中小學(xué)生計(jì)算思維教育的調(diào)研及思考

丁愷

[摘 要]計(jì)算思維是個(gè)體運(yùn)用計(jì)算科學(xué)的思想方法進(jìn)行問題解決時(shí)產(chǎn)生的思維活動(dòng)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力有重要作用。隨著教育信息化程度不斷提高，數(shù)字化進(jìn)程不斷發(fā)展，計(jì)算思維教育在信息技術(shù)教育教學(xué)中也被廣為關(guān)注。在對(duì)計(jì)算思維進(jìn)行概述及對(duì)南通市1500名學(xué)生進(jìn)行調(diào)研情況分析的基礎(chǔ)上，闡述中小學(xué)計(jì)算思維能力培養(yǎng)的方案，并就在信息技術(shù)教育教學(xué)中如何進(jìn)行計(jì)算思維能力的培養(yǎng)策略提出相關(guān)建議，以期為今后信息技術(shù)學(xué)科進(jìn)行計(jì)算思維能力的培養(yǎng)提供參考。

[關(guān)鍵詞]信息技術(shù)課程;科學(xué)思維;計(jì)算思維;計(jì)算思維能力

[中圖分類號(hào)] G43[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A[文章編號(hào)] 1007-9068（2021）24-0077-02

一、計(jì)算思維的概述及調(diào)研情況

1.計(jì)算思維的含義

計(jì)算思維是一種運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)基本概念求解問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類行為的活動(dòng)。計(jì)算思維不是一門單獨(dú)的學(xué)科，它源于計(jì)算機(jī)科學(xué)，和數(shù)學(xué)思維、工程思維有非常緊密的關(guān)系。計(jì)算思維不僅是一種適應(yīng)于計(jì)算機(jī)科學(xué)的概念和思維，還能提供一種廣泛應(yīng)用于工作、學(xué)習(xí)、生活中分析問題的視角。計(jì)算思維涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)的一系列思維活動(dòng)，具備計(jì)算思維能力的人應(yīng)具備計(jì)算機(jī)科學(xué)家一樣的思考方式，遇到問題時(shí)考慮是否把問題公式化;能通過搜集、分析數(shù)據(jù)理解問題，并分解問題;能去除細(xì)節(jié)、概括抽象、尋找模式，從而解決同類問題;能制定解決問題的步驟、建立仿真模型，對(duì)解法進(jìn)行測(cè)驗(yàn)和調(diào)試。計(jì)算思維涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)的一系列思維活動(dòng)，其有以下特點(diǎn)：

（1）計(jì)算思維是概念化而非程序化的。

（2）計(jì)算思維是人而非計(jì)算機(jī)的思維方式。

（3）計(jì)算思維是數(shù)學(xué)和工程學(xué)的互補(bǔ)與融合。

（4）計(jì)算思維是思想而非人造物。

（5）計(jì)算思維面向所有人。

2.調(diào)研情況內(nèi)容及匯總

2020年在南通市教育科學(xué)研究院的組織下，我們根據(jù)計(jì)算思維涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)的一系列思維活動(dòng)的特點(diǎn)，同時(shí)按照南通大市各縣（市、區(qū)）地理位置，采用分層多階段整體隨機(jī)抽樣方法，對(duì)南通市各縣（市、區(qū)）試點(diǎn)實(shí)驗(yàn)學(xué)校3～6年級(jí)進(jìn)行隨機(jī)抽取班級(jí)參與調(diào)研，選擇了以下學(xué)生比較常見的一些問題，采用網(wǎng)上問卷的形式，共有1500多人參加了調(diào)研。具體調(diào)研內(nèi)容如下：

