計算思維對中小學信息技術課的影響與啟示

黃雅玉　胡衛星

摘要：目前，我國中小學信息技術課程的實施已進入革新的關鍵期，盡管仍然存在著不少問題，但是注重培養學生的信息素養已經成為主流，而且得到了進一步的提升和強化。本文提出，強調計算思維的培養正是在這一背景下諸要素通力協作的結果，它進一步明確了中小學信息技術課程的核心價值所在，為信息技術課程改革注入新的活力。

關鍵詞：計算思維；中小學信息技術課；信息素養

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674—2117（2018）02—0025—05

我國中小學信息技術課程的前身是各種類型的計算機課程，它的形成發展大致經歷了以下四個階段：第一階段（20世紀80年代），這一階段受“程序設計是第二文化”觀點的影響，計算機課程在學校中是作為選修或輔修課程開設的，此時計算機教育等同于程序設計學習；第二階段（20世紀90年代），計算機的普及化和簡便化為計算機課程的開設提供了可能性，在“把計算機作為一種工具來應用”的理念下，計算機課程開始成為學校教育里的必修課程，開設計算機課程的目的就是學習將計算機作為一種工具，用來輔助教學、管理以及科研等活動；第三階段（21世紀的前十年），伴隨著計算機網絡技術的飛速發展和應用加深，信息加工處理能力成為人們的基本素養之一，培養信息素養逐漸成為此時計算機課程的目標，尤其是在2000年頒布的《中小學信息技術課程指導綱要（試行）》，正式將“計算機課”改為“信息技術課”；第四階段（2010年以來），計算機教育開始進入到培養計算思維新階段。計算思維培養的目的就是要培養學生的創新能力、問題解決能力以及動手實踐能力等。為此，各國開始加入到對學生計算思維能力培養的深入研究中。計算思維作為人的一種重要思維，它綜合了人類進行問題解決的多種思維，毫無疑問，它是每個人都應該擁有的必備技能。[1]計算思維能力的提升可以使人們日常的學習、工作和生活更有效率，可以更好地創新地解決問題。但是計算思維的培養不是一蹴而就的，它如邏輯思維一樣需要不斷地培養、應用才可以提升，是一個循序漸進的過程。學生一旦掌握了計算思維這項基本技能，將會受用終身。

計算思維的理解與定位

1.計算思維的理解

計算思維并不是什么新興事物，它其實早就作為一種思維方式存在于人腦中。它和計算機并無直接關系，甚至要遠遠早于計算機的產生，可以說計算思維是隨著人類的發展而發展的，只不過一直未得到人們的重視和深入研究。后來，由于計算機等系列新興信息技術的產生，人們逐漸意識到這種思維方式和計算機解決問題的方式很相似，所以形象地起名為“計算思維”，換句話說，是計算機的出現強化了計算思維的意義。[2]計算思維真正得到人們廣泛關注應該是2006年3月，美國卡內基梅隆大學計算機科學系主任周以真（Jeannette M. Wing）教授在美國計算機權威期刊Communications of the ACM發表學術論文引起的。周以真教授認為計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計，以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。[3]為了讓人們更易于理解，又將其進一步解釋為：通過約簡、嵌入、轉化和仿真等方法，把一個看起來困難的問題重新闡釋成一個我們知道問題怎樣解決的方法。雖然在這之前和之后很多業內人士從不同角度對計算思維給予了不同的定義和理解，但是目前來看，周以真教授對計算思維的定義是最清晰明確的。另外，周以真教授認為計算思維有如下幾個特性：①概念化，不是程序化；②根本的，不是刻板的技能；③是人的，不是計算機的思維方式；④數學和工程思維的互補與融合；⑤是思想，不是人造物。[4]

2.計算思維的定位

科學按研究對象的不同分為自然科學、社會科學和思維科學三大類，而計算思維隸屬于思維科學。[5]計算思維普遍被認知是解決問題的過程，在這個過程中會涉及許多計算機科學基礎概念的運用，如分解問題、二元搜尋法、遞歸、循環、中斷、隊列、棧、樹等。實際上，這些理論和技術本就存在于人類交流的表達方式中，只不過是隨著計算機科學研究的深入，人們對其的認識越來越清晰化。計算思維除了在學習上能更好地促進學生學習相關學科知識，而且在日常生活工作中也常常用到，如如何快速查找資料，超市排隊判斷最快線路問題等。[6]隨著人們對計算思維的認識越來越深刻，運用計算思維解決問題將成為信息技術課程的主要核心，培養學生的計算思維能力以及對計算機科學的興趣將會成為今后的主流方向。在該課程中，要想使學生對計算思維有清晰的認識，并不斷提高運用計算思維的能力，教師應增加更多的實踐以及創設適當的情境對學生進行遷移練習，指導其在相關情境中如何更好地運用計算思維。過去說“學好數理化，走遍全天下”，這當然不僅僅是指這三門學科的理論知識，更多的是指通過學習這些課程讓學生學會學習方法以及養成科學思維。筆者認為，中小學信息技術課程不是培養中小學生計算思維唯一的課程，但卻是最好的課程形式之一。

