中小學生計算思維教育的調研及思考

丁愷

[摘 要]計算思維是個體運用計算科學的思想方法進行問題解決時產生的思維活動，對培養學生的創新意識和實踐能力有重要作用。隨著教育信息化程度不斷提高，數字化進程不斷發展，計算思維教育在信息技術教育教學中也被廣為關注。在對計算思維進行概述及對南通市1500名學生進行調研情況分析的基礎上，闡述中小學計算思維能力培養的方案，并就在信息技術教育教學中如何進行計算思維能力的培養策略提出相關建議，以期為今后信息技術學科進行計算思維能力的培養提供參考。

[關鍵詞]信息技術課程;科學思維;計算思維;計算思維能力

[中圖分類號] G43[文獻標識碼] A[文章編號] 1007-9068（2021）24-0077-02

一、計算思維的概述及調研情況

1.計算思維的含義

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活動。計算思維不是一門單獨的學科，它源于計算機科學，和數學思維、工程思維有非常緊密的關系。計算思維不僅是一種適應于計算機科學的概念和思維，還能提供一種廣泛應用于工作、學習、生活中分析問題的視角。計算思維涵蓋計算機科學的一系列思維活動，具備計算思維能力的人應具備計算機科學家一樣的思考方式，遇到問題時考慮是否把問題公式化;能通過搜集、分析數據理解問題，并分解問題;能去除細節、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，對解法進行測驗和調試。計算思維涵蓋計算機科學的一系列思維活動，其有以下特點：

（1）計算思維是概念化而非程序化的。

（2）計算思維是人而非計算機的思維方式。

（3）計算思維是數學和工程學的互補與融合。

（4）計算思維是思想而非人造物。

（5）計算思維面向所有人。

2.調研情況內容及匯總

2020年在南通市教育科學研究院的組織下，我們根據計算思維涵蓋計算機科學的一系列思維活動的特點，同時按照南通大市各縣（市、區）地理位置，采用分層多階段整體隨機抽樣方法，對南通市各縣（市、區）試點實驗學校3～6年級進行隨機抽取班級參與調研，選擇了以下學生比較常見的一些問題，采用網上問卷的形式，共有1500多人參加了調研。具體調研內容如下：

（1）你聽說過計算思維嗎？

（2）你認為計算思維是計算機思維還是人的思維？

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

（4）請問你會怎么做1-2+3-4+5-…+100這道題呢？

（5）你覺得計算思維在你的學習生活中是否重要？

（6）交換兩瓶墨水。設有兩瓶墨水，一瓶是紅墨水，一瓶是藍墨水，現要求把兩瓶墨水交換一下，我們該怎么做？

（7）若是遇到疑難問題，你是采用什么辦法解決的？

（8）在超市購物時，你選擇哪種方法排隊付賬？

（9）你在日常生活和學習中能夠井井有條地同時處理多件事嗎？你認為和計算思維思想有關系嗎？

（10）你所在學校有沒有為學習者開設計算思維訓練課程或計算機課程中有沒有講授學科方法知識？

（11）你學過Scratch編程或其他編程軟件嗎？你在學習編程的過程中感悟到計算思維的思想嗎？

通過本次問卷調研，發現南通市中小學生中有52%以上的參測學生聽說過計算思維并對計算思維有一定的認知，參加調研測試的學生中有43%以上的學生能認識到計算思維形成對自身的日常生活學習能起到有效的幫助，28%以上的學生認為在日常生活學習中使用計算思維模式可以解決生活中的許多問題，南通市中小學中有60%以上的學校能針對學生開設計算思維訓練課程或在信息技術課上進行計算思維能力訓練，這些學校有51%的學生能夠在學校開展的信息技術教學中感悟到計算思維的思想。

調研發現，在南通市中小學生中仍有37%的學生對計算思維認知模糊，無法理解計算思維的實際作用，并且在中小學信息技術教學活動中參與度低。

二、中小學計算思維能力培養的方案

中小學信息技術教育的教學過程需要計算思維能力的支撐。中小學生只有具備基本的計算思維能力，才能在平時的信息技術教育的教學過程中完成相應的學習任務。同時，也能相應地培養中小學生的計算思維能力。因此，為了更好地在信息技術教育的教學過程中培養學生的計算思維能力，可以通過以下信息技術教育教學過程中的五個步驟來引導學生找出解決方案（具體流程如圖所示），每個步驟會在相應程度上鍛煉他們的計算思維能力。

三、中小學生計算思維教育的培養策略

南通市中小學信息技術在南通市教育科學研究院的引領下，全市開展了創客教育、STEM 教育等新型課堂教學模式的研究，計算思維的培養模式也面臨著新的發展與變革。隨著研究的不斷深入，中小學計算思維能力的培養和發展就顯得尤為重要，筆者認為可以從以下方面著手進行培養和研究。

1.全方位出發，多種途徑培養

作為人類科學思維中的組成部分，計算思維的出現早于計算機，雖然需要信息技術課程的專業支持，但是對計算思維的培養決不能被限制于信息技術課程中。創客教育、STEM 教育等先進理念不斷涌入大家的視野，筆者認為中小學計算思維的培養應從全方位出發，結合先進的教育理念，將多門學科的知識有機融合，培養學生解決綜合應用問題的能力，提高學生的創新能力、運用計算思維解決問題的能力。

2.設置教學情境，打破思維局限

培養中小學計算思維時，不能僅通過機械的概念理論教學來實現。與傳統教學相比，情境化的學習更容易從能力的提升上升到思維的養成。在《信息技術課程標準（2017 年版）》先進教育理念的視野下，培養中小學計算思維需要引導中小學生綜合運用多門學科知識去發現、解決問題，有目的地創設問題情境，激發情感，培養創造思維，鍛煉適應能力。通過體驗活動，培養中小學生信息素養和解決實踐應用類問題的能力，鼓勵其學習、探索與創新。

3.多視角看問題，挖掘問題本質

在信息大爆炸時代，只有認清問題的本質，才能從根本上提高解決問題的效率。《信息技術課程標準（2017 年版）》明確指出：“發展中小學生計算思維時，要讓學生在問題解決過程中從多視角看問題的本質，全面考慮有關該問題的相關性知識，在解決方案中要多維度進行評估;要注重培養學生的動手實踐能力，使學生在參與的過程中掌握解決問題的方法、發現問題的本質并靈活解決問題。”

4.培養知識遷移能力，注重培養創造力

在學生參與問題解決的過程中，要注重培養靈活解決問題的能力，使其能在復雜系統中從容地應對變化。在新課程理念下發展中小學生計算思維時，要善于突破思維定式，用發散思維修改現有的知識結構，形成新的知識結構，從而有效地接受和靈活運用新知識。通過學科滲透和教學創新培養創造力，運用跨學科知識整合的方式使中小學生突破學科知識的定式，提高創造性思維水平。

總而言之，計算思維能力是指人們運用計算思維方法進行思考的能力。實際上，我們不是培養計算思維（方法），而是通過引導中小學生學習、掌握這種思維方法，有效地將其用于問題的求解，以達到培養計算思維能力之目的。當然，計算思維能力的培養不是一朝一夕就能實現的，需要一個長期的過程，且在這個過程中需要我們不斷研究、不斷實踐、不斷積累、不斷提高。中小學信息技術學科關于計算思維以及計算思維教育教學的研究和實踐才剛剛起步，構建計算思維的信息技術教育教學的教學方法，將隨著新一輪課程改革的深入而逐步顯現出來，也會隨著我們對中小學生計算思維能力的培養而逐步提高對其重要性的認識。

（責編 韋淑紅）