中小學信息技術課中計算思維的培養策略分析

（渤海大學教育學院，遼寧錦州 121013）

一、引言

計算思維由來已久，它的出現甚至比人類文字和語言還要早，最早可以追溯到人類的誕生。然而關于計算思維的科學系統研究的發展歷史卻不長，它始于1980年，尤其是美國卡內基·梅隆大學計算機科學系主任周以真（Jeannette M.Wing）教授于2006年3月，在美國計算機權威刊物《Communications of the ACM》發表了一篇名為《Computational Thinking》的文章，標志著人們對計算思維的培養分析正式步入到大規模科學研究序列之中。周教授把計算思維定義為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[1]。其實，計算思維是一種更為普通的思維方式，它與我們的工作、生活、學習和科研密切相關。它與讀、寫、算和表達等基本能力一樣，是人類所應擁有并要熟練掌握的基本生存技能之一。因此，世界各國的教育實踐者和學者都努力想在計算思維這一領域搶占高地爭得先機。越來越多的研究表明，培養發展學生的計算思維，不僅能夠有效地促進學習者個體的綜合發展，而且還可以創設出重視創新和問題解決等綜合實踐能力發展的社會氛圍，推動國家科技教育的提升與發展。處于中小學基礎階段的青少年是人頭腦全面發展的黃金時期，在信息技術課中通過編程內容的學習來培養孩子們的計算思維儼然已成為基本的發展趨勢。信息技術教育的主要任務是培養具有計算思維的數字化公民，將數字化工具運用到人們的日常生活中，在解決問題的過程中科學合理地使用計算方法[2]。

二、計算思維的研究現狀

1.計算思維的研究整體趨勢

以中國期刊網學術文獻總庫（CNKI）為數據源，以“計算思維”作為主題，檢索到相關論文2693篇（截止到2018年3月）。整合分析這些年來計算思維的整體發展趨勢，可得出如圖1所示的基本趨勢圖。

圖1 我國計算思維研究發展的趨勢

從圖1可知：從2006年開始，我國廣大一線教育研究者和學者關于計算思維的研究開始步入發展的快車道，尤其從2011年開始發展速度顯著加快。到2014年，計算思維的研究已經基本上成為中小學信息技術教育方面的一個重要領域，人們對計算思維的研究也越來越全面和系統。

2.計算思維的理論分析

關于計算思維的理論探索，更多的是關注計算思維的本質剖析和特征分析。其中有代表性的觀點有以下三點。第一，計算思維與邏輯思維和實證思維合稱為三大科學思維，它們分別與三大科學方法（計算方法、理論方法和實驗方法）相對應。其中，計算思維對應計算方法，以抽象和自動化為特征；邏輯思維對應理論方法，以推理和演繹為特征；實驗思維對應實驗方法，以觀察和歸納自然規律為特征。第二，計算思維是專屬人的一種具有獨特性的基礎活動方式，人們通過計算思維與周圍實際世界進行良性互動。與其他人造物相比，計算思維更像是一種思維方式，一種關于人們如何完成問題解決的活動流程，它不是專屬于某一個人的，而是所有人都可以學會且可靈活應用的。第三，與其他思維方式相比，計算思維具有鮮明的獨特性：計算思維可以用有限的表達形式，傳達出確切的含義或結論，而這種結論往往都包含著一定的程序化活動內容?？傊?，越來越多的學者的獨特見解，使得人們對計算思維的理論探討發展得越來越系統，多元化多層次化的計算思維理論體系正得到逐步完善與發展。

3.計算思維的培養實踐

國內關于計算思維的培養實踐探索，最早出現在大學校園里的計算機課程教學改革中。進入新時期后，原有的大學計算機課程已經遠遠無法與社會發展相適應。為了解決這一問題，2003年全國“計算機科學與技術方法論”專題學術研討會在桂林電子工業學院召開，在此次會議上人們開始提出計算思維這一新的教育理念。隨后，人們又開始進一步討論如何在科技創新與教育教學領域落實計算思維的培養與發展工作。尤其是在2010年，由國內著名的九所學校組成的計算機基礎教學發展聯盟，共同發表了一份聯合聲明，明確將計算思維作為接下來大學計算機基礎課程教學改革的重點內容[3]。在大學計算機課程中倡導和落實學生計算思維的培養，不僅有利于學生對計算機科學與技術領域里諸多課程的理解，而且還可以對學生高階思維的培養，和對綜合問題解決的實踐動手能力的提升也大有益處。隨后，計算思維的培養逐步推廣到中小學基礎教育領域。在中小學信息技術課中，除了要讓學生學習信息技術知識與原理，掌握信息技術設備與軟件的使用之外，更為重要的是要發展學生分析問題與解決問題的能力，重點需要關注學生高階計算思維能力的養成與發展。盡管在人的不同年齡發展階段，對其培養目標各不相同，但是仍需要一些基本能力貫穿于學生個體發展的全過程，而計算思維就是這樣的一種基本思維能力。因此，在小學階段學生需要學習簡單的信息技術知識與技能，重點培養信息技術意識；初中階段除了讓學生掌握信息技術理論之外，還要引導他們與實際生活相結合，進一步了解計算機科學的抽象概念，學會學以致用；高中階段則需要讓學生跳出信息技術學科領域的限制，重點鍛煉學生綜合應用所學知識主動發現問題與解決問題的創新實踐動手能力。

