基于可視化編程中學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)與評(píng)價(jià)研究

潘娟

一、引言

21世紀(jì)人們已經(jīng)進(jìn)入了信息時(shí)代，計(jì)算思維作為計(jì)算機(jī)科學(xué)的核心，其最早由美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)周以真教授提出，認(rèn)為計(jì)算思維是人們的一種思維方式。現(xiàn)行的教育體系更多關(guān)注計(jì)算機(jī)知識(shí)和基本技能的傳授，而忽略了對(duì)學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)，計(jì)算思維并不是單一的一種認(rèn)知技能，而是不同能力維度的有機(jī)結(jié)合。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算思維的培養(yǎng)與研究在國內(nèi)外持續(xù)升溫，博得了海內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，并由最初的高等教育階段逐步跨入K-12基礎(chǔ)教育階段，美國、新西蘭、英國、澳大利亞等國家先后發(fā)布相應(yīng)的政策文件，將計(jì)算思維培養(yǎng)納入自己的課程標(biāo)準(zhǔn)。我國2017年新版高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)也將計(jì)算思維列為該學(xué)科核心素養(yǎng)之一，計(jì)算思維作為信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的核心議題。

二、中學(xué)階段對(duì)計(jì)算思維的認(rèn)知與理解

（一）對(duì)計(jì)算思維的認(rèn)知與理解

計(jì)算思維最早起源于20世紀(jì)下半葉，起初人們一直認(rèn)為計(jì)算思維與計(jì)算機(jī)編程密切相關(guān)，幾乎等同于計(jì)算機(jī)編程中的程序思維、算法思維;隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們開始對(duì)計(jì)算思維有了新的認(rèn)識(shí)，周以真認(rèn)為計(jì)算思維指運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)。隨后，不同的學(xué)者表達(dá)了對(duì)計(jì)算思維不同的理解：董榮勝、蔣宗禮等人，他們認(rèn)為計(jì)算思維是人類的一種思維方式，是人們?cè)诮鉀Q問題過程中，利用計(jì)算機(jī)程序的思想、設(shè)計(jì)和工具，不僅包含思考，更包含著一系列的活動(dòng)（或者是方法與能力）;任友群等人，他們認(rèn)為計(jì)算思維是一種解決問題的過程，是人們理解和分析復(fù)雜問題的思想方法，利用該方法形成一系列解決問題的方案。我國2017年普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)中將計(jì)算思維界定為個(gè)體一系列的思維活動(dòng);即學(xué)習(xí)者在解決問題過程中產(chǎn)生的思維活動(dòng)以及將該解決方法遷移到其他相關(guān)問題解決中的過程。

（二）計(jì)算思維與中學(xué)可視化編程

可視化編程作為一種全新的程序設(shè)計(jì)方法，以“所見即所得”為原則，規(guī)避了抽象、繁瑣的程序語言編寫符號(hào)，僅通過直觀的方式就能做出與程序相同的作品?？梢暬幊汤藢W(xué)生與程序之間的距離，同時(shí)降低了程序設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)的門檻，讓每個(gè)學(xué)生都能體會(huì)到編程的樂趣。

中學(xué)信息技術(shù)課堂是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的主陣地，中學(xué)信息技術(shù)課程中的可視化編程尤其能夠提高學(xué)生的計(jì)算思維。中學(xué)階段可視化編程主要以Scratch模塊化編程為主，Scratch是一款由MIT設(shè)計(jì)開發(fā)的編程工具，該程序不涉及編程語言，只需要學(xué)習(xí)者運(yùn)用積木搭建的方法進(jìn)行編程，因此成為了國內(nèi)中小學(xué)階段學(xué)習(xí)編程的最佳選擇。

