教育者計算思維教學能力及其發(fā)展路徑

張文蘭 閆怡 劉盼盼

【摘要】? 在信息時代，計算思維已經(jīng)成為學習者必備的一項基本素養(yǎng)。國際教育技術協(xié)會（ISTE）于2018年發(fā)布了面向教育者的計算思維標準，旨在幫助教育者認識到計算思維的重要性，更好地開展計算思維教育實踐。ISTE教育者計算思維標準包含五項標準：學習者、領導者、協(xié)作者、設計者和推動者，每一項標準都從計算思維的角度對教育者角色進行定位。每項標準又包含若干指標，每一個指標都圍繞教育者利用技術促進學習者計算思維的發(fā)展加以詳細闡述。本文對標準中的5項標準21個指標進行深入解讀，在此基礎上結合我國實際情況提出以下建議：開展培訓，全面提升在職教師計算思維教學能力;融入計算思維，重新設計職前教師相關課程;開發(fā)支架，助力教師開展計算思維教學實踐;反思教學，探索培養(yǎng)計算思維的有效途徑。

【關鍵詞】? 計算思維;ISTE;教育者;教學能力;K-12;計算思維核心知識;公平領導;協(xié)作學習;活動設計;計算思維評價

【中圖分類號】? G420? ? ? ?【文獻標識碼】? A? ? ? ?【文章編號】? 1009-458x（2020）7-0060-09

一、引言

計算思維是計算機科學實踐的核心。美國卡內基·梅隆大學的周以真（Jeannette M. Wing）教授在2006年3月發(fā)表的《計算思維》一文中首次提出計算思維是所有學生需具備的一項基本技能，同時還指出計算思維是運用計算機科學的基礎概念解決問題、設計系統(tǒng)以及理解人類行為的過程（Wing， 2006）。這種解決問題的系統(tǒng)方法不僅是計算機科學的基礎，也是許多其他學科領域的基礎。2011年，國際教育技術協(xié)會（International Society for Technology in Education， ISTE）和美國計算機科學教師協(xié)會（Computer Science Teachers Association， CSTA）與來自高等教育領域、工業(yè)界和K-12教育領域的領導者合作確定了計算思維的操作性定義，將計算思維界定為解決問題的過程，認為計算思維包含六大特征（形成問題、組織和分析數(shù)據(jù)、表征數(shù)據(jù)、自動化解決方案、分析和實施解決方案、遷移）和九大核心概念（數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)表征、問題分解、抽象、算法和程序、自動化、模擬和并行化）（ISTE & CSTA， 2011）。該操作性定義的提出為后續(xù)計算思維的相關研究奠定了基礎。2018年，ISTE頒布了《教育者標準：計算思維能力》（ISTE Standards for Educators：Computational Thinking Competencies，以下簡稱“《計算思維能力標準》”）（ISTE， 2018）。該標準的適用對象以教師為主體，也包括教育管理者和教輔人員等。從2017版《教育者標準》（ISTE Standards for Educators）開始，標準名稱中的關鍵詞從教師（teachers）變成了教育者（educators），體現(xiàn)了標準適用對象范圍的擴大?！队嬎闼季S能力標準》繼續(xù)沿用了這個變化，旨在幫助教育者認識到計算思維的重要性，更好地開展計算思維教育實踐，使所有學習者成為計算思考者，具備運用計算思維解決問題的能力。

計算思維是當代學習者應掌握的一項分析和解決問題的能力。當前，國際計算機領域都對計算思維教育廣為關注。但我們發(fā)現(xiàn)，已有的研究主要關注學生計算思維能力的培養(yǎng)，對教育者自身計算思維能力的發(fā)展關注得比較少。教育者要提升學生計算思維能力教學的效果，自身應該掌握哪些知識？具備哪些技能？如何能夠有效地提升自己的相關知識和技能呢？如果廣大教育者特別是中小學教師缺乏開展計算思維教學的專業(yè)能力，不清楚在計算思維教學中自身應具備哪些教學技能和能力，不能在教學實踐中有意識、有計劃地完善自己的知識結構、提升自己的專業(yè)技能，將直接影響到學生計算思維能力培養(yǎng)的效果?！队嬎闼季S能力標準》的推出為我們明確了教育者在計算思維教學中應掌握的知識和應具備的能力，為我們發(fā)展教育者的計算思維教學能力提供了參考與依據(jù)，這對于我國計算思維教學實踐研究以及計算思維教育發(fā)展具有重要的借鑒意義。

