STEM視野下計(jì)算思維能力的發(fā)展策略研究*

朱 珂 賈鑫欣

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STEM視野下計(jì)算思維能力的發(fā)展策略研究*

朱 珂 賈鑫欣

（河南師范大學(xué) 教育學(xué)院，河南新鄉(xiāng) 453007）

計(jì)算思維是個(gè)體運(yùn)用計(jì)算科學(xué)的思想方法進(jìn)行問題解決時(shí)產(chǎn)生的思維活動(dòng)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力有重要作用。隨著創(chuàng)客教育、STEM教育等新型課堂教學(xué)模式的涌現(xiàn)，計(jì)算思維的培養(yǎng)策略也面臨著新的挑戰(zhàn)。文章首先分析了計(jì)算思維向系統(tǒng)思維發(fā)展的趨勢，并結(jié)合計(jì)算思維能力對(duì)STEM教學(xué)過程的支撐作用以及STEM教育中發(fā)展計(jì)算思維的優(yōu)勢兩個(gè)方面，闡釋了STEM視野下發(fā)展計(jì)算思維能力的必要性。隨后，文章構(gòu)建出STEM視野下計(jì)算思維能力的培養(yǎng)策略，并以案例方式進(jìn)行驗(yàn)證，最后提出相關(guān)建議，以期為STEM視野下計(jì)算思維能力的培養(yǎng)提供參考。

計(jì)算思維；STEM教育；發(fā)展策略；創(chuàng)客教育

引言

隨著教育信息化程度不斷提高、數(shù)字化進(jìn)程不斷發(fā)展，計(jì)算思維已成為人們的主要思維方式，是人們思維能力的主要特征之一[1]。隨著互聯(lián)網(wǎng)與教育的快速融合，計(jì)算思維的培養(yǎng)策略面臨新的發(fā)展與挑戰(zhàn)。融合了系統(tǒng)思維的計(jì)算思維克服了傳統(tǒng)計(jì)算思維的弱點(diǎn)，將批判理論、復(fù)雜理論和變化理論融入傳統(tǒng)計(jì)算思維，對(duì)智能時(shí)代人才培養(yǎng)有重要意義。本研究分析了STEM（Science、Technology、Engineering、Mathematics）教育理念與融合了系統(tǒng)思維的計(jì)算思維兩者的特點(diǎn)和STEM視野下發(fā)展計(jì)算思維的新變化，探尋STEM視野下計(jì)算思維能力的發(fā)展策略，以期為我國計(jì)算思維能力的發(fā)展提供借鑒。

一 計(jì)算思維概述

1 計(jì)算思維的概念及內(nèi)涵

卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的周以真[2]在2006年首次提出計(jì)算思維的概念，她將計(jì)算思維定義為一種思維模式，認(rèn)為計(jì)算思維是一種運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)基本概念求解問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類行為的活動(dòng)。2010年，周以真進(jìn)一步將計(jì)算思維表述為一種解決問題的思維過程，能夠抽象、清晰地將解決方案和問題用信息處理代理（人或機(jī)器）有效執(zhí)行的方式表述出來[3]。

計(jì)算思維不是一門單獨(dú)的學(xué)科，它源于計(jì)算機(jī)科學(xué)，和數(shù)學(xué)思維、工程思維有非常緊密的關(guān)系。計(jì)算思維不僅是一種適應(yīng)于計(jì)算機(jī)科學(xué)的概念和思維，還能提供一種廣泛應(yīng)用于工作、學(xué)習(xí)、生活中分析問題的視角[4]。計(jì)算思維涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)的一系列思維活動(dòng)，其有以下特點(diǎn)：①計(jì)算思維是概念化而非程序化的；②計(jì)算思維是人而非計(jì)算機(jī)的思維方式；③計(jì)算思維是數(shù)學(xué)和工程學(xué)的互補(bǔ)與融合；④計(jì)算思維是思想而非人造物；⑤計(jì)算思維面向所有人。相應(yīng)地，具備計(jì)算思維能力的人應(yīng)具備計(jì)算機(jī)科學(xué)家一樣的思考方式，遇到問題時(shí)考慮是否把問題公式化；能通過搜集、分析數(shù)據(jù)理解問題，并分解問題；能去除細(xì)節(jié)、概括抽象、尋找模式，從而解決同類問題；能制定解決問題的步驟、建立仿真模型，對(duì)解法進(jìn)行測驗(yàn)和調(diào)試。

