中小學計算思維教育辨析與思考

摘要：計算思維教育受各界關注，信息技術課程標準倡導采用項目化學習提升計算思維等信息素養。本文結合具體實踐過程，對計算思維的概念及其發展，以及在信息技術學科教學中如何讓項目式學習促進計算思維發展進行了梳理和辨析，并通過呈現項目式學習的關鍵過程，探討發展計算思維的教學途徑和方式。

關鍵詞：項目式學習;計算思維;信息素養

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2022）05-0005-03

根據計算思維發展的研究，1980年前的國際數學期刊中曾出現了“計算思維”。由于數學是計算機的基本邏輯，計算機的發明本質就是拓展人類的數學能力，所以數學學科和計算機共同生長了半個多世紀。1980年，麻省理工學院的西摩·帕爾特教授第一次在“計算機”背景下提出“計算思維”。2006年，卡內基·梅隆大學的周以真教授認為，“計算思維”是運用計算機科學的基本理念、技術、方法，解決現實問題的一種思維活動。2008年，周以真教授進一步指出計算思維是一種分析思維，在不同階段、面向不同問題、確定不同策略等方面包含了數學思維、工程思維、科學思維及其他思維活動。2011年她又進一步闡明，計算思維是“一個形成問題和制定問題解決方案的思考過程，這些解決方案所采用的形式是一種能夠通過信息加工代理有效執行的表達形式”。可以看出，計算思維不僅是多種思維的綜合應用，還是計算機的綜合應用和計算機環境的創新應用。計算思維經歷近80年的發展，跨越了數學學科，跨越了計算機學科，與理論思維、實驗思維共同組成人類三大科學思維。

● 計算思維教育

1.計算思維教育現狀

從規模化來看，隨著2006年“計算思維”概念的正式提出，計算思維教育受到了各國教育界的高度重視。在國內，在義務教育領域，由于國家課程標準中沒有信息技術學科，筆者對比了《江蘇省義務教育信息技術課程指導綱要》試行版（2012年）和修訂版（2017年），試行版描述了計算思維的相關內容，并沒有提出“計算思維”教育，而修訂版不僅明確提出培養計算思維，還提供了具體內容和目標。這種變化來源于信息技術學科發展的必然趨勢，源于普通高中信息技術課程標準的頒布以及江蘇作為教育和經濟發達地區自我發展的需要。

從教育教學來看，新的理念、新的課標、新的教材支撐著中小學信息技術課堂的全面改革，項目式學習、跨學科學習為主的教學方式正被應用到現實的課堂中，計算思維等信息素養正體現在具體的一個個學習活動、任務和項目中。

2.計算思維教育存在的問題

根據文獻研究，劉敏娜等認為：計算思維教育內容邊界不清，層次不明;學習結果評價重計算原理，輕思維技能;課堂環境下的實證研究亟待加強;缺乏在人文學科領域中的研究;急需提升教師的計算思維教學能力……張進寶等認為：課程與教學難成體系;實踐與研究脫節難克服……

● 項目式學習賦能計算思維教育

《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》指出：計算思維是指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的過程中產生的一系列思維活動。在利用計算思維思考、分析、解決問題的過程中所表現出“形式化”“模型化”“自動化”“系統化”，也是對計算思維兩大核心特征——2A（Abstraction抽象和Automation自動化）的具體化和豐富。

1.項目式學習為計算思維發展提供全面支撐

項目式學習是讓學生參與到基于項目的探究中學習，其過程是引導學生針對一個真實的情境，提問和精煉問題、進行觀點爭辯、做出假設、設計步驟或實驗、收集及分析數據、得出結論、與他人交流自己的觀點和結論、提出新問題以及創作作品等。因此，項目式學習是真實的學習、解決實際問題的學習、多種思維混合活動的學習，其目標和計算思維一致。

2.項目式學習促進計算思維發展的具體策略

（1）真實情境映射出的信息社會生活性策略

預設情境是常見的教學方法，但傾向于為教育目標預設，甚至在教學中過分依賴教育目標，忽視思維的發展。而真實情境不只是情境的創設，而是真實情境中的綜合境況，更能聯系生活實際激發學生的思維活動。例如，創造一個解決某問題的裝置，可以網上購置（借用等非創造）、應用零件創造。雖然我們的學習目標是創造，但不能忽略非創造類的思維活動，因為它也是解決真實問題的方法之一，甚至是最直接高效的方式。所以，解決現實問題往往有多種角度，每個角度可能還有多種方案。教師需要抓住每個可能發展計算思維的良機，也許花費不長時間，但不能缺失。

