中小學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)策略

王琦　管秀　王文秋

摘 要 在21世紀(jì)，計(jì)算思維被列為人才培養(yǎng)重要部分，教師在其培養(yǎng)中占據(jù)重要地位。我國近年來才將計(jì)算思維納入到中小學(xué)教育培養(yǎng)中，教師的能力難以滿足計(jì)算思維培養(yǎng)的需求。通過閱讀大量文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)在計(jì)算思維培養(yǎng)中教師的教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)能力、評價(jià)設(shè)計(jì)能力與自身計(jì)算思維方面有所欠缺。針對以上問題，本文從教學(xué)實(shí)踐的角度出發(fā)，歸納總結(jié)了具體有效的策略，例如，設(shè)置梯度編程任務(wù)，解構(gòu)計(jì)算思維過程，以及完善教師培訓(xùn)制度等。

關(guān)鍵詞 計(jì)算思維培養(yǎng) 中小學(xué) 教師能力

中圖分類號：G451? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2019.07.037

Abstract In the 21st century， computational thinking is listed as an important part of personnel training， in which teachers play an important role. In recent years， computational thinking has been brought into primary and secondary education in China. Teachers' ability cannot meet the needs of computational thinking training. Through reading a large number of documents， it is found that there are some deficiencies in teachers' ability of designing teaching activities， evaluating design and self-calculating thinking in the cultivation of computational thinking. In view of the above problems， from the perspective of teaching practice， this paper summarizes specific and effective strategies， such as setting gradient programming tasks， deconstructing computational thinking process， and improving teacher training system.

Keywords computational thinking training; primary and secondary school; teachers' ability

0 引言

2017年《地平線報(bào)告（基礎(chǔ)教育版）》中提出培養(yǎng)中小學(xué)生的計(jì)算思維是21世紀(jì)的一個(gè)重要課題，教師作為計(jì)算思維培養(yǎng)中堅(jiān)力量，應(yīng)具備的能力是值得探究的。本文從目前計(jì)算思維在全球的發(fā)展現(xiàn)狀及各種實(shí)踐方面收集、篩選、整理文獻(xiàn)，從中找到提升我國中小學(xué)教師培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力的策略。

1 計(jì)算思維概述

計(jì)算思維最早由周以真教授2006年提出界定：“計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)”。我國學(xué)者在2017年高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)中對其定義，強(qiáng)調(diào)計(jì)算思維的培養(yǎng)能達(dá)到思維能力的培養(yǎng)，從而將計(jì)算機(jī)學(xué)科的問題解決方式與過程提煉融合，幫助人們快速有效解決問題。

各國都對計(jì)算思維進(jìn)行了研究。英國首先對計(jì)算思維進(jìn)行研究，英國教育部規(guī)定自2014年秋起 K-12學(xué)生按年級學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)科學(xué)，從抽象和編程維度進(jìn)行對計(jì)算思維的培養(yǎng)。美國在2016年《CSTAK-12計(jì)算機(jī)科學(xué)臨時(shí)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定了一整套K-12計(jì)算即科學(xué)課程核心學(xué)習(xí)目標(biāo)。

亞洲中韓國是發(fā)展早且研究多的國家，2012年的小學(xué)教師職前培訓(xùn)中增加了計(jì)算思維的內(nèi)容。在我國的香港和臺灣，計(jì)算思維的培養(yǎng)與發(fā)展較為前沿，對課程設(shè)置等方面的研究。國內(nèi)的計(jì)算思維的研究集中于理論和大學(xué)教學(xué)，對中小學(xué)教師在計(jì)算思維培養(yǎng)方面研究欠缺。

2 在中國中小學(xué)教師培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維中能力的欠缺

2.1 教師缺乏融合計(jì)算思維的教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)能力

教師缺乏計(jì)算思維培養(yǎng)的創(chuàng)新教學(xué)模式和課堂活動(dòng)，不懂如何針對任務(wù)設(shè)計(jì)使學(xué)生死牢和學(xué)習(xí)、何種方法能引導(dǎo)學(xué)生在教師的幫助下找到解決問題的入口及有用的信息。

