計算思維視角下職校計算機教學淺析

馬 慧，王鶴琴，席 歐，程代娣

（安徽警官職業(yè)學院，安徽 合肥 230031）

1996 年美國麻省理工學院教授尼葛洛龐帝在《數(shù)字化生存》一書中指出：數(shù)字時代下，人類生存于一個虛擬的、數(shù)字化的生存活動空間，在這個空間里人們應(yīng)用數(shù)字技術(shù)（信息技術(shù)）從事信息傳播、交流、學習、工作等活動［1］。后信息時代，是1996 年日本著名邏輯思維科學家大雄建村在《新思維革命》一書中率先提出，是指從工業(yè)化社會進入信息社會25 年以后，開發(fā)和利用信息資源為目的信息經(jīng)濟活動逐漸取代工業(yè)生產(chǎn)活動而成為國民經(jīng)濟活動的主要內(nèi)容。大雄建村指出，屆時機器會取代一部分人的工作，會思考的人會取代不會思考的人。2017 年汕頭大學長江新聞與傳播學院教授吳伯凡在《“后信息時代”的來臨：從信息到智能重讀〈數(shù)字化生存〉》中，喊出了中國現(xiàn)實。中國已悄然來到了數(shù)字化和后信息時代。2021 年5 月28 日，中國科學院第二十次院士大會、中國工程院第十五次院士大會和中國科學技術(shù)協(xié)會第十次全國代表大會隆重召開，習近平總書記發(fā)表重要講話并強調(diào)：堅持把科技自立自強作為國家發(fā)展的戰(zhàn)略支撐，深入實施科教興國戰(zhàn)略、人才強國戰(zhàn)略、創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，完善國家創(chuàng)新體系，加快建設(shè)科技強國，實現(xiàn)高水平科技自立自強［2］。創(chuàng)新是一個民族進步的靈魂，是一個國家興旺發(fā)達的不竭動力，也是中華民族最深沉的民族稟賦。數(shù)字化時代到來，在大力發(fā)展人工智能，機器逐漸取代人類工作的大背景下，培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力顯得尤為重要。職業(yè)化教育理應(yīng)順應(yīng)時代需要，重點思考如何培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維。而計算思維作為創(chuàng)新思維的重要元素，在教學中的重要作用不言而喻。

一、計算思維研究現(xiàn)狀

計算思維，Computational Thinking，在2006 年由美國卡梅隆大學周以真教授提出后被世界周知。早在1936 年，圖靈在其文章中就提到過：運用計算機智能化思維方式，建構(gòu)人類思維方式［3］。1996年，派珀特（SeymourPapert）也界定過計算思維一詞，并將其作為一種借助具象化編程媒介建構(gòu)認知和解決沖突的思維方法。周以真提到計算思維時同時提出：應(yīng)開設(shè)一門課程，培養(yǎng)學生為“怎么像計算機科學家一樣思維”［4］，和科學家一樣具有創(chuàng)新力。2011 年，美國國際教育技術(shù)協(xié)會（ISTE）、計算機科學教師協(xié)會（CSTA）和K-12 教育領(lǐng)域的領(lǐng)導人聯(lián)合推出針對中小學K12 教育計算思維能力的操作性定義。顯然，因?qū)?chuàng)新思維影響巨大，計算思維被各國所重視。2014 年至今，計算思維發(fā)展進入全新的階段，創(chuàng)造、批判、社交等非智力要素被廣泛引入到計算思維概念中。2015 年ISTE 更新了計算思維的概念，指出計算思維涵蓋了創(chuàng)造力、算法思維、批判性思維、問題解決以及建立溝通與合作的能力，是高于問題解決的復合能力［5］。斯滕伯格（Sternberg）指出，思維教學存在必然的方法，但在此之前，教師首先要掌握這種思維能力。2015 年至今，英國、瑞典等國家著手開展教師計算思維培養(yǎng)與教學指導工作，并嘗試在多個學科師范專業(yè)教育和中學課程中引入Computational Participation（計算參與）概念，使計算思維成為一種基礎(chǔ)、泛在、普適的教育要素。讓廣大教育者具備一定的計算思維知識與技能形成牢固的“計算參與”觀念，打破傳統(tǒng)學科知識藩籬與教學范式以開展跨學科計算思維教育創(chuàng)新［6］，成為當前計算思維教育研究熱點。計算思維不是作為一門學科知識而是作為一種打破學科界限的聯(lián)結(jié)，以計算參與的方式進行培養(yǎng)似乎有著更優(yōu)的效果。