計算思維對中小學信息技術課程的影響

1.培養計算思維促進中小學信息技術課程回歸基礎能力培養

目前我國中小學信息技術課程的主要目的是培養學生的信息素養，課程更多的是強調用信息技術工具解決實際問題，課程內容的設置隨著技術的改變而改變，沒有一個穩定的課程內涵。另外，因為信息技術課程在我國絕大部分地區并未列入中高考必修考試課程，學生不重視和不投入，甚至很多中小學一線信息技術教師自己也不重視，工作重心不是放在如何上好信息技術課上，而是擔任學校的“勤雜工”，無休止地幫助其他學科的教師做課件、做考試后掃描試卷等勤雜工作。培養計算思維的提出，使人們清晰地認識到信息技術課程的核心價值和核心內容，因此，重視和著眼于中小學計算思維能力的培養應該成為信息技術教師一切工作的基石。

2.促進現有的信息技術課程改革

從國內開始開設計算機課程到現在的信息技術課程，國家對該課程不斷調整改革。隨著計算機（信息技術）教育的普適化，計算機（信息技術）幾乎人人都會用，因為新軟件不斷開發，新版本不斷升級，所以人們更多地是關注如何使用操作，但現有教材更新慢，課程實施明顯落后于時代的發展，這表明現在的信息技術課程已不能滿足學生的需求和社會進一步發展的要求。計算思維的明確提出，讓廣大一線師生能夠準確地透過“現象”看到“本質”，能夠重新審視我國中小學信息技術課程的系統變革，從教學內容到教學方法，再到教學評價和教學反饋，計算思維為信息技術課程開啟了新的創新發展大門。[7]endprint

3.計算思維對教師的影響

目前，我國中小學信息技術課教師專業水平還有待于進一步提高。[8]這幾年，雖然各中小學較多地引進了計算機相關專業的畢業生，但他們很多并不是師范院校專門專業畢業的，對教育研究的把握有欠缺，且教齡短，教學經驗顯著不足，這些都制約著中小學信息技術課程的發展。如今計算思維的明確提出，對中小學信息技術一線教師提出了更專業的要求和提升方向。傳統的按照教材進行“講—練—用”的教學模式顯然不能很好地培養學生的計算思維，所以在信息技術課程設計上教師應精心鉆研，以培養學生的計算思維為課程實施的基本理念，結合實際情況，靈活采取適合方式，有目的地組織安排信息技術課程中的各種要素，從而形成新型的課程內容體系結構和新的教學方式。[9]

4.計算思維對學生的影響

教師的教與學生的學是一個交流溝通的互動過程，兩者之間是密不可分的。素質教育觀提倡學生是學習的主體，教師無論如何主導，關鍵還在于學生。計算思維的提出對學生的學習行為以及學習過程同樣會帶來很大的影響。目前，中小學信息技術課堂上學生學習大多是采取“聽課—操作—應用”的模式，以此來學習使用某種軟件。這種枯燥無味的課堂模式使得學生只對計算機這一“休閑娛樂工具”感興趣（可以利用間隙上網、玩游戲），而對信息技術課毫無興趣可言。興趣是學習最好的老師，有目的地培養計算思維將會使學生學習的側重點不同，從而激發其對學習的興趣。例如，初中教材中關于Scratch編程的內容，這一部分的學習可以不用傳統的學習方式，而關注為達到想要的效果，應該選擇何種算法和框架結構去搭建腳本，以“分析問題—自主探究—形成認知”為主要學習過程，這樣能給學生提供很大的發揮空間，最大限度地培養學生的創造力和實踐動手能力。[10]

5.計算思維對信息技術教學應用的影響

信息技術在教育中的應用主要表現在各種教學軟件的研發和恰當學習方式的學習環境設計上。目前在中小學信息技術的課堂上，教學軟件只是作為課程的輔助工具，并未達到與課程的深度融合，至于學習環境設計，絕大多數只是基于目前的講解式和灌輸式教學的情境創設，很少出現能夠體現學習者探究性和協作性的數字化學習環境設計。計算思維的引入將會使信息技術應用的地位上升，作用將會越來越大。為了更好地培養學生的計算思維，在教學軟件的選取和學習環境的選擇上一定要以有效完成教學設計為導向，在教學實施過程中，教學軟件和教學環境不再是擺設，而是培養學生計算思維的強有力工具。例如，通過學習Scratch編程，不僅能夠很好地讓學生理解和掌握編程的基本思路和要求，更為重要的是能夠促使學生關注自身思維問題，學會如何用計算思維來提升自己的學習效率。[11]