2 計(jì)算思維的新發(fā)展：從計(jì)算思維走向系統(tǒng)思維

Steve[5]提出，系統(tǒng)思維是計(jì)算思維的未來發(fā)展方向。通過以下三個(gè)方面，系統(tǒng)思維彌補(bǔ)了計(jì)算思維的不足：

（1）批判理論的融入

只要以一種運(yùn)用計(jì)算機(jī)解決的方式提出問題，傳統(tǒng)的計(jì)算思維者就可以不加批判地接受這些問題的描述，這意味著缺乏對(duì)問題所處系統(tǒng)環(huán)境的認(rèn)識(shí)。系統(tǒng)思維認(rèn)為任何系統(tǒng)都是處在上位系統(tǒng)和子系統(tǒng)的連續(xù)迭代中。因此，處理問題時(shí)，必須伴隨著對(duì)上位系統(tǒng)和子系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。在提倡跨界融合的“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代，計(jì)算思維者要在系統(tǒng)環(huán)境中思考、發(fā)現(xiàn)并解決問題。

（2）復(fù)雜理論的融入

傳統(tǒng)的計(jì)算思維者在解決方案中傾向于采用過于簡單的、線性的方法，很少在多個(gè)時(shí)間尺度上或從多個(gè)空間維度進(jìn)行評(píng)估，還可能忽略解決方案的系統(tǒng)性。系統(tǒng)思維通過對(duì)系統(tǒng)行為的理解和一系列概念來彌補(bǔ)這一缺陷，是處理復(fù)雜性問題的一種重要方法。我們?cè)趩栴}解決的過程中，需要習(xí)得蘊(yùn)含在問題解決過程中的過程性知識(shí)。在飛速發(fā)展的人工智能時(shí)代，計(jì)算思維者需要將知識(shí)運(yùn)用于現(xiàn)實(shí)生活中，根據(jù)知識(shí)所處的背景信息辨識(shí)問題本質(zhì)并靈活解決問題。

（3）變化理論的融入

傳統(tǒng)的計(jì)算思維往往根據(jù)固有的步驟解決問題，依據(jù)信息的形式或來源制定解決方案，限制人們思維的靈活性與創(chuàng)新性。然而，現(xiàn)實(shí)中的問題總是存在于一個(gè)系統(tǒng)中，需要伴隨著對(duì)更廣泛的包含系統(tǒng)和各子系統(tǒng)的系統(tǒng)效應(yīng)的認(rèn)識(shí)。系統(tǒng)思維提供了豐富的變化理論，側(cè)重于通過提供新形式的信息或者利用新的信息來源來提供解決問題的新途徑。在提倡創(chuàng)新能力的創(chuàng)客時(shí)代，計(jì)算思維者需要靈活地進(jìn)行知識(shí)的遷移，在學(xué)習(xí)過程中提高自己的創(chuàng)新與實(shí)踐能力。

綜上所述，融合了系統(tǒng)思維的計(jì)算思維克服了傳統(tǒng)計(jì)算思維的缺點(diǎn)，更符合時(shí)代要求。主要表現(xiàn)為：①融合了系統(tǒng)思維的計(jì)算思維與STEM教育理念不謀而合，STEM教育可以培養(yǎng)學(xué)生以綜合知識(shí)發(fā)現(xiàn)問題并運(yùn)用計(jì)算思維解決問題的能力[6]；②STEM教育注重探究教學(xué)，讓學(xué)生通過自己的思考、觀察和實(shí)踐，掌握解決問題的方法，發(fā)現(xiàn)問題的本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，提高學(xué)生的思維能力和實(shí)踐能力[7]；③STEM教育融合了科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)的理論，以問題解決為核心，進(jìn)行跨學(xué)科的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)遷移能力；④STEM教育倡導(dǎo)使用工程思維去解決問題，工程問題包含設(shè)計(jì)、制作和改進(jìn)的解決過程，可以培養(yǎng)學(xué)生的“工匠精神”和創(chuàng)新能力[8]。