（2）驅動性問題映射出的信息技術工具性策略

驅動性問題是覆蓋項目目標、連接項目各活動的總問題，能組織、驅動和維持活動、探究與教學。信息技術工具并不只是指處理信息的工具，還體現在思維的工具性、活動的工具性、創造的工具性、評估的工具性上。例如，在提出實施方案時應用思維導圖工具，體現思維的邏輯和組織;而應用社交軟件組織線上線下活動，體現活動的組織和開展;在解決具體的數據問題時，根據生活經驗，類似抽象的事物，如溫度、速度、亮度等進行創造;在進行項目評估時，仍可采用不同軟件收集數據，研究分析。信息技術工具性策略實現了對問題元素的“形式化”，不同元素“形式化”的組合在本項目中逐步形成“模式化”，當然“形式化”和“模式化”還有更豐富的內涵。

（3）項目實施映射出的解決方案系統性策略

項目實施是項目式學習的主要過程，不僅要體現技能的提升，更要在計算思維發展上有新突破。不能把計算思維局限于編程、算法，要嘗試體現“自動化”和“系統化”。解決方案一般包括多個子項目，若要把這些子項目聯系起來，就要把不同“形式化”的元素進行編碼、計算，能按一定邏輯正確執行，這就完成了“自動化”，多個任務的“自動化”在項目中就形成了初步的“系統化”。結合項目的實施實現系統性建構知識、提高能力、發展思維。

（4）項目評價映射出的作品模型化策略

在常見的項目式學習中，作品成型階段注重的是作品的功能是否完整、設計是否科學;通過分享演示、反思活動來進行螺旋提升，聚焦仍舊是項目本身。而從計算思維教育角度來看，在解決問題的過程中，需要形成方案，這個方案不是項目本身，而是映射到生活中的同類問題中。教師可根據本項目中計算思維發展的空間，引導學生繼續提煉、抽象，提出解決同類問題的基本方案或模式。把“形式化”和“模型化”提高一個層級，如未知事物的檢測、未知風險的檢測與預防等。

● 關于計算思維教育的思考

1.計算思維教育需要進一步豐富

信息素養的培養與發展自始至終伴隨著學生素養的發展。新修訂的普通高中各學科課程標準中均包含了應用信息技術的相關內容。我們有理由相信，隨著項目式學習和跨學科學習在各學科中的開展，以及信息技術的廣泛應用，計算思維教育的內涵和外延會更加豐富，而學生計算思維的發展還有待于全體教育工作者的共同努力，這也對教師提出了更高要求。

2.項目化學習價值需要進一步挖掘

上海市教委出臺的《義務教育項目化學習三年行動計劃（2020—2022年）》提出，以培養學生解決真實問題能力為主要目的的“項目化學習”將會成為教育的“新常態”。這是一種以創造性問題解決能力為導向，以項目化學習的實踐和研究為著力點，以活動項目、學科項目、跨學科項目為載體的全新教學方式變革。當前，項目式學習在信息技術環境中廣泛應用，信息技術的參與將帶動計算思維等信息素養的發展，項目式學習也將賦能計算思維教育高水平發展。

3.計算思維的評價需要進一步探索

國際教育技術協會（ISTE）將計算思維劃分為創造力、算法思維、批判性思維、問題解決、合作及交流技能，認為計算思維能同時反映以上五種技能，這些技能在相互聯系、共同作用時，就體現了計算思維水平。白雪梅、顧小清等在此基礎上優化了量表，以1015名中國中學生為研究樣本收集數據并研究。數據分析結果顯示，該計算思維量表具有良好的結構效度和信度，可以用來測量中國K12階段學生的計算思維水平，但一線教師更愿意對照國家課程標準的評價方式來進行。可以看出，教育者對評價的立場不同、功能不同，采用的方式也不同，所以還需要更多教育專家、教師繼續探索。

4.計算思維教育需要時代特征和全球視野

北京大學李曉明教授曾強調：計算思維應當作為通識教育的一部分，這樣才能讓我們更好地理解現在的信息社會。這些“理解”，不是實用性，而是基礎性。因此，筆者認為，信息技術項目式學習中的驅動問題、真實情境、合作、線上線下、分享等特征或過程為計算思維教育注入了生命力，讓學生更真實地理解信息社會。計算思維作為科技人才創造力的重要標志，必將為實現“兩個一百年”奮斗目標提供重要保障。

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本文系江蘇省管雪沨網絡名師工作室、江蘇省“十四五”教育規劃課題“小學人工智能教育的項目化學習體系建構和實施策略研究”（編號：D/2021/2/148）階段性成果。

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