龐敬文 馬可心 許 晉 王實(shí)秋 唐燁偉

微認(rèn)證賦能高中生計(jì)算思維培養(yǎng)的結(jié)構(gòu)表征與路徑設(shè)計(jì)*

龐敬文1馬可心2許 晉1王實(shí)秋3唐燁偉1

（1．東北師范大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春 130117；2．南方科技大學(xué)附屬坪山學(xué)校，廣東深圳 518118；3．深圳大學(xué) 教育學(xué)部，廣東深圳 518060）

計(jì)算思維是高中信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，但其培養(yǎng)過程中存在教師對(duì)計(jì)算思維內(nèi)涵和結(jié)構(gòu)理解淺顯、缺少科學(xué)理論指導(dǎo)和培養(yǎng)路徑混沌等問題，導(dǎo)致學(xué)生計(jì)算思維能力學(xué)力不足、結(jié)構(gòu)零散且評(píng)價(jià)形式單一。微認(rèn)證以培養(yǎng)微能力為導(dǎo)向，通過微結(jié)構(gòu)證據(jù)劃分和認(rèn)證規(guī)范實(shí)現(xiàn)個(gè)性化評(píng)價(jià)，其能力導(dǎo)向、結(jié)構(gòu)化和個(gè)性化等特征為培養(yǎng)高中生計(jì)算思維提供了新思路。因此，文章從微認(rèn)證視角推演計(jì)算思維結(jié)構(gòu)表征和培養(yǎng)路徑，首先依據(jù)課程將計(jì)算思維拆分為四個(gè)子能力，以此設(shè)計(jì)計(jì)算思維證據(jù)內(nèi)容和任務(wù)類型并形成認(rèn)證規(guī)范；然后文章按照子能力、證據(jù)和任務(wù)的交互關(guān)系，構(gòu)建呈現(xiàn)能力、要素和路徑的計(jì)算思維結(jié)構(gòu)；最后文章為計(jì)算思維能力提供培養(yǎng)路徑案例設(shè)計(jì)及實(shí)施路徑，以期為高中信息技術(shù)學(xué)科計(jì)算思維培養(yǎng)提供理論與實(shí)踐參考。

計(jì)算思維；微認(rèn)證；結(jié)構(gòu)表征；路徑設(shè)計(jì)；高中信息技術(shù)

當(dāng)前，《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（下文簡(jiǎn)稱《標(biāo)準(zhǔn)》）已將計(jì)算思維列入高中信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)[1]，并作為關(guān)鍵要素對(duì)信息技術(shù)課程育人目標(biāo)的達(dá)成度起重要作用。而計(jì)算思維的抽象性本質(zhì)使教師對(duì)其概念缺乏系統(tǒng)性理解，對(duì)其教學(xué)缺乏科學(xué)性實(shí)踐，導(dǎo)致計(jì)算思維培養(yǎng)路徑并不明晰[2]。目前，國(guó)內(nèi)有關(guān)高中生計(jì)算思維培養(yǎng)的研究多是依據(jù)特定工具或內(nèi)容所展開的教學(xué)模型、模式與活動(dòng)設(shè)計(jì)類的探索，存在應(yīng)用場(chǎng)景有限、適應(yīng)性較差等問題，且無法為教師提供計(jì)算思維培養(yǎng)導(dǎo)向的教學(xué)路徑底層設(shè)計(jì)思路。而微認(rèn)證是我國(guó)學(xué)者探索出的關(guān)于計(jì)算思維評(píng)價(jià)的全新視角，在該視角下可將K12階段學(xué)生的計(jì)算思維分解為六個(gè)子能力，并分別設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)方式[3]。雖然有關(guān)計(jì)算思維與微認(rèn)證相結(jié)合的研究處于初步探索階段且僅限于評(píng)價(jià)領(lǐng)域，但兩者的適切性為計(jì)算思維的培養(yǎng)提供了新的視角和思路。為此，本研究嘗試基于微認(rèn)證推演計(jì)算思維的培養(yǎng)與發(fā)展過程，實(shí)現(xiàn)對(duì)高中生計(jì)算思維的結(jié)構(gòu)表征與培養(yǎng)路徑設(shè)計(jì)的深入探究，以期為高中信息技術(shù)學(xué)科計(jì)算思維培養(yǎng)提供理論與實(shí)踐參考。

一 核心概念闡述

1 計(jì)算思維與計(jì)算思維培養(yǎng)

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外對(duì)計(jì)算思維內(nèi)涵的理解尚未達(dá)成一致。其中，國(guó)外學(xué)者普遍從拆解角度探究計(jì)算思維內(nèi)涵，即分析構(gòu)成要素或構(gòu)建整體框架，具有代表性的是計(jì)算思維發(fā)展與評(píng)估三維框架：計(jì)算概念、計(jì)算實(shí)踐和計(jì)算觀念[4]，以及從計(jì)算思維過程視角歸納的五要素：算法思維、分解、抽象、概括和評(píng)價(jià)[5]。2015年，ISTE構(gòu)建了由創(chuàng)造力、算法思維、批判性思維、解決問題、合作思維和溝通技巧構(gòu)成的計(jì)算思維框架[6]。以上觀點(diǎn)與微認(rèn)證理念對(duì)計(jì)算思維的理解相統(tǒng)一，均將其劃分為細(xì)小的能力或要素單位，甚至組織為一個(gè)結(jié)構(gòu)框架。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)計(jì)算思維內(nèi)涵的理解存在不同，但都認(rèn)為其是意識(shí)、方法和能力等的綜合反映，具有程序化、自動(dòng)化和模塊化等特點(diǎn)。分歧點(diǎn)在于其本質(zhì)取向，可劃分為工具說、問題解決說、活動(dòng)和方法說等觀點(diǎn)[7]。其中，問題解決說觀點(diǎn)占據(jù)主流，如任友群等[8]認(rèn)為計(jì)算思維是一種解決問題的過程，借助計(jì)算思維學(xué)生可以更好地理解問題和分析問題并形成問題解決方案。而《標(biāo)準(zhǔn)》中將計(jì)算思維界定為運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域思想方法形成問題解決方案過程中產(chǎn)生的一系列思維活動(dòng)?；诖耍诤衔⒄J(rèn)證視角，本研究將高中生計(jì)算思維界定為運(yùn)用計(jì)算機(jī)解決問題的方式進(jìn)行思考、分析、應(yīng)用與實(shí)踐的綜合性能力，包括分析問題、抽象特征、設(shè)計(jì)算法和總結(jié)遷移等多項(xiàng)能力。