三、在中小學信息技術課中培養計算思維的問題分析

1.教師專業化水平不足

新課標的提出，要求教師必須不斷地提升自己對信息技術課的理解，然而我國中小學信息技術課教師的計算思維專業化水平還有待提高[4]。教師的能力受外在因素和內在因素的影響。一方面中小學信息技術教師對自己的認識不足，這其中有很多原因。我國從20世紀80年代開始在中小學設置信息技術課程，直到現在，信息技術課教師地位仍然較低，致使教師難有成就感，對工作缺少熱情。也有不少教師認為這個職業是“鐵飯碗”，對待工作不積極進取。有這種想法的教師應及時調整自己的心態。另一方面教師對計算思維的認知不夠，對課標的理解僅停留于表面，也缺少計算思維扎根于課堂教學的理論與方法指導[5]。教師應該從多視角出發，不斷提升自己的專業知識儲備與實踐問題解決技能。

2.課堂教學方法老化陳舊

由于計算思維教育是一種新型的教育模式，它著眼于思維模式的養成和訓練，與以往的教學有所區別，這就要求我們探索新的教學方法和模式[6]。目前，在中小學信息技術課堂中主要存在以下幾種問題。第一，教師的課堂教學質量不好。教師在上面講，學生在下面玩。雙方對自己都沒有提出明確的要求，似乎達成了一種“協定”。不少學生把信息技術課當成了“放松課”，這樣的課堂理解是扭曲的。第二，教師的教學方法比較單一。教師過于注重陳述性知識的講授，單純依靠講定義，不能使學生領會到計算思維的實質。第三，教師將信息技術融入學科課程的能力不強。只有把信息技術與其他學科的知識技能緊密地聯系在一起，才能達到一箭雙雕的作用，這就要求一線的信息技術課教師能夠掌握使課程整合的優勢發揮到最大化的能力。

3.缺乏相應的評價體系

相比于語、數、外這些傳統科目，信息技術課在我國存在的時間較短，但暴露出的問題卻不少。在大部分地區信息技術課沒有列入中高考科目，在學校中地位較低。種種因素導致信息技術課的評價體系不夠完善。有一套完整的評價體系才能促進學科更好的發展。教師從知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀三維目標設計教學。相應的，也應從這三方面進行評價，但現實情況是學校往往只關注學生的分數，并沒有按照多元的三維標準來評價學生。在一些地區，仍然存在學校以升學壓力大為借口，擅自取消學生的信息技術課程的現象。遇到必要的考試時，集中時間安排教師對學生進行“題海訓練”，這種現象是我們最不愿意看到的。如果不及時更正這種錯誤的評價體系，教學將不會取得實質的進步，學科也不能得到長遠的發展。

4.缺乏教學經驗及反思

20世紀80年代初，我國首次在中小學課堂中設置信息技術課。在2000年召開的全國信息教育會議上，由于受到國外課程名稱“Information Technology”的影響，我國將“計算機課”改為“信息技術課”，這個課程名稱一直延續到現在[7]。2000年的《中小學信息技術課程指導綱要（試行）》中明確提出，“在信息技術課程中培養學生對信息進行采集、傳輸、加工和應用的能力”。2003年的《普通高中信息技術課程標準（實驗）》也提出將提升學生的“信息素養”作為核心目標。從實際情況看，這些年來學生對計算機的相關操作掌握得不錯，但是思維鍛煉與發展卻差得很多。培養學生的思維方式已經刻不容緩，計算思維進入中小學信息技術課堂中的時間還不長，一線教師缺乏充足的教學經驗可以借鑒，相應的教學反思更是少之又少，進步的速度可想而知。

四、中小學信息技術課中計算思維培養的有效策略

1.明晰培養條件，提升教師的專業思維素養

目前，大多數中小學信息技術教師都是從師范院校畢業的，受過專業的教育職業訓練。但一些教師入職后，對工作的新鮮感降低，不能繼續提升自己的專業能力?，F如今信息技術更新如此迅速，如果不能與時俱進，就會被時代淘汰。在中小學信息技術教師的地位不明確，而且沒有得到足夠的重視。這些都是教師專業化能力提升道路上的絆腳石。教育部在中小學普及信息技術教育的通知中曾指出：各級教育行政部門應完善信息技術課程教師的配備標準，在教學工作量、工資待遇、職務等方面做到一視同仁。筆者認為，針對這一問題，教育管理部門應定期組織教師進行集中培訓，讓教師把培養學生計算思維這個目標深深地印在腦海中，在潤物細無聲中培養學生的計算思維，讓學生在潛移默化中樹立正確的思維方式，這才是培養學生計算思維的精髓所在。