國內(nèi)方面，早在2002 年北京工業(yè)大學計算機學院教授蔣宗禮采用“計算思維”一詞描述計算機專業(yè)人才培養(yǎng)基本能力，蔣教授認為計算機教學中應(yīng)看重計算思維的培養(yǎng)；2006 年后國內(nèi)眾多學者追隨周以真進行研究，2010 年9 所首批“985 工程”學校即C9 高校發(fā)表教學聯(lián)合聲明，達成計算機基礎(chǔ)教學是培養(yǎng)大學生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力不可或缺的重要環(huán)節(jié)、是培養(yǎng)復合型創(chuàng)新人才的重要組成部分、將“計算思維能力的培養(yǎng)”作為計算機基礎(chǔ)教學的核心任務(wù)等共識。2012 年1 月底至2 月初，教育部高等學校計算機科學與技術(shù)專業(yè)教學指導分會，聯(lián)合全國高等學校計算機教育研究會和中國計算機學會教育專業(yè)委員會召開了一次主任（理事長）擴大會議，就計算思維等多個問題進行了研究，形成了“積極研究和推進計算思維能力的培養(yǎng)”的基本意見。2013 年9 月蔣宗禮教授發(fā)表《計算思維之我見》，提出俠義和廣義的計算思維及計算思維培養(yǎng)概要［7］；合肥工業(yè)大學教授李廉于2014 年和2016 年分別發(fā)表《關(guān)于計算思維的特質(zhì)性》和《方法論視野下的計算思維》，提出計算思維具有可解釋證明和關(guān)聯(lián)世界的兩個特質(zhì)，并對物理模型、數(shù)學模型和計算模型進行了專業(yè)的詮釋［8］。蔣宗禮教授和李廉教授的研究都認可計算思維的聯(lián)結(jié)性，并需其在學科專業(yè)中有所應(yīng)用。由此可見，兩位教授同樣認同計算思維這種關(guān)聯(lián)世界的“計算參與”的特性。2017 年，教育部在基礎(chǔ)教育信息技術(shù)課程標準中將計算思維作為核心素養(yǎng)。此后，計算思維在計算機教學中的探討呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展的態(tài)勢。

二、職業(yè)院校計算機教學現(xiàn)狀

人工智能時代到來，越來越多的工作崗位會被機器所替代，如何培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維，讓學生會思考，愿意思考，成為教學的新課題。高職院校教育注重強調(diào)培養(yǎng)學生的職業(yè)技能［9］，信息化時代下，計算機課程成為每個人必要的學習內(nèi)容，但學生學情復雜，傳統(tǒng)模式下的高職計算機教學情況效果并不理想，深入探究才能巡診把脈，對癥下藥。

（一）學生基礎(chǔ)不一致，教學效果難保證

在社會不斷發(fā)展過程中，不少學生很早就接觸計算機，但他們對于計算機的了解大多是局限于看視頻、網(wǎng)絡(luò)游戲、購物與聊天，對于一些專業(yè)化的操作與技能了解不足。目前進入我校的學生中，80% 以上的在中學階段開設(shè)了信息基礎(chǔ)課程，但因地域經(jīng)濟差異、各校重視度不同，學生掌握程度不一。如高中階段學生平均每周一次的計算機課，有時存在被體育或其他課程占用情況，這就出現(xiàn)很多學生知道計算機的大略情況但深入知識掌握不夠的情況；而且同一個班級中，學生學習能力參差不齊，學習態(tài)度不一，因而能起到的計算機教學效果有限。

（二）教材更新不及時，教學需求難滿足

經(jīng)調(diào)研，不少職業(yè)院校當下所使用的計算機教材的更新程度是不足的，一方面計算機技術(shù)的革新和發(fā)展比較迅速，前沿的計算機應(yīng)用技術(shù)以日計時地在變化著；另一方面，隨著初高中信息技術(shù)的提前導入和加深，現(xiàn)今的高職教材的使用往往在制定之初能跟上學生學習程度，隨著時間推移，適應(yīng)學生學習和時代需求的教學內(nèi)容不能及時更新在教材中，難以滿足適時適生的教學需求。

（三）教學模式不靈活，學習積極性不高

職業(yè)院校的計算機教學中，課堂教學活動開展有的會流于表面，學習氛圍凝固是存在的一個問題，一是和一些教師墨守成規(guī)地教學模式相關(guān)，只關(guān)注于教學內(nèi)容的教授［11］，不能兼顧課堂氣氛，對學生關(guān)注度不夠；二是和學生對自我認知和提升有關(guān)。當代的學生生活在和平年代，生活物質(zhì)條件相比于之前好很多，對他們而言，饑餓貧窮戰(zhàn)亂都是遙遠的事情，沉迷于游戲、娛樂，甚至迷茫無意義在青年學生中會常?？吹?。經(jīng)調(diào)研，以某班為例，僅有約20% 學生能自主跟隨教師完成課堂授課任務(wù)，40%學生需要教師多種形式督促可以完成，35%的學生需要硬性規(guī)則強制完成，5%內(nèi)心抗拒，拒絕學習。陳舊的教學模式下，不利于培養(yǎng)創(chuàng)新思維。

