中學(xué)信息技術(shù)課程培養(yǎng)計算思維的教學(xué)策略初探

鄭志華

摘? 要：信息時代對人才的要求逐漸增高，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力即是教育的迫切要求，也應(yīng)該成為新時代教育的核心，甚至被一些國家納入國家教育戰(zhàn)略。探索有效開展計算思維培養(yǎng)的途徑，發(fā)展學(xué)生的計算思維是當(dāng)前要務(wù)。本文就信息技術(shù)課程中培養(yǎng)計算思維總結(jié)了四點相關(guān)的教學(xué)策略，其中，挖掘計算思維要素是核心，設(shè)計有效的教學(xué)策略是關(guān)鍵，科學(xué)安排課程內(nèi)容是有力保障，設(shè)計教學(xué)評價標(biāo)準(zhǔn)是衡量計算思維培養(yǎng)有效性的杠桿。

關(guān)鍵詞：計算思維;教學(xué)策略;信息技術(shù)

中圖分類號：G633.67? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ?文章編號：1992-7711（2020）36-237-02

2017年教育部頒布實施新版《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》，將計算思維與信息意識、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會責(zé)任這四大素養(yǎng)確定為信息技術(shù)學(xué)科的核心素養(yǎng)，明確指出了計算思維培養(yǎng)的重要性，計算思維不僅是信息技術(shù)學(xué)科的核心素養(yǎng)之一，同時也是中學(xué)生應(yīng)具備的核心素養(yǎng)之一。信息社會時代對計算思維的培養(yǎng)顯得十分迫切，如何將計算思維融入具體教學(xué)中，值得我們思考與重視。

一、計算思維及其重要性

1.計算思維

計算思維內(nèi)涵豐富，國內(nèi)外許多研究者從不同的角度對其作了理解或定義，如周以真定義、美國ISTE & CSTA提出的操作性定義等。新課程標(biāo)準(zhǔn)將計算思維具體描述為“采用計算機(jī)方式界定問題，運(yùn)用合理的算法形成解決問題的方案，并遷移到與之相關(guān)的其他問題解決中”。計算思維包括抽象、分解、建模、遞歸、仿真、并行、啟發(fā)式推理等一系列方法，核心是問題求解的方法與思路，本質(zhì)是抽象和自動化，“像計算機(jī)科學(xué)家那樣去思維”，將復(fù)雜問題轉(zhuǎn)化為一個個容易解決的小問題，借助計算機(jī)來自動解決。

2.中學(xué)生計算思維教育的重要性

計算思維是創(chuàng)新思維的基石，是創(chuàng)新型人才的基本素質(zhì)之一，具備計算思維的人，能靈活運(yùn)用邏輯推理與系統(tǒng)分析等方法分析問題，懂得分解復(fù)雜問題，善于利用計算機(jī)自動完成繁瑣的任務(wù)，高效解決問題，也更具有創(chuàng)新意識，更能適應(yīng)未來社會的要求。因此，培養(yǎng)計算思維能力，是提升創(chuàng)新能力的有效途徑，是現(xiàn)代教育的重要任務(wù)。

計算思維的培養(yǎng)是可以通過能力的培養(yǎng)來實現(xiàn)的。中學(xué)階段學(xué)生思維發(fā)展活躍，應(yīng)該抓住這個關(guān)鍵時機(jī)，結(jié)合學(xué)生思維發(fā)展的特點，把與計算思維相關(guān)的知識明確地顯現(xiàn)出來，把計算思維能力的培養(yǎng)用學(xué)生能明確感受得到的方式展現(xiàn)在教學(xué)中，讓學(xué)生自覺地有意識地去學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，從而有效地提高計算思維能力。

二、計算思維教育狀況及存在問題

目前中小學(xué)教育中計算思維教育還未引起足夠重視，也沒有完整的體系結(jié)構(gòu)指導(dǎo)教學(xué)如何培養(yǎng)學(xué)生計算思維，相關(guān)研究尚處于初步探究階段。計算思維教育存在以下幾個問題：

1.缺少專門培養(yǎng)計算思維的相關(guān)課程

在基礎(chǔ)教育階段，計算思維的培養(yǎng)雖然可以浸透到數(shù)學(xué)、物理、科學(xué)等多個學(xué)科教學(xué)中，但核心陣地主要在信息技術(shù)課程教學(xué)，還鮮少專門開設(shè)計算思維學(xué)科，主流做法主要是通過課程教學(xué)滲透計算思維教育，效果難以保證。如何根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知水平開展計算思維培養(yǎng)，沒有較為系統(tǒng)的教學(xué)體系和教學(xué)模式可供參考。

2.信息技術(shù)課程培養(yǎng)計算思維效果欠佳

在現(xiàn)有教育體系下，在日常課程中培養(yǎng)學(xué)生計算思維并非易事，一來學(xué)生課業(yè)重壓力大，而學(xué)習(xí)評測又過于偏重知識，忽略了能力的培養(yǎng);二是信息技術(shù)課程在中小學(xué)不夠重視，教學(xué)教法上容易偏向知識與操作技能的學(xué)習(xí)，使得計算思維的培養(yǎng)效果并不理想。

