基于深度學(xué)習(xí)的高中信息技術(shù)算法與程序設(shè)計教學(xué)策略實踐研究

摘要：本文對高中信息技術(shù)算法與程序設(shè)計教學(xué)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(xué)習(xí)進行實證研究，提出了基于深度學(xué)習(xí)的教學(xué)策略，即通過創(chuàng)設(shè)情境、項目驅(qū)動、合作探究、評價反饋、遷移拓展等教學(xué)策略激發(fā)學(xué)生實踐探究、協(xié)作學(xué)習(xí)、思維提升，促進深度學(xué)習(xí)發(fā)生。關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí)；高中信息技術(shù)；算法與程序設(shè)計；教學(xué)策略《普通高中信息技術(shù)課程標準（2017年版）》強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)和問題解決能力，為學(xué)生適應(yīng)信息化社會的學(xué)習(xí)、工作和生活奠定基礎(chǔ)。所以，一線信息技術(shù)教師開始探索如何實現(xiàn)體現(xiàn)核心素養(yǎng)指向的學(xué)習(xí)方式，“深度學(xué)習(xí)”也因此成為教學(xué)研究的熱點之一。深度學(xué)習(xí)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(shè)計教學(xué)高階思維培養(yǎng)提供有效的學(xué)習(xí)方式，對信息技術(shù)課堂教學(xué)改進有著重要的意義。內(nèi)涵及關(guān)系1.信息技術(shù)教學(xué)中深度學(xué)習(xí)的內(nèi)涵深度學(xué)習(xí)的本質(zhì)特征是深度思維，在信息技術(shù)教學(xué)中，深度學(xué)習(xí)注重學(xué)生主動參與，要求學(xué)生有強烈的學(xué)習(xí)動機和興趣，具備自我驅(qū)動的學(xué)習(xí)意識和能力，對信息技術(shù)保持積極的態(tài)度和探究精神。深度學(xué)習(xí)強調(diào)對知識的深入理解和應(yīng)用，并通過高階思維的認知活動來完成高強度的學(xué)習(xí)，理解各種知識之間的深層次關(guān)系，運用所學(xué)的知識處理實際問題。2.算法與程序設(shè)計教學(xué)內(nèi)容特征算法與程序設(shè)計教學(xué)內(nèi)容的核心在于培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力，學(xué)生通過編程語言的學(xué)習(xí)，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(xué)習(xí)和工作打下堅實的基礎(chǔ)。教學(xué)內(nèi)容的特征體現(xiàn)如下：①算法設(shè)計教學(xué)內(nèi)容應(yīng)注重基本概念的講解和算法設(shè)計的邏輯，如排序、查找等常見算法。通過對這些算法的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以理解并掌握如何設(shè)計高效的算法。②數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法應(yīng)用教學(xué)內(nèi)容包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其相關(guān)算法，如數(shù)組、鏈表、棧、隊列、二叉樹等。這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和相關(guān)算法在實際問題中有著廣泛的應(yīng)用。③問題解決能力培養(yǎng)的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力，即引導(dǎo)學(xué)生理解和分析問題，選擇合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法進行求解。3.二者的關(guān)系深度學(xué)習(xí)與算法程序設(shè)計教學(xué)二者的關(guān)系是相互促進、相輔相成的。在信息技術(shù)教學(xué)中，深度學(xué)習(xí)為算法與程序設(shè)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(xué)習(xí)方式。通過深度學(xué)習(xí)和優(yōu)化算法，幫助學(xué)生提升編程技巧和解決復(fù)雜問題的能力。而算法與程序設(shè)計為深度學(xué)習(xí)提供了實現(xiàn)基礎(chǔ)。因此，深度學(xué)習(xí)是建立在理解算法的基礎(chǔ)上，通過程序設(shè)計解決實際問題所進行的可遷移學(xué)習(xí)，這樣的教學(xué)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(shù)人才。策略與實施深度學(xué)習(xí)的教學(xué)理念強調(diào)對知識的深入理解，要求教師關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，設(shè)計符合學(xué)生認知規(guī)律、有挑戰(zhàn)性的項目教學(xué)活動，將所學(xué)知識與實際問題相結(jié)合，促進學(xué)生的主動學(xué)習(xí)和深度思考。