关键词：思维导图信息技术教学方法引入
一、思维导图引入背景
思维导图作为一种思维工具，可使发散性思维可视化，其已应用于人类活动的多个领域，包括学习、沟通、治理、演讲、会议等；符合人脑认知的特性，有利于人脑扩散思维的发展。思维导图在国外已经被普遍使用；在国内，随着信息技术的发展，其应用在逐步普及。
二、高中信息技术教学活动的困境
经多年发展，高中信息技术教学中的很多问题都得到解决，但因多方面原因，有些问题还是切实困扰广大信息技术教师，主要有以下几点：
1.课时不足
因信息技术科目仅为学业水平测试科目，故本学科地位相对较低，且社会大众和学生家长甚至学生本人往往将信息技术课程的学习简单等同为玩电脑，从而对其产生简单易学的错误观念。基于以上和其他各类原因，信息技术课的课时为一星期两课时，这个课时量如果单纯用于应对学业水平测试，勉强够用。但此课时量如果要切实落实新课标中信息技术课程的教学目标，提高学生的信息素养又稍嫌不足。
2.内容庞杂
谭浩强教授曾说：“新课标从模块设置到每个模块内容的制定，都严重超出当前学生的认知能力，脱离中国中小学信息技术教育实际条件与环境。”随着时间的发展和信息技术的普及，这一现象在逐渐好转，但信息技术课程的内容依旧是相当庞大的。一般学生学习两个模块：必修（信息技术基础）加选修（五选一）。内容几乎涵盖信息技术的各个方面，以选修网络技术的学生而言，其学习内容中涉及的软件大约有以下一些：WindowsXp操作系统、MicrosoftWord、MicrosoftExcel、MicrosoftFrontpage、Outlook、MicrosoftAccess、InternetExplorer。其涵盖内容甚至超过全国计算机等级考试一级“计算机基础及MSOffice应用”的涵盖内容。
3.知识点分散且耦合性不强
因学科特点，信息技术的知识点尤其软件操作的知识点相对独立且分散，没有明显的联系与先后顺序，各知识点间没有必然的联结，耦合性较低。例如：在Word操作中，文字的格式设定与段落格式或页面格式的设定并没有必然联系。
三、思维导图方法的引入
正因为以上一些问题，对学生和教师都提出了挑战与要求。如何在有限时间内，帮助学生提高效率，建立知识点间的联系就成为需要切实解决的问题。思维导图的使用对解决这一问题有极大的帮助。
1.思维导图简介
思维导图为英国人东尼・博赞创于上世纪七十年代，又叫心智图，是表达发射性思维的有效图形思维工具，它简单有效。思维导图运用图文并重的技巧，把各级主题的关系用相互隶属与相关的层级图表现出来，在主题关键词与图像、颜色等之间建立记忆链接，利用记忆、阅读、思维规律，协助人们在科学与艺术、逻辑与想象之间平衡发展。
2.思维导图的特点
思维导图的特点如下图所示：
图思维导图的特点
3.思维导图引入后的优势
思维导图的引入为教学工作带来以下便利：
（1）知识图形化，降低学习难度，提升教学效率。
思维导图使用丰富的色彩、多样的图形将文本知识转化为图像信息。根据认知心理学的研究，人们在获取外部信息的过程中，视觉信息影响远大于听觉等其他感知器官的信息影响，人脑对图像的加工和记忆约为文字的千倍。图像信息更有利于大脑进行加工、存储与读取。所以运用图像信息进行教学能有效降低难度、提高效率。思维导图在其组织过程中关注关键内容与节点，能有效屏蔽干扰。调查显示：与传统记录方式相比，只记忆相关词可以节省时间50%～95%，只读相关词可节省时间90%多，复习思维导图笔记可节省时间90%，不必在不需要的词汇中寻找关键词可节省时间90%，从而使人集中精力于真正的问题，高效运用时间，提升教学效率。
（2）提高整体把握能力，加强联系，增强记忆。
思维导图的组织结构方式为树形结构，由一个根节点逐步发散，分层展开；其结构层次清晰，联系紧密，符合自然规律与人脑认知方式。根据数据结构中二叉树的特点可以看出，此种结构关系明确，易于遍历存储与提取。通过使用思维导图，对知识或事物的整体结构层次一目了然，从而提升教学双方的整体把握能力。根据认知心理学的研究，相互联系的知识更易于接受与记忆。思维导图在各知识点之间都建立相关联系，建立知识之间的脉络，加强知识之间的联系，从而有利于知识的接受与记忆。
（3）培养高阶思维能力。