（1）你聽說過計(jì)算思維嗎？

（2）你認(rèn)為計(jì)算思維是計(jì)算機(jī)思維還是人的思維？

（3）你覺得信息社會(huì)的成員是否需要具備用計(jì)算機(jī)來解決生活中的問題這種能力呢？

（4）請(qǐng)問你會(huì)怎么做1-2+3-4+5-…+100這道題呢？

（5）你覺得計(jì)算思維在你的學(xué)習(xí)生活中是否重要？

（6）交換兩瓶墨水。設(shè)有兩瓶墨水，一瓶是紅墨水，一瓶是藍(lán)墨水，現(xiàn)要求把兩瓶墨水交換一下，我們?cè)撛趺醋觯?/p>

（7）若是遇到疑難問題，你是采用什么辦法解決的？

（8）在超市購(gòu)物時(shí)，你選擇哪種方法排隊(duì)付賬？

（9）你在日常生活和學(xué)習(xí)中能夠井井有條地同時(shí)處理多件事嗎？你認(rèn)為和計(jì)算思維思想有關(guān)系嗎？

（10）你所在學(xué)校有沒有為學(xué)習(xí)者開設(shè)計(jì)算思維訓(xùn)練課程或計(jì)算機(jī)課程中有沒有講授學(xué)科方法知識(shí)？

（11）你學(xué)過Scratch編程或其他編程軟件嗎？你在學(xué)習(xí)編程的過程中感悟到計(jì)算思維的思想嗎？

通過本次問卷調(diào)研，發(fā)現(xiàn)南通市中小學(xué)生中有52%以上的參測(cè)學(xué)生聽說過計(jì)算思維并對(duì)計(jì)算思維有一定的認(rèn)知，參加調(diào)研測(cè)試的學(xué)生中有43%以上的學(xué)生能認(rèn)識(shí)到計(jì)算思維形成對(duì)自身的日常生活學(xué)習(xí)能起到有效的幫助，28%以上的學(xué)生認(rèn)為在日常生活學(xué)習(xí)中使用計(jì)算思維模式可以解決生活中的許多問題，南通市中小學(xué)中有60%以上的學(xué)校能針對(duì)學(xué)生開設(shè)計(jì)算思維訓(xùn)練課程或在信息技術(shù)課上進(jìn)行計(jì)算思維能力訓(xùn)練，這些學(xué)校有51%的學(xué)生能夠在學(xué)校開展的信息技術(shù)教學(xué)中感悟到計(jì)算思維的思想。

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在南通市中小學(xué)生中仍有37%的學(xué)生對(duì)計(jì)算思維認(rèn)知模糊，無法理解計(jì)算思維的實(shí)際作用，并且在中小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)活動(dòng)中參與度低。

二、中小學(xué)計(jì)算思維能力培養(yǎng)的方案

中小學(xué)信息技術(shù)教育的教學(xué)過程需要計(jì)算思維能力的支撐。中小學(xué)生只有具備基本的計(jì)算思維能力，才能在平時(shí)的信息技術(shù)教育的教學(xué)過程中完成相應(yīng)的學(xué)習(xí)任務(wù)。同時(shí)，也能相應(yīng)地培養(yǎng)中小學(xué)生的計(jì)算思維能力。因此，為了更好地在信息技術(shù)教育的教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，可以通過以下信息技術(shù)教育教學(xué)過程中的五個(gè)步驟來引導(dǎo)學(xué)生找出解決方案（具體流程如圖所示），每個(gè)步驟會(huì)在相應(yīng)程度上鍛煉他們的計(jì)算思維能力。

三、中小學(xué)生計(jì)算思維教育的培養(yǎng)策略

南通市中小學(xué)信息技術(shù)在南通市教育科學(xué)研究院的引領(lǐng)下，全市開展了創(chuàng)客教育、STEM 教育等新型課堂教學(xué)模式的研究，計(jì)算思維的培養(yǎng)模式也面臨著新的發(fā)展與變革。隨著研究的不斷深入，中小學(xué)計(jì)算思維能力的培養(yǎng)和發(fā)展就顯得尤為重要，筆者認(rèn)為可以從以下方面著手進(jìn)行培養(yǎng)和研究。

1.全方位出發(fā)，多種途徑培養(yǎng)