2 微認(rèn)證的概念特征、運(yùn)作體系與認(rèn)證規(guī)范

（1）微認(rèn)證概念及特征分析

微認(rèn)證的出現(xiàn)是為了解決教師非正式學(xué)習(xí)所獲能力缺少正規(guī)評(píng)估方式的問題，美國(guó)教育研究協(xié)會(huì)呼吁轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)結(jié)果評(píng)估形式，為便于學(xué)習(xí)成果展示和分享，發(fā)展出數(shù)字徽章標(biāo)記學(xué)生所掌握的能力[9]。2014年，微認(rèn)證開始用于評(píng)估和認(rèn)定教師能力。國(guó)內(nèi)學(xué)者研究了微認(rèn)證內(nèi)涵與運(yùn)作體系，明確了包含認(rèn)證機(jī)構(gòu)、內(nèi)容和證據(jù)等要素的認(rèn)證體系[10]，用于教師能力評(píng)估。微認(rèn)證實(shí)現(xiàn)了更加開放、個(gè)性化的能力評(píng)價(jià)，特點(diǎn)是：①細(xì)化能力要求，將復(fù)雜能力分解為多個(gè)子能力，便于觀察和測(cè)量；②清晰界定子能力，有助于收集和記錄學(xué)習(xí)過程，豐富考核內(nèi)容促進(jìn)培養(yǎng)方式多元化；③留出彈性空間滿足學(xué)生的個(gè)性化需求。由此，應(yīng)用微認(rèn)證賦能高中生計(jì)算思維培養(yǎng)，可促進(jìn)計(jì)算思維導(dǎo)向教學(xué)路徑設(shè)計(jì)，提升高中生計(jì)算思維培養(yǎng)質(zhì)量。

（2）微認(rèn)證運(yùn)作體系和認(rèn)證規(guī)范

微認(rèn)證是多要素協(xié)作完成的系統(tǒng)性評(píng)價(jià)工作，各要素間的角色分配及交互關(guān)系需高質(zhì)量運(yùn)作體系的界定和支持。美國(guó)對(duì)微認(rèn)證的應(yīng)用模式和推進(jìn)策略等展開研究，研究?jī)?nèi)容可總結(jié)為認(rèn)證目的、項(xiàng)目、流程、結(jié)構(gòu)分析與結(jié)果調(diào)查五部分[11]。在國(guó)內(nèi)，閆寒冰等[12]闡述了我國(guó)開放學(xué)習(xí)微認(rèn)證運(yùn)作體系，認(rèn)為體系和獲得徽章的方法是促進(jìn)學(xué)生成長(zhǎng)的關(guān)鍵因素。魏非等[13]構(gòu)建包括角色分析、能力分解、規(guī)范開發(fā)和調(diào)研試用四個(gè)階段的開發(fā)過程模型，設(shè)計(jì)包括35項(xiàng)微能力的微認(rèn)證規(guī)范框架和體系，并依據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)》拆分能力，為微認(rèn)證開發(fā)提供參考和實(shí)施路徑?；诖?，本研究以證據(jù)為中心，遵循能力-證據(jù)-任務(wù)的設(shè)計(jì)邏輯，拆分計(jì)算思維子能力并設(shè)計(jì)認(rèn)證規(guī)范。

二 微認(rèn)證賦能高中生計(jì)算思維結(jié)構(gòu)表征

證據(jù)是對(duì)能力最直接的評(píng)價(jià)與證明，而任務(wù)包括能夠產(chǎn)生并提供證據(jù)的情境、任務(wù)特征和內(nèi)容等。因此，本研究在規(guī)范設(shè)計(jì)時(shí)以證據(jù)為中心，首先依據(jù)計(jì)算思維子能力劃分證據(jù)類型，將其作為連結(jié)能力與任務(wù)的橋梁；然后根據(jù)證據(jù)類型設(shè)計(jì)相應(yīng)的任務(wù)集合，明確彼此間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；最后將能力、證據(jù)和任務(wù)三者依據(jù)彼此間的關(guān)系結(jié)合，設(shè)計(jì)高中生計(jì)算思維的認(rèn)證規(guī)范。