二 STEM視野下發(fā)展計(jì)算思維能力必要性

1 STEM教育的教學(xué)過程需要計(jì)算思維能力的支撐

計(jì)算思維包含分解、概括、算法思維、評(píng)估和抽象化五個(gè)要素[8]，STEM教育的教學(xué)過程分為確定問題、規(guī)劃、嘗試、修改和交流五個(gè)步驟[9]。STEM教學(xué)過程中的關(guān)鍵步驟需要計(jì)算思維要素的支撐，兩者的關(guān)系如圖1所示：①在“確定問題”環(huán)節(jié)，學(xué)習(xí)者具備一定程度的分解能力后，可以將問題分解成較小的部分，通過采用簡單的方式定義問題，確定一些成功標(biāo)準(zhǔn)，從而使問題更容易解決；②在“規(guī)劃”環(huán)節(jié)，學(xué)習(xí)者具備一定程度的概括能力后，可以找出問題的解決方案，制定詳細(xì)的計(jì)劃，確定執(zhí)行解決方案的步驟，從而發(fā)現(xiàn)任務(wù)中的關(guān)鍵點(diǎn)；③在“嘗試”環(huán)節(jié)，學(xué)習(xí)者具備一定程度的算法思維后，可以使用編程語言完成最終的解決方案；④在“修改”環(huán)節(jié)，學(xué)習(xí)者具備一定程度的評(píng)估能力后，可以利用自己的評(píng)估技能確定是否需要修改、調(diào)整或改善方案中的某些部分；⑤在“交流”環(huán)節(jié)，學(xué)習(xí)者具備一定程度的抽象化能力后，可以向同伴們展示自己的最終解決方案，并解釋自己的解決方案為何符合成功標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 STEM教學(xué)過程與計(jì)算思維的關(guān)系

2 在STEM教育中發(fā)展計(jì)算思維的優(yōu)勢

計(jì)算思維和STEM教育的契合點(diǎn)在于跨學(xué)科和情境學(xué)習(xí)。信息技術(shù)課程是培養(yǎng)計(jì)算思維的有效載體，但計(jì)算思維作為人類科學(xué)思維中固有的組成部分，其早于計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，所以對(duì)計(jì)算思維的培養(yǎng)決不能被限制在信息技術(shù)課程之中。計(jì)算思維的培養(yǎng)需要結(jié)合STEM教育跨學(xué)科知識(shí)融合的理念，從全方位出發(fā)，與多門學(xué)科的知識(shí)有機(jī)融合[10]。培養(yǎng)計(jì)算思維時(shí)，不能只通過機(jī)械的概念理論教學(xué)來實(shí)現(xiàn)，情境化的學(xué)習(xí)更容易從能力的提升上升到思維的養(yǎng)成。培養(yǎng)計(jì)算思維時(shí)，教師需要在教學(xué)過程中有目的地引入或創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生的情感[7]。情境學(xué)習(xí)可以為學(xué)生提供良好的暗示或啟迪，有利于鍛煉學(xué)生的創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)學(xué)生的適應(yīng)能力。

以上提到的兩方面和STEM教育的理念不謀而合，一個(gè)已經(jīng)具有基本計(jì)算思維的學(xué)生進(jìn)行STEM教育，在貫通不同學(xué)科、設(shè)計(jì)問題解決方案、整合資源等方面具有較大優(yōu)勢。

三 STEM視野下發(fā)展計(jì)算思維的新變化

STEM視野下計(jì)算思維的發(fā)展打破了傳統(tǒng)計(jì)算思維發(fā)展的局限，從發(fā)現(xiàn)問題的視角、挖掘問題的深度、處理問題的應(yīng)變力以及培養(yǎng)的途徑與方法四個(gè)方面論述STEM視野下發(fā)展計(jì)算思維的新變化。