圖1 某班學生學習積極性調(diào)查表

（四）教學環(huán)境參差，教師熱情受影響

高職計算機教師綜合素質(zhì)參差不齊。一方面現(xiàn)如今很多高職院校因為受經(jīng)濟預算的影響，沒有良好的教學環(huán)境，計算機教學設(shè)備非常滯后［12］，直接影響了教師教學熱情。另一方面，教師自身綜合素質(zhì)相對而言也有待提升，教師要有足夠的勇氣和魄力［13］，需要其自身具備足以支撐其進行教學創(chuàng)新的知識能力，同時能夠樹立以計算思維為立足點的針對學生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)觀念和全面培養(yǎng)學生素養(yǎng)所需的思政素養(yǎng)、前沿動態(tài)的時政敏感性。但現(xiàn)階段職業(yè)院校中的一些計算機教師不能夠真正樹立終身學習的理念，沒有及時更新自己的知識體系，這使得他們在實施教學創(chuàng)新時缺乏足夠的能力來支撐其梳理創(chuàng)新思路。這些都會造成教師不能認識到培養(yǎng)學生思考能力的重要性，不能認識到培養(yǎng)有德有才全面人才的必要性。

三、計算思維下計算機教學的探究

計算思維的提出具有劃時代的意義，但就其培養(yǎng)方式上目前眾說紛紜，尚無定論［14］，清華大學譚浩強認為，計算思維需要落實到應(yīng)用去培養(yǎng)，合肥工業(yè)大學李廉教授提出的思維綜合性是本文贊同和推崇的。

（一）深入把握學生學情，有效建立師生聯(lián)結(jié)

接觸才能建立關(guān)系，人類繁衍至今，關(guān)系的建立是非常重要的。對高職院校的師生而言，突破下課斷開聯(lián)系的模式，教師需要在初始課堂形成的第一時間掌握學生詳細資料。建議這里可以通過調(diào)查問卷的形式進行，針對性了解學生對計算機信息技術(shù)既往學習情況、家庭情況、個人喜好、擅長學科等方面，力圖能真實地展現(xiàn)學生全貌，為后期學習制定具體策略進行資料準備；其次，在點滴的教學過程，通過嚴肅課堂紀律、調(diào)整教學氛圍等方式，加強與學生的聯(lián)系，進一步深入了解學生；針對某些學生，以學習通聊天群、微信群等方式，進行課下指導，形成良好師生互動關(guān)系，促進學習進程。

（二）準確掌握教育動態(tài)，及時更新教學內(nèi)容

在了解學生以往學習計算機情況后，結(jié)合時代發(fā)展和計算機技術(shù)發(fā)展前沿，教師須及時對授課內(nèi)容進行調(diào)整，如計算機基礎(chǔ)教學中的OFFICE 辦公軟件的EXCEL 相關(guān)知識點，學生在高中學習內(nèi)容逐漸增多加深，在考慮學情的基礎(chǔ)上，教師可略過EXCEL 基本公式，增加現(xiàn)在職場常用的VLOOKUP函數(shù)、數(shù)據(jù)透視表透視圖等可視化數(shù)據(jù)的教學內(nèi)容。教學內(nèi)容的更新需要教師能利用碎片化時間與時俱進，掌握最新時事動態(tài)，要求教師具有自我革新的魄力和勇氣。

（三）多種方式方法并用，提升學生綜合素養(yǎng)

以內(nèi)驅(qū)力促進學生學習，讓學習由“被動”變?yōu)椤爸鲃印笔墙虒W的最高境界和追求。就教學環(huán)境下如何激發(fā)學生學習內(nèi)驅(qū)力，建議如下：

1.創(chuàng)造輕松教學環(huán)節(jié)，自然活躍課堂氣氛

課前導入音樂，讓學生以輕松愉悅的心情迎接新課學習。在調(diào)查問卷中設(shè)置學生最喜歡音樂選項，課堂教學中也可以請學生推薦，了解學生喜愛歌曲，在課前10 分鐘播放。從思維培養(yǎng)的科學角度，藝術(shù)欣賞促進右腦開發(fā)，有利于激發(fā)學生創(chuàng)新思維。有研究表明，創(chuàng)造性的活動離不開心境的平和。此方法在疫情期間線上教學時效果顯著，很多學生因此課前提前來，課后要求繼續(xù)聽歌，以音樂為媒介不失為一種提高學生學習興致，拉近師生關(guān)系的方法途徑。另外，課前預熱階段也可通過點名，熱點話題討論等方式，輕松愉悅地進入新課講解環(huán)節(jié)。

