高中信息基礎課程計算思維培養與評價研究

包穎

摘要：《普通高中信息技術課程標準》明確規定高中信息技術課程要培養學生的計算思維，本文對如何培養高中生的計算思維以及如何評價計算思維進行了研究。

關鍵詞：高中信息技術課;計算思維

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）20-0093-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

當今社會，信息技術早已成為了先進生產力的代表，是國家經濟發展的重要力量和實現網絡強國的重要支撐。作為祖國建設強有力的后備軍，高中生的信息技術課程發展的重要性與日俱增。在2017年國家教育部新頒布的《普通高中信息技術課程標準》（以下簡稱《標準》）中明確提出了“學科核心素養是學科育人價值的集中體現，是學生通過學科學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力?！庇嬎闼季S作為學科核心素養的一個重要的要素，對學生的發展也發揮不可替代的作用。本研究的重點就在于如何培養學生的計算思維并進行評價。

1高中信息基礎課程中的計算思維

《標準》中明確提出了信息技術學科核心素養包括四方面的內容：信息意識、計算思維、數字化學習與創新以及信息社會責任。這四者包含了高中學生在信息技術課程學習過程中應該達到的信息技術知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀的綜合要求。

在《標準》中指出計算思維是指個體運用計算機科學領域的思想方法，在形成問題解決方案的過程中產生的一系列思維活動。通過信息技術課程的學習，要求高中學生在多種多樣的信息活動中能夠采用計算機處理問題的方式去進行問題界定、對特征進行抽象概括、建立問題的結構模型然后合理的對數據進行組織整理;通過整理分析判斷得到的各種信息資源，選擇運用合理的算法形成解決問題的合理方案，并遷移到與之類似的其他問題解決的過程當中去。

計算思維素養主要表現在四個方面：解決問題過程中的形式化、模型化、自動化、系統化。其中，形式化是指學生用抽象思維的方式將所遇到的現象或問題抽象成計算機可以進行處理的數據或模型，也就是從那些特殊、具體、繁雜重復的信息系統的問題中抽象出一般的、本質的的內容或要素以及它們之間的邏輯結構，形成分析問題所用的形象的認知材料，來發現問題中隱含的內在的規律并加以把握。模型化是指根據解決問題的實際需要，選擇從特殊的分析和認知視角，對問題的某些特征與內在規律進行抽象與形式化處理，在此基礎上選擇已有的解決問題的模型或者新建新的結構模型，之后根據模型對數據信息進行分析以探索發現解決問題的方式、方法與途徑。自動化是指在信息系統運行規律的基礎上，通過對數字化工具的相關操作，使得一些相應的信息設備、信息系統或信息運算過程可以按照人的具體要求進行自動的數據檢測、信息處理、分析判斷、操作控制等過程，實現人的預期目標，并通過迭代的方法對這個處理過程進行不斷的完善以及優化。系統化是指在一定的系統規律或方法的基礎上，采用一定的信息處理方式，對一些零散的信息材料、數據、算法、流程或者信息系統進行一種有序的、系統的歸類、整理、編排或加工，使得系統內部各部分相互作用、相互聯系，從而形成能夠解決信息系統問題的有機整體，并且能夠將這種方法遷移至相關問題的解決過程中去。

高中階段對學生進行計算思維的培養有利于幫助學生學會運用計算思維識別與分析問題，抽象、建模與設計系統性解決方案，形成一種新的、高效的思維方式，促進人的全面發展。

2 計算思維的培養

對高中生進行計算思維培養的目的是為了提高學生有關信息技術方面的知識與技能，培養學生在解決問題的過程中能夠跨學科、綜合運用各學科知識的能力，提高學生的創新力與想象力。基于這個目的，對高中一線信息技術教師提出了一些要求：

首先，計算思維的培養應該與實踐相結合，并且密切聯系其他思維方式。問題來源于實踐，基于計算思維培養的教學內容應該是貼近學生的實際生活與學習經歷，能夠讓學生在真實的實踐應用中體驗并發展利用計算思維去思考與解決問題的能力。計算思維絕不是一種可以獨立存在的思維方式。在教學過程中應該注意將計算思維與其他思維方式進行聯系，引導學生在解決問題過程中將多種思維方式結合使用，提高問題解決的能力。

第二，計算思維的培養應該在教學活動過程中逐漸幫助學生形成計算思維，重視培養過程。計算思維的培養不是一蹴而就的，更強調在教學活動中引導學生體驗、領悟計算思維的重要性，幫助學生在潛移默化中形成一種新的、獨特的思維方式。

第三，計算思維的培養應該進行綜合其他課程，進行學科整合。計算思維的培養既需要基于信息技術課程中的基本概念和基本原理作為專業知識的支撐，但也不會限制在單一課程之中，也需要其他學科的知識以及思維方式作為補充。這種學科融合也具有互相促進彼此學科發展的作用。

第四，計算思維的培養應該重視發揮學生的創造力與想象力。計算思維一個很重要的作用就是提高學生解決問題的能力。計算思維應該能夠幫助學生在遇到問題時能夠運用自己的創新能力迅速找到問題的解決思路，提高解決問題的內驅力。