1 發(fā)現(xiàn)問題的視角不同

只要能夠以一種運(yùn)用計(jì)算機(jī)解決的方式提出問題，傳統(tǒng)的計(jì)算思維者就可以不加批判地接受這些問題的描述，因此會(huì)妨礙學(xué)生創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新意識(shí)的發(fā)展。STEM視野下的計(jì)算思維彌補(bǔ)了這一缺陷，可以讓學(xué)生運(yùn)用多門學(xué)科知識(shí)發(fā)現(xiàn)并解決現(xiàn)實(shí)情境中的問題，全面考慮有關(guān)該問題的相關(guān)性知識(shí)，在解決方案中從多維度進(jìn)行評(píng)估，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維，強(qiáng)化學(xué)生在信息技術(shù)方面的知識(shí)和技能，鍛煉學(xué)生從多種視角發(fā)現(xiàn)問題、分析問題的能力。

2 挖掘問題的深度不同

傳統(tǒng)的計(jì)算思維往往根據(jù)固有的步驟解決問題，在解決方案中傾向于采用簡單的、線性的方法，很少在多個(gè)時(shí)間尺度上或從多個(gè)角度進(jìn)行評(píng)估，并且還可能忽略解決方案的系統(tǒng)性。STEM視野下的計(jì)算思維可以讓學(xué)生通過自己的思考、觀察和實(shí)踐掌握解決問題的方法，根據(jù)知識(shí)所處背景信息辨識(shí)問題本質(zhì)并靈活解決問題，在問題解決過程中培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)遷移能力，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中鍛煉自己的思維能力與實(shí)踐能力。

3 處理問題的應(yīng)變能力不同

傳統(tǒng)的計(jì)算思維沒有涉及關(guān)于如何在復(fù)雜系統(tǒng)中發(fā)生變化的理念，其解決方案往往根據(jù)信息的形式或者信息的來源發(fā)生變化。傳統(tǒng)的計(jì)算思維根據(jù)固有的步驟解決問題，從而限制了人們思維的靈活性與創(chuàng)新性。STEM視野下的計(jì)算思維通過學(xué)科整合，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科融通和知識(shí)遷移能力，在參與問題解決的過程中培養(yǎng)學(xué)生靈活解決問題的能力以及創(chuàng)新力。

4 培養(yǎng)的途徑與方法不同

現(xiàn)在對(duì)計(jì)算思維的強(qiáng)調(diào)更多還是體現(xiàn)在信息技術(shù)課程中，計(jì)算思維作為人類科學(xué)思維中固有的組成部分，早于計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，所以對(duì)計(jì)算思維的培養(yǎng)絕不能被限制于信息技術(shù)課程中。計(jì)算思維的培養(yǎng)應(yīng)該從全方位出發(fā)，與多門學(xué)科的知識(shí)進(jìn)行有機(jī)融合。與傳統(tǒng)教學(xué)相比，在經(jīng)過教學(xué)設(shè)計(jì)的情境之下學(xué)習(xí)更容易從能力的提升上升到思維的養(yǎng)成。STEM教育具有跨學(xué)科與情境教學(xué)的特征，因此在STEM教育中培養(yǎng)計(jì)算思維可以取得較好的效果。

四 STEM視野下發(fā)展計(jì)算思維能力的策略與教學(xué)案例

1 STEM視野下培養(yǎng)計(jì)算思維能力的策略

STEM教育的教學(xué)過程需要計(jì)算思維能力的支撐。學(xué)生只有具備基本的計(jì)算思維能力，才能在STEM教育的教學(xué)過程中完成相應(yīng)的學(xué)習(xí)任務(wù)。同時(shí)，在STEM教育的教學(xué)過程中也會(huì)相應(yīng)地培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。因此，為了更好地實(shí)施STEM教育，需要在STEM教育的教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力?？梢酝ㄟ^以下STEM教學(xué)過程中的五個(gè)步驟來引導(dǎo)學(xué)生找出解決方案（具體流程如圖2所示），每個(gè)步驟會(huì)在相應(yīng)程度上鍛煉他們的計(jì)算思維能力：

