信息技術(shù)新課標(biāo)實(shí)施語(yǔ)境下計(jì)算思維培養(yǎng)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)與回應(yīng)

摘 要：《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》首次提出了計(jì)算思維，并將其作為信息技術(shù)學(xué)科本質(zhì)性思維和學(xué)科核心素養(yǎng)之一，表明了計(jì)算思維具有重要的教育價(jià)值。本文依據(jù)新課標(biāo)中計(jì)算思維的內(nèi)涵、表現(xiàn)形式、水平標(biāo)準(zhǔn)，提出計(jì)算思維教育實(shí)施過(guò)程中存在的三個(gè)問(wèn)題，并對(duì)三個(gè)問(wèn)題分別進(jìn)行描述、分析和回應(yīng)，希望能夠幫助學(xué)校和教師從新課標(biāo)本身出發(fā)來(lái)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，分析問(wèn)題，破除迷思，為計(jì)算思維的培養(yǎng)掃除障礙。

關(guān)鍵詞：新課標(biāo);計(jì)算思維;信息技術(shù)

作者簡(jiǎn)介：徐凡（1974—），男，江西省教育廳教學(xué)教材研究室，高級(jí)教師，碩士研究生學(xué)歷。

計(jì)算思維在《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）首次被正式提出，明確在中小學(xué)培養(yǎng)。作為一種解決問(wèn)題的重要能力，計(jì)算思維被認(rèn)為是與閱讀、寫作、計(jì)算同等重要的基本技能。

此前學(xué)校的教育體系并未建立國(guó)家規(guī)定的、系統(tǒng)的、專門的計(jì)算思維教育，新課標(biāo)的頒布，標(biāo)志著作為學(xué)科核心素養(yǎng)之一的計(jì)算思維正式進(jìn)入中小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)并普及開來(lái)，也標(biāo)志著中小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科的教學(xué)重點(diǎn)從信息技術(shù)常識(shí)轉(zhuǎn)向?qū)W科思維、從關(guān)注工具特征轉(zhuǎn)向關(guān)注學(xué)科本體。

然而，近年來(lái)社會(huì)上掀起編程教育、人工智能教育等與計(jì)算思維培養(yǎng)相關(guān)的熱潮，奧賽、信息技術(shù)競(jìng)賽、機(jī)器人、無(wú)人機(jī)、創(chuàng)客等活動(dòng)也把計(jì)算思維概念納入其中。一時(shí)間，中小學(xué)生忙于校內(nèi)校外的各種信息技術(shù)培訓(xùn)活動(dòng)，信息技術(shù)課堂教學(xué)作為開展計(jì)算思維教育的主渠道地位失落了。

如上所述，在新課標(biāo)實(shí)施過(guò)程中，計(jì)算思維的培養(yǎng)受到許多因素的干擾，教師產(chǎn)生了很多迷思。因此，在新課標(biāo)下如何正確開展計(jì)算思維教育是學(xué)校以及教師面臨的重要課題。本文從新課標(biāo)本身出發(fā)，對(duì)計(jì)算思維培養(yǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的問(wèn)題進(jìn)行分析和回應(yīng)，旨在探尋符合新課標(biāo)的計(jì)算思維培養(yǎng)之路。

一、新課標(biāo)對(duì)于計(jì)算思維教育的闡述

新課標(biāo)從定義、表現(xiàn)形式、能力水平三個(gè)方面對(duì)計(jì)算思維進(jìn)行了完整闡述[1]。

計(jì)算思維是指?jìng)€(gè)體運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在形成問(wèn)題解決方案的過(guò)程中產(chǎn)生的一系列思維活動(dòng)。這一系列思維活動(dòng)包括：界定問(wèn)題、抽象特征、建立結(jié)構(gòu)模型、合理組織數(shù)據(jù);通過(guò)判斷、分析與綜合各種信息資源，運(yùn)用合理的算法形成解決問(wèn)題的方案，并遷移到與之相關(guān)的其他問(wèn)題解決中。

計(jì)算思維的表現(xiàn)形式：形式化、模型化、自動(dòng)化、系統(tǒng)化。

計(jì)算思維的水平：

1.預(yù)備級(jí)

