面向計算思維培養的高中信息技術教師勝任力研究

丁瑞鎖，王 娟，李 巍，鄭 浩

（江蘇師范大學智慧教育學院，江蘇徐州 221116）

0 引言

隨著人工智能、大數據和區塊鏈等技術的迅速發展，數字化和計算化逐漸成為信息社會的基本形態特征［1］。我國2018 年1 月發布的《普通高中信息技術課程標準（2017版）》將計算思維列為高中信息技術學科核心素養之一［2］，高中信息技術課程需要緊跟時代步伐，將計算思維引入信息技術課堂，以培養學生問題解決和創新設計等能力。這一變革促使高中信息技術教師轉變思想觀念，承擔起面向計算思維培養的信息技術課程目標重構、教學方式重新設計等責任，提升教師勝任力以有效地開展教學。因此，面向計算思維培養的高中信息技術教師勝任力研究已成為當下關注的熱點和難點問題。

1 計算思維內涵

1.1 計算思維概念

2006 年，《Communications of the ACM》雜志首次出現了由卡內基·梅隆大學周以真教授提出的計算思維概念，她指出計算思維是一種運用計算機科學基本概念求解問題、設計系統和理解人類行為的方式，涵蓋了計算機科學領域廣度的一系列思維活動［3］。2010 年，周以真教授提出更為嚴謹的定義：計算思維是形式化表達問題和解決方案，使之成為能夠被信息處理代理有效執行的思維過程［4］?！镀胀ǜ咧行畔⒓夹g課程標準（2017 版）》將計算思維列為高中信息技術的學科核心素養，并定義計算思維是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過程中產生的一系列思維活動［2］。與此同時，國內諸多學者對計算思維概念的解讀展開了一系列研究。任友群等［1］認為，計算思維是獨特地解決問題的過程，強調運用計算機科學相關概念、方法解決問題的思維過程，是幫助人們理解計算本質和計算機求解問題核心思想的最佳途徑；黃懷榮等［5］認為計算思維是思維方式的一種，是利用計算科學的基本概念和方法，結合工程思維、數學思維等多種思維方式和特點，進行問題求解、系統建構和人類行為理解的思維過程。目前，國內外學者都認為培養高中階段學生的計算思維非常重要，但對計算思維的概念尚未形成統一認識。為此，本研究將計算思維定義為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過程中產生的一系列思維活動［2］。

1.2 計算思維特征

計算思維是一種解決問題的思維方式，貫穿于學科教學之中，培養學生的計算思維需要經歷解決問題的過程［6］。通過對國內外計算思維概念的解讀，可以發現計算思維作為一種解決問題的思維方式主要具有抽象性、自動化、跨學科性和人的思維等特點，如圖1 所示。

1.2.1 計算思維抽象性

抽象是計算思維的本質之一，《普通高中信息技術課程標準（2017 版）》指出：具備計算思維的學生能夠通過抽象的方式，將復雜問題剖析成可以解決的問題［2］。計算思維中的抽象體現在提出計算問題、提取方法、建立計算模型，使學生敢于處理原本無法由個人獨立完成的，或者采用傳統方法解決不了的問題［7］。

1.2.2 計算思維自動化

計算思維的本質特征是自動化，自動化是為計算機提前設置步驟，計算機能夠根據人類對現實世界抽象規則的描述機械地自動執行任務。培養學生的計算思維應對計算機自動化執行背后蘊含的機制、原理進行深入探討和發掘［6］。

1.2.3 計算思維跨學科性

培養學生的計算思維實質上是讓學生在解決問題時有像計算機科學家一樣的思維習慣，它是包含了數學思維、工程思維、科學思維的綜合性思維［8］。計算思維的培養能為學生解決問題提供新的視角，它可以連接計算機科學和數學、工程、科學等學科，讓學生以跨學科的思維去思考問題的解決方案［1］。

1.2.4 計算思維是人的思維

計算思維是人的思維，不是計算機的思維，是人類主要運用計算機科學領域知識通過抽象的方式分析問題、建構解決問題的結構模型、組織各類資源，并設計出合理解決方案的過程，在整個過程中貫穿的都是人類思考的過程［4］。

2 教師勝任力

2.1 勝任力內涵

“勝任力”的概念最早由哈佛大學教授戴維·麥克利（David·McClelland）于1973 年正式提出，是“Competence”的中文名。從詞源分析的角度看，“Competence”在牛津詞典里被譯為“the ability to do something well”、“a skill that you need in a particular job or for a particular task”，即做好某事的能力、在某項工作或某項任務中需要的能力?！癈ompetence”更側重于表達綜合性能力與勝任力的含義［9］?！癈ompetence”指向以相對高級的綜合能力來解決有難度的問題，并不是基礎、一般的能力［10］。彭劍鋒等［11］認為，勝任力是驅動一個人產生優秀績效的個性特征的集合，它反映的是可以通過不同方式表現出來的個人知識、技能、個性和內驅力等，其可以判斷一個人能否勝任某項工作。通過國內外研究者對勝任力的界定，本文可以圍繞以下方面描述勝任力：勝任力是與特定職業有關的；通常指向高級的目標；勝任力不限于知識、技能和態度，涉及更加綜合的能力。

