中小學生計算思維能力的培養策略

王琦　管秀　王文秋

摘 要 在21世紀，計算思維被列為人才培養重要部分，教師在其培養中占據重要地位。我國近年來才將計算思維納入到中小學教育培養中，教師的能力難以滿足計算思維培養的需求。通過閱讀大量文獻，發現在計算思維培養中教師的教學活動設計能力、評價設計能力與自身計算思維方面有所欠缺。針對以上問題，本文從教學實踐的角度出發，歸納總結了具體有效的策略，例如，設置梯度編程任務，解構計算思維過程，以及完善教師培訓制度等。

關鍵詞 計算思維培養 中小學 教師能力

中圖分類號：G451? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：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《地平線報告（基礎教育版）》中提出培養中小學生的計算思維是21世紀的一個重要課題，教師作為計算思維培養中堅力量，應具備的能力是值得探究的。本文從目前計算思維在全球的發展現狀及各種實踐方面收集、篩選、整理文獻，從中找到提升我國中小學教師培養學生計算思維能力的策略。

1 計算思維概述

計算思維最早由周以真教授2006年提出界定：“計算思維是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”。我國學者在2017年高中信息技術課程標準中對其定義，強調計算思維的培養能達到思維能力的培養，從而將計算機學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。

各國都對計算思維進行了研究。英國首先對計算思維進行研究，英國教育部規定自2014年秋起 K-12學生按年級學習計算機科學，從抽象和編程維度進行對計算思維的培養。美國在2016年《CSTAK-12計算機科學臨時標準》規定了一整套K-12計算即科學課程核心學習目標。

亞洲中韓國是發展早且研究多的國家，2012年的小學教師職前培訓中增加了計算思維的內容。在我國的香港和臺灣，計算思維的培養與發展較為前沿，對課程設置等方面的研究。國內的計算思維的研究集中于理論和大學教學，對中小學教師在計算思維培養方面研究欠缺。

2 在中國中小學教師培養學生計算思維中能力的欠缺

2.1 教師缺乏融合計算思維的教學活動設計能力

教師缺乏計算思維培養的創新教學模式和課堂活動，不懂如何針對任務設計使學生死牢和學習、何種方法能引導學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，教師在培養學生計算思維時將計算思維培養與編程教學混淆。周以真強調的計算思維特征之一是概念化并非程序化，計算思維關注于問題解決方案的形成。培養學生像計算機科學家那樣去思考問題是計算思維培養的宗旨。教師應著重引導學生體驗“程序驅動”的技術工具應用情境，感受計算方法，在程序設計過程中內化為普適性的思維方式。因此，教師應重視活動情境安排來鍛煉學生思維方式。

2.2 教師缺乏設計能促進計算思維提升的評價活動的能力

中小學的教師從意識層面到實踐層面均缺乏計算思維評價的設計能力。教師普遍認為計算思維的培養與本學科間沒有相關性，缺乏計算思維評價能力。目前，在中小學教師對學生計算思維的培養過程中，教師對計算思維的評價意識方面存在不足，常認為計算思維的評價基于計算機相關知識和編程能力，缺乏有效的評價方式。而且現有的計算思維的評價案例較少，教師難以獲取經驗。其評價形式較為單一，難以對學生在學習過程中計算思維的發展進行評價。

2.3 教師計算思維能力短缺

中小學教師自身缺乏計算思維能力導致計算思維的培養效果欠佳。Yadav等人指出很多信息技術教師雖修讀過計算機課程，但對編程環境不熟悉，欠缺專業素養（Yadavetal.，2014）。基于編程的計算思維培養模式是主要教學方式之一，教師要教會學生編寫程序、評價優化程序并利用程序來解決問題。Saeli等人提出，對教師計算思維的評價包括對編程內容的理解、如何把內容傳遞給學生、促進學生理解和應用。中國中小學教師顯然未達到該要求。

教師對計算思維的理解不夠且由于傳統的思維慣性，教師在教學過程中重點仍是知識點的傳授，而非思維方式的培養。此外，國內計算思維教育與研究人才欠缺，教師跨學科教育能力薄弱，[13]教學實踐缺乏理論性與對應性。中小學教師多是單一學科背景缺乏跨學科的知識儲備與思維能力。

3 提升中小學教師培養學生計算思維能力的策略

3.1 提升教師改善融合計算思維的教學活動設計的能力

教學活動的設計直接影響教學效果，教師可拋錨式引導學生在情境中提出觀點和解決方案，在“老問題”、“新方法”中遞歸引導學生運用計算思維創新性解決問題。此外也可通過問題驅動、項目式學習、創新性問題引導學生主動地解決問題，培養意識、方法和能力。教師也可設置梯度編程任務，實現編程與計算思維的雙重培養。教師可采用注點分離（SOC）方法把龐大復雜的問題轉化為小問題。給學生可“跳一跳”就能完成的小問題，逐步引導解決大問題。