1引言(Introduction)
在当前软件产业迅猛发展的形势下，社会和企业对软件人才的要求越来越高，不仅要求毕业生有扎实的专业基础知识，还要有解决实际问题的思维能力和创新能力。但是，大多数毕业生走向工作岗位后存在理论与实践结合能力较弱和综合应用知识能力欠缺问题[1]，对实际问题的求解没有清晰的思路，不能在短时间内胜任企业的工作。因此，我们应重视和加强培养学生解决现实问题的思维能力和综合应用知识的创新能力。
《高等学校计算机科学与技术专业人才专业能力构成与培养》中指出，计算机专业人才的专业基本能力主要包括计算思维能力、算法设计与分析能力、程序设计与实现能力、系统能力[2]。其中计算思维能力是至关重要的，良好的思维能力是取得成功求解问题的关键。本文结合软件工程课程的特点，重点探讨培养学生计算思维能力的问题，分析软件工程课程知识点与计算思维能力点之间的对应关系，研究如何在软件工程课程的教学过程中渗透计算思维方法，通过理论教学和实践教学培养学生的计算思维能力，进而提高学生解决实际问题的能力。
2计算思维、计算思维能力(Computationalthinking，computationalthinkingability)
计算思维是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为，它包括了涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动[3]。计算思维是利用计算机解决实际问题的思维方法，它的本质是抽象(Abstract)和自动化(Automation)。典型的计算思维包括一系列广泛的计算机科学的思维方法：递归、抽象、分解、关注点分离、约简、迭代、预置和缓存、保护、冗余、容错、回溯、纠错和恢复等等。
计算思维能力是指人们运用计算思维方法思考的能力。对于计算机专业人才的培养，计算思维能力主要包括问题及问题求解过程的符号表示、逻辑思维与抽象思维、形式化证明、建立模型、实现类计算和模型计算、利用计算机技术等[2]。这些能力的培养需要以课程知识为载体，在教师有意识、有计划的引导下，在不断的实践过程中实施[4]。
3软件工程课程知识点与计算思维能力点的关联(Therelationshipbetweenknowledgepointsofsoftwareengineeringcoursesandtheabilityofcomputationalthinking)
软件工程是研究软件开发和软件管理的一门工程学科，它主要包括技术和管理两方面的内容。在新建本科院校的计算机类专业，软件工程课程重点讲授软件技术方面的知识，包括软件工程基本概念、基本原理和基本方法，强调应用计算机技术解决实际问题的方法和步骤，使学生掌握软件开发各个阶段规范的方法、工具和过程[5]。软件工程知识体系主要有结构化方法和面向对象方法两大部分，下面重点分析两种软件开发方法涉及的主要知识点与计算思维方法、计算思维能力点的关联。
3.1结构化软件开发方法
结构化软件开发方法的主要过程是：结构化需求分析(SA)、结构化设计(SD)、结构化编码测试(SP)，其主要特点是按功能分解系统，自顶向下逐步分解，将一个复杂系统分解为简单子系统，每个阶段都要遵循规范的方法和步骤，通过严格的评审后才能开始下个阶段的工作。各个阶段的主要知识点为与计算思维能力点的对应如表1所示。
在结构化方法开发软件过程中，涉及大量的计算思维方法：在需求分析阶段，对实际问题进行简化、抽取问题的本质，用到约简、抽象方法;在概要设计阶段，将复杂问题分解为若干个简单问题，用到关注点分离方法;数据库设计用到抽象和分解的方法;在调试程序的过程中，从发现错误的地方，沿程序的控制流往回追踪分析程序代码，直到找到错误，用到回溯方法等等。在开发软件的实践过程中，能够有效训练学生的计算思维能力。例如：需求分析阶段的数据流图、实体关系图、状态转换图，设计阶段的层次结构图、算法流程图，编码阶段的程序代码都是分析问题和求解问题的符号表示，分析和设计的过程就是逻辑思维与抽象思维的过程，需求分析过程就是建立模型的过程等等。由此可见，软件工程的知识点与计算思维的能力点是密切关联的。
3.2面向对象软件开发方法