二、《計算思維能力標準》發(fā)布背景

ISTE旨在激發(fā)所有教育者利用技術加速教學和學習的創(chuàng)新，以激勵學習者發(fā)揮最大潛力，并因其通過整合技術和課程使得學習和教學效果得到改善而受到廣泛認可。ISTE致力于教育變革，發(fā)布的面向學習者、教育者、領導者、技術人員和計算機科學教育者的五套標準就是最好的體現(xiàn)，為數(shù)字時代的學習、教學和領導提供了明確的指導框架。計算的觀念已滲入數(shù)學、物理學、生物學乃至社會科學等諸多領域，計算能力影響著我們未來生活的方方面面。據(jù)美國勞工統(tǒng)計局預計，到2024年計算機行業(yè)將為美國帶來近50萬個新就業(yè)崗位。與美國勞工統(tǒng)計局的預測相一致，《世界經(jīng)濟論壇》報道顯示，現(xiàn)今全球超過65%的學生未來將從事當今還不存在的高新技術工作（Council， 2010）。為了適應技術快速發(fā)展帶來的革命性變化，世界各地的教育者都有責任讓所有學生為未來的職業(yè)生涯做好準備，確保每個學生都能理解并能運用計算能力應對未來社會的挑戰(zhàn)。為了實現(xiàn)這個雄心勃勃的目標，ISTE于2018年制定了針對教育者的計算思維標準，補充和完善了《學生標準》（ISTE Standards for Students）和《教育者標準》（ISTE Standards for Educators）中有關計算思維能力的部分。

三、核心內容解讀

從1998版《學生標準》中的“技術作為解決問題與決策工具”到2007版中的“批判性思維、問題解決與決策”，再到最新發(fā)布的2016版《學生標準》要求學生成為“計算思維的思考者”，可以看出ISTE一直積極倡導將計算思維整合到K-12教育中。最新發(fā)布的面向教育者的《計算思維標準》包括5項標準21個指標。每一項標準都從計算思維的角度對教育者角色進行定位。每一個指標都圍繞教育者利用技術促進學習者計算思維的發(fā)展加以詳細闡述。具體內容如下：

（一）標準1：計算思維（學習者）

教育者需深入理解計算思維的概念，完善計算思維核心知識（如問題分解、收集和分析數(shù)據(jù)、抽象、算法設計以及計算如何影響人類社會生活），并將計算思維整合到其他學科中，不斷探索計算思維實踐，在此過程中提升自我、改進教學。該標準包含的具體指標如下：