作為人類科學(xué)思維中的組成部分，計(jì)算思維的出現(xiàn)早于計(jì)算機(jī)，雖然需要信息技術(shù)課程的專業(yè)支持，但是對(duì)計(jì)算思維的培養(yǎng)決不能被限制于信息技術(shù)課程中。創(chuàng)客教育、STEM 教育等先進(jìn)理念不斷涌入大家的視野，筆者認(rèn)為中小學(xué)計(jì)算思維的培養(yǎng)應(yīng)從全方位出發(fā)，結(jié)合先進(jìn)的教育理念，將多門學(xué)科的知識(shí)有機(jī)融合，培養(yǎng)學(xué)生解決綜合應(yīng)用問題的能力，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力、運(yùn)用計(jì)算思維解決問題的能力。

2.設(shè)置教學(xué)情境，打破思維局限

培養(yǎng)中小學(xué)計(jì)算思維時(shí)，不能僅通過機(jī)械的概念理論教學(xué)來實(shí)現(xiàn)。與傳統(tǒng)教學(xué)相比，情境化的學(xué)習(xí)更容易從能力的提升上升到思維的養(yǎng)成。在《信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版）》先進(jìn)教育理念的視野下，培養(yǎng)中小學(xué)計(jì)算思維需要引導(dǎo)中小學(xué)生綜合運(yùn)用多門學(xué)科知識(shí)去發(fā)現(xiàn)、解決問題，有目的地創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)情感，培養(yǎng)創(chuàng)造思維，鍛煉適應(yīng)能力。通過體驗(yàn)活動(dòng)，培養(yǎng)中小學(xué)生信息素養(yǎng)和解決實(shí)踐應(yīng)用類問題的能力，鼓勵(lì)其學(xué)習(xí)、探索與創(chuàng)新。

3.多視角看問題，挖掘問題本質(zhì)

在信息大爆炸時(shí)代，只有認(rèn)清問題的本質(zhì)，才能從根本上提高解決問題的效率。《信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版）》明確指出：“發(fā)展中小學(xué)生計(jì)算思維時(shí)，要讓學(xué)生在問題解決過程中從多視角看問題的本質(zhì)，全面考慮有關(guān)該問題的相關(guān)性知識(shí)，在解決方案中要多維度進(jìn)行評(píng)估;要注重培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，使學(xué)生在參與的過程中掌握解決問題的方法、發(fā)現(xiàn)問題的本質(zhì)并靈活解決問題。”

4.培養(yǎng)知識(shí)遷移能力，注重培養(yǎng)創(chuàng)造力

在學(xué)生參與問題解決的過程中，要注重培養(yǎng)靈活解決問題的能力，使其能在復(fù)雜系統(tǒng)中從容地應(yīng)對(duì)變化。在新課程理念下發(fā)展中小學(xué)生計(jì)算思維時(shí)，要善于突破思維定式，用發(fā)散思維修改現(xiàn)有的知識(shí)結(jié)構(gòu)，形成新的知識(shí)結(jié)構(gòu)，從而有效地接受和靈活運(yùn)用新知識(shí)。通過學(xué)科滲透和教學(xué)創(chuàng)新培養(yǎng)創(chuàng)造力，運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)整合的方式使中小學(xué)生突破學(xué)科知識(shí)的定式，提高創(chuàng)造性思維水平。

總而言之，計(jì)算思維能力是指人們運(yùn)用計(jì)算思維方法進(jìn)行思考的能力。實(shí)際上，我們不是培養(yǎng)計(jì)算思維（方法），而是通過引導(dǎo)中小學(xué)生學(xué)習(xí)、掌握這種思維方法，有效地將其用于問題的求解，以達(dá)到培養(yǎng)計(jì)算思維能力之目的。當(dāng)然，計(jì)算思維能力的培養(yǎng)不是一朝一夕就能實(shí)現(xiàn)的，需要一個(gè)長(zhǎng)期的過程，且在這個(gè)過程中需要我們不斷研究、不斷實(shí)踐、不斷積累、不斷提高。中小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科關(guān)于計(jì)算思維以及計(jì)算思維教育教學(xué)的研究和實(shí)踐才剛剛起步，構(gòu)建計(jì)算思維的信息技術(shù)教育教學(xué)的教學(xué)方法，將隨著新一輪課程改革的深入而逐步顯現(xiàn)出來，也會(huì)隨著我們對(duì)中小學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)而逐步提高對(duì)其重要性的認(rèn)識(shí)。

（責(zé)編 韋淑紅）