目前，教師在培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維時(shí)將計(jì)算思維培養(yǎng)與編程教學(xué)混淆。周以真強(qiáng)調(diào)的計(jì)算思維特征之一是概念化并非程序化，計(jì)算思維關(guān)注于問題解決方案的形成。培養(yǎng)學(xué)生像計(jì)算機(jī)科學(xué)家那樣去思考問題是計(jì)算思維培養(yǎng)的宗旨。教師應(yīng)著重引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)“程序驅(qū)動(dòng)”的技術(shù)工具應(yīng)用情境，感受計(jì)算方法，在程序設(shè)計(jì)過程中內(nèi)化為普適性的思維方式。因此，教師應(yīng)重視活動(dòng)情境安排來鍛煉學(xué)生思維方式。

2.2 教師缺乏設(shè)計(jì)能促進(jìn)計(jì)算思維提升的評價(jià)活動(dòng)的能力

中小學(xué)的教師從意識層面到實(shí)踐層面均缺乏計(jì)算思維評價(jià)的設(shè)計(jì)能力。教師普遍認(rèn)為計(jì)算思維的培養(yǎng)與本學(xué)科間沒有相關(guān)性，缺乏計(jì)算思維評價(jià)能力。目前，在中小學(xué)教師對學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)過程中，教師對計(jì)算思維的評價(jià)意識方面存在不足，常認(rèn)為計(jì)算思維的評價(jià)基于計(jì)算機(jī)相關(guān)知識和編程能力，缺乏有效的評價(jià)方式。而且現(xiàn)有的計(jì)算思維的評價(jià)案例較少，教師難以獲取經(jīng)驗(yàn)。其評價(jià)形式較為單一，難以對學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中計(jì)算思維的發(fā)展進(jìn)行評價(jià)。

2.3 教師計(jì)算思維能力短缺

中小學(xué)教師自身缺乏計(jì)算思維能力導(dǎo)致計(jì)算思維的培養(yǎng)效果欠佳。Yadav等人指出很多信息技術(shù)教師雖修讀過計(jì)算機(jī)課程，但對編程環(huán)境不熟悉，欠缺專業(yè)素養(yǎng)（Yadavetal.，2014）。基于編程的計(jì)算思維培養(yǎng)模式是主要教學(xué)方式之一，教師要教會學(xué)生編寫程序、評價(jià)優(yōu)化程序并利用程序來解決問題。Saeli等人提出，對教師計(jì)算思維的評價(jià)包括對編程內(nèi)容的理解、如何把內(nèi)容傳遞給學(xué)生、促進(jìn)學(xué)生理解和應(yīng)用。中國中小學(xué)教師顯然未達(dá)到該要求。

教師對計(jì)算思維的理解不夠且由于傳統(tǒng)的思維慣性，教師在教學(xué)過程中重點(diǎn)仍是知識點(diǎn)的傳授，而非思維方式的培養(yǎng)。此外，國內(nèi)計(jì)算思維教育與研究人才欠缺，教師跨學(xué)科教育能力薄弱，[13]教學(xué)實(shí)踐缺乏理論性與對應(yīng)性。中小學(xué)教師多是單一學(xué)科背景缺乏跨學(xué)科的知識儲備與思維能力。

3 提升中小學(xué)教師培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力的策略

3.1 提升教師改善融合計(jì)算思維的教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)的能力

教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)直接影響教學(xué)效果，教師可拋錨式引導(dǎo)學(xué)生在情境中提出觀點(diǎn)和解決方案，在“老問題”、“新方法”中遞歸引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算思維創(chuàng)新性解決問題。此外也可通過問題驅(qū)動(dòng)、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、創(chuàng)新性問題引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)地解決問題，培養(yǎng)意識、方法和能力。教師也可設(shè)置梯度編程任務(wù)，實(shí)現(xiàn)編程與計(jì)算思維的雙重培養(yǎng)。教師可采用注點(diǎn)分離（SOC）方法把龐大復(fù)雜的問題轉(zhuǎn)化為小問題。給學(xué)生可“跳一跳”就能完成的小問題，逐步引導(dǎo)解決大問題。