3.中小學(xué)計算思維能力要求定位不明確

計算思維比信息素養(yǎng)能力層次要求更高。信息素養(yǎng)測重于使用工具處理信息的能力，而計算思維是問題解決的能力，核心在問題求解的方法與思路。王榮良認(rèn)為，在基礎(chǔ)教育中，掌握計算思維比學(xué)會操作計算機(jī)更為重要，信息技術(shù)以信息自動處理為主要功能，其核心思想正是計算思維。而我國信息技術(shù)課程的目標(biāo)只強(qiáng)調(diào)了信息素養(yǎng)的培養(yǎng)，對計算思維能力培養(yǎng)的目標(biāo)定位還不夠高。因此，信息技術(shù)也有必要根據(jù)時代的新特點與新要求，及時進(jìn)行相應(yīng)的課程改革，清晰定位學(xué)科課程目標(biāo)，提升到以培養(yǎng)學(xué)生的“計算思維”能力為核心，而不能只停留在知識與技能和信息素養(yǎng)的培養(yǎng)。

因此應(yīng)當(dāng)重視基礎(chǔ)教育中的計算思維教育，從課程體系、教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法等方面探索有效開展計算思維培養(yǎng)的途徑，發(fā)展學(xué)生的計算思維，達(dá)到培養(yǎng)創(chuàng)新人才的目標(biāo)。

三、信息技術(shù)課程培養(yǎng)計算思維的教學(xué)策略

1.挖掘課程中的計算思維要素是培養(yǎng)計算思維的核心

計算思維內(nèi)涵豐富，通過特定的課程教學(xué)也不大可能全面提高學(xué)生的計算思維能力，應(yīng)將課程的主要內(nèi)容與計算思維相關(guān)聯(lián)，挖掘其中的計算思維要素，包括支持計算思維培養(yǎng)的知識與技能，體現(xiàn)計算思維應(yīng)用的過程與方法以及反映出計算思維的價值觀等。

例如在信息技術(shù)教學(xué)中，讓學(xué)生探究信息技術(shù)處理信息的過程可以幫助學(xué)生體驗到計算思維的核心思想;讓學(xué)生通過簡單的項目設(shè)計與編程學(xué)習(xí)，可以鍛煉學(xué)生的抽象、分解能力和算法思維，為學(xué)生提供很好的分析問題和解決問題的全方位體驗，體現(xiàn)計算思維的靈活應(yīng)用;讓學(xué)生設(shè)計并制作特定的作品來體驗和領(lǐng)悟計算思維的實踐應(yīng)用，達(dá)到學(xué)以致用等。

2.設(shè)計有效的教學(xué)策略是提升計算思維能力的關(guān)鍵

計算思維能力培養(yǎng)需要一個反復(fù)訓(xùn)練不斷向上積累的過程。有效的教學(xué)策略應(yīng)該支持學(xué)生自主地建構(gòu)知識，多角度地分析問題，尋找最佳的解決問題的方法。教學(xué)策略的選擇不僅要符合計算思維訓(xùn)練的規(guī)律，還要結(jié)合課程教學(xué)的特點，才可能在課程教學(xué)中有效地開展計算思維培養(yǎng)。

目前培養(yǎng)計算思維的主要教學(xué)模式有以下幾種：問題引導(dǎo)式教學(xué)模式、任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)模式、探究式教學(xué)模式、網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)模式以及混合式學(xué)習(xí)模式等。

筆者在《虛擬機(jī)器人》教學(xué)實踐中基于研學(xué)后教理念設(shè)計了任務(wù)驅(qū)動教學(xué)策略，將課堂教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計為“情境任務(wù)—定向自學(xué)——合作探究——展示交流——評價總結(jié)”五個環(huán)節(jié)，并著重在“合作探究”環(huán)節(jié)中引導(dǎo)學(xué)生通過“地圖分析—路徑設(shè)計——創(chuàng)建模型——流程圖編程——仿真調(diào)試”五步循環(huán)流程，運(yùn)用計算思維進(jìn)行問題解決。任務(wù)驅(qū)動教學(xué)策略強(qiáng)調(diào)以培養(yǎng)計算思維為目的設(shè)計任務(wù)，教師為學(xué)生提供開展學(xué)習(xí)與合作探究的活動流程與任務(wù)指引，幫助學(xué)生在計算思維指導(dǎo)下進(jìn)行任務(wù)探究和完成任務(wù)，體現(xiàn)計算思維反復(fù)鍛煉與修正的過程，符合循環(huán)向上循序漸進(jìn)地培養(yǎng)計算思維的規(guī)律。任務(wù)驅(qū)動教學(xué)策略實踐效果良好，有效支持了教師的教與學(xué)生的學(xué)，保障了教學(xué)效果，對培養(yǎng)學(xué)生計算思維起到了促進(jìn)的作用。