通過創(chuàng)設(shè)情境、項目驅(qū)動、合作探究、評價反饋、遷移拓展等教學(xué)策略，培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力和解決問題的能力。1.創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)興趣，激活思維，驅(qū)動深度學(xué)習(xí)發(fā)生為了激發(fā)學(xué)生對算法與程序設(shè)計的興趣，教師可以通過創(chuàng)設(shè)與程序設(shè)計相關(guān)的真實情境，讓學(xué)生在真實情境中學(xué)習(xí)和應(yīng)用知識。例如，教師可以讓學(xué)生親歷高二月考技術(shù)學(xué)科答題卡掃描，學(xué)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(xué)生都能看到自己的答案和排名，這種競技感讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中充滿了激情和動力，激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)興趣和熱情。本項目將算法與程序設(shè)計教學(xué)和實際生活中的答題卡系統(tǒng)相結(jié)合，在教學(xué)過程中，教師應(yīng)注重激活學(xué)生的思維，引導(dǎo)學(xué)生主動探究算法與程序設(shè)計的內(nèi)在規(guī)律和應(yīng)用方法，如設(shè)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(xué)生在解決答題卡系統(tǒng)項目問題中學(xué)習(xí)和掌握算法與程序設(shè)計，驅(qū)動深度學(xué)習(xí)的發(fā)生。2.聚焦項目，設(shè)問題鏈，合作探究，引領(lǐng)深度學(xué)習(xí)發(fā)生在算法與程序設(shè)計中，教師需要引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)知識應(yīng)用到實踐中。教師可以設(shè)計一系列具有挑戰(zhàn)性和實際意義的學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生在實踐中探究算法與程序設(shè)計的原理和應(yīng)用。首先，聚焦項目是算法與程序設(shè)計的第一步。教師需要選擇與課程內(nèi)容緊密相關(guān)的項目，讓學(xué)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(xué)生更加深入地理解知識，并能夠在實踐中靈活運用。其次，設(shè)問題鏈是算法與程序設(shè)計深度學(xué)習(xí)的重要環(huán)節(jié)。例如，指導(dǎo)學(xué)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(dǎo)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(shè)計有邏輯性和層次性的一系列問題，以引領(lǐng)學(xué)生逐步進行深度思考。最后，合作探究是算法與程序設(shè)計中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。教師需要組織學(xué)生進行小組合作，共同探究問題解決方案。通過聚焦項目、設(shè)問題鏈、合作探究等方式，學(xué)生可以相互學(xué)習(xí)和交流，拓寬思路，提高解決問題的能力。項目探究在引領(lǐng)深度學(xué)習(xí)發(fā)生方面發(fā)揮了重要作用，同樣，教師也需要密切關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)狀況和需求，適時調(diào)整教學(xué)策略方法，以便更有效地推動學(xué)生全面發(fā)展，具體的項目式學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)發(fā)生算法與程序設(shè)計學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)推動的綜合過程。通過引導(dǎo)學(xué)生理解和應(yīng)用算法與程序設(shè)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(shè)計涉及循環(huán)結(jié)構(gòu)算法的應(yīng)用，算法在此場景中的主要應(yīng)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(fù)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(shè)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(xué)過程中起到了重要的作用，教師能夠依據(jù)學(xué)生的任務(wù)進展情況、課堂行為及課后練習(xí)的反應(yīng)等數(shù)據(jù)，分析出他們在學(xué)習(xí)過程中遇到的問題，以提供相應(yīng)的指導(dǎo)，并及時做出相應(yīng)的教學(xué)調(diào)整。