①確定問題。向?qū)W生提出一個(gè)主題，通過這個(gè)主題將他們引入一個(gè)問題或一種需要改善的情況。為了使問題更容易解決，可以將問題分解成較小的部分，培養(yǎng)學(xué)生的“問題分解”能力。也就是說主要考察：學(xué)生能否用自己的語言來解釋問題；學(xué)生能否描述如何判斷自己是否成功地解決了問題；學(xué)生能否將問題分解成更便于管理的小問題。

②規(guī)劃。想象問題的不同解決方案，然后制定一份詳細(xì)計(jì)劃執(zhí)行其中一種方案，并確定執(zhí)行解決方案的步驟。通過發(fā)現(xiàn)任務(wù)中可能遇到的問題，培養(yǎng)學(xué)生的“概括”能力。也就是說主要考察：學(xué)生能否列出要編程的操作；學(xué)生能否確定要使用的程序；學(xué)生能否重新使用部分程序。

③嘗試解決方案。學(xué)生需要完成最終的解決方案，在此階段，他們要使用編程語言來激活模型。在學(xué)生對(duì)自己的想法進(jìn)行編程的過程中，他們的“算法思維”將得到培養(yǎng)。也就是說主要考察：學(xué)生能否將解決方案編寫成一個(gè)程序；學(xué)生能否利用序列、循環(huán)、條件語句等技巧。

④修改。學(xué)生要根據(jù)程序和模型是否符合成功標(biāo)準(zhǔn)來評(píng)估解決方案，并利用自己的評(píng)估技能，確定是否需要更換、修改、調(diào)整或改善程序的某些部分。也就是說主要考察：學(xué)生是否使程序?qū)崿F(xiàn)了迭代；學(xué)生是否修復(fù)了程序中的問題；學(xué)生能否判斷解決方案是否與問題相關(guān)。

⑤交流。學(xué)生要向同學(xué)展示自己最終的解決方案，并解釋自己的解決方案為何符合成功標(biāo)準(zhǔn)。在解釋解決方案的過程中，學(xué)生的抽象化能力和溝通技能將得到培養(yǎng)。也就是說主要考察：學(xué)生能否解釋解決方案中最重要的部分；學(xué)生是否描述了足夠的細(xì)節(jié)來使他們的解決方案更易理解；學(xué)生能否清楚地說明他們的解決方案為何滿足成功標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 STEM視野下培養(yǎng)計(jì)算思維的流程圖

2 STEM視野下發(fā)展計(jì)算思維能力的教學(xué)案例

根據(jù)以上分析，本研究對(duì)STEM視野下發(fā)展計(jì)算思維能力的教學(xué)過程進(jìn)行了設(shè)計(jì)。案例選自于高一年級(jí)“算法的質(zhì)疑與拓展”的程序設(shè)計(jì)研究課中計(jì)算思維能力培養(yǎng)部分的教學(xué)活動(dòng)。該案例選擇計(jì)算機(jī)奇偶校驗(yàn)?zāi)M軟件設(shè)計(jì)與制作來詮釋算法，以滲透計(jì)算思維訓(xùn)練，并在算法的質(zhì)疑與拓展中豐富學(xué)生對(duì)算法的理解和對(duì)技術(shù)哲學(xué)的思考。

①確定問題。2016年3月9日，“人狗大戰(zhàn)”迎來首輪戰(zhàn)局。經(jīng)過3個(gè)多小時(shí)，九段李世石向“阿爾法狗”投子認(rèn)輸。針對(duì)“李世石究竟輸給了誰？算法究竟是什么？計(jì)算機(jī)是如何工作的？”等問題，本節(jié)課的設(shè)計(jì)圍繞“算法是什么、計(jì)算機(jī)是如何工作的”的問題與如何培養(yǎng)計(jì)算思維兩條線索展開。

②規(guī)劃。借助魔術(shù)，揭秘計(jì)算機(jī)檢測錯(cuò)誤的方法——奇偶校驗(yàn)法：首先，出示25張整齊排列、黑白兩面的牌，由學(xué)生任意翻動(dòng)牌；然后，增加一行一列，待老師轉(zhuǎn)身后，學(xué)生翻動(dòng)一張牌；最后，老師找出被翻動(dòng)的牌。魔術(shù)中增加的一行一列和計(jì)算機(jī)中奇偶校驗(yàn)位的作用相似，目的是為了將行列黑紙牌數(shù)量偶數(shù)化，這樣一來，一旦某張牌被翻動(dòng)，教師便能迅速找出被翻動(dòng)的紙牌位置。通過揭秘魔術(shù)，讓學(xué)生了解計(jì)算機(jī)奇偶校驗(yàn)的基本原理，為奇偶校驗(yàn)法模擬軟件進(jìn)行數(shù)學(xué)建模和算法描述做鋪墊。

