能和开源硬件。不必纠结在哪种语言更容易学、数组和列表有什么区别等语言细节中。