例如，教師可以引導(dǎo)學(xué)生探究循環(huán)結(jié)構(gòu)與其他算法的綜合應(yīng)用，讓學(xué)生在解決問題的過程中發(fā)現(xiàn)新的應(yīng)用價值和創(chuàng)新點，讓每個學(xué)生都能在算法與程序設(shè)計中獲得發(fā)展。增強思維是算法與程序設(shè)計的另一個重要目標。例如，在學(xué)習(xí)算法與程序設(shè)計時，教師可以引導(dǎo)學(xué)生探究算法的變化規(guī)律，讓學(xué)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(shè)計的本質(zhì)和原理，進一步培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新能力，推動深度學(xué)習(xí)和全面發(fā)展。4.深度挖掘，拓展應(yīng)用，提升思維，促進深度學(xué)習(xí)發(fā)生在算法與程序設(shè)計教學(xué)中，教師應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)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(xué)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(xué)生不僅學(xué)會了如何使用算法與程序設(shè)計，而且理解了循環(huán)在處理大量重復(fù)操作中的優(yōu)勢。其次，拓展應(yīng)用是提升學(xué)生思維能力的有效途徑。教師可以通過設(shè)計各種實際問題，引導(dǎo)學(xué)生運用程序設(shè)計去解決。例如，讓學(xué)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(xué)生不僅能夠更加熟練地運用算法與程序設(shè)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(xué)習(xí)發(fā)生是算法與程序設(shè)計教學(xué)的最終目標。教師應(yīng)當(dāng)注重培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新精神，引導(dǎo)學(xué)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(xué)習(xí)環(huán)境，讓學(xué)生在探索和實踐的過程中，真正理解和掌握信息技術(shù)知識，從而提升信息素養(yǎng)和實踐能力，實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)（如圖3）。成效及思考1.培養(yǎng)學(xué)生的問題解決與創(chuàng)新思維能力算法與程序設(shè)計深度學(xué)習(xí)教學(xué)策略鼓勵學(xué)生通過實際問題解決來學(xué)習(xí)知識和技能，注重學(xué)生的主動學(xué)習(xí)和實踐操作。在教學(xué)中，教師通過設(shè)計有挑戰(zhàn)性的編程項目，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維和實踐能力。2.增強學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和合作溝通能力算法與程序設(shè)計深度學(xué)習(xí)教學(xué)策略強調(diào)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí)，這有助于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和協(xié)作精神。算法與程序設(shè)計深度學(xué)習(xí)教學(xué)策略注重學(xué)生之間的合作與交流，鼓勵學(xué)生進行小組合作，開展團隊項目活動等。這樣的學(xué)習(xí)環(huán)境有助于培養(yǎng)學(xué)生的團隊精神、溝通技巧和協(xié)作能力。3.增強學(xué)生的綜合素養(yǎng)和應(yīng)用能力算法與程序設(shè)計深度學(xué)習(xí)教學(xué)策略以實際項目為基礎(chǔ)，將信息技術(shù)知識與實際應(yīng)用相結(jié)合。學(xué)生在項目實踐中不僅可以掌握基本的信息技術(shù)操作技能，還能了解信息技術(shù)在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用場景。算法與程序設(shè)計深度學(xué)習(xí)教學(xué)策略注重培養(yǎng)學(xué)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(shè)計深度學(xué)習(xí)的教學(xué)策略，學(xué)生能夠更深入地理解算法與程序設(shè)計的概念和應(yīng)用，從而更好地掌握相關(guān)知識和技能，這種理解與應(yīng)用能力的提升有助于學(xué)生將在信息技術(shù)學(xué)科中學(xué)習(xí)到的知識遷移到其他學(xué)科和實際生活中。4.提高教師的教學(xué)水平和研究能力在算法與程序設(shè)計深度學(xué)習(xí)教學(xué)策略的研究過程中，教師需要不斷探索和研究新的教學(xué)方法和手段，這樣有助于提高教師的教學(xué)水平和研究能力。通過不斷反思和改進教學(xué)方法，教師能夠提升自