同時(shí)，教師應(yīng)意識到教學(xué)活動(dòng)是師生共同的研究活動(dòng)。教師授課模擬“精化后”的、更理性的知識發(fā)現(xiàn)過程，而非將知識的結(jié)果直接呈現(xiàn)，學(xué)生要了解背后的道理。通過再現(xiàn)“知識的發(fā)現(xiàn)過程中大師的創(chuàng)新思維”來啟發(fā)學(xué)生，學(xué)習(xí)思想、方法，最終實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維的培養(yǎng)提升。

3.2 應(yīng)提升教師設(shè)計(jì)對學(xué)生計(jì)算思維評價(jià)活動(dòng)的能力

教師應(yīng)當(dāng)端正計(jì)算思維評價(jià)的觀念，評價(jià)應(yīng)包括計(jì)算機(jī)知識及技能測試，學(xué)生在解決問題時(shí)展現(xiàn)出的計(jì)算思維。課程的評價(jià)維度應(yīng)含創(chuàng)意構(gòu)想、資源搜集、計(jì)算思維以及合作交流的能力等。計(jì)算思維應(yīng)與更多學(xué)科融合能幫助學(xué)生更好地完成學(xué)習(xí)任務(wù)。教師在進(jìn)行設(shè)計(jì)提升學(xué)生計(jì)算思維的課程時(shí)，應(yīng)將計(jì)算思維作為課程目標(biāo)之一，并進(jìn)行交流分享活動(dòng)或評價(jià)，這種及時(shí)性反饋利于學(xué)生提升計(jì)算思維。

在設(shè)計(jì)評價(jià)活動(dòng)的過程中教師應(yīng)通過班級分享、項(xiàng)目競賽等引導(dǎo)學(xué)生解構(gòu)計(jì)算思維的形成。通過競爭性活動(dòng)調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，更為深入地了解同伴在面臨相似問題時(shí)的策略，以促進(jìn)交流，教師也能給予更多的引導(dǎo)。教師在進(jìn)行學(xué)習(xí)成果的評價(jià)時(shí)還要有過程性評價(jià)并提供及時(shí)性反饋。評價(jià)時(shí)要注意梳理相關(guān)學(xué)習(xí)方法，如思維可視化的方法，便于學(xué)生直觀地感受計(jì)算思維。

3.3 培養(yǎng)教師自身計(jì)算思維與專業(yè)素養(yǎng)

完善教師培訓(xùn)制度，開發(fā)線上下融合的計(jì)算思維培訓(xùn)課程。根據(jù)不同地區(qū)差異，開發(fā)符合計(jì)算思維教育課程目標(biāo)與評價(jià)指南的教學(xué)單元，擴(kuò)大教師培訓(xùn)的范圍，增加培訓(xùn)靈活性與可行性。通過線下面授來進(jìn)行深度教學(xué)與個(gè)性化指導(dǎo)，幫助教師更好的掌握如何開展計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)實(shí)踐。采用系統(tǒng)化培訓(xùn)，有目的地對教師的計(jì)算思維、編程能力進(jìn)行培養(yǎng)。

安排專家與一線教師進(jìn)行一對一對話，以workshop的形式或課題為抓手，解決實(shí)踐中的“真問題”。專家協(xié)助一線教師設(shè)計(jì)計(jì)算思維培養(yǎng)體系，達(dá)到雙向促進(jìn)。依靠區(qū)域教研員的力量組織相關(guān)教師展開關(guān)于高位的計(jì)算思維概念、中位的基于計(jì)算思維的課程框架，以及具體落地的教學(xué)實(shí)踐的研討。通過不同學(xué)科教師的探討，培養(yǎng)教師跨學(xué)科能力、加深教師對計(jì)算思維的理解。在培養(yǎng)教師計(jì)算思維與專業(yè)素養(yǎng)方面，需要各個(gè)方面的配合與支持，政府需要完善教師培訓(xùn)制度，學(xué)校要與專家進(jìn)行合作對接，同時(shí)教師要開展研討，相互促進(jìn)。

4 總結(jié)

綜上所述，我國目前計(jì)算思維培養(yǎng)形式嚴(yán)峻，對于提升教師培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力來說需要在教學(xué)活動(dòng)、評價(jià)活動(dòng)以及自身計(jì)算思維方面做出改進(jìn)。為此，本文針對三個(gè)不同維度提出改進(jìn)策略，希望對中小學(xué)教師提升培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力有所幫助。

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