2.2 教師勝任力內涵

教師勝任力是教師在培育人才的過程中所具有的知識、技能、能力、特質等要素與人才培養目標之間的匹配程度，兩者越匹配，表征教師的勝任力越高［12］?；凇癈ompetence”的信息技術教育注重“綜合應用”和“問題解決”等高層次能力發展［13］。信息技術課程是兼重理論學習和實踐應用的一門學科，通過豐富多樣的任務情境，鼓勵學生在數字化環境中學習與實踐，課程在《普通高中信息技術課程標準（2017 版）》的指導下倡導基于項目的學習方式，將知識建構、技能培養與思維發展融入到運用數字化工具解決問題和完成任務的過程中［2］?？梢?，當前信息技術教師的勝任力體現在教師綜合能力發展上，包含對信息技術學科知識、技能、情感態度和學科教學方法、教學模式等的掌握，課程培養目標相較于傳統三維目標更加注重培養學生的信息技術學科核心素養。教師勝任力可以理解為，教師在培養人才的過程中所具備的知識體系、學習能力、實踐經驗、教學模式和人格特征與人才培養目標之間的匹配程度［14］。

3 面向計算思維培養的信息技術教師勝任力影響因素

傳統的信息技術學科教學內容和方式很難跟上時代的發展，教師需要及時更新知識庫以提升教師勝任力。目前，信息技術學科內容應貼合《普通高中信息技術課程標準（2017 版）》，根據新課程標準將高中信息技術課程學習內容分為3 類：必修模塊、選擇性必修模塊和選修模塊，如圖2 所示，課程內容增加了大量的計算機科學內容，這順應了時代發展，但也給高中信息技術教師帶來了新挑戰?！镀胀ǜ咧行畔⒓夹g課程標準（2017 年版）》將計算思維列為信息技術學科核心素養之一的變革，會對高中階段的信息技術教師勝任力作出更大范圍的要求。影響教師勝任力的因素通常包括教師在人才培養過程中所具備的學習意識、知識體系、學習能力、實踐經驗、教學模式和人格特征等。結合計算思維的具體特征，總結面向計算思維的培養需要高中信息技術教師在知識體系、教學模式、項目設計和合作意識這4 個影響因素方面提升自身對信息技術課程的勝任力。

圖2 2017 年版高中信息技術課程結構

3.1 知識體系因素

面向計算思維培養的高中信息技術教師需要具備堅實的計算思維相關知識基礎，教師的知識體系與其勝任力是正相關關系，即高中信息技術教師對計算思維的理論層次知識體系和應用層次知識體系掌握得越全面，越能夠保證學生計算思維培養的有效性。

3.2 教學模式因素

我國傳統的教學模式主要以師生互動及學生參與度較低的單向教學模式為主，教學效果不佳。面向計算思維培養的高中信息技術教師應積極借鑒國外開放式教學模式，探索適用于計算思維培養的教學模式。高中信息技術教師運用教學模式的經驗與其勝任力存在正相關關系，有關計算思維培養的教學模式經驗越豐富，計算思維培養就越高效。

3.3 項目設計因素

高中信息技術課程倡導基于項目的學習方式，將知識建構、技能培養與思維發展融入到運用數字化工具解決問題和完成任務的過程中［2］。高中信息技術教師的項目創設能力與其勝任力存在正相關關系，教師能夠創設出具有真實情境、可幫助學生進行深度學習的項目，鼓勵學生在項目學習過程中，運用計算思維形成解決問題的方案。教師設計項目的水平越高，越容易培養學生的計算思維。

3.4 合作意識因素

計算思維培養能夠為學生解決問題提供新的視角，它可以連接計算機科學、數學、工程和科學等學科，讓學生以跨學科的思維去思考問題的解決方案［4］?；谟嬎闼季S跨學科的特性，面向計算思維培養的高中信息技術教師應該具備與其它學科教師及相關企業的合作意識，且教師的合作意識與其勝任力存在正相關關系。教師通過共同協作，創設出支持學生自主和協作地進行數字化問題解決的學習環境，合作越融洽，越能保證計算思維培養質量。