A：設定專業(yè)學習目標，探索和應用教學策略，將計算思維實踐整合到學習活動中以增強學生對學科和計算機科學概念的學習。

B：判斷在何處以及如何將計算用于豐富的數(shù)據(jù)或內容之中以解決特定的學科問題，并將其與計算思維實踐和計算機科學概念聯(lián)系起來。

C：利用計算思維專家、資源和專業(yè)學習網(wǎng)絡不斷改進跨學科整合的計算思維實踐。

D：在進行計算思維實踐和學習計算機科學時，培養(yǎng)韌性和毅力，通過開放型問題樹立自信心，并將失敗視為學習和創(chuàng)新的機會。

E：認識到可以利用計算和社會的相互作用為個人和組織創(chuàng)造機會抑或不公平，責任抑或威脅。

標準1強調了教育者自身學習的重要性。在一個廣泛連接的數(shù)字化世界中，教育者作為人才培養(yǎng)的踐行者需樹立終身學習理念，認識到自身的優(yōu)勢和不足，不斷提升自身的專業(yè)素養(yǎng)。指標A指出，教育者首先要設立專業(yè)學習目標，探索多樣化的教學策略，以適應學生的個性化需求。教育者可以將計算思維實踐整合到其他學科內容中以引入計算思想。例如：讓科學課上的學生通過模擬生活中物體圍繞空間中一個點運動時的重力彎曲路徑來理解太陽系的運動，或要求歷史課上的學生通過識別勞動力市場數(shù)據(jù)的變化趨勢來確定表征經(jīng)濟蕭條的現(xiàn)象。指標B指出，教育者要意識到計算思維的教育價值。教育者需應用計算思維解決跨學科、綜合性的復雜問題，在解決問題的過程中建立計算思維實踐和計算機科學概念之間的聯(lián)系。指標C強調運用專業(yè)學習網(wǎng)絡的重要性。教育者可以充分利用網(wǎng)絡與世界各地的計算科學專家建立聯(lián)系，形成虛擬學習社區(qū)，拓寬專業(yè)學習途徑。ISTE提供了20多個專業(yè)學習網(wǎng)絡（PLN），這些網(wǎng)絡將來自世界各地的教育工作者聚集起來，共同分享實踐經(jīng)驗。指標D指出，教育者需通過了解計算思維運作的屬性與規(guī)律建立計算思維的概念結構，將計算思維應用于教學實踐中，以加深學生對這些概念的理解。在學習過程中，應正確看待失敗，學會處理消極情緒，以積極的心態(tài)和包容與堅持不懈的態(tài)度應對不確定性因素，解決開放型問題。指標E指出教育者需認識到計算和社會是相互作用的，一方面?zhèn)€人和組織可以利用計算機和信息技術來解決社會問題，包括言論自由、知識產權、就業(yè)問題、財富分配等，但同時也需規(guī)避其帶來的威脅和挑戰(zhàn)，如數(shù)據(jù)安全、隱私以及與道德和法律相關的問題。

（二）標準2：公平領導（領導者）

教育者致力于展現(xiàn)卓越的領導才能，使自身和所有學生都有機會和能力成為計算思考者和計算機科學學習者。教育者應善于激發(fā)學生在計算機領域中的潛能;培養(yǎng)包容和多樣化的課堂文化;滿足不同的學習需求，建立學習者的自我效能和信心;解決交互、設計和開發(fā)方法中的偏見。該標準包含的具體指標如下：