三、基于可視化編程計(jì)算思維的培養(yǎng)模式

我國許多學(xué)者對(duì)計(jì)算思維培養(yǎng)開展研究實(shí)踐，并且取得了一定得研究成果：牟琴結(jié)合任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)和教學(xué)模式的特點(diǎn)構(gòu)建出基于計(jì)算思維的任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模型，該模型以任務(wù)為教學(xué)主線，教學(xué)者運(yùn)用計(jì)算思維的方式準(zhǔn)備課程，以培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的自我知識(shí)建構(gòu)和創(chuàng)新思維能力;郁曉華等人以可視化編程可稱為例，圍繞主題/項(xiàng)目問題的解決，讓學(xué)生的計(jì)算思維在問題解決過程中得到充分表達(dá)和呈現(xiàn)，進(jìn)而進(jìn)行評(píng)價(jià)。借鑒國內(nèi)學(xué)者的教學(xué)模式探究，筆者針對(duì)可視化編程課程，圍繞創(chuàng)造力、算法思維、協(xié)作學(xué)習(xí)、批判性思維和問題解決五個(gè)維度設(shè)計(jì)了適用于中學(xué)生可視化編程課程的教學(xué)模式。

四、計(jì)算思維在可視化編程課程中的評(píng)價(jià)

計(jì)算思維培養(yǎng)的核心內(nèi)容是方法的訓(xùn)練習(xí)得和思維的遷移養(yǎng)成，基于此，許多研究者創(chuàng)設(shè)問題情境、教學(xué)實(shí)證探究和基于真實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行考察和測量;計(jì)算思維是在學(xué)習(xí)者問題解決的思維過程，因此計(jì)算思維的評(píng)價(jià)應(yīng)該滲透在教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，主要采用過程性評(píng)價(jià)和總結(jié)性評(píng)價(jià)。

目前國內(nèi)外學(xué)者對(duì)計(jì)算思維的評(píng)價(jià)方式主要有作品分析和文本話語分析。作品分析就是利用Scrap、CTP等分析工具對(duì)學(xué)生已經(jīng)做好的作品進(jìn)行分析，Brennan和Resnick采用Scrape分析Scratch項(xiàng)目中所使用的模塊信息，依據(jù)學(xué)生對(duì)某些模塊的使用頻率來分析學(xué)習(xí)者計(jì)算思維能力的程度;Koh 等人以測試Blockly模塊化編程測試提出CTP圖，來檢測學(xué)習(xí)者計(jì)算思維能力的發(fā)展。立陶宛于2003年成立了Bebras測試，該測試主要通過一系列的情境問題來考察學(xué)生的計(jì)算思維水平 。

筆者基于中學(xué)生可視化編程課程內(nèi)容，依據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，編制了計(jì)算思維的測試題目，主要針對(duì)計(jì)算思維五個(gè)維度進(jìn)行設(shè)計(jì)，并于七年級(jí)兩個(gè)班學(xué)生為實(shí)驗(yàn)班和對(duì)照班進(jìn)行測試。結(jié)果表明，采用了上述教學(xué)模式的實(shí)驗(yàn)班明顯高于對(duì)照班，如表1所示。

五、總結(jié)與展望

計(jì)算思維作為算法思維和工程思維的發(fā)展產(chǎn)物，不論將其作為一種思維技能還是思維過程，在當(dāng)前中小學(xué)階段乃至高等教育階段教育教學(xué)中都有著不可磨滅的地位，計(jì)算思維的培養(yǎng)同時(shí)奠定了計(jì)算科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展基礎(chǔ)，在教育領(lǐng)域培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力仍是研究的主要內(nèi)容。對(duì)于國內(nèi)學(xué)者來說，如何在我國現(xiàn)有情況下提高中小學(xué)生的計(jì)算思維，并進(jìn)行有效的評(píng)價(jià)，是當(dāng)前研究者應(yīng)該關(guān)注的重點(diǎn)。因此，我國研究者在借鑒國外計(jì)算思維理論和教學(xué)模式的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國教學(xué)實(shí)際情況，進(jìn)一步探究符合我國教育實(shí)踐的計(jì)算思維培養(yǎng)模式與評(píng)價(jià)方式。其次，計(jì)算思維的培養(yǎng)，需要更多的優(yōu)秀且具有更高能力的教師，因此更要致力于教師專業(yè)發(fā)展體系，培養(yǎng)更多優(yōu)秀教師，利用多種平臺(tái)和評(píng)價(jià)工具，為我國中小學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)提供更加有針對(duì)性的指導(dǎo)。