計算思維對中小學信息技術課程的啟示

1.計算思維對信息技術課程改革的啟示

教材是教學質量生成的基本要素。教材的編排與教學內容的選取有很大關系，目前，信息技術教材從小學到高中，重復性知識比較多，內容設置相對比較亂，體系還存在著不完善的地方。[12]而基于計算思維的培養，編制一套有本學科價值體系內涵的教材很重要，應在原有教材上保留精華，與時俱進，找到恰當的平衡點。比如，硬件、軟件、操作系統、計算機發展史、信息的基本知識等偏理論的知識應構成獨立的體系，給學生一個清晰的知識表征，形成思維導圖，然后再要求學生完成對基本軟件的學習。這樣，至少能保證學生在學習某軟件時知道該軟件是如何用來解決實際問題的。同時，對學生學習效果的評價和教學活動的參與性提升等環節也需要建立相應的可操作方法，讓學生能夠清晰地看到自身思維能力和問題解決能力的不斷提升。

2.計算思維對教師教的形式的啟示

教師是實施教學設計的關鍵，教學設計應該處處以培養學生的計算思維為導向，教師只有有精心的教學設計和案例，才能使學生深刻領悟隱藏在知識背后的計算思維思想。同時，提高教師的專業素養是必然的，在職教師可以選擇進修學習，利用網絡的便利性使自己與國內外的優秀教師交流，并與同科目教師多探討、多總結、多反思。另外，信息技術課程區別于傳統學科，前沿性是最顯著的特點，教師作為新課程改革中學生學習的促進者、教育教學的研究者、課程的開發者和建設者，其教學設計不能拘泥于書本上的知識，應及時將信息技術領域最新的動態結合教學實施，每一堂信息技術課的設計都應該利用一切可以利用的資源來培養學生的計算思維能力，教學形式也應靈活多樣、延伸拓展。

3.計算思維對學生學的方式的啟示

培養計算思維，學生不再是被動地接受學習，而是要自主地發現問題、解決問題，從而建構自己的認知。只有這樣，學生的計算思維能力才能得到更好的培養，這也符合新一輪課程改革的素質教育觀。計算思維的本質是抽象和自動化，使學生基于可計算的手段，以定量化的方式解決認為不能解決或難解的問題。學生在教師以培養學生的計算思維為導向的精心設計的教學活動下，自主探究、合作學習和積極思維，能夠最大程度地發展自身的個性和創造力。在這樣的學習過程中，學生的計算思維能力會得到更好的發展。例如，Scratch趣味編程學習，學生在自主探究、合作學習的過程中能更深刻地理解變量、選擇結構以及循環嵌套等計算思維。學生只有深刻理解了計算思維，才會在現實生活中更好地解決相關問題和不斷地提升自身的動手實踐能力。

4.計算思維對信息技術教學應用的啟示

基于對學生計算思維的培養，信息技術在教育教學中的應用地位應得到不斷的提升。為此，一方面，數字化教學軟件設計要更恰當地配合教學方式改革，教師可不拘泥于教材中推薦的使用軟件，可因地制宜地選擇其他更為豐富的有效教學資源。例如，在信息技術教材七年級上的通信技術模塊中，講到通信技術時列舉的是QQ視頻聊天。除此之外，還可以用微信來學習這部分知識，微信是時下主流的社交工具，更易于學生接受和激發學生學習興趣。另一方面，在教學環境的創設上，教師不僅要利用PPT、計算機等軟硬件資源，更需要進行教學模式和教學理念等軟科學應用實力的提升與實踐。培養學生的計算思維，需要將學生作為學習活動的主體，教師要積極發揮組織者和引導者的作用，教學軟件和教學環境不再是課中的擺設，而是積極有效的學習支持系統。只有教師、學生、教學內容和教學環境資源四大因素形成一個良好的互動關系，積極有效的信息技術課教學活動才能得到行之有效的實施，學生的計算思維才能得到重點關注和有效提高。

總之，自新一輪基礎教育課程改革以來，我國中小學信息技術課程無論是教學內容體系，還是教學方法都在不斷提升之中。但是也應當看到，與飛速發展的技術相比，現有的教學內容體系中還存在一些顯著的短板，不能很好地滿足學生和社會發展的需要。計算思維的引入為時下中小學信息技術課程改革注入了新的血液，使信息技術課程有了穩定的核心和價值。當然，計算思維的培養不是一蹴而就的，要想成為一個成熟的課程內容主旨，還需要不斷地探索和改進。但不可否認的是，這種思維方式一旦形成，就會成為人們必備的基本技能，將會對每個人的學習和生活產生巨大影響，受用終身。endprint