1 計(jì)算思維能力拆分

（1）計(jì)算思維子能力維度劃分

《標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)計(jì)算思維能力的描述可概括為解決問題前的分析類能力、解決問題時(shí)的設(shè)計(jì)類能力以及解決問題后的遷移類能力。而思維三棱結(jié)構(gòu)理論認(rèn)為，思維是一個(gè)由目的、過程、品質(zhì)、材料、自我監(jiān)控和非認(rèn)知因素構(gòu)成的多側(cè)面、多形態(tài)和多聯(lián)系結(jié)構(gòu)，六要素相互協(xié)作并共同完成一次思維活動(dòng)[14]。因此，將《標(biāo)準(zhǔn)》中的能力描述與思維結(jié)構(gòu)要素相對(duì)應(yīng)，可得到四項(xiàng)微能力：分析問題目標(biāo)能力、設(shè)計(jì)問題解決過程能力、材料處理能力和自我監(jiān)控能力。同時(shí)，將思維三棱結(jié)構(gòu)理論中兩個(gè)未對(duì)應(yīng)的要素重新聚類。思維結(jié)構(gòu)中的品質(zhì)要素表示計(jì)算思維能力發(fā)展水平，如學(xué)生解決問題過程中表現(xiàn)出的創(chuàng)新性、靈活性等?！稑?biāo)準(zhǔn)》也強(qiáng)調(diào)要?jiǎng)澐钟?jì)算思維發(fā)展水平，因此將不同的品質(zhì)要求在不同的發(fā)展水平中區(qū)分描述。思維結(jié)構(gòu)中的非認(rèn)知因素表示解決問題過程中產(chǎn)生影響的態(tài)度和習(xí)慣等，可根據(jù)教學(xué)實(shí)踐將其概括為“對(duì)解決問題產(chǎn)生影響的個(gè)人因素”，包括正向和非正向影響?；诜钦J(rèn)知因素中的個(gè)性化差異，在計(jì)算思維結(jié)構(gòu)中不對(duì)此能力單向表征，而是在設(shè)計(jì)路徑時(shí)與結(jié)構(gòu)中的任務(wù)和證據(jù)一同體現(xiàn)。

（2）計(jì)算思維子能力水平劃分

微認(rèn)證要求拆分子能力要具體、詳細(xì)、可觀測(cè)，用合格與優(yōu)秀劃分完成情況?；诖耍狙芯坎捎谩稑?biāo)準(zhǔn)》中核心素養(yǎng)發(fā)展的發(fā)展級(jí)、進(jìn)階級(jí)和拔尖級(jí)（預(yù)備級(jí)是學(xué)生高中前就應(yīng)具備的能力和基礎(chǔ)，不作為培養(yǎng)的目標(biāo)水平）三個(gè)層級(jí)來描述高中生計(jì)算思維發(fā)展水平，具體如表1所示。

表1 高中生計(jì)算思維子能力及其發(fā)展水平描述

2 計(jì)算思維認(rèn)證規(guī)范設(shè)計(jì)

（1）證據(jù)類型劃分

證據(jù)是學(xué)生能力發(fā)展的行為映射，對(duì)行為的評(píng)估方式一般包括直接觀察和作品檢驗(yàn)，本研究采取作品檢驗(yàn)方式圍繞作品劃分證據(jù)類型。而評(píng)價(jià)的證據(jù)與評(píng)價(jià)方式相關(guān)，為防止對(duì)計(jì)算思維的理解產(chǎn)生偏差，一般采用多元評(píng)價(jià)方式，需為計(jì)算思維各子能力選擇對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)方式并據(jù)此劃分證據(jù)類型。研究者按不同的分類方式劃分計(jì)算思維評(píng)價(jià)工具和評(píng)價(jià)方法；評(píng)價(jià)工具方面，分類方式較多，如范文翔等[15]按照評(píng)價(jià)途徑將思維評(píng)價(jià)工具分為總結(jié)性、技能轉(zhuǎn)移性、迭代性以及看法與態(tài)度量表等；評(píng)價(jià)方法方面，主要包括總結(jié)性評(píng)價(jià)、過程性評(píng)價(jià)、形成性評(píng)價(jià)等。

本研究采用總結(jié)性評(píng)價(jià)和形成性評(píng)價(jià)，通過圖示分析和圖文分析豐富高中生計(jì)算思維各子能力的評(píng)價(jià)方式，并依據(jù)子能力評(píng)價(jià)方式劃分微認(rèn)證所需的證據(jù)類型，具體如表2所示。

表2 高中生計(jì)算思維評(píng)價(jià)方式

（2）任務(wù)集合歸類

任務(wù)指能夠通過特定設(shè)計(jì)產(chǎn)生評(píng)價(jià)證據(jù)并使其可被采集的實(shí)踐活動(dòng)，任務(wù)設(shè)計(jì)要關(guān)注證據(jù)，并為其產(chǎn)生提供活動(dòng)基礎(chǔ)?！稑?biāo)準(zhǔn)》中對(duì)培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力的活動(dòng)按照解決問題過程概括為前期分析與組織、中期選擇與設(shè)計(jì)和后期評(píng)價(jià)與遷移三個(gè)任務(wù)維度。本研究基于已有任務(wù)類型和對(duì)高中生計(jì)算思維子能力的分析，總結(jié)了計(jì)算思維的四種任務(wù)類型，并說明其與子能力及證據(jù)類型的對(duì)應(yīng)關(guān)系，所有任務(wù)共同構(gòu)成計(jì)算思維的任務(wù)集合。

①分析理解型任務(wù)：包括對(duì)問題、信息和情境等多元要素的接收、理解、處理和分析。證據(jù)為學(xué)生的分析過程圖，對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)的子能力為分析問題目標(biāo)能力。②設(shè)計(jì)創(chuàng)新型任務(wù)：包括針對(duì)目標(biāo)借助已有材料解決方案的設(shè)計(jì)、整合、創(chuàng)新與優(yōu)化等任務(wù)。證據(jù)包括設(shè)計(jì)過程性文檔，如思維導(dǎo)圖、流程圖、任務(wù)單和設(shè)計(jì)框架等過程性資料，對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)的子能力為設(shè)計(jì)問題解決過程能力。③篩選實(shí)踐型任務(wù)：包括對(duì)解決問題過程中遇到的所有材料進(jìn)行篩選并付諸實(shí)踐。證據(jù)為作品的說明性文檔、演示性資料以及材料選擇的對(duì)比分析說明，對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)的子能力為材料處理能力。④反思提升型任務(wù)：包括應(yīng)用計(jì)算思維解決問題過程中的評(píng)價(jià)與反思及遷移和自我提升。證據(jù)為學(xué)生自我監(jiān)控量表與自我反思性文檔，對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)的子能力為自我監(jiān)控能力。

