高中信息基礎(chǔ)課程計(jì)算思維培養(yǎng)與評(píng)價(jià)研究

包穎

摘要：《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》明確規(guī)定高中信息技術(shù)課程要培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，本文對(duì)如何培養(yǎng)高中生的計(jì)算思維以及如何評(píng)價(jià)計(jì)算思維進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：高中信息技術(shù)課;計(jì)算思維

中圖分類(lèi)號(hào)：G642? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）20-0093-03

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

當(dāng)今社會(huì)，信息技術(shù)早已成為了先進(jìn)生產(chǎn)力的代表，是國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要力量和實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)的重要支撐。作為祖國(guó)建設(shè)強(qiáng)有力的后備軍，高中生的信息技術(shù)課程發(fā)展的重要性與日俱增。在2017年國(guó)家教育部新頒布的《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《標(biāo)準(zhǔn)》）中明確提出了“學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過(guò)學(xué)科學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價(jià)值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力。”計(jì)算思維作為學(xué)科核心素養(yǎng)的一個(gè)重要的要素，對(duì)學(xué)生的發(fā)展也發(fā)揮不可替代的作用。本研究的重點(diǎn)就在于如何培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維并進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1高中信息基礎(chǔ)課程中的計(jì)算思維

《標(biāo)準(zhǔn)》中明確提出了信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)包括四方面的內(nèi)容：信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新以及信息社會(huì)責(zé)任。這四者包含了高中學(xué)生在信息技術(shù)課程學(xué)習(xí)過(guò)程中應(yīng)該達(dá)到的信息技術(shù)知識(shí)與技能、過(guò)程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀的綜合要求。

在《標(biāo)準(zhǔn)》中指出計(jì)算思維是指?jìng)€(gè)體運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在形成問(wèn)題解決方案的過(guò)程中產(chǎn)生的一系列思維活動(dòng)。通過(guò)信息技術(shù)課程的學(xué)習(xí)，要求高中學(xué)生在多種多樣的信息活動(dòng)中能夠采用計(jì)算機(jī)處理問(wèn)題的方式去進(jìn)行問(wèn)題界定、對(duì)特征進(jìn)行抽象概括、建立問(wèn)題的結(jié)構(gòu)模型然后合理的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行組織整理;通過(guò)整理分析判斷得到的各種信息資源，選擇運(yùn)用合理的算法形成解決問(wèn)題的合理方案，并遷移到與之類(lèi)似的其他問(wèn)題解決的過(guò)程當(dāng)中去。

計(jì)算思維素養(yǎng)主要表現(xiàn)在四個(gè)方面：解決問(wèn)題過(guò)程中的形式化、模型化、自動(dòng)化、系統(tǒng)化。其中，形式化是指學(xué)生用抽象思維的方式將所遇到的現(xiàn)象或問(wèn)題抽象成計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行處理的數(shù)據(jù)或模型，也就是從那些特殊、具體、繁雜重復(fù)的信息系統(tǒng)的問(wèn)題中抽象出一般的、本質(zhì)的的內(nèi)容或要素以及它們之間的邏輯結(jié)構(gòu)，形成分析問(wèn)題所用的形象的認(rèn)知材料，來(lái)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題中隱含的內(nèi)在的規(guī)律并加以把握。模型化是指根據(jù)解決問(wèn)題的實(shí)際需要，選擇從特殊的分析和認(rèn)知視角，對(duì)問(wèn)題的某些特征與內(nèi)在規(guī)律進(jìn)行抽象與形式化處理，在此基礎(chǔ)上選擇已有的解決問(wèn)題的模型或者新建新的結(jié)構(gòu)模型，之后根據(jù)模型對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析以探索發(fā)現(xiàn)解決問(wèn)題的方式、方法與途徑。自動(dòng)化是指在信息系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)數(shù)字化工具的相關(guān)操作，使得一些相應(yīng)的信息設(shè)備、信息系統(tǒng)或信息運(yùn)算過(guò)程可以按照人的具體要求進(jìn)行自動(dòng)的數(shù)據(jù)檢測(cè)、信息處理、分析判斷、操作控制等過(guò)程，實(shí)現(xiàn)人的預(yù)期目標(biāo)，并通過(guò)迭代的方法對(duì)這個(gè)處理過(guò)程進(jìn)行不斷的完善以及優(yōu)化。系統(tǒng)化是指在一定的系統(tǒng)規(guī)律或方法的基礎(chǔ)上，采用一定的信息處理方式，對(duì)一些零散的信息材料、數(shù)據(jù)、算法、流程或者信息系統(tǒng)進(jìn)行一種有序的、系統(tǒng)的歸類(lèi)、整理、編排或加工，使得系統(tǒng)內(nèi)部各部分相互作用、相互聯(lián)系，從而形成能夠解決信息系統(tǒng)問(wèn)題的有機(jī)整體，并且能夠?qū)⑦@種方法遷移至相關(guān)問(wèn)題的解決過(guò)程中去。