③嘗試解決方案。引導(dǎo)學(xué)生用N-S工具描述算法，一行一行、一列一列枚舉，尋找黑色紙牌為奇數(shù)的行和列，找到二維矩陣中黑色紙牌為奇數(shù)的行列相交點(diǎn)便是要糾錯(cuò)的數(shù)據(jù)。其實(shí)，循環(huán)體部分包含了迭代算法，這也是一種重要的計(jì)算思維。設(shè)置一個(gè)代碼查錯(cuò)和一行代碼填空，弱化了代碼編寫，旨在引導(dǎo)學(xué)生既親歷程序設(shè)計(jì)的完整過程，又突出本課的重點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生深度思考算法及其工作流程。

④修改。學(xué)生能夠使用程序?qū)崿F(xiàn)該算法，當(dāng)學(xué)生出現(xiàn)問題時(shí)，教師通過引導(dǎo)幫助學(xué)生解決問題。在此階段，學(xué)生要能夠判斷出自己的方案是否符合問題解決的要求。

⑤交流。學(xué)生展示成果后，通過描述細(xì)節(jié)使其解決方案更易被他人理解，能清楚地說明解決方案滿足成功標(biāo)準(zhǔn)的原因，并能輕松理解計(jì)算的發(fā)展史是算法不斷被質(zhì)疑、被優(yōu)化的歷史。

在上述案例中，學(xué)生從現(xiàn)實(shí)問題產(chǎn)生認(rèn)知沖突，親歷一個(gè)項(xiàng)目從開始到結(jié)束的完整過程，理解算法是程序設(shè)計(jì)的靈魂，阿爾法狗的勝利是算法的勝利、李世石是輸給了一幫人的智慧，從而升級(jí)學(xué)生對(duì)算法的思辨，追問失控的技術(shù)所帶來的道德惡果。在解決教學(xué)問題的同時(shí)，學(xué)生的批判性思維能力、深度學(xué)習(xí)能力與計(jì)算思維能力均得到了培養(yǎng)。

五 相關(guān)建議

隨著創(chuàng)客教育、STEM教育等新型課堂教學(xué)模式的涌現(xiàn)，計(jì)算思維的培養(yǎng)模式也面臨著新的發(fā)展與變革。本研究認(rèn)為，STEM視野下計(jì)算思維能力的發(fā)展可從以下方面著手：

1 全方位出發(fā)，多種途徑培養(yǎng)

作為人類科學(xué)思維中的組成部分，計(jì)算思維的出現(xiàn)早于計(jì)算機(jī)，雖然需要信息技術(shù)課程的專業(yè)支持，但是對(duì)計(jì)算思維的培養(yǎng)決不能被限制于信息技術(shù)課程中。STEM視野下計(jì)算思維的培養(yǎng)應(yīng)從全方位出發(fā)，結(jié)合STEM教育理念，將多門學(xué)科的知識(shí)有機(jī)融合，培養(yǎng)學(xué)生解決綜合應(yīng)用問題的能力，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力、運(yùn)用計(jì)算思維解決問題的能力。

2 設(shè)置教學(xué)情境，打破思維局限

培養(yǎng)計(jì)算思維時(shí)，不能僅通過機(jī)械的概念理論教學(xué)來實(shí)現(xiàn)。與傳統(tǒng)教學(xué)相比，情境化的學(xué)習(xí)更容易從能力的提升上升到思維的養(yǎng)成。STEM視野下培養(yǎng)計(jì)算思維需引導(dǎo)學(xué)生綜合運(yùn)用多門學(xué)科知識(shí)去發(fā)現(xiàn)、解決問題，有目的地創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)情感，培養(yǎng)創(chuàng)造思維，鍛煉適應(yīng)能力。通過體驗(yàn)活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生信息素養(yǎng)和解決實(shí)踐應(yīng)用類問題的能力，鼓勵(lì)其學(xué)習(xí)、探索與創(chuàng)新。