（3）認(rèn)證規(guī)范設(shè)計(jì)

接下來，依據(jù)以上證據(jù)類型與任務(wù)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)認(rèn)證規(guī)范，并結(jié)合能力特點(diǎn)設(shè)計(jì)數(shù)字徽章。其中，數(shù)字徽章顯示子能力維度、發(fā)展水平和學(xué)生姓名三項(xiàng)信息，同時(shí)攜帶的元數(shù)據(jù)包含學(xué)生完成的任務(wù)、提交的證據(jù)材料及教師評(píng)語(yǔ)等內(nèi)容。用T、P、M、S表示目標(biāo)、過程、材料和自我監(jiān)控四個(gè)子能力，用數(shù)字1、2、3代表發(fā)展級(jí)、進(jìn)階級(jí)和拔尖級(jí)三個(gè)水平，用A、B表示證據(jù)和任務(wù)，如AT1表示認(rèn)證“分析問題目標(biāo)能力”達(dá)到發(fā)展級(jí)所需的證據(jù)，具體如表3所示。

3 計(jì)算思維結(jié)構(gòu)表征

基于上述計(jì)算思維子能力拆分和證據(jù)類型與任務(wù)集合設(shè)計(jì)，本研究在微認(rèn)證視角下將三者與思維結(jié)構(gòu)中的非認(rèn)知因素構(gòu)建為一個(gè)整體，更加清晰地反映高中生計(jì)算思維結(jié)構(gòu)，為其培養(yǎng)路徑提供參考，同時(shí)在表征中針對(duì)非認(rèn)知因素和不同的發(fā)展水平為教師教學(xué)保留彈性空間，以滿足個(gè)性化需求，具體如圖1所示。

借鑒思維三棱結(jié)構(gòu)將計(jì)算思維構(gòu)建為一個(gè)三棱錐，并劃分為三個(gè)層級(jí)，圖1中最底部的粗線條表示發(fā)展級(jí)，依次向上兩種細(xì)線條分別表示進(jìn)階級(jí)和拔尖級(jí)，三個(gè)三棱錐共同構(gòu)成計(jì)算思維三棱三級(jí)結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)中頂點(diǎn)、邊/棱、面的具體含義如下：

圖1 高中生計(jì)算思維結(jié)構(gòu)表征圖

圖2 高中生計(jì)算思維培養(yǎng)路徑結(jié)構(gòu)圖

①頂點(diǎn)。計(jì)算思維三棱三級(jí)結(jié)構(gòu)根據(jù)計(jì)算思維的三個(gè)發(fā)展水平劃分為三個(gè)三棱錐，每個(gè)三棱錐的四個(gè)頂點(diǎn)分別代表計(jì)算思維的四個(gè)子能力，在圖中用帶方框的文字表示，其中有關(guān)計(jì)算思維目標(biāo)、過程、材料三個(gè)維度的子能力分別位于每個(gè)三棱錐的底面三角形頂點(diǎn)。由于自我監(jiān)控是對(duì)其他子能力進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié)的能力，因此三棱錐的重合頂點(diǎn)表示自我監(jiān)控能力在每個(gè)層面都發(fā)揮作用，影響整個(gè)計(jì)算思維水平提升的過程。同時(shí)，自我監(jiān)控能力具有較強(qiáng)的個(gè)體差異性，不同學(xué)生的表現(xiàn)不盡相同。

②邊/棱。每個(gè)三棱錐均包含三個(gè)底邊和三條側(cè)棱，從每個(gè)能力頂點(diǎn)出發(fā)有三條棱，代表任務(wù)、證據(jù)和非認(rèn)知因素，表示在培養(yǎng)該子能力時(shí)要綜合考慮相鄰三條邊所包含的內(nèi)容，即分析培養(yǎng)該子能力需提供的認(rèn)證證據(jù)、產(chǎn)生此類證據(jù)的任務(wù)類型。設(shè)計(jì)相應(yīng)教學(xué)任務(wù)還要考慮產(chǎn)生影響的非認(rèn)知因素，如學(xué)生情感、習(xí)慣和性格等，共同促進(jìn)子能力的發(fā)展?；诖?，一個(gè)三棱錐中的每條邊服務(wù)于兩個(gè)子能力頂點(diǎn)，六條邊共被拆分為兩個(gè)證據(jù)、任務(wù)和非認(rèn)知因素的組合，每?jī)蓷l名稱相同的邊所包含的證據(jù)或任務(wù)內(nèi)容因其相鄰的兩個(gè)子能力頂點(diǎn)變化而變化，而不同三棱錐中同樣的位置代表不同發(fā)展水平的邊所蘊(yùn)含的證據(jù)和任務(wù)會(huì)隨著水平變化而有所不同。

③面。每個(gè)三棱錐共有四個(gè)面，每個(gè)面是由含義不重復(fù)的三條邊構(gòu)成的三角形，在培養(yǎng)計(jì)算思維子能力時(shí)，會(huì)途經(jīng)由該子能力頂點(diǎn)出發(fā)的三條不同的邊，每?jī)蓷l邊連接形成了計(jì)算思維培養(yǎng)路徑，因此計(jì)算思維三棱結(jié)構(gòu)的面呈現(xiàn)出差異化的培養(yǎng)路徑。同時(shí)，圖中陰影部分代表的面是自我監(jiān)控能力所在邊的頂點(diǎn)向分析問題目標(biāo)能力、設(shè)計(jì)問題解決過程能力、材料處理能力所在邊做中線，并將中線所在的點(diǎn)與非認(rèn)知因素所在的點(diǎn)相連而形成的平面區(qū)域，表示非認(rèn)知因素對(duì)學(xué)生發(fā)展級(jí)、進(jìn)階級(jí)、拔尖級(jí)三個(gè)層級(jí)每一層級(jí)的影響。圖中的陰影是最理想的狀態(tài)，即非認(rèn)知因素對(duì)每一個(gè)等級(jí)、每一項(xiàng)能力都產(chǎn)生相同的影響。在實(shí)際的教學(xué)中，產(chǎn)生影響的非認(rèn)知因素所在的區(qū)域每一個(gè)頂點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際情況可以是四個(gè)能力所在邊的任一點(diǎn)。