同時，教師應意識到教學活動是師生共同的研究活動。教師授課模擬“精化后”的、更理性的知識發現過程，而非將知識的結果直接呈現，學生要了解背后的道理。通過再現“知識的發現過程中大師的創新思維”來啟發學生，學習思想、方法，最終實現計算思維的培養提升。

3.2 應提升教師設計對學生計算思維評價活動的能力

教師應當端正計算思維評價的觀念，評價應包括計算機知識及技能測試，學生在解決問題時展現出的計算思維。課程的評價維度應含創意構想、資源搜集、計算思維以及合作交流的能力等。計算思維應與更多學科融合能幫助學生更好地完成學習任務。教師在進行設計提升學生計算思維的課程時，應將計算思維作為課程目標之一，并進行交流分享活動或評價，這種及時性反饋利于學生提升計算思維。

在設計評價活動的過程中教師應通過班級分享、項目競賽等引導學生解構計算思維的形成。通過競爭性活動調動學生積極性，更為深入地了解同伴在面臨相似問題時的策略，以促進交流，教師也能給予更多的引導。教師在進行學習成果的評價時還要有過程性評價并提供及時性反饋。評價時要注意梳理相關學習方法，如思維可視化的方法，便于學生直觀地感受計算思維。

3.3 培養教師自身計算思維與專業素養

完善教師培訓制度，開發線上下融合的計算思維培訓課程。根據不同地區差異，開發符合計算思維教育課程目標與評價指南的教學單元，擴大教師培訓的范圍，增加培訓靈活性與可行性。通過線下面授來進行深度教學與個性化指導，幫助教師更好的掌握如何開展計算思維培養的教學實踐。采用系統化培訓，有目的地對教師的計算思維、編程能力進行培養。

安排專家與一線教師進行一對一對話，以workshop的形式或課題為抓手，解決實踐中的“真問題”。專家協助一線教師設計計算思維培養體系，達到雙向促進。依靠區域教研員的力量組織相關教師展開關于高位的計算思維概念、中位的基于計算思維的課程框架，以及具體落地的教學實踐的研討。通過不同學科教師的探討，培養教師跨學科能力、加深教師對計算思維的理解。在培養教師計算思維與專業素養方面，需要各個方面的配合與支持，政府需要完善教師培訓制度，學校要與專家進行合作對接，同時教師要開展研討，相互促進。

4 總結

綜上所述，我國目前計算思維培養形式嚴峻，對于提升教師培養學生計算思維能力來說需要在教學活動、評價活動以及自身計算思維方面做出改進。為此，本文針對三個不同維度提出改進策略，希望對中小學教師提升培養學生計算思維能力有所幫助。

參考文獻

[1] 解月光，楊鑫，付海東.高中學生信息技術學科核心素養的描述與分級[J].中國電化教育，2017（05）：8-14.

[2] 袁中果，谷多玉，武迪.計算思維教育研究現狀及實踐路徑[J].創新人才教育，2016（04）：54-59.

[3] 邱美玲，李海霞，羅丹，岳賽賽，王冬青.美國《K-12計算機科學框架》對我國信息技術教學的啟示[J].現代教育技術，2018.28（04）：41-47.

[4] 牟琴，譚良，周雄峻.基于計算思維的任務驅動式教學模式的研究[J].現代教育技術，2011.21（06）：44-49.

[5] 肖廣德，高丹陽.計算思維的培養：高中信息技術課程的新選擇[J].現代教育技術，2015.25（07）：38-43.

[6] 李鋒，王吉慶.計算思維教育：從“為計算”到“用計算”[J].中國電化教育，2015（10）：6-10，21.

[7] 陳鵬，黃榮懷，梁躍，等.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（1）：98-112.

[8] 郁曉華，肖敏，王美玲，陳妍.基于可視化編程的計算思維培養模式研究——兼論信息技術課堂中計算思維的培養[J].遠程教育雜志，2017.35（06）：12-20.

[9] 李廉.計算思維——概念與挑戰[J].中國大學教學，2012（01）：7-12.

[10] 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.

[11] 李歡歡，黃瑾.我國STEM教育十年發展規律探析（2009-2018年）[J].基礎教育，2018.15（05）：63-71，79.

[12] 曹曉明，安娜.培養計算思維的高中信息技術校本課程研究[J].現代教育技術，2018.28（07）：106-112.

[13] 鄭茜.信息技術教學中培養學生計算思維的策略研究[J].現代教育技術，2017.27（08）：121-123.

[14] 蔣宗禮.以能力培養為導向提高計算學科教育教學水平[J].中國大學教學，2008（08）：35-37.

[15] 李鋒.中小學計算思維教育：STEM課程的視角[J].中國遠程教育，2018（02）：44-49，78-79.