A：培養(yǎng)每位學習者的自信心、可勝任感和積極的計算認同感。

B：創(chuàng)建和實施與先前的知識和文化經(jīng)驗相關的學習活動，強調從不同的倫理、社會和文化視角探討計算知識，介紹不同團隊所取得的計算成就。

C：選擇有助于培養(yǎng)包容的計算文化，避免刻板印象的威脅，并且可以讓所有學生公平參與其中的教學方法。

D：評估和管理課堂文化，對排他性問題保持關注，反對隱性偏見，以推動學生公平參與。

E：與學生、家長和領導者溝通，了解計算對整個世界、不同人群和職業(yè)生涯產生的影響，并且認識到這些技能對所有學生而言都是必不可少的。

標準2強調教育者要具有敢為人先的領導意識，積極主動地尋求機遇并成為公平的領導者。善于營造公平的課堂文化氛圍，在提升自身知識和能力的同時為學習者賦能并為學業(yè)成功提供支持。指標A指出，教育者要注重建立每位學習者對于發(fā)展計算思維和學習計算機科學知識的自信，使學習者相信自己有能力學習相關知識并完成計算任務，激發(fā)學習者學習的積極性、能動性和創(chuàng)造性。指標B指出，教育者要以學習者已具備的知識技能和文化經(jīng)驗為基礎，創(chuàng)建學習活動，支持多文化背景的學習者之間進行恰當和有效的互動交流，以便借鑒和學習他人的經(jīng)驗。指標C強調教學方法的重要性。教育者可以采用項目式學習、探究性教學等多種教學方法，引導學習者探索問題的多個解決方案，讓學生學習并運用計算思維和多樣化的計算機科學模型，并通過與同伴互動來建構自身的知識結構。同伴互動的作用體現(xiàn)在兩個方面：一方面通過吸收來自不同性別、種族和能力水平的學習者的觀點，結合個人所處的倫理、社會、經(jīng)濟和文化環(huán)境培養(yǎng)一種包容的計算文化;另一方面可避免刻板印象的威脅，營造一個支持所有學習者公平參與的學習環(huán)境。指標D指出，教育者需倡導公平獲取技術工具、學習資源和學習機會，滿足學習者的多樣化需求。同時要注重評估和管理課堂文化，確保學習者和教育者之間進行積極的互動，解決社會規(guī)范、偏見或刻板印象帶來的不公平或排他性問題，避免這些問題以無意識的方式影響我們的見解、行為和決策。指標E指出，教育者需主動與學生、家長和學校領導進行溝通，搭建起學校和家庭之間的橋梁，讓他們意識到計算理念正在深刻影響著當今世界以及學習者未來的職業(yè)發(fā)展，從而產生對計算理念的認同感，認識到培養(yǎng)學習者計算思維的重要性。

（三）標準3：圍繞計算協(xié)作（協(xié)作者）

圍繞計算的有效協(xié)作要求教育者在創(chuàng)造學習機會時，結合不同的觀點和技能，并認識到教授學習者協(xié)作技能的重要性，以便獲得比單獨工作更好的效果。教育者共同選擇工具、設計活動和環(huán)境，以促進協(xié)作和學習成果的產出。該標準包含的具體指標如下：

A：與學習者共同建模和制定針對問題的計算解決方案，以及給予和接收可操作的反饋。

B：采用有效的教學策略支持學習者在計算方面的協(xié)作，包括結對編程、在團隊工作中扮演不同的角色、公平的工作量分配和項目管理。

C：與其他教育者協(xié)同規(guī)劃跨學科的學習活動，加強學習者對計算思維和計算機科學概念的理解，并將知識遷移到新的情境中。

標準3指出教育者應與學習者、同事協(xié)作并致力于培養(yǎng)學習者的協(xié)作能力，優(yōu)化學習者的協(xié)作體驗?；ヂ?lián)網(wǎng)的普及極大地促進了協(xié)作方式的變革，實時的信息共享也極大地提升了協(xié)作效率。教育者應抓住這種契機與同行積極開展協(xié)作，共同選擇教學工具、設計學習活動和空間，以改善教學實踐。同時，還要注重培養(yǎng)學習者的協(xié)作能力，以便取得更好的學習成果。指標A指出，教育者需與學習者一起制定計算解決方案，如首先定義一個問題，將其分解成幾個部分，然后對每個部分進行評估，以確定制定的解決方案是否恰當，并將解決方案以計算機和人類都能理解的形式進行表征。此外，教育者應向學習者提出問題并分享想法，給學習者提供建設性的反饋，使學習者能夠將他人的想法和觀點融入學習中。指標B指出，教育者可以采用協(xié)作結對編程培養(yǎng)學習者的計算思維。協(xié)作結對編程的方式采用“計算支架”（學習同伴）的策略，使得學生的計算概念更加鞏固，同時計算方面的協(xié)作能力也得到了提升（蔡榮華， 等， 2018）。還可以運用項目管理方法有效解決協(xié)作學習中出現(xiàn)的問題，如團隊職責分配不明確、工作量分配不均、進度安排不合理等。指標C指出，教育者需通過與同事協(xié)作來提高實踐水平、發(fā)現(xiàn)并分享資源和想法以及為學生創(chuàng)建系統(tǒng)的計算思維學習體驗。教學中應創(chuàng)設多樣化的學習情境，引導學習者思考和聯(lián)想計算思維和計算機科學概念，幫助他們在跨學科的計算思維元素之間建立聯(lián)系，并將相關概念成功遷移到新的情境中。

