高中信息技術課程中計算思維多維度進階教學探究

周曉燕

摘要：作者論述了計算思維與信息技術課程的緊密聯(lián)系，并根據高中信息技術課程的教學內容，總結了計算思維的五要素在整個知識體系中的體現，提出了六個維度及其進階要求，同時基于進階學習理論，設計了教學實踐探索的步驟，以期在高中信息課程中讓學生在掌握知識模塊的同時，科學高效地提升計算思維水平。

關鍵詞：計算思維；學習進階；六維度；五要素；高中信息技術

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2023）10-0017-04

計算思維（Computational Thinking）[1]是以數字和計算機技術為基礎的思維方法，它將解決問題的過程分解成不同步驟，通過抽象和分析，將復雜的問題重新構建，并使用有效的算法對其中的每一個操作進行優(yōu)化，最終得出精確的解決方案。

《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》將計算思維定義為個體運用計算機科學領域的思想方法，在問題解決過程中涉及的抽象、分解、建模、算法設計等思維活動。[2-3]筆者采用了“五要素”作為計算思維技能的二級指標。

計算思維的培養(yǎng)和訓練，為信息技術課程教學提出了新任務、新要求，教學方法需要在實踐中不斷總結和完善。學習進階（learning progressions）[4]是一種教育心理學理論。美國國家研究理事會（NRC）認為，學習進階是對學生連貫且逐漸深入的思維方式的假定描述。在一個適當的時間跨度下，學生在學習和探究某一重要的知識或者實踐領域時，其思維方式逐漸進階。理論注重通過對經驗的反思來不斷改進和提高，同時強調學習環(huán)境的重要性。針對計算思維培養(yǎng)，筆者基于學習進階理論和高中信息技術課程內容，對知識模塊細化維度，并設計實施了一套過程規(guī)范、結合實際、持續(xù)完善的教學方案。

信息技術課程與計算思維

信息技術課程的實施與計算思維的培養(yǎng)相輔相成，密不可分。但在具體的教學實踐中，需要理清如下三個方面的問題。

1.計算思維是一種普適性的思維方式

計算思維源于計算機科學，是一種解決問題的思考方式，而不是具體的學科知識，這種思考方式要運用計算機科學的基本理念。在高中階段，學生計算思維的培養(yǎng)和信息技術課程緊密相關。但作為一種普適的思維方式，計算思維的應用絕非信息技術或計算機科學所獨有。[5]所以在教學過程中，需要體現其作為科學思維方法的通用性和普遍性。在條件允許的情況下，鼓勵跨學科交叉，如解決數理學科中的典型問題。[6-7]教學實踐表明，可以收到很好的學習效果。

2.培養(yǎng)計算思維和學習信息技術是互相促進的，且需要教師引導

優(yōu)秀的信息技術教學，不僅教授基本概念和編程，還培養(yǎng)學生的計算思維。對于大部分學生而言，計算思維的培養(yǎng)需要教師有意識地引導。在分析解決典型問題的基礎上，做好對比、總結、啟發(fā)、拓展等工作，對學生將更有意義。

3.信息技術課程的知識體系與計算思維關系緊密，需要細化具體的對應關系

高中信息技術課程的模塊較多，涉及的知識點龐雜。培養(yǎng)計算思維的教學實踐，需要根據大綱要求、課時安排、軟硬件條件等具體情況，梳理知識體系，分類細化，循序遞進，并與計算思維的培養(yǎng)要素相對應，合理安排教學進度。

基于學習進階理論的教學實踐

培養(yǎng)計算思維的教學實踐是一個系統(tǒng)工程。筆者進行的教學實踐研究，遵循學習進階理論中階段性、漸進性、學生支持等原則[8-9]，將其作為具體實施過程的指導。基本思想是：將教學目標分段設計，通過持續(xù)改進教學方法，實現課程大綱的教學目標和計算思維培養(yǎng)，并設計了較為規(guī)范的推進步驟（如右圖）。

①教學實踐的推進是一個長期的過程，教學過程中的經驗總結，需要持續(xù)不斷地應用到后期的持續(xù)改進過程中去。同時，作為一個新課題，計算思維培養(yǎng)目標的科學性和可行性也需要不斷修正。總體而言，圖中體現出的是一個分階段反思改進并不斷循環(huán)的過程。

②以教學大綱為出發(fā)點。計算思維的培養(yǎng)目標不能脫離大綱，教師在教學實施過程中，要根據學習進階理論，分階段細化培養(yǎng)目標，并通過對應的教學方案保證教學質量。