3 多重視角看問題，挖掘問題本質(zhì)

在信息大爆炸時(shí)代，只有認(rèn)清問題的本質(zhì)，才能從根本上提高解決問題的效率。STEM視野下發(fā)展計(jì)算思維時(shí)，要讓學(xué)生在問題解決過程中從多重視角看問題的本質(zhì)，全面考慮有關(guān)該問題的相關(guān)性知識(shí)，在解決方案中要多維度進(jìn)行評(píng)估；要注重培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，使學(xué)生在參與的過程中掌握解決問題的方法、發(fā)現(xiàn)問題的本質(zhì)并靈活解決問題。

4 培養(yǎng)知識(shí)遷移能力，注重培養(yǎng)創(chuàng)造力

在學(xué)生參與問題解決的過程中，要注重培養(yǎng)靈活解決問題的能力，使其能在復(fù)雜系統(tǒng)中從容地應(yīng)對(duì)變化。STEM視野下發(fā)展計(jì)算思維時(shí)，要善于突破思維定式，用發(fā)散思維修改現(xiàn)有的知識(shí)結(jié)構(gòu)，形成新的知識(shí)結(jié)構(gòu)，從而有效地接受和靈活運(yùn)用新知識(shí)。通過學(xué)科滲透和教學(xué)創(chuàng)新培養(yǎng)創(chuàng)造力，運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)整合的方式使學(xué)生突破學(xué)科知識(shí)的定式，提高創(chuàng)造性思維水平。

[1]牟琴.“輕游戲”對(duì)計(jì)算思維能力的培養(yǎng)——教育游戲?qū)Τ绦蛟O(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)的影響[J].遠(yuǎn)程教育雜志,2011,(6):94-101.

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Research on the Development Strategy of Computational Thinking Ability Under the View of STEM

ZHU Ke JIA Xin-xin

Computational thinking is the thinking activity that occurs when individuals utilize the thinking method of computational science to solve problems, which plays an important role in cultivating students’ innovative thinking and practical ability. However, with the emergence of new classroom teaching models, such as Maker education and STEM education, the cultivation strategy of computational thinking faces new challenges. This paper analyzed the development tendency from computational thinking to system thinking. Meanwhile, the necessity of developing computational thinking ability under the view of STEM was expounded based on the supporting role of computational thinking ability to STEM teaching process, as well as the two advantageous aspects of developing computational thinking in STEM education. The training strategy of computational thinking ability in STEM field was constructed in this paper and further demonstrated with case method. Finally, relevant suggestions were put forward, expecting to provide reference for the cultivation of computational thinking ability under the STEM view.

computational thinking; STEM education; development strategy;Maker education

G40-057

A

1009—8097（2018）12—0115—07

10.3969/j.issn.1009-8097.2018.12.017

基金項(xiàng)目：本文受2019年度河南省高?？萍紕?chuàng)新人才支持計(jì)劃（人文社科類）“大規(guī)模在線協(xié)同學(xué)習(xí)行為分析及干預(yù)機(jī)制研究”（項(xiàng)目編號(hào)：2019-cx-016）、河南省教育廳2018年人文社會(huì)科學(xué)研究項(xiàng)目“個(gè)人學(xué)習(xí)空間支持教師專業(yè)成長的生態(tài)模型及進(jìn)化機(jī)制研究”（項(xiàng)目編號(hào)：2018-ZZJH-246）、河南省教育廳2018年度教師教育課程改革研究項(xiàng)目“互聯(lián)網(wǎng)+背景下中小學(xué)教師專業(yè)成長的生態(tài)模型及行動(dòng)路徑研究”（項(xiàng)目編號(hào)：2018-JSJYYB-018）資助。

朱珂，副教授，博士，研究方向?yàn)榻逃龜?shù)據(jù)挖掘，郵箱為ezhuke@qq.com。

2018年4月9日

編輯：小西