（1）在日常生活中，認(rèn)識(shí)數(shù)字化表示信息的優(yōu)勢(shì)。

（2）針對(duì)給定的簡(jiǎn)單任務(wù)，能夠識(shí)別主要特征，并用流程圖畫出完成任務(wù)的關(guān)鍵過(guò)程。

（3）了解對(duì)信息進(jìn)行加工處理的價(jià)值、過(guò)程和工具，并能夠根據(jù)需求選擇適當(dāng)?shù)墓ぞ摺?/p>

2.水平1

（1）針對(duì)給定的任務(wù)進(jìn)行需求分析，明確需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

（2）能提取問(wèn)題的基本特征，進(jìn)行抽象處理，并用形式化的方法表述問(wèn)題。

（3）運(yùn)用基本算法設(shè)計(jì)解決問(wèn)題的方案，能使用編程語(yǔ)言或其他數(shù)字化工具實(shí)現(xiàn)這一方案。

（4）按照問(wèn)題解決方案，選用適當(dāng)?shù)臄?shù)字化工具或方法獲取、組織、分析數(shù)據(jù)，并能遷移到其他相關(guān)問(wèn)題的解決過(guò)程中。

3.水平2

（1）針對(duì)較為復(fù)雜的任務(wù)，能運(yùn)用形式化方法描述問(wèn)題，并采用模塊化和系統(tǒng)化方法設(shè)計(jì)解決問(wèn)題的方案。

（2）正確區(qū)分問(wèn)題解決中涉及的各種數(shù)據(jù)，并采用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)類型表示。

（3）針對(duì)不同模塊，設(shè)計(jì)或選擇合適的算法，利用編程語(yǔ)言或其他數(shù)字化工具實(shí)現(xiàn)各模塊功能。

（4）利用適當(dāng)?shù)拈_發(fā)平臺(tái)整合各模塊功能，實(shí)現(xiàn)整體解決方案。

4.水平3

（1）對(duì)基于信息技術(shù)的問(wèn)題解決方案，能夠依據(jù)信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)的普遍原則進(jìn)行較全面的評(píng)估，并采用恰當(dāng)?shù)姆椒ǖ鷥?yōu)化解決方案。

（2）能把利用信息技術(shù)解決問(wèn)題的過(guò)程遷移到學(xué)習(xí)和生活的其他相關(guān)問(wèn)題的解決過(guò)程中。

二、信息技術(shù)新課標(biāo)實(shí)施語(yǔ)境下計(jì)算思維培養(yǎng)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)與回應(yīng)

（一）問(wèn)題一：把編程學(xué)習(xí)等同于計(jì)算思維教育

1.問(wèn)題描述

當(dāng)下有條件的學(xué)校紛紛開展編程教育活動(dòng)，校外的編程培訓(xùn)班如雨后春筍般紛紛涌現(xiàn)。大部分學(xué)校認(rèn)為編程教育能讓學(xué)生掌握一項(xiàng)技能，提高解決問(wèn)題的能力;有些老師認(rèn)為編程教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，但卻不明白編程學(xué)習(xí)的背后體現(xiàn)了一種什么樣的思維，它能解決什么樣的問(wèn)題以及怎么解決問(wèn)題。很多家長(zhǎng)對(duì)此也知之甚少。這樣一來(lái)，導(dǎo)致部分學(xué)校的信息技術(shù)課堂上充斥著各類編程語(yǔ)言訓(xùn)練、各種編程技巧和枯燥的代碼操練，而忽視了其他綜合能力的發(fā)展。

2.認(rèn)識(shí)與回應(yīng)

（1）從新課標(biāo)的角度分析，信息技術(shù)整體課程從關(guān)注常識(shí)和工具轉(zhuǎn)向關(guān)注學(xué)科思維和本體，并因此抓住技術(shù)背后的思維方法才是學(xué)科教育的關(guān)鍵。根據(jù)上述新課標(biāo)關(guān)于計(jì)算思維內(nèi)涵的規(guī)定，計(jì)算思維是指能夠采用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法和數(shù)字化工具來(lái)界定問(wèn)題、抽象特征、建立結(jié)構(gòu)模型、合理組織數(shù)據(jù);通過(guò)判斷、分析與綜合各種信息資源，運(yùn)用合理的算法形成解決可計(jì)算問(wèn)題方案的能力。編程雖然符合上述內(nèi)涵，但它無(wú)法涵蓋信息技術(shù)學(xué)科所需的思維方法，也不能代表所有的數(shù)字化工具。

