智能時代鄉村學生計算思維培養:內生邏輯、現實困境與實踐進路

付衛東 汪 琪

一、引言

數字技術的強勢崛起推動大國教育博弈焦點的轉變,計算思維培養為未來數字時代大國人才競爭提供了新視點和著力點。在2017年和2022年兩次義務教育信息科技(信息技術)課程標準修訂中,計算思維均被納入學科核心素養,而且還要求計算思維實踐活動圍繞抽象、分解、建模、算法設計四個表征維度展開〔1〕。《義務教育科學教育課程標準(2022年版)》也要求學生通過對客觀事物進行抽象和概括,進而建構模型,并運用模型分析、解釋現象和數據,描述系統的結構、關系及變化過程。其中隱含的科學素養表征也與計算思維有著契合之處〔2〕。顯然,將計算思維嵌入或內化于基礎教育的發展邏輯之中,旨在培養學生在數字時代的全球勝任力,體現了黨的二十大“實施科教興國戰略,強化現代化建設人才支撐”的戰略部署,也為計算思維教育在基礎教育階段的全國性普及提供了重要依據。

當前圍繞區塊鏈、云計算、大數據、人工智能、元宇宙等新興技術形成的產品不斷涌現在鄉村場域,正加速鄉村社會步入智能時代。智能技術重塑鄉村生活場景,深刻變革思維方式。具體而言,大數據為鄉村產業興旺和社會治理提供了多元、科學、精準的數據耦合,智能農業機器幫助農民脫離手工勞作,以云計算為核心構筑的網絡服務模式更是拓寬了鄉村與外界的協作空間。顯然,僅僅擁有專業知識和技能的勞動者已無法滿足鄉村社會發展需求,亟需培養適應智能化鄉村社會并具備復雜問題解決能力的時代新人,即運用計算思維開展人機協同探索與實踐的智能化人才。近年來,隨著教育扶貧政策的落實,越來越多的鄉村學子步入高等教育殿堂,然而,鄉村學子踏入社會所處的實際地位卻遠遠低于大眾期望,并衍生出“文化屌絲”“小鎮做題家”“當代孔乙己”等污名化標簽,因此,鄉村教育迫切需要重新審思應該培養“什么樣的人”的問題。鄉村學生計算思維的培養不僅為瞬息萬變的智能化鄉村社會提供了“新農”人才支撐,而且也有利于突破污名化的桎梏,提升其適應未來社會可持續發展的數字化生存力。本研究聚焦智能時代下鄉村學生計算思維培育的邏輯起點,深入探討當下鄉村學生計算思維培養面臨的現實困境,并進一步提出突破路徑,以期幫助鄉村教育實踐主體系統審思教育改革,并為鄉村人才振興改革、智能時代鄉村教育發展、數字化鄉村建設、智能時代思維鴻溝等研究領域覓求鏡鑒。

二、智能時代鄉村學生計算思維培養的內生邏輯

(一)歷史邏輯:計算思維教育的緣起與著力點

計算思維于1980年由麻省理工學院教授西摩·派珀特(Seymour Papert)首次提及,但是直到2006年,美國卡內基·梅隆大學教授周以真才首次對計算思維概念作出界定,即運用計算機科學的基礎概念解決問題、設計系統以及理解人類行為的思維過程〔3〕。隨著計算思維概念研究與實踐的深入,對計算思維逐漸呈現出不同視角的解讀,其大致可歸結為四類:一是基于計算科學視角的工具技能應用〔4〕〔5〕。二是基于思維過程視角的程序化思維方式〔6〕。三是基于問題解決能力培養視角強調計算思維的附屬性〔7〕。四是基于智能時代數字素養培育視角的計算思維多元要素〔8〕,此種解讀越來越為教育研究者關注,其原因在于趨于數字化、網絡化、智能化的社會生態變遷,推動人類的生產、生活、學習與思維方式發生深層次變革,數字素養也越發成為未來社會數字公民的關鍵素質指標。傳統計算思維以問題分解、算法、抽象和自動化等為核心要素,顯然不足以支撐大眾數字化生活的需要,而融入數據思維、可視化理解、數字情感與倫理等多元要素適切時代所需。盡管國內外眾多學者理解計算思維的角度不盡相同,但不可否認的是面對智能化、普及化、大眾化的多維度社會發展事實,計算思維教育蘊含著適應多維度社會發展教育需求的內在價值意蘊。計算思維的內在價值是數據抽象、模型建設、自動化實現和解決問題,是一種兼具數學思維、工程思維、科學思維的跨學科性的思維〔9〕。通過計算思維教育個體能夠將多種科學思維活動互補融合,形成動態的、綜合性思維架構,其中蘊藏著提升解決問題能力的重要價值,將融入不同學科、場景乃至生活各方面。計算思維教育從娃娃抓起逐漸成為世界各國人才培養的共識,計算思維也因此成為了經濟發達國家義務教育課程計劃的重要內容,其中的典型表征為政府和科研機構率先發布了計算思維教育的相關標準框架、落實政策及研究報告,使其共同承載著國家意志、社會發展以及個體發展的要素基點,力求以計算思維教育契合培養國家戰略新型人才的時代所需。譬如,2018年,美國國際教育技術協會(ISTE)頒布了國際上首個冠以計算思維名稱的標準文本《計算思維能力標準(教育者)》(Computational Thinking Competencies Standards for Educators),對于開展計算思維教育實踐具有里程碑意義。2022年,歐盟委員會發布了《義務教育計算思維研究》(Reviewing Computational Thinking in Compulsory Education),指出在所調查的29個歐洲國家中,有25個國家將計算思維納入國家法定義務課程,并且其他4個國家都正在試點或擬定方案,不久將在國家戰略規劃中融入計算思維〔10〕。

