中小學(xué)生計算思維教育的調(diào)研及思考

丁愷

[摘 要]計算思維是個體運用計算科學(xué)的思想方法進行問題解決時產(chǎn)生的思維活動，對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和實踐能力有重要作用。隨著教育信息化程度不斷提高，數(shù)字化進程不斷發(fā)展，計算思維教育在信息技術(shù)教育教學(xué)中也被廣為關(guān)注。在對計算思維進行概述及對南通市1500名學(xué)生進行調(diào)研情況分析的基礎(chǔ)上，闡述中小學(xué)計算思維能力培養(yǎng)的方案，并就在信息技術(shù)教育教學(xué)中如何進行計算思維能力的培養(yǎng)策略提出相關(guān)建議，以期為今后信息技術(shù)學(xué)科進行計算思維能力的培養(yǎng)提供參考。

[關(guān)鍵詞]信息技術(shù)課程;科學(xué)思維;計算思維;計算思維能力

[中圖分類號] G43[文獻標識碼] A[文章編號] 1007-9068（2021）24-0077-02

一、計算思維的概述及調(diào)研情況

1.計算思維的含義

計算思維是一種運用計算機科學(xué)基本概念求解問題、設(shè)計系統(tǒng)和理解人類行為的活動。計算思維不是一門單獨的學(xué)科，它源于計算機科學(xué)，和數(shù)學(xué)思維、工程思維有非常緊密的關(guān)系。計算思維不僅是一種適應(yīng)于計算機科學(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。計算思維涵蓋計算機科學(xué)的一系列思維活動，具備計算思維能力的人應(yīng)具備計算機科學(xué)家一樣的思考方式，遇到問題時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，對解法進行測驗和調(diào)試。計算思維涵蓋計算機科學(xué)的一系列思維活動，其有以下特點：

（1）計算思維是概念化而非程序化的。

（2）計算思維是人而非計算機的思維方式。

（3）計算思維是數(shù)學(xué)和工程學(xué)的互補與融合。

（4）計算思維是思想而非人造物。

（5）計算思維面向所有人。

2.調(diào)研情況內(nèi)容及匯總

2020年在南通市教育科學(xué)研究院的組織下，我們根據(jù)計算思維涵蓋計算機科學(xué)的一系列思維活動的特點，同時按照南通大市各縣（市、區(qū)）地理位置，采用分層多階段整體隨機抽樣方法，對南通市各縣（市、區(qū)）試點實驗學(xué)校3～6年級進行隨機抽取班級參與調(diào)研，選擇了以下學(xué)生比較常見的一些問題，采用網(wǎng)上問卷的形式，共有1500多人參加了調(diào)研。具體調(diào)研內(nèi)容如下：

（1）你聽說過計算思維嗎？

（2）你認為計算思維是計算機思維還是人的思維？

（3）你覺得信息社會的成員是否需要具備用計算機來解決生活中的問題這種能力呢？

（4）請問你會怎么做1-2+3-4+5-…+100這道題呢？

（5）你覺得計算思維在你的學(xué)習(xí)生活中是否重要？

（6）交換兩瓶墨水。設(shè)有兩瓶墨水，一瓶是紅墨水，一瓶是藍墨水，現(xiàn)要求把兩瓶墨水交換一下，我們該怎么做？

（7）若是遇到疑難問題，你是采用什么辦法解決的？

（8）在超市購物時，你選擇哪種方法排隊付賬？

（9）你在日常生活和學(xué)習(xí)中能夠井井有條地同時處理多件事嗎？你認為和計算思維思想有關(guān)系嗎？

（10）你所在學(xué)校有沒有為學(xué)習(xí)者開設(shè)計算思維訓(xùn)練課程或計算機課程中有沒有講授學(xué)科方法知識？

（11）你學(xué)過Scratch編程或其他編程軟件嗎？你在學(xué)習(xí)編程的過程中感悟到計算思維的思想嗎？

通過本次問卷調(diào)研，發(fā)現(xiàn)南通市中小學(xué)生中有52%以上的參測學(xué)生聽說過計算思維并對計算思維有一定的認知，參加調(diào)研測試的學(xué)生中有43%以上的學(xué)生能認識到計算思維形成對自身的日常生活學(xué)習(xí)能起到有效的幫助，28%以上的學(xué)生認為在日常生活學(xué)習(xí)中使用計算思維模式可以解決生活中的許多問題，南通市中小學(xué)中有60%以上的學(xué)校能針對學(xué)生開設(shè)計算思維訓(xùn)練課程或在信息技術(shù)課上進行計算思維能力訓(xùn)練，這些學(xué)校有51%的學(xué)生能夠在學(xué)校開展的信息技術(shù)教學(xué)中感悟到計算思維的思想。