（2）新課標(biāo)中的計(jì)算思維水平2.4條，以及水平3.1條，涉及軟件工程開發(fā)的系統(tǒng)化、工程化思想。這絕不是單純的代碼編程學(xué)習(xí)所能涵蓋的，計(jì)算思維的培養(yǎng)遠(yuǎn)比編程要更深、更廣。

（3）新課標(biāo)中的計(jì)算思維水平3.2條，提出計(jì)算思維要遷移到學(xué)習(xí)和生活的問(wèn)題解決中去。而單一的編程學(xué)習(xí)無(wú)論是在技能學(xué)習(xí)上還是在應(yīng)對(duì)新的學(xué)習(xí)和生活問(wèn)題上，都無(wú)法實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的最終目標(biāo)。

總而言之，計(jì)算思維絕不簡(jiǎn)單等同于編程學(xué)習(xí)，編程只是發(fā)展學(xué)生計(jì)算思維的一種重要途徑。

（二）問(wèn)題二：把信息學(xué)奧賽等同于計(jì)算思維的教育

1.問(wèn)題描述

信息學(xué)奧賽是通過(guò)競(jìng)賽形式來(lái)促進(jìn)掌握計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)常識(shí)和使用計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言解決實(shí)際問(wèn)題的能力發(fā)展，提高學(xué)生創(chuàng)新能力、邏輯思維、數(shù)學(xué)思維、編程能力等綜合素養(yǎng)，從而為國(guó)家選拔更多優(yōu)秀的計(jì)算機(jī)后備人才的競(jìng)賽活動(dòng)。信息學(xué)奧賽更多的是將具體實(shí)際問(wèn)題抽象成數(shù)學(xué)模型，以此考查學(xué)生相關(guān)的計(jì)算機(jī)素養(yǎng)。

信息學(xué)奧賽曾經(jīng)輝煌一時(shí)，獲獎(jiǎng)學(xué)生可以保送名校無(wú)虞，自從國(guó)家推出強(qiáng)基計(jì)劃之后，它成為考試加分選項(xiàng)之一。很多學(xué)校認(rèn)為，組織學(xué)生參與信息學(xué)奧賽，既有可能保送名校為學(xué)校增光，又可以全面提高學(xué)生的信息技術(shù)核心素養(yǎng);信息技術(shù)學(xué)科教師也認(rèn)為，信息學(xué)奧賽比同樣源自計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的計(jì)算思維教育更深更難，奧賽教學(xué)遠(yuǎn)勝信息技術(shù)課堂教學(xué)。這種認(rèn)知偏差反而造成信息技術(shù)課程在一些師生資源較好的學(xué)校得不到有效實(shí)施。

2.認(rèn)識(shí)與回應(yīng)

在中小學(xué)信息技術(shù)課程發(fā)展早期，信息學(xué)奧賽為提高青少年信息素養(yǎng)和培養(yǎng)國(guó)家計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)精英人才發(fā)揮了重要作用。但是，信息學(xué)奧賽面向的是學(xué)科精英，這與我國(guó)的核心素養(yǎng)教育的本質(zhì)是有區(qū)別的。

（1）我國(guó)提出的培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)，是面向所有學(xué)生的核心素養(yǎng)培養(yǎng)，國(guó)家教學(xué)課程體系所提出的學(xué)科素養(yǎng)和跨學(xué)科素養(yǎng)是任何一個(gè)個(gè)體成長(zhǎng)發(fā)展過(guò)程中都不可或缺的基本素養(yǎng)。

（2）信息學(xué)奧賽雖然注重?cái)?shù)學(xué)能力的培養(yǎng)，卻不能涵蓋所有的計(jì)算機(jī)科學(xué)思想和方法，也涵蓋不了其他的數(shù)字化工具，和編程教育類似，沒(méi)有凸顯計(jì)算思維水平的2.3、3.1、3.2標(biāo)準(zhǔn)，缺失了面向現(xiàn)實(shí)環(huán)境的工程思維能力培養(yǎng)。