2.實踐培養方法，強化學生主動參與過程

新課程改革關注如何更好地培養學生搜集信息、加工信息的能力以及發現問題、解決問題的能力，意識到過于強調機械學習和被動學習所帶來的弊端。教師在課堂中應選擇合適的教學方法，來激發學生的興趣。教師的任務并不是照本宣科，而是創建良好的課堂氛圍，讓學生主動參與。在課堂上，應該注重自主學習和合作學習相結合。在講授完一個小知識點后，抓緊時間讓學生鞏固，以判斷是否掌握解決這類問題的思路，給學生時間進行討論。爭取與其他學科進行融合，努力將計算思維融入到每節課的內容中，這樣可以做到一舉多得，使學科知識遷移能力得到提升。有調查結果顯示：在課程整合的態度方面，大部分中小學教師認為應該大膽嘗試進行信息技術與其他課程整合。這樣既可以增加學生的學習興趣，又可以培養學生的思維方法。

3.強調培養效果，注重學習的多元表現評價

評價是課堂教學中的重要一環，教學評價是研究教師的“教”和學生的“學”的價值的過程。如何評價學生計算思維的能力，是目前相關研究的熱點和難點。21世紀的教育發展要求一線教學要更加重視學生的能力發展，一線的教學評價要重視教學效果的反饋情況，并且從多角度對學生進行評價。有句古話說得好：“授之于魚不如授之于漁”。不應該以某一道題作為評價學習效果的標準，而是要關注學生是否掌握了解決問題的思維方法，是否可以做到舉一反三，融會貫通。對計算思維的教學評價應該是定性的、形成性的和相對的。教師應尊重學生的差異性，不應以統一的標準來評價學生，也不能只注重結果而忽視過程。教師應多鼓勵學生積極參與，但要注意不要一味地迎合，不然可能會適得其反。要養成良好的計算思維，這個過程是漫長的，不是一蹴而就的，教師要有足夠的耐心，要以發展的眼光看待學生的學習效果。

4.積累培養案例，凝練實踐的核心環節構建

一線教師在教學實踐中不斷積累良好的教學案例，提高教學質量。比如說，在初中信息技術課“計算機硬件組成”一節中，普通的教學方法可能是借助PPT，采用圖片與文字相結合的方式進行。但是具有計算思維能力的教師通過創設問題情境，在課堂上邊拆電腦邊講解知識點。教師的這種基于案例的問題解決實踐，會大大激發學生的學習興趣，能夠培養學生分析問題和解決問題的實踐能力。要把一節課打造成出色的一課，需要的不僅僅是教師的課下努力準備，更需要的是教師的不斷實踐探索與經驗積累，甚至是課后進行的苦苦思索與深入反思。只有認真總結好的教學案例，多與其他教師進行交流，才能在不斷的實踐反思中獲得進步。2017年7月，香港教育大學舉辦了首屆以計算思維教育為主題的國際性會議，全球的教育者和研究者就計算思維的實踐經驗進行了探討，這次會議也給一線教師提供了寶貴的學習機會[8]。

五、結束語

總之，在當前的中小學信息技術課中，面向學生計算思維培養發展的研究整體上處于穩步上升的階段。不僅是一線的信息技術教師，還有其他更多的各科教師，都需要不斷地增加自己的知識儲備以應對不斷更新的新知識挑戰。計算思維已經成為人們必須掌握的基本技能之一，滲透到中小學教育的方方面面。通過系統的培訓和認真的教學實踐，讓學生收獲到更多的思維財富，學生學會像“計算機專家一樣思考”，增加學生的競爭力和生存力。計算思維的研究與實踐具有廣闊的發展潛力和應用前景。

[1]WING JM.ComputationalThinking[J].Communicationsof ACM,2006(03):33-35.

[2]李鋒，趙健.高中信息技術課程標準修訂:理念與內容[J].中國電化教育,2016(12):4-9.

[3]董榮.《九校聯盟（C9）計算機基礎教學發展戰略聯合聲明》呼喚教育的轉型[J].中國大學教學,2010(10):14-15.

[4]王榮良.計算思維對中小學信息技術課程的影響初探[J].中國教育技術裝備,2012(27):56-57.

[5]王榮良,盧文來.計算思維—行進中的挑戰[J].中國信息技術教育,2017(06):4-10.

[6]陳國良,董榮勝.計算思維與大學計算機基礎教育[J].中國大學教學,2011(01):7-11,32.

[7]于曉雅.信息技術學科存在的理論依據與現實基礎[J].北京教育學院學報(自然科學版),2013,8(01):9-13.

[8]陳鵬,黃榮懷,梁躍,張進寶.如何培養計算思維——基于2006-2016年研究文獻及最新國際會議論文[J].現代遠程教育研究,2018(01):98-112.