3.科學(xué)安排課程內(nèi)容是培養(yǎng)計算思維的有力保障

計算思維培養(yǎng)是一個循序漸進(jìn)的過程，難以一蹴而就。因此信息技術(shù)課程教學(xué)內(nèi)容安排也要從總體框架上進(jìn)行合理而完整的設(shè)計，遵循計算思維發(fā)展的特點，從簡單到復(fù)雜，從理論到實踐，螺旋向上。從內(nèi)容細(xì)節(jié)上，課程內(nèi)容呈現(xiàn)要融入計算思維，滲透相關(guān)的計算思維概念、觀念或計算思維方法。

例如在教學(xué)《程序設(shè)計初步》，以知識要點來劃分課時，在教學(xué)程序的三種基本結(jié)構(gòu)時，結(jié)合學(xué)生生活實際設(shè)計簡單的編程任務(wù)，從易到難編排探究活動，才較符合學(xué)生認(rèn)知水平，有利于學(xué)生計算思維的培養(yǎng)。又如在教學(xué)《虛擬機(jī)器人》，將課程內(nèi)容分層次地呈現(xiàn)，圖文并茂，配備參考程序、微課視頻等形式多樣的資源，結(jié)合平臺3D效果與詳細(xì)的研學(xué)指引，增強(qiáng)和保持學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，幫助學(xué)生沉浸其中，享受任務(wù)成功的喜悅，在真實的設(shè)計、編程與仿真過程中體驗運(yùn)用計算思維解決問題的全過程，有效培養(yǎng)計算思維能力。

4.設(shè)計與課程內(nèi)容相匹配的教學(xué)評價標(biāo)準(zhǔn)是衡量計算思維培養(yǎng)有效性的杠桿

目前關(guān)于計算思維教育的有效性還沒有統(tǒng)一的評價標(biāo)準(zhǔn)，也沒有各階段計算思維發(fā)展目標(biāo)可供參考?；莨Ы〉热丝偨Y(jié)篩選了14種典型的國內(nèi)外計算思維評價工具，根據(jù)評價形式將其分為基于試題的評價、基于量表的評價、基于編程任務(wù)的評價與基于系統(tǒng)環(huán)境的評價四種類型，并具體分析了各個評價工具的優(yōu)勢。

計算思維的評價難以用具體的數(shù)值來衡量，也沒有一種計算思維評價工具可適用于所有的教育情境，這就需要結(jié)合課程中的計算思維要素來考察教學(xué)前后的變化情況，以此為依據(jù)來判斷計算思維培養(yǎng)的效果。因此，有必要根據(jù)具體學(xué)科教學(xué)來設(shè)計與之匹配的計算思維評價。

英國Computing課程將計算思維的核心概念分為算法思維、評估、分解、抽象、概括/歸納這五個要素，并將核心概念與具體的課堂行為進(jìn)行關(guān)聯(lián)，形成了計算思維的評價標(biāo)準(zhǔn)，使得計算思維的培養(yǎng)成為在課堂教學(xué)中可執(zhí)行的、可評價的。我國學(xué)者陳興冶等人結(jié)合國外研究開發(fā)了本土化計算思維評價指標(biāo)體系，將計算思維評價框架分為計算思維技能和計算思維態(tài)度兩個維度，其中計算思維技能指標(biāo)包括“分解、抽象、概括、算法和評估”五要素，計算思維態(tài)度分為情感態(tài)度、思維品質(zhì)及合作學(xué)習(xí)三個二級指標(biāo)，形成了較科學(xué)的本土化計算思維評價量表，并在高中階段驗證了其有效性和可靠性。

美國MIT提出了計算思維的三個核心要素：計算概念、計算實踐和計算觀念。梁艷瑞將計算思維核心概念歸結(jié)為邏輯思維、抽象思維、算法思維、糾錯思維這四大核心思維，并依此設(shè)計了相應(yīng)的計算思維調(diào)查問卷，用于評價基于計算思維培養(yǎng)的App Inventor課程教學(xué)。筆者依此從計算概念、計算實踐和計算觀念三個維度設(shè)計了相應(yīng)的計算思維評價量表與調(diào)查問卷，將計算實踐分為邏輯思維、抽象思維、算法思維、糾錯思維四個二級指標(biāo)，通過教學(xué)實踐探究了《虛擬機(jī)器人》智能校車教學(xué)中培養(yǎng)中學(xué)生計算思維的效果，形成了有特色的計算思維評價體系，可操作性強(qiáng)。

五、結(jié)語

日常教學(xué)中是可以進(jìn)行計算思維培養(yǎng)的，也是迫切需要一線教師深入實踐探究的。深入挖掘課程知識與應(yīng)用中的計算思維要素，精心設(shè)計基于計算思維的教學(xué)活動與教學(xué)評價，采取有效的教學(xué)策略，能夠有效培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力。

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（本文是廣州市番禺區(qū)教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題“基于計算思維培養(yǎng)的信息技術(shù)研學(xué)后教策略研究”（編號：2018-ZX293）研究成果之一）

（作者單位：廣東省廣州市番禺區(qū)洛溪新城中學(xué)，廣東? ?廣州? ?510000）