面向对象软件开发方法的主要过程是：面向对象需求分析(OOA)、面向对象系统设计(OOD)、面向对象编码测试(OOP)。与结构化方法相比，面向对象方法的特点是按对象和类分解系统，更符合人类认识问题和解决问题的方法和过程。其主要知识点与计算思维能力点的关联如表2所示：面向对象的需求分析过程是建立对象模型、用例模型和动态模型的过程，对象分析过程是一个典型的抽象过程;功能分析将系统抽象和分解为若干个用例，是抽象和分解、关注点分离方法的典型应用;面向对象的设计和实现是在需求分析的基础上多次反复迭代的演化过程，对各个子系统的设计也用到抽象和分解、关注点分离方法。这些计算思维方法的应用对应着问题求解过程的符号表示、逻辑思维与抽象思维、建立模型、实现类计算和模型计算、利用计算机技术等计算思维能力点。在面向对象方法开发软件过程中，应用到大量的计算思维方法，有效的教学过程能够让学生理解、应用计算思维方法，达到训练学生计算思维能力的目的。
4培养计算思维能力的策略和方法(Thestrategiesandmethodsofdevelopingcomputationalthinkingability)
以软件工程课程知识点为载体，将计算思维训练融合在教学的各个环节当中，重点从意识、理解、实践三个层次入手，循序渐进的提高学生应用计算思维方法解决实际问题的能力。
4.1有意识的教学方法让学生认识到计算思维的重要性
从我们有关计算思维调研结果来看，大部分学生不了解计算思维的概念，在分析问题和解决实际问题的过程中，不会应用计算思维方法，即使用到一些计算思维方法也是无意识的。因此，在课堂教学和实践教学过程中，要充分发挥教师的主导作用，教师要将课程知识与实际问题紧密结合，激发学生学习兴趣，通过实际案例有意识地、系统地讲解计算思维的方法，让学生认识到计算思维方法在求解实际问题中的重要地位。
4.2案例教学让学生理解计算思维方法的应用
在教学过程中，选择一个学生比较熟悉的应用系统，如学生成绩管理系统、图书管理系统等，以这个系统的开发过程贯穿教学始终，有计划、有意识地讲解计算思维方法在系统开发各个阶段的应用，让学生领悟计算思维方法，理解计算思维方法在实际问题中的应用，通过需求分析训练学生的抽象思维和建立模型能力，通过系统设计、算法设计训练学生的逻辑思维能力，通过编写程序训练学生用符号表示问题及问题求解过程的能力，通过对实际项目的分析，让学生理解利用计算机求解问题的典型方法和过程。
4.3实践教学让学生在实践中应用计算思维方法
软件工程课程是一门实践性很强的课程，课程本身实践环节可分为课程实验和课程设计两部分。课堂上的案例教学让学生建立计算思维的意识，理解计算思维在实际问题中的应用，课程实验就要让学生以小组的形式模拟案例开发一个简单的系统，小组成员分工合作，应用计算思维方法完成需求分析、系统设计、编码测试过程，实现系统的主要功能。课程设计是在课程结束后进行的综合性的实践环节，训练学生综合应用知识的能力、应用计算思维解决实际问题的能力和团队合作能力等。
此外，通过实习实训、毕业设计等综合性的实践环节，通过大学生创新创业项目、程序设计大赛等活动，进一步强化、提升学生的计算思维能力。
5结论(Conclusion)
计算思维能力的培养不可能通过一门课程完成，需要通过系列课程有意识、有计划、持续地训练，需要在不断的学习实践中领悟和提升。本文对如何在软件工程的教学过程中渗透计算思维方法，培养学生计算思维能力做了一些初步的探讨，实践表明，将计算思维方法融入软件工程课程的教学过程中，提高了学生解决实际问题的能力和计算思维能力，对应用型人才的培养大有裨益。
科学技术对社会的影响，首先深刻地反映在人的思维方式的影响方面，从根本上说，尤其是对基本观念的影响。划时代的新科学观念的诞生，将通过人的思维方式而影响全球社会一切组织方式、行为方式和生活方式，其内核就是价值观念的根本转变。
由于系统论、信息论、控制论，以及耗散结构论、协同论、超循环论、突变论，特别是混沌理论等系统科学学科的理论与方法的综合发展，已形成关于复杂系统思维方式。或称之为现代系统思维方式，这是l9世纪形成的辩证思维方式的继承、综合和创新的发展。这种思维方式已开始渗透到几乎所有的学科领域。