表3 認(rèn)證規(guī)范

三 基于高中生計(jì)算思維結(jié)構(gòu)的培養(yǎng)路徑設(shè)計(jì)

高中生計(jì)算思維三棱三級(jí)結(jié)構(gòu)為高中生計(jì)算思維的培養(yǎng)策略研究提供了新的思路。本研究根據(jù)該結(jié)構(gòu)提出計(jì)算思維培養(yǎng)的總體路徑為：①依據(jù)認(rèn)證規(guī)范確定計(jì)算思維子能力對(duì)應(yīng)的證據(jù)內(nèi)容；②依據(jù)證據(jù)內(nèi)容確定能夠提供該證據(jù)的任務(wù)類型；③結(jié)合學(xué)生的非認(rèn)知因素設(shè)計(jì)相應(yīng)的教學(xué)任務(wù)，進(jìn)而培養(yǎng)該計(jì)算思維子能力。本研究使用表3認(rèn)證規(guī)范中相應(yīng)的字母組合統(tǒng)一表達(dá)，用C表示結(jié)構(gòu)中的非認(rèn)知因素，C與子能力的字母、數(shù)字組合則表示在培養(yǎng)該水平子能力時(shí)教師應(yīng)考慮的可能會(huì)對(duì)任務(wù)完成、證據(jù)產(chǎn)生和其他學(xué)習(xí)活動(dòng)產(chǎn)生影響的相關(guān)因素。由于非認(rèn)知因素具有較強(qiáng)的個(gè)體化差異，因此教師可根據(jù)學(xué)生情況精準(zhǔn)地培養(yǎng)其計(jì)算思維子能力?；谝陨峡傮w路徑和組合含義，可對(duì)各子能力設(shè)計(jì)具體的培養(yǎng)路徑，不同水平的培養(yǎng)路徑在計(jì)算思維三棱三級(jí)結(jié)構(gòu)中所處層級(jí)不同但方向一致。另外，高中生各計(jì)算思維子能力發(fā)展水平不一定處于同一層級(jí)，表明不同水平的三個(gè)三棱錐之間并不彼此獨(dú)立，因此培養(yǎng)計(jì)算思維時(shí)各子能力之間的路徑可跨越不同層級(jí)的任務(wù)和證據(jù)，構(gòu)成高中生計(jì)算思維培養(yǎng)路徑結(jié)構(gòu)圖，如圖2所示。

1 分析問題目標(biāo)能力教學(xué)路徑

培養(yǎng)高中生分析問題目標(biāo)能力的教學(xué)路徑可以表示為AT1→AT2→AT3。根據(jù)子能力選定代表成績(jī)單和分析過程圖的證據(jù)AT1，由此出發(fā)選定相應(yīng)的分析理解型任務(wù)（BT1、CT1、DT1……）；完成任務(wù)BT1后再根據(jù)AT2證據(jù)選擇相應(yīng)的任務(wù)（BT2、CT2、DT2……），以此類推。最后，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生特點(diǎn)分析并矯正對(duì)該子能力產(chǎn)生影響的非認(rèn)知因素ST，如設(shè)計(jì)融合非認(rèn)知因素發(fā)展的德育活動(dòng)并提升學(xué)生興趣，最終路徑將呈現(xiàn)在三棱錐中分析問題目標(biāo)能力所在三角形的三條邊與三個(gè)頂點(diǎn)T1、T2、T3構(gòu)成的兩個(gè)側(cè)面上。

2 設(shè)計(jì)問題解決過程能力教學(xué)路徑

培養(yǎng)高中生設(shè)計(jì)解決問題過程能力的教學(xué)路徑可以表示為AP1→AP2→AP3。依托于代表該子能力的頂點(diǎn)P1及其相鄰的三條邊。根據(jù)子能力選定代表成績(jī)單和分析過程圖的證據(jù)AP1，由此出發(fā)選定相應(yīng)的分析理解型任務(wù)（BP1、CP1、DP1……）；在完成任務(wù)BP1的基礎(chǔ)上，再根據(jù)AP2證據(jù)選擇相應(yīng)的任務(wù)（BP2、CP2、DP2……），以此類推。最后，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生特點(diǎn)分析并矯正對(duì)該子能力產(chǎn)生影響的非認(rèn)知因素SP，如引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成設(shè)計(jì)解決問題解決過程的思維習(xí)慣，最終路徑將呈現(xiàn)在三棱錐中設(shè)計(jì)問題解決過程能力所在三角形的三條邊與頂點(diǎn)P1、P2、P3構(gòu)成的底面和側(cè)面上。

3 材料處理能力教學(xué)路徑

培養(yǎng)高中生材料處理能力的教學(xué)路徑可以表示為AM1→AM2→AM3。依托于代表該子能力的頂點(diǎn)M1及其相鄰的三條邊。根據(jù)子能力選定代表成績(jī)單和分析過程圖的證據(jù)AM1，由此出發(fā)選定相應(yīng)的分析理解型任務(wù)（BM1、CM1、DM1……）；在完成任務(wù)BM1的基礎(chǔ)上，再根據(jù)AM2證據(jù)選擇相應(yīng)的任務(wù)（BM2、CM2、DM2……），以此類推。最后，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生特點(diǎn)分析并矯正對(duì)該子能力產(chǎn)生影響的非認(rèn)知因素SM，如設(shè)計(jì)融合非認(rèn)知因素發(fā)展的其他學(xué)科核心素養(yǎng)內(nèi)容，最終路徑將呈現(xiàn)在三棱錐中材料處理能力所在三角形的三條邊與頂點(diǎn)M1構(gòu)成的底面和側(cè)面上。