高中階段對(duì)學(xué)生進(jìn)行計(jì)算思維的培養(yǎng)有利于幫助學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用計(jì)算思維識(shí)別與分析問(wèn)題，抽象、建模與設(shè)計(jì)系統(tǒng)性解決方案，形成一種新的、高效的思維方式，促進(jìn)人的全面發(fā)展。

2 計(jì)算思維的培養(yǎng)

對(duì)高中生進(jìn)行計(jì)算思維培養(yǎng)的目的是為了提高學(xué)生有關(guān)信息技術(shù)方面的知識(shí)與技能，培養(yǎng)學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中能夠跨學(xué)科、綜合運(yùn)用各學(xué)科知識(shí)的能力，提高學(xué)生的創(chuàng)新力與想象力?；谶@個(gè)目的，對(duì)高中一線信息技術(shù)教師提出了一些要求：

首先，計(jì)算思維的培養(yǎng)應(yīng)該與實(shí)踐相結(jié)合，并且密切聯(lián)系其他思維方式。問(wèn)題來(lái)源于實(shí)踐，基于計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該是貼近學(xué)生的實(shí)際生活與學(xué)習(xí)經(jīng)歷，能夠讓學(xué)生在真實(shí)的實(shí)踐應(yīng)用中體驗(yàn)并發(fā)展利用計(jì)算思維去思考與解決問(wèn)題的能力。計(jì)算思維絕不是一種可以獨(dú)立存在的思維方式。在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)該注意將計(jì)算思維與其他思維方式進(jìn)行聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生在解決問(wèn)題過(guò)程中將多種思維方式結(jié)合使用，提高問(wèn)題解決的能力。

第二，計(jì)算思維的培養(yǎng)應(yīng)該在教學(xué)活動(dòng)過(guò)程中逐漸幫助學(xué)生形成計(jì)算思維，重視培養(yǎng)過(guò)程。計(jì)算思維的培養(yǎng)不是一蹴而就的，更強(qiáng)調(diào)在教學(xué)活動(dòng)中引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)、領(lǐng)悟計(jì)算思維的重要性，幫助學(xué)生在潛移默化中形成一種新的、獨(dú)特的思維方式。

第三，計(jì)算思維的培養(yǎng)應(yīng)該進(jìn)行綜合其他課程，進(jìn)行學(xué)科整合。計(jì)算思維的培養(yǎng)既需要基于信息技術(shù)課程中的基本概念和基本原理作為專(zhuān)業(yè)知識(shí)的支撐，但也不會(huì)限制在單一課程之中，也需要其他學(xué)科的知識(shí)以及思維方式作為補(bǔ)充。這種學(xué)科融合也具有互相促進(jìn)彼此學(xué)科發(fā)展的作用。

第四，計(jì)算思維的培養(yǎng)應(yīng)該重視發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造力與想象力。計(jì)算思維一個(gè)很重要的作用就是提高學(xué)生解決問(wèn)題的能力。計(jì)算思維應(yīng)該能夠幫助學(xué)生在遇到問(wèn)題時(shí)能夠運(yùn)用自己的創(chuàng)新能力迅速找到問(wèn)題的解決思路，提高解決問(wèn)題的內(nèi)驅(qū)力。

3計(jì)算思維的評(píng)價(jià)

3.1 評(píng)價(jià)

信息技術(shù)課程計(jì)算思維評(píng)價(jià)的直接目標(biāo)就是判斷課程實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維教學(xué)目標(biāo)的程度，也就是通過(guò)適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)手段，檢測(cè)學(xué)生在完成信息技術(shù)課程之后是否形成計(jì)算思維，并對(duì)所到達(dá)的等級(jí)水平進(jìn)行評(píng)測(cè)，既能促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)，也會(huì)改善教師的教學(xué)，幫助教師完善教學(xué)方案的設(shè)計(jì)。因此，評(píng)價(jià)是信息技術(shù)課程的重要組成部分，有效的計(jì)算思維課程評(píng)價(jià)在教學(xué)中能起到有效導(dǎo)向的作用。