（3）新課標(biāo)倡導(dǎo)以項(xiàng)目學(xué)習(xí)的方式來(lái)培養(yǎng)計(jì)算思維。信息學(xué)奧賽的培訓(xùn)活動(dòng)是為競(jìng)賽而生的，因此教學(xué)過(guò)程更多的是熟悉考試題型，甚至是通過(guò)題海訓(xùn)練戰(zhàn)術(shù)提高答題速度。新課標(biāo)指出：“基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)就是指學(xué)生在教師的引導(dǎo)下發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，以解決問(wèn)題為導(dǎo)向開展方案設(shè)計(jì)、新知學(xué)習(xí)、實(shí)踐探索，具有創(chuàng)新特質(zhì)的學(xué)習(xí)活動(dòng)。”[2]信息學(xué)奧賽培訓(xùn)和單純的操作技能教學(xué)方式不同，和知識(shí)傳遞式教學(xué)不同，其更多的是培養(yǎng)競(jìng)賽人才，而非具備綜合學(xué)科素養(yǎng)的全面型人才。

（4）新課標(biāo)對(duì)信息技術(shù)學(xué)科的課程模塊設(shè)計(jì)分為必修（數(shù)據(jù)與計(jì)算;信息系統(tǒng)與社會(huì)）、選擇性必修（數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ);數(shù)據(jù)管理與分析;人工智能初步;三維設(shè)計(jì)與創(chuàng)意;開源硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì)）、選修（算法初步;移動(dòng)應(yīng)用設(shè)計(jì)）三類。其中不僅強(qiáng)調(diào)了培養(yǎng)全體學(xué)生信息技術(shù)核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)性，還強(qiáng)調(diào)了信息技術(shù)核心素養(yǎng)的系統(tǒng)性和拓展性。新課標(biāo)的信息技術(shù)課程教學(xué)充分體現(xiàn)了信息技術(shù)核心素養(yǎng)培養(yǎng)的全面性和多樣性。

綜上所述，學(xué)校應(yīng)該首先把基于新課標(biāo)內(nèi)容的教學(xué)作為課堂教學(xué)的基本要求來(lái)落實(shí)。在此基礎(chǔ)上，再將具有學(xué)科天賦的學(xué)生組織起來(lái)，為他們開設(shè)新課標(biāo)的選修課程或校本課程，或是進(jìn)一步讓其加入信息學(xué)奧賽訓(xùn)練，為國(guó)家培養(yǎng)專業(yè)后備人才。

（三）問(wèn)題三：學(xué)校注重工具價(jià)值而忽視計(jì)算思維培養(yǎng)所依賴的數(shù)據(jù)價(jià)值

1.問(wèn)題描述

學(xué)校的信息技術(shù)教師隊(duì)伍中有很大一部分教師主要從事電教工作，如攝像、制作課件、制作微課、維護(hù)校園網(wǎng)、機(jī)房和多媒體音響設(shè)備等。這些工作在一定程度上塑造了信息技術(shù)教師的工具人形象。很多學(xué)校認(rèn)為，信息技術(shù)課就是學(xué)習(xí)軟硬件工具的操作技能;很多教師也認(rèn)為課堂教學(xué)重點(diǎn)就是教會(huì)學(xué)生使用信息技術(shù)工具。因此，這導(dǎo)致學(xué)校和教師在信息技術(shù)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)上，更為注重工具價(jià)值而忽視了計(jì)算思維培養(yǎng)所依賴的數(shù)據(jù)價(jià)值。

2.認(rèn)識(shí)與回應(yīng)

信息技術(shù)教師無(wú)疑應(yīng)該盡力承擔(dān)對(duì)學(xué)校電教工作的支持。但由于信息技術(shù)的工具性直接指向?qū)W校教學(xué)的基本工作，其價(jià)值得到了比較多的認(rèn)同，所以學(xué)校常常把電教技能和信息技術(shù)能力或素養(yǎng)等同起來(lái)，他們對(duì)信息技術(shù)課的印象就是信息技術(shù)作為工具的有用性以及外顯出來(lái)的操作能力，而忽視了學(xué)科核心素養(yǎng)所具有的育人作用。信息技術(shù)教師也因?yàn)殚L(zhǎng)期從事軟硬件操作使用和維護(hù)工作，只認(rèn)同信息技術(shù)課程的工具價(jià)值，并形成相應(yīng)的技能操作的思維方式，從而造成學(xué)科教學(xué)能力弱化，而這種思想和思維表現(xiàn)在課堂教學(xué)上就是無(wú)論教什么都是以工具教學(xué)模式為主;在計(jì)算思維培養(yǎng)方式上，往往以工具為載體。信息技術(shù)的工具屬性僅僅起到的是載體作用，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能涵蓋信息技術(shù)核心素養(yǎng)教育價(jià)值的全部，遠(yuǎn)未指向信息技術(shù)核心素養(yǎng)教育的內(nèi)核[3]。