4 自我監(jiān)控能力教學(xué)路徑

培養(yǎng)高中生的自我監(jiān)控能力，要在非認(rèn)知因素所在范圍內(nèi)，將發(fā)展級(jí)、進(jìn)階級(jí)、拔尖級(jí)三個(gè)等級(jí)中其他三項(xiàng)能力所處的頂點(diǎn)與相應(yīng)等級(jí)的非認(rèn)知因素相連，由此組成的區(qū)域?yàn)榉钦J(rèn)知因素對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的影響范圍，范圍越大，表示非認(rèn)知因素對(duì)學(xué)生的能力提升影響越大。教師可以清晰地看到每一項(xiàng)能力的非認(rèn)知因素對(duì)學(xué)生能力產(chǎn)生的影響，并據(jù)此調(diào)整教學(xué)。

四 基于高中生計(jì)算思維結(jié)構(gòu)的培養(yǎng)路徑案例設(shè)計(jì)及實(shí)施路徑

1 案例設(shè)計(jì)

（1）教學(xué)材料

本研究以教育科學(xué)出版社《信息技術(shù)基礎(chǔ)》的第二章第四節(jié)“網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)的信息檢索”為例，具體分析高中生計(jì)算思維結(jié)構(gòu)的培養(yǎng)路徑。該章節(jié)的目標(biāo)是使學(xué)生學(xué)會(huì)利用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)查找和獲取專業(yè)性強(qiáng)、主題明確的信息資源，共三小節(jié)：體驗(yàn)-使用-評(píng)價(jià)。

（2）教學(xué)活動(dòng)

教學(xué)活動(dòng)的基本過程如表4所示，這里創(chuàng)設(shè)的情境為全?！熬W(wǎng)絡(luò)法律知識(shí)競(jìng)賽”。

表4 教學(xué)活動(dòng)的基本過程

2 實(shí)施路徑

（1）在情境中分解問題——分層式培養(yǎng)分析問題目標(biāo)能力

計(jì)算思維能力可幫助學(xué)生更好地理解和運(yùn)用信息技術(shù)，提高其分析、設(shè)計(jì)、創(chuàng)新和解決問題等能力。在教學(xué)中，應(yīng)從培養(yǎng)學(xué)生的分析問題目標(biāo)能力入手，這樣一方面可幫助學(xué)生更好地理解目標(biāo)，另一方面可培養(yǎng)學(xué)生對(duì)信息的表達(dá)和傳遞能力。因此，教師可首先結(jié)合學(xué)生已知知識(shí)為其創(chuàng)設(shè)基于實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的問題情境，使其針對(duì)簡(jiǎn)單任務(wù)，識(shí)別問題特征。同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合已有知識(shí)嘗試思考解決問題所需的技術(shù)和方法，在學(xué)生分析得到可用的解決方法后，教師適時(shí)啟發(fā)其嘗試尋找新的未知方法以更高效、便捷地完成問題解答，形成多種路徑解決問題的思維模式。然后，教師依據(jù)教學(xué)目標(biāo)將問題分解成可察覺、可把握的子問題，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)給定任務(wù)進(jìn)行需求分析、借助工具對(duì)問題進(jìn)行分析和描述，針對(duì)問題的基本特征提取抽象，明確要解決的關(guān)鍵問題并形式化表達(dá)。最后，教師明確問題，幫助學(xué)生形成對(duì)問題的完整思路圖，針對(duì)較為復(fù)雜的任務(wù)進(jìn)行綜合分析，并形式化描述問題。同時(shí)，教師需要為學(xué)生創(chuàng)設(shè)情境，與學(xué)生合作，并通過引導(dǎo)學(xué)生分析問題和目標(biāo)進(jìn)而引入要講授的新課，教師不直接提出問題，而是將問題分解，讓學(xué)生在問題和目標(biāo)的分析過程中識(shí)別問題；在學(xué)生經(jīng)過思維碰撞形成由模糊到清晰的過程后，教師進(jìn)一步幫助學(xué)生明確目標(biāo)，使其在充分理解問題和目標(biāo)的基礎(chǔ)上，利用工具最終確定要解決的問題、關(guān)鍵問題并對(duì)這些問題進(jìn)行描述，實(shí)現(xiàn)分層式逐級(jí)培養(yǎng)學(xué)生的分析問題目標(biāo)能力。