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在南通市中小學(xué)生中仍有37%的學(xué)生對計算思維認知模糊，無法理解計算思維的實際作用，并且在中小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)活動中參與度低。

二、中小學(xué)計算思維能力培養(yǎng)的方案

中小學(xué)信息技術(shù)教育的教學(xué)過程需要計算思維能力的支撐。中小學(xué)生只有具備基本的計算思維能力，才能在平時的信息技術(shù)教育的教學(xué)過程中完成相應(yīng)的學(xué)習(xí)任務(wù)。同時，也能相應(yīng)地培養(yǎng)中小學(xué)生的計算思維能力。因此，為了更好地在信息技術(shù)教育的教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力，可以通過以下信息技術(shù)教育教學(xué)過程中的五個步驟來引導(dǎo)學(xué)生找出解決方案（具體流程如圖所示），每個步驟會在相應(yīng)程度上鍛煉他們的計算思維能力。

三、中小學(xué)生計算思維教育的培養(yǎng)策略

南通市中小學(xué)信息技術(shù)在南通市教育科學(xué)研究院的引領(lǐng)下，全市開展了創(chuàng)客教育、STEM 教育等新型課堂教學(xué)模式的研究，計算思維的培養(yǎng)模式也面臨著新的發(fā)展與變革。隨著研究的不斷深入，中小學(xué)計算思維能力的培養(yǎng)和發(fā)展就顯得尤為重要，筆者認為可以從以下方面著手進行培養(yǎng)和研究。

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，計算思維的出現(xiàn)早于計算機，雖然需要信息技術(shù)課程的專業(yè)支持，但是對計算思維的培養(yǎng)決不能被限制于信息技術(shù)課程中。創(chuàng)客教育、STEM 教育等先進理念不斷涌入大家的視野，筆者認為中小學(xué)計算思維的培養(yǎng)應(yīng)從全方位出發(fā)，結(jié)合先進的教育理念，將多門學(xué)科的知識有機融合，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、運用計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)中小學(xué)計算思維時，不能僅通過機械的概念理論教學(xué)來實現(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。在《信息技術(shù)課程標準（2017 年版）》先進教育理念的視野下，培養(yǎng)中小學(xué)計算思維需要引導(dǎo)中小學(xué)生綜合運用多門學(xué)科知識去發(fā)現(xiàn)、解決問題，有目的地創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)情感，培養(yǎng)創(chuàng)造思維，鍛煉適應(yīng)能力。通過體驗活動，培養(yǎng)中小學(xué)生信息素養(yǎng)和解決實踐應(yīng)用類問題的能力，鼓勵其學(xué)習(xí)、探索與創(chuàng)新。

3.多視角看問題，挖掘問題本質(zhì)

在信息大爆炸時代，只有認清問題的本質(zhì)，才能從根本上提高解決問題的效率。《信息技術(shù)課程標準（2017 年版）》明確指出：“發(fā)展中小學(xué)生計算思維時，要讓學(xué)生在問題解決過程中從多視角看問題的本質(zhì)，全面考慮有關(guān)該問題的相關(guān)性知識，在解決方案中要多維度進行評估;要注重培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力，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?！?/p>

4.培養(yǎng)知識遷移能力，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)對變化。在新課程理念下發(fā)展中小學(xué)生計算思維時，要善于突破思維定式，用發(fā)散思維修改現(xiàn)有的知識結(jié)構(gòu)，形成新的知識結(jié)構(gòu)，從而有效地接受和靈活運用新知識。通過學(xué)科滲透和教學(xué)創(chuàng)新培養(yǎng)創(chuàng)造力，運用跨學(xué)科知識整合的方式使中小學(xué)生突破學(xué)科知識的定式，提高創(chuàng)造性思維水平。

總而言之，計算思維能力是指人們運用計算思維方法進行思考的能力。實際上，我們不是培養(yǎng)計算思維（方法），而是通過引導(dǎo)中小學(xué)生學(xué)習(xí)、掌握這種思維方法，有效地將其用于問題的求解，以達到培養(yǎng)計算思維能力之目的。當(dāng)然，計算思維能力的培養(yǎng)不是一朝一夕就能實現(xiàn)的，需要一個長期的過程，且在這個過程中需要我們不斷研究、不斷實踐、不斷積累、不斷提高。中小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科關(guān)于計算思維以及計算思維教育教學(xué)的研究和實踐才剛剛起步，構(gòu)建計算思維的信息技術(shù)教育教學(xué)的教學(xué)方法，將隨著新一輪課程改革的深入而逐步顯現(xiàn)出來，也會隨著我們對中小學(xué)生計算思維能力的培養(yǎng)而逐步提高對其重要性的認識。

（責(zé)編 韋淑紅）