（1）在當(dāng)前的社會(huì)發(fā)展中，數(shù)據(jù)與自然資源、人力資源一樣是重要的戰(zhàn)略資源。近年來(lái)，大數(shù)據(jù)浪潮席卷全球，世界主要發(fā)達(dá)國(guó)家都出臺(tái)了大數(shù)據(jù)研究計(jì)劃。新課標(biāo)在課程性質(zhì)表述中指出：“自電子計(jì)算機(jī)問(wèn)世以來(lái)，信息技術(shù)沿著以計(jì)算機(jī)為核心、到以互聯(lián)網(wǎng)為核心、再到以數(shù)據(jù)為核心的發(fā)展脈絡(luò)，深刻影響著社會(huì)的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)方式。”[4]同時(shí)，新課標(biāo)把數(shù)據(jù)和算法、系統(tǒng)、信息社會(huì)并列為信息技術(shù)學(xué)科的四個(gè)大概念。可見數(shù)據(jù)（大數(shù)據(jù)）知識(shí)學(xué)習(xí)是社會(huì)需求決定的，也必然是教育信息化所需要的。因此數(shù)據(jù)是掌握計(jì)算思維、發(fā)展信息技術(shù)核心素養(yǎng)不可或缺的基礎(chǔ)。

（2）掌握信息技術(shù)的相關(guān)知識(shí)與技能，不僅要掌握已經(jīng)被軟件化或工具化的信息技術(shù)，而且要理解隱藏在軟件背后的數(shù)據(jù)加工方法與處理原理，尤其要理解數(shù)據(jù)及其計(jì)算（即對(duì)數(shù)據(jù)的加工）的知識(shí)。這些才是其適應(yīng)未來(lái)信息技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，才能助力學(xué)生透過(guò)軟件的界面，深刻理解軟件中的原理，促進(jìn)學(xué)生從數(shù)據(jù)與計(jì)算的角度深刻理解信息技術(shù)。這是信息技術(shù)課程在新時(shí)期必須要完成的任務(wù)。

（3）由于數(shù)據(jù)來(lái)源于現(xiàn)實(shí)世界，計(jì)算思維教學(xué)也應(yīng)從實(shí)際生活入手，創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境。例如，在對(duì)全班學(xué)生的身高和成績(jī)分布情況進(jìn)行分析的學(xué)習(xí)活動(dòng)中，教師可以讓學(xué)生關(guān)注身邊出現(xiàn)的真實(shí)問(wèn)題，使他們積極主動(dòng)地參與到問(wèn)題分析中，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生界定問(wèn)題，抽象特征，開展數(shù)據(jù)調(diào)查，收集數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)分析模型，合理組織數(shù)據(jù)，運(yùn)用合理算法最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的有效分析和處理，再通過(guò)圖形化的工具來(lái)展示客觀數(shù)據(jù)的認(rèn)知。這樣可以提高學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)的處理能力，并以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)。

總之，從以工具為載體轉(zhuǎn)向以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)是計(jì)算思維培養(yǎng)的必然要求。一方面學(xué)校教育信息化建設(shè)必須轉(zhuǎn)型，應(yīng)從技術(shù)工具應(yīng)用或整合走向信息技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合，這個(gè)深度融合的過(guò)程，數(shù)據(jù)將發(fā)揮巨大作用。另一方面，學(xué)校應(yīng)正確理解新課標(biāo)，將信息技術(shù)課程轉(zhuǎn)向包括計(jì)算思維學(xué)習(xí)在內(nèi)的學(xué)科素養(yǎng)培養(yǎng)，以此作為學(xué)校教育信息化的起點(diǎn)工作而非附屬工作。

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