（2）借助工具理解設(shè)計(jì)整合問題——階梯式培養(yǎng)設(shè)計(jì)問題解決過程能力

高中信息技術(shù)學(xué)科中計(jì)算思維培養(yǎng)最核心的部分，是在充分理解算法的基礎(chǔ)上應(yīng)用其實(shí)現(xiàn)問題求解和問題解決。而算法是一個(gè)抽象的概念，因此對(duì)問題解決過程的設(shè)計(jì)尤為重要，一方面學(xué)生在設(shè)計(jì)問題解決過程時(shí)可從宏觀全局角度理解和分析問題；另一方面，學(xué)生要進(jìn)行歸納和分析，進(jìn)而抽象出問題的共性和本質(zhì)，形成抽象模型，以實(shí)現(xiàn)將計(jì)算機(jī)圖形界面轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的算法。因此，在教學(xué)中教師可首先引導(dǎo)學(xué)生通過橫向?qū)Ρ?、縱向延伸等將問題系統(tǒng)整合，對(duì)相應(yīng)概念及特點(diǎn)進(jìn)行講解，幫助學(xué)生明晰問題解決的關(guān)鍵步驟和關(guān)鍵過程，并通過圖示化的方式將其可視化表達(dá)，呈現(xiàn)解決的具體過程。然后，教師讓學(xué)生列舉具體實(shí)例，幫助其鞏固對(duì)問題中概念和原理的理解，并在此基礎(chǔ)上針對(duì)問題進(jìn)行深入思考，通過概念的對(duì)比、分析，引起對(duì)問題中關(guān)鍵要素的注意，以此促使學(xué)生運(yùn)用基本算法設(shè)計(jì)解決問題方案，使方案能夠借助編程語(yǔ)言或其他數(shù)字化工具實(shí)現(xiàn)。最后，教師針對(duì)問題和相應(yīng)算法設(shè)計(jì)不同需求的算法方案，使學(xué)生在反復(fù)的實(shí)踐中體會(huì)和理解相應(yīng)的概念和原理，以及應(yīng)用算法解決問題的一般過程，在此過程中教師需要通過直觀的方式，幫助學(xué)生理解較抽象的問題，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)教學(xué)重難點(diǎn)突破，在學(xué)生的實(shí)際操作中階梯式分層培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)問題解決過程能力。

（3）在合作中探究解決問題——沉浸式培養(yǎng)材料處理能力

高中信息技術(shù)學(xué)科中的計(jì)算思維培養(yǎng)離不開學(xué)生對(duì)各種數(shù)字化工具、算法設(shè)計(jì)等的理解和合理化應(yīng)用與選擇，因此在學(xué)習(xí)過程中需要不斷培養(yǎng)學(xué)生處理材料的能力，這樣一方面可以幫助學(xué)生更好地運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件和硬件進(jìn)行信息處理、傳輸和分析；另一方面有利于學(xué)生提高自身的認(rèn)知水平進(jìn)而反向促進(jìn)其問題解決能力。在教學(xué)中，教師可首先組織學(xué)生合作學(xué)習(xí)以共同商討并了解信息加工工具，體驗(yàn)不同工具的實(shí)際特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)景，在探究中根據(jù)問題解決的需要進(jìn)行選擇。然后，教師針對(duì)不同需求設(shè)計(jì)應(yīng)用場(chǎng)景和案例，學(xué)生小組內(nèi)選擇場(chǎng)景共同探究，制訂問題方案、設(shè)計(jì)問題解決路徑，按照問題解決方案和算法選擇適用的數(shù)字化工具展開合作交流、探究。為滿足學(xué)生個(gè)性化發(fā)展的條件，問題的解決方案和路徑一定是多選擇、多線條的。最后，對(duì)于收集的大量數(shù)據(jù)，教師要引導(dǎo)學(xué)生通過合作探究實(shí)現(xiàn)多維度、多流向的數(shù)據(jù)區(qū)分，擇優(yōu)用以建立相應(yīng)數(shù)據(jù)模型，并在教師引導(dǎo)下利用合適的開發(fā)平臺(tái)對(duì)其整合。在此過程中，教師為學(xué)生不斷地創(chuàng)設(shè)真實(shí)場(chǎng)景和環(huán)境，在沉浸式體驗(yàn)中培養(yǎng)學(xué)生的材料處理能力。

（4）在反思評(píng)價(jià)中遷移問題——迭代式培養(yǎng)自我監(jiān)控能力

計(jì)算思維培養(yǎng)需要學(xué)生隨時(shí)調(diào)控其自我監(jiān)控能力，在學(xué)習(xí)和問題解決過程中調(diào)動(dòng)情感態(tài)度以支持其更好地進(jìn)入學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)習(xí)狀態(tài)。對(duì)學(xué)生自我監(jiān)控能力的培養(yǎng)，一方面有利于學(xué)生在信息技術(shù)課程中較好地保持學(xué)習(xí)積極性和專注度，另一方面對(duì)學(xué)生的整個(gè)學(xué)習(xí)過程乃至生命全過程起著至關(guān)重要的調(diào)節(jié)和監(jiān)控作用。因此，在教學(xué)中教師可首先引導(dǎo)學(xué)生反思（包括自我反思、小組反思等），并在個(gè)人或小組學(xué)習(xí)后，組織學(xué)生匯報(bào)交流，使其了解自我學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)狀態(tài)并自我監(jiān)控，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)更多對(duì)自我其他能力實(shí)施過程進(jìn)行調(diào)節(jié)的機(jī)會(huì)，增強(qiáng)其監(jiān)控調(diào)節(jié)意識(shí)。然后，教師需為學(xué)生制定評(píng)價(jià)的規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)，引導(dǎo)其在自學(xué)、合作、探究學(xué)習(xí)中評(píng)價(jià)自我和他人，特別是問題解決過程中要提醒學(xué)生做好記錄，在評(píng)價(jià)中匯總問題和方案，自覺將解決問題方案遷移到其他情境中。最后，教師需引導(dǎo)學(xué)生系統(tǒng)性遷移，將反思結(jié)果和評(píng)價(jià)結(jié)果相結(jié)合進(jìn)行交叉分析，引導(dǎo)學(xué)生從情境出發(fā)，對(duì)問題解決方案再反思、再評(píng)估，尋找優(yōu)化方案，將問題解決的思想遷移，使其在反思、評(píng)價(jià)、遷移的過程中不斷迭代式優(yōu)化自我監(jiān)控能力。

五 結(jié)語(yǔ)