然而當(dāng)前我國(guó)信息技術(shù)課程計(jì)算思維還沒(méi)有完整的評(píng)價(jià)體系，有關(guān)計(jì)算思維的研究也比較少，具體的培養(yǎng)效果還不能很好地用量化方法來(lái)測(cè)量。在我國(guó)已有研究中，有學(xué)者提出計(jì)算思維測(cè)評(píng)方式和工具可分為以下幾種：計(jì)算思維總結(jié)性評(píng)價(jià)測(cè)試、計(jì)算思維形成性迭代測(cè)試、計(jì)算思維技能應(yīng)用測(cè)評(píng)和計(jì)算思維編程效能感測(cè)評(píng)。認(rèn)為當(dāng)前關(guān)于計(jì)算思維教育的評(píng)價(jià)，主要是通過(guò)對(duì)程序與學(xué)生學(xué)習(xí)的過(guò)程進(jìn)行分析，方法包括計(jì)算思維知識(shí)測(cè)試、程序分析、自我效能感測(cè)試、針對(duì)問(wèn)題解決過(guò)程的訪談等。另外該研究也提出了計(jì)算思維評(píng)價(jià)應(yīng)該是綜合運(yùn)用多種評(píng)價(jià)方式對(duì)學(xué)生的計(jì)算思維培養(yǎng)進(jìn)行系統(tǒng)性評(píng)價(jià)。有學(xué)者將已有研究進(jìn)行匯總提出計(jì)算思維測(cè)評(píng)方式和工具分為以下幾種：計(jì)算思維教育活動(dòng)實(shí)施中的評(píng)價(jià)、測(cè)試平臺(tái)和可獨(dú)立使用的測(cè)量量表。不管學(xué)者們對(duì)計(jì)算思維評(píng)價(jià)的方式和工具是如何進(jìn)行分類(lèi)的，通過(guò)對(duì)已有研究成果的整理總結(jié)，不難發(fā)現(xiàn)，這些評(píng)價(jià)方式和工具面向的都是學(xué)生在進(jìn)行計(jì)算思維培養(yǎng)之后所獲得的知識(shí)、技能和態(tài)度，這也與學(xué)科核心素養(yǎng)對(duì)學(xué)生的要求不謀而合。參考《標(biāo)準(zhǔn)》中給出的《信息技術(shù)學(xué)科計(jì)算思維水平劃分》（如圖 1所示），可以看出《標(biāo)準(zhǔn)》給出的對(duì)學(xué)生計(jì)算思維的具體要求也是包含在這三個(gè)方面。因此，有關(guān)計(jì)算思維的評(píng)價(jià)方式可以從這三方面展開(kāi)。

3.2 知識(shí)

計(jì)算思維知識(shí)是指有關(guān)計(jì)算思維的概念、原理、價(jià)值等方面的理論內(nèi)容，包含在信息技術(shù)知識(shí)之中。而信息技術(shù)知識(shí)多為理論內(nèi)容，屬于事實(shí)性記憶性知識(shí)。鑒于計(jì)算思維知識(shí)與信息技術(shù)知識(shí)的這種關(guān)系，計(jì)算思維知識(shí)的評(píng)價(jià)也包含在信息技術(shù)知識(shí)評(píng)價(jià)之中，因此，本文討論的也就是信息技術(shù)知識(shí)的評(píng)價(jià)問(wèn)題。

關(guān)于信息技術(shù)知識(shí)的評(píng)價(jià)由來(lái)已久，相關(guān)的評(píng)價(jià)方式也相對(duì)成熟、相對(duì)完善。根據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)》的要求，此類(lèi)評(píng)價(jià)主要以信息技術(shù)課程內(nèi)容要求、課程學(xué)業(yè)要求以及學(xué)業(yè)質(zhì)量水平為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)學(xué)生進(jìn)行學(xué)業(yè)水平合格性考試和學(xué)業(yè)水平等級(jí)性考試，主要形式包括：總結(jié)性評(píng)價(jià)、形成性評(píng)價(jià)。信息技術(shù)課程教師可以在教學(xué)過(guò)程中結(jié)合使用兩種評(píng)價(jià)方式，更加全面、更加客觀的對(duì)學(xué)生的信息技術(shù)知識(shí)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.3 技能

計(jì)算思維技能是指在掌握計(jì)算思維核心概念的基礎(chǔ)上，學(xué)生參與信息技術(shù)項(xiàng)目實(shí)踐，利用編程語(yǔ)言和數(shù)字化工具進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，將真實(shí)問(wèn)題進(jìn)行抽象總結(jié)，從而建立解決問(wèn)題的模型，完成在真實(shí)情境中利用計(jì)算思維解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