2.靈活運用計算思維，聯(lián)結(jié)不同課程知識

打鐵還需自身硬，教學能力和方法是知識灌輸學習的有效媒介。傳授知識不等同于傳授思維，計算思維教育不同于傳統(tǒng)教學。作為學科思維，計算思維需以計算機學科知識為基礎(chǔ)而非內(nèi)容，基于學習者的認識，符合計算思維發(fā)展規(guī)律進行教學設(shè)計。了解計算思維，熟悉掌握并應(yīng)用于課堂需要教師日積月累地實踐應(yīng)用。例如，可在計算機應(yīng)用基礎(chǔ)的教學中，講授EXCEL 公式的絕對應(yīng)用和相對引用知識點時，運用計算思維聯(lián)結(jié)計算機輸入輸出原理進行講解；讓學生深入理解知識點，用計算思維聯(lián)結(jié)學生既往已學的有關(guān)相對運動的物理知識；而在Linux 課程中，講到絕對路徑和相對路徑，可以聯(lián)系到計算機應(yīng)用基礎(chǔ)的公式知識理解；通過教學讓學生能夠透過現(xiàn)象看本質(zhì)，體會萬物皆有規(guī)律和法則，提升學生獨立思考的能力，培養(yǎng)其計算思維。

圖2 計算思維下不同學科課程間的知識聯(lián)結(jié)

3.善用啟發(fā)式教學方法，學會保留式提問

教學有法，但無定法。教學時需要多問以激發(fā)學生興趣，但問什么、怎么問需要切合教學環(huán)境。在設(shè)計教學環(huán)節(jié)時，注重設(shè)計提問環(huán)節(jié)。首先是問什么。提問需以教學重難點為中心，貼合教學知識找到引出問題的點，如EXCEL 扣稅公式講授時，可以先問學生網(wǎng)紅李佳琦被“封殺”的原因，讓學生對稅收有所認知，再講解扣稅如何用公式計算。其次是怎么問。問題的設(shè)計需要結(jié)合學生認知矛盾的地方，即難記憶、難理解、易混淆的點，同時又不能脫離教師的掌控。注意這兩點才能做到恰到好處的問，生動又深刻地融合知識點進入學生的大腦中。

4.注重學生分層教學，互動調(diào)整教學評價

綜合使用分層教學、項目驅(qū)動任務(wù)教學法、小組互助等方法，針對學生知識掌握和學習態(tài)度不一的情況，在教學作業(yè)和檢驗環(huán)節(jié)進行分層，，以附加題、游戲等形式，激勵學生主動進階發(fā)展，提高學生學習積極性。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，無論班級中的積極進取層級還是需要教師監(jiān)督才能完成的學生，抑或是惰性較大的學生，在加分環(huán)節(jié)上他們都有著濃厚的興趣，可以采取正向積極引導等方式，讓積極層的學生最先完成學習任務(wù)，并通過小組互助的形式，幫助帶動學習進度較慢的同學，以此拓展學生思維，提升信息素養(yǎng)。課堂小結(jié)后學生的總結(jié)感悟可以對教學效果進行檢驗和反思，在互動中進行教學評價。（四）健全學校管理機制，全力支持教師發(fā)展

學習效果的獲取，需要學生、教師和教學環(huán)境共同作用。學校層面上，盡可能提供促進教學的軟硬件環(huán)境，如機房環(huán)境的配置如何適應(yīng)教師的訴求，管理員水平和技能的配置，給予財力、人力、物力的支持；以教研室為單位定期開展教研活動，促進教師間交流，教學水平切磋和內(nèi)容的互補，提高教師自我革新、終身學習意識；教師的主要職責是教學，需要更多的精力在學情教材的掌握，學習進度和效果的把控，如何提供寬松的環(huán)境，避免繁文縟節(jié)的形式，激勵教師在教學上投入精力和時間，這也是各院校所應(yīng)思考的。2022 年安徽警官職業(yè)學院為了促進教師發(fā)展，舉辦思政課比賽、教師課程說課大賽，鼓勵年輕教師切磋教學技能，以賽促學，以賽促教，都在一定程度上促進和支持教師的發(fā)展。

計算思維是學生應(yīng)掌握的一項分析和解決問題的能力，是21 世紀的核心素養(yǎng)之一。提高學生計算思維急需提升教師的計算思維教學能力，讓計算思維能力的培養(yǎng)在實踐中落地。邦迪（Bundy，2007）認為計算思維幾乎影響所有學科的研究，既包括科學領(lǐng)域也包括人文領(lǐng)域，計算思維促使研究者尋找新的問題，接受新的答案。在教學中善于啟發(fā)提問和聯(lián)結(jié)各課程知識點，是計算機教學中培養(yǎng)計算思維的有效途徑。