（四）標準4：創(chuàng)意與設計（設計者）

計算思維技能可以賦權學生創(chuàng)造出個性化的計算構件。教育者應認識到設計和創(chuàng)意可以促進成長型思維的發(fā)展。創(chuàng)造有意義的計算機科學的學習環(huán)境有助于激發(fā)學習者的興趣并喚起先前經(jīng)驗，培養(yǎng)與計算相關的技能和信心。該標準包含的具體指標如下：

A：設計能夠獲取、分析和表征數(shù)據(jù)的計算思維活動，為學習和解決其他學科的問題提供支持。

B：設計真實的學習活動，要求學習者運用設計過程解決問題并堅持他們的設計選擇。此外，在解決問題的過程中需意識到技術和人為因素的約束。

C：指導學習者在開發(fā)具有廣泛的可訪問性和可用性的計算產品時需從“以人為本”和不同的設計角度出發(fā)。

D：營造計算機科學和計算思維的學習環(huán)境，重視和鼓勵不同的觀點、學生代理、創(chuàng)造力、參與度和樂趣。

標準4指出，教育者要針對學習者的差異，致力于創(chuàng)造靈活和真實的教學活動和教學環(huán)境，為學習者提供參與最佳實踐和教學活動的機會，培養(yǎng)學習者的成長型思維。成長型思維是卡羅爾·徳韋克（Carol Dweck）團隊（2008）根據(jù)對人的智力和能力發(fā)展的不同認知提出的相對于固定型思維而言的一種心智模式。擁有成長型思維的學習者樂于嘗試新事物、接受挑戰(zhàn)，能從過程中享受樂趣，把挫折看作自我提升的契機，在學業(yè)方面的抗挫性和堅持性較高。指標A指出，教育者可探尋收集、使用和轉換數(shù)據(jù)的學習機會，包括自動化收集和簡化數(shù)據(jù)，加深學習者對計算機處理數(shù)據(jù)過程的理解。指標B指出，教育者應設計超越課堂的、有價值的、易于讓學習者產生共鳴的、真實的學習活動，利用以人為本的設計過程、工程設計過程、基于項目的學習等方法解決現(xiàn)實世界中的問題。在設計產品的過程中，需考慮目標用戶的需求和偏好，如易用性、特殊群體的無障礙服務、費用、用戶體驗、材料、語言、環(huán)境因素和文化障礙等。指標C強調，在制定問題解決方案的過程中要將人的需求作為產品設計的最終訴求，將“以人為本”的理念滲透到產品設計的方方面面。指標D指出教育者應營造培養(yǎng)學習者計算思維的學習環(huán)境。合適的學習工具和學習環(huán)境是培養(yǎng)學生計算思維的前提和載體（胡藝齡， 等， 2018）。教育者通過合理選擇工具和創(chuàng)設環(huán)境能更好地支撐教學，實現(xiàn)培養(yǎng)計算思維的目標。例如：利用3D打印技術、圖形化/模塊化編程工具、游戲化編程環(huán)境以及開源電子原型平臺，以寓教于樂的方式充分調動學習者的積極性和參與性。