3計算思維的評價

3.1 評價

信息技術課程計算思維評價的直接目標就是判斷課程實現計算思維教學目標的程度，也就是通過適當的評價手段，檢測學生在完成信息技術課程之后是否形成計算思維，并對所到達的等級水平進行評測，既能促進學生的學習，也會改善教師的教學，幫助教師完善教學方案的設計。因此，評價是信息技術課程的重要組成部分，有效的計算思維課程評價在教學中能起到有效導向的作用。

然而當前我國信息技術課程計算思維還沒有完整的評價體系，有關計算思維的研究也比較少，具體的培養效果還不能很好地用量化方法來測量。在我國已有研究中，有學者提出計算思維測評方式和工具可分為以下幾種：計算思維總結性評價測試、計算思維形成性迭代測試、計算思維技能應用測評和計算思維編程效能感測評。認為當前關于計算思維教育的評價，主要是通過對程序與學生學習的過程進行分析，方法包括計算思維知識測試、程序分析、自我效能感測試、針對問題解決過程的訪談等。另外該研究也提出了計算思維評價應該是綜合運用多種評價方式對學生的計算思維培養進行系統性評價。有學者將已有研究進行匯總提出計算思維測評方式和工具分為以下幾種：計算思維教育活動實施中的評價、測試平臺和可獨立使用的測量量表。不管學者們對計算思維評價的方式和工具是如何進行分類的，通過對已有研究成果的整理總結，不難發現，這些評價方式和工具面向的都是學生在進行計算思維培養之后所獲得的知識、技能和態度，這也與學科核心素養對學生的要求不謀而合。參考《標準》中給出的《信息技術學科計算思維水平劃分》（如圖 1所示），可以看出《標準》給出的對學生計算思維的具體要求也是包含在這三個方面。因此，有關計算思維的評價方式可以從這三方面展開。

3.2 知識

計算思維知識是指有關計算思維的概念、原理、價值等方面的理論內容，包含在信息技術知識之中。而信息技術知識多為理論內容，屬于事實性記憶性知識。鑒于計算思維知識與信息技術知識的這種關系，計算思維知識的評價也包含在信息技術知識評價之中，因此，本文討論的也就是信息技術知識的評價問題。

關于信息技術知識的評價由來已久，相關的評價方式也相對成熟、相對完善。根據《標準》的要求，此類評價主要以信息技術課程內容要求、課程學業要求以及學業質量水平為標準對學生進行學業水平合格性考試和學業水平等級性考試，主要形式包括：總結性評價、形成性評價。信息技術課程教師可以在教學過程中結合使用兩種評價方式，更加全面、更加客觀的對學生的信息技術知識進行評價。

3.3 技能

計算思維技能是指在掌握計算思維核心概念的基礎上，學生參與信息技術項目實踐，利用編程語言和數字化工具進行數據分析，將真實問題進行抽象總結，從而建立解決問題的模型，完成在真實情境中利用計算思維解決實際問題的能力。

關于計算思維技能的評價目前國內一部分學者進行了一系列的探索，結合國外已有的相關研究研究，并結合國內教學實際，本文總結以下兩種計算思維技能評價方法以供一線教師參考使用：

a）結合真實情景下的任務型上機測試。測試內容可以是讓學生調試預先編輯的錯誤程序，或者是讓學生根據要求編寫程序等。教師在測試學生的計算思維技能的時候可以在真實情景下給學生設計解決問題所需的任務，讓學生在測試過程中有“身臨其境”感，幫助學生在真實情境中感受利用計算思維解決問題的意義，不僅能夠促進計算思維的培養，還能提高學生培養計算思維的積極性。

b）科爾克馬茲等（Korkmaz et al.，2017）確定的包含 29個問題的五級里克特量表?？茽柨笋R茲等認為可以簡單地將計算思維定義為在生產中解決生活所需的有關計算機的知識、技能和態度。結合ISTE（2015）的觀點，提出計算思維是創造力、算法思維、批判性思維、問題解決、合作思維和溝通技能的綜合表現，分別使用這五種思維已有的測量量表，經過兩次實驗研究得出了包含 29 個問題的五級里克特量表，并通過一系列實驗驗證了量表的有效性和可靠性，證明了其對測量學生的計算思維能力是有效且可靠地。信息技術課程教師可以結合學生具體情況使用這一量表。

3.4 態度

計算思維態度是指學生對計算思維、信息技術科學以及信息技術計算應用的態度和信心;信息意識、信息社會責任的形成。

從現有研究成果看，研究者大多側重對計算思維知識和技能進行考察，而對和計算思維態度關注不夠。重視對計算思維態度的評價有利于及時把握學生對計算思維的接受程度、養成程度以及運用程度，以便教師及時對教學設計進行調整，更好地促進學生計算思維的養成。

關于計算思維態度的評價方法可以采用以下方法：

a）開放式問題。教師通過訪談法或者利用紙質試卷詢問學生一些有關計算思維態度的問題，通過學生的回答大體把握學生對計算思維的態度。

b）態度量表。關于計算思維態度，教師可以利用專門的態度量表進行檢測。

4總結

面向計算思維的高中信息技術課程評價作為一種新型的評價與以往的評價模式有所差別。本文在闡明高中信息技術課程目標的基礎上，從計算思維是什么出發，高中信息技術課該如何進行計算思維的培養提出了幾點意見，最后對計算思維知識、技能和態度該采用那些評價方式和工具進行了詳細闡述，旨在為高中信息技術課程一線教師提供一些指導建議。

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【通聯編輯：光文玲】