现代系统思维方式也即现代科学思维方式，是辩证系统思维方式与当代科学技术发展结合的新形式。与机械思维方式相比，现代科学思维方式表现了大系统思维、大开放思维、大目标思维、大科学思维等重要特征。
一、大系统思维
大系统思维是指突破简单性的复杂系统整体思维。大系统思维是现代系统思维方式最基本的特征。
随着科学技术与产业发展日益走向一体化，自动控制理论和管理科学等许多学科部引入了大系统观念，认为大系统是因素众多、结构庞大、层次复杂、目标多样的对象系统，也是一类自组织化程度极高的复杂系统。所谓系统自组织，从组织控制角度来说，是指一类复杂系统，在没有任何外部信息输入、输出的内外交换前提下，系统自身通过内部机制的相互作用，也能实现系统自反馈、自协调、自修复、自繁殖、自创新的运行。
大系统思维的主要特征是关联思维。当系统发生关联综合整体效应，出现新质、新结构功能、新规律性时，也就体现了创新性。现在各国的发展战略重点均在考虑如何提高综合国力。一个大型企业可持续的整体技术创新能力，是知识经济时代企业综合竞争力的关键。为此，从国家到企业，如何改善体制结构，制定关联综合的发展战略极为重要。而提高国民素质和企业每个成员的素质，叉成为国家企业发展中关联思维的基础性环节。
代表计算机领域第三次浪潮的互联网络，是技术发展上关联思维的典型。当代计算机的发展经历着大型计算机、个人计算机和互联网络计算机三次浪潮。第一次浪潮中．为了进行快速复杂计算．处理信息是关键。但许多终端共同使用大型主机的数据及运算，其前提是必须会说这种系统的电子语言，规模有限，十分昂贵，且由大型机集中分析处理信息在商用上更是诸多不便：
小型的桌上个人计算机的发明，提供了及时获得计算机分析结果的方便，推动了计算机发展的第二次浪潮。第三次浪潮则是把所有计算机都连接在一起而获得信息共享的互联网络的出现，最初是1969年产生于美国国防部高级研究项目局，研制了用于支持军事研究的计算机实验网络。1988年美国国家科学基金会在全国范围内建立了五大超级计算机中心共享巨型机资源，进而投入了全国组网工程，全美上百万台计算机及几百万个用户开始进入国家科学基金会网络，随后各国的计算机网络也纷纷加入这个互联网络，成为全球范围的公共网。1994年，计算机最重要的创新是“环球网”的形成。现在，进入互联网络的任何计算机，都能够实现交换电子邮件及其他文件，从图书检索到电子报刊、电子游戏等，互联网络将运送所有“多媒体”信息随时供用，互联网络成为全球最大的图书馆和信息数据库。
互联网络技术原理的思维方式其实质是关联思维方式。
计算机互联网络与人的神经网络有相似之处。本世纪下半叶来，脑科学的进展，从脑神经解剖中发现，人的大脑神经网状结构的特点是，每个脑神经都同许多其它的神经发生关联，一批神经对某一神经作输入时，该神经又通过输出同另一批神经关联，大脑约有140亿个神经元，其关联网络比现在计算机全球互联网络不知复杂多少倍，而且大脑细胞即使损伤了还能自修复、自生长、互相连接，输出和输入的关系是非线性的。如能进一步揭开大脑智力功能的关联发生之谜，使计算机的信息传递、计算、加工、储存都像大脑一样在原子、分子量级上进行，则计算机科学又将发生新的重大飞跃。
大系统思维注重从整体的综合论、透视论、自组织性角度去研究系统的动态变化，侧重研究复杂系统的性质和关联关系，这种思维方式体现着现代科学技术思维的新变化，即从简单性转向复杂性，从线性转向非线性，从严格决定论转向非严格决定论，如统计性、模糊性、随意性、可行性、不确定性、不稳定性、不可逆性，以及转向微观分析与长程关联的结合等问题，这些已愈来愈成为当代科学研究的主攻方向，而混沌研究更是重点，展现着广阔的前景。
二、大开放思维
我们强调大开放思维，就是强调不仅限于物理系统和生命系统，同样要贯彻到社会系统的思维过程中去，突破因循守旧的旧传统思维方式。
各国在纠正负面效应的过程中，也逐渐省悟到更重要的是全面观念更新，包括全球观、发展观、战争观、科技观、国际合作观、伦理道德观、法制观、未来教育观等观念及思维方式的根本更替多么重要，否则仍然难免死灰复燃。大开放思维正是提出这样一种角度，即面对社会与环境错综复杂的问题，着力于去把握一些基本关联。