（五）標準5：整合計算思維（推動者）

教育者通過將計算思維實踐融入課堂來促進學習。計算思維作為一項基本技能，教育者需要做到：

A：在評估和使用計算機科學和計算思維的課程、資源和工具時，需要考慮到學習者的多樣性以滿足所有學習者的需求。

B：賦權學習者選擇對個人有意義的計算項目。

C：運用多種教學方法來幫助學習者使用計算機可執(zhí)行的計算步驟或算法來解決問題。

D：建立計算思維實踐和內容學習的評價標準，使用形成性評價和替代性評價等多種評價方式，使學習者能夠展示他們對適齡計算思維和計算科學的詞匯、實踐和概念的理解。

標準5指出，計算思維教育不是簡單的知識傳授，而是發(fā)展思維方式和內化問題解決方法的過程（陳鵬， 等， 2018）。培養(yǎng)計算思維要以課堂為載體，在此過程中教育者應從學習者的需求出發(fā)選擇資源和工具，給予學習者較大的自主選擇權，使用恰當?shù)慕虒W方法，將計算思維的思想和方法潛移默化地滲透到具體的教學過程中，同時還要建立完善的計算思維評價標準，考量學習者計算思維的培養(yǎng)效果。指標A指出，教育者要為學習者提供豐富的學習活動、材料和工具，考慮學習者的優(yōu)勢和多樣化需求，讓所有學習者都有機會探索和應用計算思維和計算科學的原理。指標B指出，要向學習者賦權，學習者要成為擁有權力的人，可以根據(jù)自己的經(jīng)驗和興趣主動選擇有意義的計算項目，并積極地利用技術促進項目達成。指標C強調教育者應運用恰當?shù)慕虒W方法（探究法、任務驅動法、網(wǎng)絡自主學習等）幫助學習者形成問題解決方案。計算思維主要包括算法、評估、分解、抽象和概括等要素（Selby & Woollard， 2013）。具體來說就是幫助學習者首先確定一個計算機可解決的問題，然后采集、組織和分析數(shù)據(jù)，再使用模型和仿真對數(shù)據(jù)進行抽象表示，之后通過算法設計實現(xiàn)自動化解決方案，最后進行評估改進（Weintrop， 2015）。指標D指出，教育者需要建立計算思維的評價標準，使用計算思維評價方法和工具對外顯行為表現(xiàn)加以測量和分析，評估學習者是否理解和掌握所學的計算概念、計算實踐和算法思維，有效地衡量學習者思維方式的變化。

四、反思與啟示

《計算思維能力標準》對開展計算思維教育實踐具有重要的指導意義。通過深入解讀該標準，我們認為我國在促進計算思維教育發(fā)展以及提升教師①計算思維教學能力方面應重視以下工作的開展：

（一）立足我國國情，完善計算思維的培養(yǎng)體系

1. 統(tǒng)籌規(guī)劃K-12計算思維教育，制定各學段相對應的培養(yǎng)標準

計算思維教育受到世界各國的廣泛關注，美國、英國、新西蘭、澳大利亞等國都將計算思維納入基礎教育國家課程標準中，并頒布了一系列政策，投入了大量資金，以推動計算思維教育（陳鵬， 等， 2018）。其中，美國的推動力度最大，2016年頒布的《K-12計算機科學框架》（K-12 Computer Science Framework）圍繞計算機科學的核心概念，針對K-12提出了一個完整、連貫、系統(tǒng)的學習進程體系，把計算思維作為核心觀念融入實踐進程中，為課程設計和教學實施在各年級之間的順利過渡和銜接提供了良好的參照。為幫助教育者將計算思維整合到其他學科中，使學習者能夠在不同的環(huán)境中學習計算機科學概念和應用計算思維實踐，ISTE制定了面向教育者的《計算思維能力標準》?！队嬎闼季S能力標準》是對《K-12計算機科學框架》的補充和完善，且將適用對象從計算機科學教育者擴大到全體教育者。我國在《普通高中信息技術課程標準（2017版）》中也明確將計算思維作為高中信息技術學科核心素養(yǎng)之一。但與美國相比，我國高中信息技術課程中的計算思維教育尚未形成系統(tǒng)、科學的教學標準（邱美玲， 等， 2018），小學和初中階段信息技術課程中的計算思維培養(yǎng)還沒有引起足夠的重視。就整個K-12階段的信息技術教育來說，尚未形成系統(tǒng)、完整的計算思維培養(yǎng)體系。況且計算思維作為一種思維方式滲透在各個學科中，不能僅依靠信息技術課程來培養(yǎng)，還應與其他學科進行融合，跨學科培養(yǎng)。