③計算思維的具體培養(yǎng)目標取決于三個方面的因素——大綱、計算思維理論發(fā)展、學校具體情況（對應圖中標有“修訂”字樣的三根雙線箭頭），并在教學過程中不斷修訂。需要說明的是，由于每所學校的情況不一樣，具體的培養(yǎng)目標很難做到完全一致。

④教學方法的改進主要取決于教學目標的達成情況。同時，在質量保證的情況下，仍然有必要持續(xù)改進和發(fā)展，精益求精（對應圖中三根粗黑線箭頭）。

⑤在學習進階理論和持續(xù)改進思想的指導下，筆者設計的教學實施推進流程充分體現出“學”的進階也是“教”的進階。整個過程以教師為主導、學生為主體，共同完成信息技術課程中的計算思維培養(yǎng)。

計算思維“五要素”、知識體系“六維度”和學習進階“八階段”

在上文所述的教學推進方案中，不論是計算思維的培養(yǎng)，還是學習進階的階段內容和目標，都需要一個相對客觀的標準，幫助教師和學生評估教學效果。以下是筆者總結出的計算思維“五要素”、知識體系“六維度”和學習進階“八階段”。

①基于計算思維的三個理論關鍵“算法、抽象和自動化”、美國ISTE和CSTA劃分的計算思維特征[10]、英國計算機協(xié)會提出的計算思維核心概念[11]和我國高中信息技術課程標準中的表述，筆者確定了高中信息技術課程對應的計算思維五要素：算法、評估、分解、抽象、歸納。

②按照教學模塊和知識體系，確定高中技術課程的六個維度為：算法、程序設計、數據和信息、計算機硬件、通信網絡和信息技術應用。

③基于學習進階，考慮每個維度中知識難度的循環(huán)遞進，以及各個維度之間的聯(lián)系，筆者結合高中信息技術課程標準的四個水平標準，將高中信息技術細化為八個階段，并指出每個階段和維度與計算思維要素的對應關系。

計算思維的五要素在知識體系的六個維度中都有具體表現，從縱向發(fā)展進階為八個階段，總結歸納成上頁表。在教學過程中，教師可以靈活掌握，并根據客觀條件刪減。

后期工作

后續(xù)，筆者將在以下三個方面繼續(xù)深入研究：①設計各階段間有效銜接，促進學生計算思維進階的教學策略。主要考慮知識遞進、學以致用。②各階段信息技術課程設計與開發(fā)研究。主要針對具體知識點，優(yōu)化教學用例和學習任務設計。③學情跟蹤，考核評價創(chuàng)新。在客觀分析教學效果的前提下，對整個教學過程不斷優(yōu)化、持續(xù)改進。

參考文獻：

[1]Jeannette M. Wing. Computational thinking[J].Communications of the ACM，2006（03）.

[2]中華人民共和國教育部.義務教育信息科技課程標準（2022年版）[S].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A26/s8001/202204/t20220420_619921.html.

[3]熊璋，趙健，陸海豐，等.義務教育階段信息科技課程的時代性與科學性——《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》解讀[J].教師教育學報，2022，9（04）：63-69.

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[5]陳娟娟，陳凱亮.計算機支持的科學建模學習：多學段科學教育中科學和計算思維協(xié)同發(fā)展路徑[J].遠程教育雜志. 2022，40（06）：22-33.

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[7]曹玉峰，李明明，石忠磊.應用計算思維建構高中物理解題方法和步驟[J].吉林省教育學院學報，2022，38（06）：90-94.

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[9]GAO F，CHEN Z. Learning progressions： new approaches to American science education reform[J].Studies in foreign education，2011（14）：1895－1900.

[10]ISTE&CSTA.Computational thinking teaching in K-12 Education： teacher resources，second edition[DB/OL].http：//www.csta.acm.org/Curriculum/sub/CurriFiles/CSTA_K-12_CSS.pdf.

[11]Curzon P，Dorling M，Ng T，Selby C，& Woollard J.Developing Computational Thinking in the Classroom： a Framework[DB/OL].https：//pdfs.semanticscholar.org/e4f3/c24924c5a707a196b2015494c829c15618d1.pdf.

本文是江蘇省教育科學規(guī)劃課題“學習進階理論下學生計算思維培養(yǎng)的實踐研究”（D/2021/02/184）的研究成果之一。