中學信息技術課程培養計算思維的教學策略初探

鄭志華

摘? 要：信息時代對人才的要求逐漸增高，培養學生的計算思維能力即是教育的迫切要求，也應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略。探索有效開展計算思維培養的途徑，發展學生的計算思維是當前要務。本文就信息技術課程中培養計算思維總結了四點相關的教學策略，其中，挖掘計算思維要素是核心，設計有效的教學策略是關鍵，科學安排課程內容是有力保障，設計教學評價標準是衡量計算思維培養有效性的杠桿。

關鍵詞：計算思維;教學策略;信息技術

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

2017年教育部頒布實施新版《普通高中信息技術課程標準》，將計算思維與信息意識、數字化學習與創新、信息社會責任這四大素養確定為信息技術學科的核心素養，明確指出了計算思維培養的重要性，計算思維不僅是信息技術學科的核心素養之一，同時也是中學生應具備的核心素養之一。信息社會時代對計算思維的培養顯得十分迫切，如何將計算思維融入具體教學中，值得我們思考與重視。

一、計算思維及其重要性

1.計算思維

計算思維內涵豐富，國內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。新課程標準將計算思維具體描述為“采用計算機方式界定問題，運用合理的算法形成解決問題的方案，并遷移到與之相關的其他問題解決中”。計算思維包括抽象、分解、建模、遞歸、仿真、并行、啟發式推理等一系列方法，核心是問題求解的方法與思路，本質是抽象和自動化，“像計算機科學家那樣去思維”，將復雜問題轉化為一個個容易解決的小問題，借助計算機來自動解決。

2.中學生計算思維教育的重要性

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

計算思維的培養是可以通過能力的培養來實現的。中學階段學生思維發展活躍，應該抓住這個關鍵時機，結合學生思維發展的特點，把與計算思維相關的知識明確地顯現出來，把計算思維能力的培養用學生能明確感受得到的方式展現在教學中，讓學生自覺地有意識地去學習和訓練，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構指導教學如何培養學生計算思維，相關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.缺少專門培養計算思維的相關課程

在基礎教育階段，計算思維的培養雖然可以浸透到數學、物理、科學等多個學科教學中，但核心陣地主要在信息技術課程教學，還鮮少專門開設計算思維學科，主流做法主要是通過課程教學滲透計算思維教育，效果難以保證。如何根據學生的認知水平開展計算思維培養，沒有較為系統的教學體系和教學模式可供參考。

2.信息技術課程培養計算思維效果欠佳

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

3.中小學計算思維能力要求定位不明確

計算思維比信息素養能力層次要求更高。信息素養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。王榮良認為，在基礎教育中，掌握計算思維比學會操作計算機更為重要，信息技術以信息自動處理為主要功能，其核心思想正是計算思維。而我國信息技術課程的目標只強調了信息素養的培養，對計算思維能力培養的目標定位還不夠高。因此，信息技術也有必要根據時代的新特點與新要求，及時進行相應的課程改革，清晰定位學科課程目標，提升到以培養學生的“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的培養。

因此應當重視基礎教育中的計算思維教育，從課程體系、教學模式、教學內容和教學方法等方面探索有效開展計算思維培養的途徑，發展學生的計算思維，達到培養創新人才的目標。

三、信息技術課程培養計算思維的教學策略

1.挖掘課程中的計算思維要素是培養計算思維的核心

計算思維內涵豐富，通過特定的課程教學也不大可能全面提高學生的計算思維能力，應將課程的主要內容與計算思維相關聯，挖掘其中的計算思維要素，包括支持計算思維培養的知識與技能，體現計算思維應用的過程與方法以及反映出計算思維的價值觀等。

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

2.設計有效的教學策略是提升計算思維能力的關鍵

計算思維能力培養需要一個反復訓練不斷向上積累的過程。有效的教學策略應該支持學生自主地建構知識，多角度地分析問題，尋找最佳的解決問題的方法。教學策略的選擇不僅要符合計算思維訓練的規律，還要結合課程教學的特點，才可能在課程教學中有效地開展計算思維培養。

目前培養計算思維的主要教學模式有以下幾種：問題引導式教學模式、任務驅動式教學模式、探究式教學模式、網絡自主學習模式以及混合式學習模式等。

筆者在《虛擬機器人》教學實踐中基于研學后教理念設計了任務驅動教學策略，將課堂教學環節設計為“情境任務—定向自學——合作探究——展示交流——評價總結”五個環節，并著重在“合作探究”環節中引導學生通過“地圖分析—路徑設計——創建模型——流程圖編程——仿真調試”五步循環流程，運用計算思維進行問題解決。任務驅動教學策略強調以培養計算思維為目的設計任務，教師為學生提供開展學習與合作探究的活動流程與任務指引，幫助學生在計算思維指導下進行任務探究和完成任務，體現計算思維反復鍛煉與修正的過程，符合循環向上循序漸進地培養計算思維的規律。任務驅動教學策略實踐效果良好，有效支持了教師的教與學生的學，保障了教學效果，對培養學生計算思維起到了促進的作用。

3.科學安排課程內容是培養計算思維的有力保障

計算思維培養是一個循序漸進的過程，難以一蹴而就。因此信息技術課程教學內容安排也要從總體框架上進行合理而完整的設計，遵循計算思維發展的特點，從簡單到復雜，從理論到實踐，螺旋向上。從內容細節上，課程內容呈現要融入計算思維，滲透相關的計算思維概念、觀念或計算思維方法。

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

4.設計與課程內容相匹配的教學評價標準是衡量計算思維培養有效性的杠桿

目前關于計算思維教育的有效性還沒有統一的評價標準，也沒有各階段計算思維發展目標可供參考?；莨Ы〉热丝偨Y篩選了14種典型的國內外計算思維評價工具，根據評價形式將其分為基于試題的評價、基于量表的評價、基于編程任務的評價與基于系統環境的評價四種類型，并具體分析了各個評價工具的優勢。

計算思維的評價難以用具體的數值來衡量，也沒有一種計算思維評價工具可適用于所有的教育情境，這就需要結合課程中的計算思維要素來考察教學前后的變化情況，以此為依據來判斷計算思維培養的效果。因此，有必要根據具體學科教學來設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行關聯，形成了計算思維的評價標準，使得計算思維的培養成為在課堂教學中可執行的、可評價的。我國學者陳興冶等人結合國外研究開發了本土化計算思維評價指標體系，將計算思維評價框架分為計算思維技能和計算思維態度兩個維度，其中計算思維技能指標包括“分解、抽象、概括、算法和評估”五要素，計算思維態度分為情感態度、思維品質及合作學習三個二級指標，形成了較科學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，并依此設計了相應的計算思維調查問卷，用于評價基于計算思維培養的App Inventor課程教學。筆者依此從計算概念、計算實踐和計算觀念三個維度設計了相應的計算思維評價量表與調查問卷，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，通過教學實踐探究了《虛擬機器人》智能校車教學中培養中學生計算思維的效果，形成了有特色的計算思維評價體系，可操作性強。

五、結語

日常教學中是可以進行計算思維培養的，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用中的計算思維要素，精心設計基于計算思維的教學活動與教學評價，采取有效的教學策略，能夠有效培養學生的計算思維能力。

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

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