鑒于此，我國應在具體國情的基礎上統(tǒng)籌規(guī)劃學前、小學和中學各個學段的計算思維教育。教育主管部門應協(xié)同高校專家和中小學教師共同制定各學段計算思維培養(yǎng)標準，包括學生在各學段需要掌握的計算思維核心概念和具體的實踐活動。需要依據(jù)各學段學生的認知發(fā)展水平，從易到難、從初級到高級循序漸進，層層引入計算思維核心概念。研究發(fā)現(xiàn)，4歲左右的兒童已經(jīng)具備理解基本的計算機編程概念的認知水平（Bers， 2002）?？梢暬幊逃螒蚍蟽和恼J知水平，是培養(yǎng)兒童計算思維的重要教輔材料。因此，針對學前兒童開展計算思維實踐活動可以采用游戲和實體編程等形式。圖形化編程工具能夠降低學生認知負荷，有助于提升學生的計算思維能力（傅騫， 等， 2019）。小學階段可以引入可視化編程。中學階段應逐漸由可視化編程向代碼編程轉化，著重培養(yǎng)學生運用計算思維解決生活中實際問題的能力。

2. 開展培訓，提升在職教師計算思維教學能力

在數(shù)字時代，計算思維對于學生和教師來說都是一項必不可少的技能。為了確保學生在K-12階段具備這項技能，教師的計算思維水平和教學能力至關重要。ISTE在谷歌的支持下開發(fā)了“為每個教師介紹計算思維”（An Introduction to Computational Thinking for Every Educator）培訓課程，為教師闡釋計算思維的內涵、核心概念，為參與者提供了將計算思維融合到特定學科的豐富案例。該課程不僅能夠加深教師對計算思維的認識，而且為教師將計算思維融合到所教授的課程提供支持。借鑒美國的經(jīng)驗，我國也應該加強在職教師計算思維培訓：①拓展參加培訓的教師范圍。目前我國主要依托信息技術課程培養(yǎng)學生的計算思維，但是計算思維作為一種問題解決方式滲透于各個學科中，因此參加計算思維培訓的不應只有信息技術教師，應將范圍擴大到各學科教師，以此將計算思維融入各學科的教學中。②創(chuàng)新培訓方式和內容。相關實證研究顯示，通過計算思維工作坊為教師提供針對性的培訓，可以在較短時間內提升教師對計算思維的理解和教學能力（Bower， et al.， 2017）。將計算思維整合到在職教師的繼續(xù)教育培訓課程中，不僅要注重學科內容知識方面的培訓，而且應該加強教學法知識和教學實踐的培訓。對于新手教師可采用在線培訓課程、專家講座和工作坊等方式，幫助他們建構計算思維概念和實踐邏輯，探尋計算思維的知識技能與他們先前認知相結合的方法;對于專家型教師，應該發(fā)揮其在學科知識與教學法方面的優(yōu)勢，開展案例與教學設計分享會和現(xiàn)場課觀摩等活動，通過設計—反思—再設計不斷迭代的過程擴充已有的認知圖式，嘗試將計算思維融入教學設計與教學活動中。搭建教學資源交流與分享平臺，為新手教師和專家型教師之間的交流協(xié)作提供支持，形成教師發(fā)展共同體，協(xié)同規(guī)劃跨學科的計算思維教育活動。③建立培訓保障機制。在職教師計算思維教學能力的發(fā)展需要學校政策和鼓勵措施作為保障，因此各級教育管理者應充分認識到計算思維的重要性，整合校內外優(yōu)質資源，創(chuàng)設有利于教師計算思維教學能力持續(xù)發(fā)展的共同體環(huán)境。