關(guān)于計(jì)算思維技能的評(píng)價(jià)目前國(guó)內(nèi)一部分學(xué)者進(jìn)行了一系列的探索，結(jié)合國(guó)外已有的相關(guān)研究研究，并結(jié)合國(guó)內(nèi)教學(xué)實(shí)際，本文總結(jié)以下兩種計(jì)算思維技能評(píng)價(jià)方法以供一線教師參考使用：

a）結(jié)合真實(shí)情景下的任務(wù)型上機(jī)測(cè)試。測(cè)試內(nèi)容可以是讓學(xué)生調(diào)試預(yù)先編輯的錯(cuò)誤程序，或者是讓學(xué)生根據(jù)要求編寫(xiě)程序等。教師在測(cè)試學(xué)生的計(jì)算思維技能的時(shí)候可以在真實(shí)情景下給學(xué)生設(shè)計(jì)解決問(wèn)題所需的任務(wù)，讓學(xué)生在測(cè)試過(guò)程中有“身臨其境”感，幫助學(xué)生在真實(shí)情境中感受利用計(jì)算思維解決問(wèn)題的意義，不僅能夠促進(jìn)計(jì)算思維的培養(yǎng)，還能提高學(xué)生培養(yǎng)計(jì)算思維的積極性。

b）科爾克馬茲等（Korkmaz et al.，2017）確定的包含 29個(gè)問(wèn)題的五級(jí)里克特量表?？茽柨笋R茲等認(rèn)為可以簡(jiǎn)單地將計(jì)算思維定義為在生產(chǎn)中解決生活所需的有關(guān)計(jì)算機(jī)的知識(shí)、技能和態(tài)度。結(jié)合ISTE（2015）的觀點(diǎn)，提出計(jì)算思維是創(chuàng)造力、算法思維、批判性思維、問(wèn)題解決、合作思維和溝通技能的綜合表現(xiàn)，分別使用這五種思維已有的測(cè)量量表，經(jīng)過(guò)兩次實(shí)驗(yàn)研究得出了包含 29 個(gè)問(wèn)題的五級(jí)里克特量表，并通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了量表的有效性和可靠性，證明了其對(duì)測(cè)量學(xué)生的計(jì)算思維能力是有效且可靠地。信息技術(shù)課程教師可以結(jié)合學(xué)生具體情況使用這一量表。

3.4 態(tài)度

計(jì)算思維態(tài)度是指學(xué)生對(duì)計(jì)算思維、信息技術(shù)科學(xué)以及信息技術(shù)計(jì)算應(yīng)用的態(tài)度和信心;信息意識(shí)、信息社會(huì)責(zé)任的形成。

從現(xiàn)有研究成果看，研究者大多側(cè)重對(duì)計(jì)算思維知識(shí)和技能進(jìn)行考察，而對(duì)和計(jì)算思維態(tài)度關(guān)注不夠。重視對(duì)計(jì)算思維態(tài)度的評(píng)價(jià)有利于及時(shí)把握學(xué)生對(duì)計(jì)算思維的接受程度、養(yǎng)成程度以及運(yùn)用程度，以便教師及時(shí)對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整，更好地促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的養(yǎng)成。

關(guān)于計(jì)算思維態(tài)度的評(píng)價(jià)方法可以采用以下方法：

a）開(kāi)放式問(wèn)題。教師通過(guò)訪談法或者利用紙質(zhì)試卷詢問(wèn)學(xué)生一些有關(guān)計(jì)算思維態(tài)度的問(wèn)題，通過(guò)學(xué)生的回答大體把握學(xué)生對(duì)計(jì)算思維的態(tài)度。

b）態(tài)度量表。關(guān)于計(jì)算思維態(tài)度，教師可以利用專(zhuān)門(mén)的態(tài)度量表進(jìn)行檢測(cè)。

4總結(jié)

面向計(jì)算思維的高中信息技術(shù)課程評(píng)價(jià)作為一種新型的評(píng)價(jià)與以往的評(píng)價(jià)模式有所差別。本文在闡明高中信息技術(shù)課程目標(biāo)的基礎(chǔ)上，從計(jì)算思維是什么出發(fā)，高中信息技術(shù)課該如何進(jìn)行計(jì)算思維的培養(yǎng)提出了幾點(diǎn)意見(jiàn)，最后對(duì)計(jì)算思維知識(shí)、技能和態(tài)度該采用那些評(píng)價(jià)方式和工具進(jìn)行了詳細(xì)闡述，旨在為高中信息技術(shù)課程一線教師提供一些指導(dǎo)建議。

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