在社会发展与生存环境关联上，开放思维方式的重新定向主要是：第一，着眼现在，反思过去，总结经验，立足未来。第二，在分清主次、全局与局部、正面与负面、慢变参量与快变参量的区别前提下，应当看到对立面的转化，即在一定条件下，对立面还会向相反方向转变。局部破坏到整体质变，局部好转到全局好转，变废为宝更是常有的事。人类从机械时代以来，在人与自然关系的观念中，存在许多盲目性、近视、无知，追求局部利益，陶醉于短期效应。
2l世纪是知识经济时代的世纪，新知识的开发比什么都重要，要创造新产品，就要有新的设计原理或新设计方案，要敢于突破已有的设计模式，要有真正的思维开放性来导向，关键是激发人的创造潜力。未来世纪的开发型人才比重将远远超过第一线生产人员，因而关于人的创造力的管理将是未来管理的尖端问题。
大开放思维特征标志着要勇于突破传统的主观思维结构的局限性，特别是科学观念方面，要突破物理系统和生物系统昙次，而扩大到从学科之间、不同领域之间的交互作用，从社会、全球以至宇宙系统层次去考察。强调大开放思维，正是与传统式的封闭思维的蜊界，这是探索复杂系统问题所要求的。
三、大目标思维
把目的性、目的论等目的或目标思维引入思维系统，是现代复杂系统思维方式区别于以往哲学思维的又一重要特征。长期以来，目的论概念通常与神秘的超自然力量相联系，以至“科学思维不得不拒绝关于目的的那些信条和目的论的那些概念，而赞成一种严格机械决定论的自然观。”
大目标思维即把维护全球人类社会根本利益和长远利益的认识转化为全人类的思维方式，通过社会教育，在人类心灵深处扎根，才能在开启心智时，自觉地、主动地遵循社会大航标考虑问题、处理问题，达到人文精神与科学精神的高度统一，思维方式与行为方式的协调统一。
关于科学技术目标与社会的关联，这是大目标思维的突出问题孤立、静止、片面的形而上学思维方式，往往忽略这种联系，而实际上谁也不能回避这种联系：
当代技术目标的追求包含着深刻的可持续发展的理性选择和知识经济的新角度选择。高科技时代的大目标思维，既强调弄清目标演化的时代性和目标选择的理性支持，又强调理顺复杂系统多目标的层次性和关联性，以及演化过程的协调与统一，只有这样，才能高瞻远瞩，避免停留在孤立、静止、近视的形而上学思维怪圈中打转转，从而脚踏实地地、自强自为地去实现宏伟的目标。
四、大科学思维
二十世纪以来，由于现代科学技术显示出对生产力发展的第一位的作用，人们在实践中对科学技术与生产之间的内在关系和转化过程的认识也不断深化，因而学科设置、社会建制和产业结构等多方面都发生了重大的变革、调整和创新，并逐步填补了转化中介序列的空白，搭起了由此及彼的桥梁。
大科学思维，这只是一种象征性表达，其意义在于按照科学的整体联系和大统一方式思维，以改变传统狭隘的思维方式和价值观；在实践中克服实现科学大统一的各种政策、体制、法规的障碍；在学科设置中，致力于调整学科关系和层次，促进基础科学成果更高效地转化为产业开发：以及推动适应大科学态势的社会科学学科的改革和重建；以至调整社会结构和管理，调整人与自然关系，使社会发展、人天关系趋于和谐。
在现代科学技术革命条件下，邓小平认为只讲科学是生产力还不够，因而提出“科学技术是第一生产力”的光辉论断，这是对时展的实质性概括，也是对马克思主义理论的重大贡献。这一论断更是大科学思维的主题。邓小平认为要实现科技向生产力转化，要深化经济体制和科技体制改革，要发展高科技，实现产业化，要尊重知识、尊重人才。并形成一个中心两个基本点的基本路线。
我们的科教兴国，全球技术创新的浪潮，都是科技与经济一体化发展的大科学思维。90年代以来，知识创新对社会经济增长的贡献率已超过其他生产要素的总和。而信息产业已成为知识经济时代的支柱产业，成为超过工业、农业的第一大产业，核心则是知识创新。但知识形态本身不是经济，而要通过一系列的转化环节，才能变为直接生产力以至进一步转化为现实的生产力。大科学思维正是在。转化”上进行大系统的关联思维，包括近程的关联转化到长程的关联和达到知识形态完成向经济效益的根本转化。
国家、科研部门、高等学校、企韭、金融经销部门等的互动关联，形成一个复杂的“知识经济”社会大体系，这种大关联思维，就是广义的大科学思维，体现了一种高科技时代科技、经济、社会协调运作、持续发展的新思维。