3. 融入計算思維，重新設計職前教師的相關課程

有關計算思維教學能力的在職教師培訓只是暫時的解決方案，從長遠來看應該從職前教師培養(yǎng)入手。Yadav等（Yadav， et al.， 2017）研究發(fā)現(xiàn)職前教師在自身學科背景下對計算思維的理解過于簡單和片面，重新設計職前教師培養(yǎng)課程對培養(yǎng)其計算思維教學能力至關重要。目前我國主要依托信息技術課程培養(yǎng)學生的計算思維，中小學信息技術教師的主力軍來源于計算機和教育技術專業(yè)的師范生。結合當前的教育實踐，計算思維仍然不能作為一門學科獨立存在，只能作為信息技術學科的核心素養(yǎng)，達到培養(yǎng)學生計算思維的目的（朱珂， 等， 2019）?；诖?，可以從以下途徑系統(tǒng)地培養(yǎng)職前教師的計算思維教學能力，為其勝任計算思維教學實踐提供有效支持：①針對計算機和教育技術專業(yè)的職前教師而言，其專業(yè)課程中“數(shù)據(jù)庫”“程序設計”“算法”“網(wǎng)站開發(fā)”等課程都蘊含著計算思維，他們缺乏的是設計和開展計算思維教學實踐活動的能力。有研究表明，教育實踐類課程對職前教師從教準備度的貢獻度較大（吳宗勁， 等， 2018），可以通過教學設計、案例分析、合作探究、實踐調研等活動，穿插安排理論學習與實踐體驗，讓職前教師在體驗中學，從做中學，從課程學習到實習實訓，全面提升領導、設計、協(xié)作和推動能力。②針對其他專業(yè)的職前教師，有研究者（Yadav， et al.， 2017）指出，以TPACK發(fā)展為導向的職前教師教育技術課程是整合計算思維的有效途徑。一些高師院校都會開設“現(xiàn)代教育技術”公共課程，但課程內容知識陳舊，且教學法、教育技術以及學科專業(yè)課程依舊是彼此分散和孤立的。因此，計算機科學教育者、教師教育者應該通力合作，組成職前教師教育者共同體，將計算機科學和教師專業(yè)發(fā)展方面的綜合知識結合起來，共同設計“現(xiàn)代教育技術”公共課程。職前教師通過該公共課程掌握計算思維的核心概念，并在他們所學領域的教學方法課程中提升將計算思維融入特定學科的能力。此外，還可以在選修課如“STEM”“創(chuàng)客”“人工智能”等課程中加入符合計算思維課程標準的新單元，以不同的教學方式開展計算思維實踐，供其他專業(yè)的職前教師研修。

在整個教學實踐中教師應積極地與同事合作，共同設計計算思維教學活動，依據(jù)學習者、領導者、設計者、協(xié)作者和促進者五大能力維度反思教學，找出自身知識與技能的薄弱之處，及時查漏補缺、更新教學。通過不斷迭代計算思維教學實踐驗證教學設計、優(yōu)化教學活動和創(chuàng)新教學模式，形成設計-反思-再設計循環(huán)往復的探索過程。通過將計算思維融入課堂，深刻認識計算思維的本質，在培養(yǎng)學生計算思維的過程中不斷更新自身知識庫，促進自身計算思維教學能力發(fā)展。

五、結語

“無所不在的計算是昨天的夢想，如今成為現(xiàn)實，計算思維就是明天的現(xiàn)實”，周以真在《計算思維》一文中寫道（Wing， 2006）。計算技術的進步為我們解決問題帶來了新思路，使我們的創(chuàng)新能力和想象力實現(xiàn)了巨大的飛躍。使用計算機解決復雜問題的計算思維將是學習者適應未來社會發(fā)展的一種重要思維能力，而教育者是否具備良好的計算思維教學與實踐能力直接影響著學習者計算思維培養(yǎng)的效果。只有掌握計算思維，才能更好地應對這些革命性變化。目前，我國信息技術教學普遍停留在技術與工具層面的培養(yǎng)，然而各種軟件工具更新迅速，如果我們的教學僅停留在對簡單工具技能的講授，若干年后我們教給學生的很多東西將會過時。處于信息時代的我們，不管技術工具如何更新?lián)Q代，思維過程仍然是相互關聯(lián)的，引導學生掌握技術表象背后相對一致的算法原理和思維過程才是更好的途徑。培養(yǎng)學生的思維能力，特別是計算思維能力，為學生的終身發(fā)展奠定基礎，將更有助于學生適應未來瞬息萬變的社會，符合社會對人才的要求。

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收稿日期：2019-12-18

定稿日期：2020-04-28

作者簡介：張文蘭，博士，教授，博士生導師;閆怡，碩士研究生;劉盼盼，碩士研究生。陜西師范大學教育學院（710062）。

責任編輯 單 玲