4 面向計算思維培養的高中信息技術教師勝任力提升策略

面向計算思維培養的高中信息技術教師勝任力可以從學習計算思維教育的系統知識、探索計算思維教育的教學模式、創建符合計算思維教育的項目、增強與其它學科教師和相關企業的合作意識方面加以提升。為此，研究從學習者、探索者、創建者和協作者這4 個層面，以知識體系、教學模式、項目設計和合作意識這4 個影響因素為切入點進行分析，如圖3 所示。

圖3 信息技術教師勝任力影響因素及對應層面

4.1 學習者層面：學習計算思維知識體系

高中信息技術教師需要打破故步自封的局面，跟上時代的發展成為積極的學習者，培養滿足社會發展需求、國家緊缺的創新型和實用型人才。信息技術學科最顯著的特點是學科知識更新周期短，伴隨著信息社會技術和理論的快速更新，學科的內容也要及時跟上時代的步伐。高中信息技術教師應積極學習計算思維的概念、特點等理論知識以及將計算思維融入課堂的應用領域知識，以逐漸深入對計算思維的理解。計算思維的概念一經提出，國內外學者對于計算思維的概念、應用等方面的研究就有很多種不同的觀點，這給一線教師對計算思維的概念、應用等的理解造成了困擾。面向計算思維培養的高中信息技術教師首先需要知道什么是計算思維，然后要明晰思路，弄清楚如何在實際教學中培養學生計算思維，最后還需知道如何評價學生計算思維培養效果。這些目前還沒有確切的說明，需要一線教師批判性地加以探索。

4.2 探索者層面：探索計算思維教育教學模式

計算思維培養下的信息技術學科教學模式不能沿用傳統教學模式，需要高中信息技術教師成為計算思維培養下新型教學模式的探索者。高中信息技術教師應敢于探索基于計算思維培養的教學模式，精心設計課堂并賦予實踐。目前，國內已有的計算思維培養模式研究有通過“輕游戲”培養學生計算思維、基于軟件應用培養計算思維，以及基于計算思維的教學模式探究、基于計算思維的網絡自主學習模式研究、基于計算思維的任務驅動教學模式研究、面向計算思維的WPBL 教學模式研究等。一線高中教師應積極研究國內外信息技術課堂的計算思維培養模式，結合具體課程內容，在信息技術學科課堂上開展符合高中階段學生認知結構的計算思維培養。在計算思維教學模式實踐過程中，教育者應反思該種教學模式的利與弊、探索更加符合培養高中階段學生計算思維的教學模式。

4.3 創建者層面：創建計算思維教育項目

《普通高中信息技術課程標準（2017 年版）》提出信息技術課程的教學內容應以項目式學習形式全面培養學生信息素養，這就需要高中信息技術教師努力成為計算思維教育中項目的創建者。高中信息技術教師作為創建者的角色，必備能力就是跨學科項目創建。2018 版的《ISTE 教育者計算思維能力標準》提出計算思維是作為一種跨課程技能的應用［15］，因而，依托信息技術學科培養學生計算思維，可以與本學科結合較為緊密的科學、工程、數學等學科聯系起來創建跨學科項目，為學生提供充足的工具、資源，培養高中階段學生的計算思維。

4.4 協作者層面：增強與學科教師及企業合作

基于計算思維跨學科、跨領域的特性，高中階段的信息技術教師應成為主動與其它學科教師甚至是企業溝通的協作者。計算思維作為一種與讀、寫、算同等重要的認知能力，不僅僅限于依托信息技術學科加以培養［16］，數學、物理等其它多種學科同樣需要這種思維方式。一方面，作為高中階段的信息技術教師應該積極與其它學科教師溝通，樹立共同的目標即培養學生跨學科解決問題的綜合能力。教育者們相互協作，對于自己熟知的學科和領域積極出謀劃策以創建出高效的跨學科計算思維培養課堂；另一方面，計算思維培養需要跨領域技能實現，這需要高中階段的信息技術教師和企業共同協作，設計完整的計算思維培養課堂。例如，企業可提供實現計算思維培養過程的評價智能化工具，幫助教師和學生高效評估自己的計算思維培養過程，清晰地呈現過程中的數據，能夠及時反饋不足，在實踐中不斷改進教學。

5 結語

近年來，計算思維成為數字公民解決問題的必備基本技能，從高中階段開始培養學生計算思維越來越重要。高中階段信息技術學科相較于其它學科而言所涉及的計算思維應用更多，并且計算思維為信息技術學科的四大核心素養之一，因而作為高中階段的信息技術教師應該積極擔任起計算思維培養下信息技術教師的角色，主動厘清什么是計算思維、計算思維怎么教、計算思維教學中如何設計項目等問題，真正將計算思維培養貫徹到課堂教學中，以培養高中學生在信息爆炸、技術不斷更新的時代下運用計算思維的能力。