本研究意在從微認(rèn)證視角表征高中生計(jì)算思維結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)高中生計(jì)算思維各項(xiàng)能力的提升和強(qiáng)化，但計(jì)算思維內(nèi)涵豐富且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難以精準(zhǔn)評(píng)估、子能力分散又相互關(guān)聯(lián)，因此在培養(yǎng)路徑設(shè)計(jì)中并沒有提供具體的實(shí)施建議。為此，本研究首先以計(jì)算思維為導(dǎo)向的信息技術(shù)教學(xué)需要教師在宏觀上整體把握教學(xué)方向、明確育人目標(biāo)，加強(qiáng)對(duì)計(jì)算思維內(nèi)涵的深層次、多維度理解；其次，教師應(yīng)全面分析學(xué)情，并據(jù)此明確計(jì)算思維任務(wù)和證據(jù)類型，可結(jié)合計(jì)算思維挑戰(zhàn)賽試題，協(xié)同評(píng)估判斷；最后，計(jì)算思維各子能力并非完全獨(dú)立且毫無關(guān)聯(lián)，每個(gè)子能力對(duì)應(yīng)的教學(xué)任務(wù)互相銜接可共同組成一系列主題任務(wù)，在實(shí)際教學(xué)中，教師可設(shè)計(jì)不同子能力融合培養(yǎng)的主題項(xiàng)目，主題下各任務(wù)互相銜接，實(shí)現(xiàn)主題項(xiàng)目中不同子能力的綜合培養(yǎng)。

[1]教育部.教育部關(guān)于印發(fā)普通高中課程方案和語(yǔ)文等學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)的通知[OL].

[2]張進(jìn)寶.計(jì)算思維教育:概念演變與面臨的挑戰(zhàn)[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究,2019,(6):89-101.

[3]魏非,祝智庭.微認(rèn)證:能力為本的教師開放發(fā)展新路向[J].開放教育研究,2017,(3):71-79.

[4]Brennan K, Resnick M. New frameworks for studying and assessing the development of computational thinking[OL].

[5]牟琴,譚良,周雄峻.基于計(jì)算思維的任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模式的研究[J].現(xiàn)代教育技術(shù),2011,(6):44-49.

[6]孫立會(huì),王曉倩.計(jì)算思維培養(yǎng)階段劃分與教授策略探討——基于皮亞杰認(rèn)知發(fā)展階段論[J].中國(guó)電化教育,2020,(3):32-41.

[7]Wing J M. Computational thinking[J]. Communication of the ACM, 2006,(3):33-35.

[8]任友群,隋豐蔚,李鋒.數(shù)字土著何以可能?——也談?dòng)?jì)算思維進(jìn)入中小學(xué)信息技術(shù)教育的必要性和可能性[J].中國(guó)電化教育,2016,(1):2-8.

[9]楊盼,曲中林.美國(guó)教師微認(rèn)證述評(píng)[J].上海教育科研,2019,(4):31-36.

[10]Berland M, Wilensky U. Comparing virtual and physical robotics environments for supporting complex systems and computational thinking[J]. Journal of Science Education & Technology, 2015,(5):628-647.

[11]Korkmaz O, Cakir R, Ozden M Y. A validity and reliability study of the computational inking scales (CTS)[J]. Computers in Human Behavior, 2017,72:558-569.

[12]汪維富,閆寒冰.面向開放學(xué)習(xí)成果的微認(rèn)證:概念理解與運(yùn)作體系[J].電化教育研究,2020,(1):60-68.

[13]魏非,閆寒冰,祝智庭.基于微認(rèn)證的教師信息技術(shù)應(yīng)用能力發(fā)展生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建研究[J].電化教育研究,2017,(12):92-98.

[14]郁曉華,肖敏,王美玲.計(jì)算思維培養(yǎng)進(jìn)行時(shí):在K-12階段的實(shí)踐方法與評(píng)價(jià)[J].遠(yuǎn)程教育雜志,2018,(2):18-28.

[15]范文翔,張一春,李藝.國(guó)內(nèi)外計(jì)算思維研究與發(fā)展綜述[J].遠(yuǎn)程教育雜志,2018,(2):3-17.

Research on Structural Characterization and Path Design of Computational Thinking Training for Senior High School Students Empowered by Micro-certification

PANG Jing-wen1MA Ke-xin2XU Jin1WANG Shi-qiu3TANG Ye-wei1

Computational thinking is one of the core literacy of information technology discipline in senior high schools, but there are some problems in its training, such as teachers’ simple understanding on the connotation and structure of computational thinking, lack of scientific theory guidance and chaos of the training path, etc., which lead to students’ insufficient learning ability of computational thinking, scattered structure and single evaluation form. Oriented to the cultivation of micro-ability, micro-certification realized personalized evaluation through the division of micro-structure evidence and certification specification, and provided a new way to cultivate senior high school students’ computational thinking with its features of ability orientation, structuration and personalization. Therefore, this paper deduced the structure representation and cultivation path of computational thinking from the micro-authentication perspective. Firstly, computational thinking was divided into four sub-abilities according to the curriculum, and the computational thinking evidence content and the task types were designed, and the certification specification was formed. Then, on the basis of the interactive relationship of sub-ability, evidence and task, a computational thinking structure that presented ability, elements and path was constructed. Finally, the paper provided a case design and implementation path for the training of computational thinking ability, in order to provide theoretical and practical reference for the training of computational thinking in senior high school information technology discipline.

computational thinking; micro-certification; structural characterization; path design; senior high school information technology

G40-057

A

1009—8097（2023）10—0063—11

10.3969/j.issn.1009-8097.2023.10.007

本文為吉林省教育廳“十三五”社會(huì)科學(xué)研究項(xiàng)目“‘互聯(lián)網(wǎng)＋’時(shí)代支持高階思維發(fā)展的智慧課堂構(gòu)建及應(yīng)用研究”（項(xiàng)目編號(hào)：JJKH20180039SK）的階段性研究成果。

龐敬文，講師，博士，研究方向?yàn)橹腔壅n堂環(huán)境與信息技術(shù)應(yīng)用，郵箱為pangjw330@nenu.edu.cn。

2023年3月29日

編輯：小時(shí)