2021年,聯合國教科文組織面向全球發布《共同重新構想我們的未來:一種新的教育社會契約》,強調世界仍廣泛存在著不平等現象,教育的力量尚未足以建設一個公正、公平和可持續的世界。智能時代的熱潮下,各行各業依托計算機縱深發展,計算機網絡更是無處不在,計算思維已然不是計算機專業人員所特有的,更不能單一歸屬于計算機學科,每位受教育者都應享有接受計算思維教育的機會,計算思維教育理應落點于教育公平。教育公平是社會公平的支點,不但是國際社會共同追求的教育應然之態,也是我國教育改革過程中的實然價值取向。新時代的教育立足于教育高質量發展的目標,兼顧發展的高效率和追求高質量教育公平,鄉村教育作為我國教育高質量發展的“神經末梢”,秉持教育公平的價值準繩,推動鄉村學生計算思維培養符合鄉村教育高質量發展的內在要求,也是促進教育公平的重要方式。同時,依據經濟學長板理論,鄉村教育的高質量發展勢必推動鄉村整體振興,把鄉村學生培養成為具備計算思維能力和現代理念的時代新人,為鄉村振興鑄造新引擎的同時也彰顯了鄉村學生計算思維培養獨特的意蘊和張力。因此,基于計算思維發展及教育公平,推動鄉村地區學生計算思維培養得以建構起邏輯閉環。

(二)時代邏輯:催生鄉村數字公民培養新訴求

新一輪數字革命以信息化、智能化為典型特征,正成為推動中國鄉村社會高質量發展的新引擎,人工智能、大數據、5G通信技術、云計算、區塊鏈、元宇宙等智能技術的交疊集聚激活出鄉村場域的內生潛能,催生出鄉村社會的新圖景、新業態與新模式。如基于深度學習和神經網絡算法技術的自動化農業機器人的推廣應用,依托大數據開發的病蟲害監測與治理系統。當一系列類似于智能系統、AI機器人等智能軟硬件設備融入鄉村民眾生產生活時,其潛藏的智能化理念與問題解決方式,在呈現形式、工具應用方法等維度與傳統的鄉村社會形態存在較大的差異,當鄉村居民被淹沒在數字技術的浪潮中,必然會出現人機協同的“水土不服”,以計算思維為代表的公民數字素養水平則成為其適應和享受數字化鄉村社會的關鍵要素。然而,面對以自動化和智能化為特征指向的數字化社會,身處其中的異質化群體間本身就在數字技術資源的“享有”和“使用”上存在數字鴻溝。2021年3月,中國社會科學院信息化研究中心發布調研報告《鄉村振興戰略背景下中國鄉村數字素養調查分析報告》,相關數據顯示農民數字素養得分僅為18.6,比全體人群均值低57%〔11〕。由此可見,我國城鄉數字鴻溝問題正在發生矛盾轉向,即由應用鴻溝轉向素養鴻溝。

2021年11月,中共中央網絡安全和信息化委員會辦公室在《提升全民數字素養與技能行動綱要》中明確指出,要培養具有數字意識、計算思維、終身學習能力和社會責任感的數字公民。可見,計算思維是公民數字素養培養的重要表征維度,其作為智能時代的產物,是一種運用計算工具與方法求解問題的思維活動,是智能社會中每個人都應掌握的思維方式。計算思維能夠幫助鄉村居民深入理解數字化產物和所處的數字化時代,聯系計算機虛擬世界表征推理現實問題、現象和規律。同時,需發揮其他維度與數字素養的共鳴,構筑與數字技術良性互動的人機共生關系,以保證他們今后順利適應高速發展的數字化社會。例如,計算思維教育中強調的算法分析可幫助學習者建構對個性化推薦算法的批判性認知,有效規避其在短視頻娛樂或購物過程中的“算法黑箱”效應,以保護鄉村數字弱勢群體權利不受侵犯。所以,培養鄉村學生計算思維切合提升公民數字素養的需要,為鄉村社會培育下一代數字主體,學生以自身的計算思維認知和實踐反哺鄉村社會其他群體,能夠為鄉村智能生態培育更多的數字“基因”,亦能從源頭阻斷數字素養鴻溝的代際傳遞。

(三)技術邏輯:為鄉村學生計算思維培養注入新動能

鄉村教育高質量發展離不開數字技術的支撐引領作用。我國先后頒布《教育信息化2.0行動計劃》《數字鄉村建設指南2.0》《數字鄉村發展行動計劃(2022—2025年)》等文件,強調以教育數字化助力鄉村教育高質量發展,促進智能技術深度融入鄉村教育全要素和全過程。數字技術與鄉村教育整合創新,可以突破學校、班級、學科的邊界,在合理的教學秩序中不斷增強教學活力,使得鄉村教育得以發展和突破。數字技術作為重塑教育生態以及保障教育均衡和質量的有效工具〔12〕,隨著在鄉村教學實踐中的深化應用,進而推動教學環境、資源和工具的全面重構升級,特別是在我國鄉村教育優質資源短缺、師資結構薄弱、教育治理相對落后的當下,這些要素的跨時空深度融合與協同,賦予了鄉村學校計算思維教學從設計、實施到評價的更多的可能性和更強的靈活性,為鄉村學生計算思維培養帶來了新動能。因此,智能技術的賦能圖式使得鄉村學生計算思維培養擁有廣闊的賦能場域,其自身擁有的學生群體、教育需求、鄉土特色等也源源不斷地吸引著技術強勢入場。

具體而言,鄉村地區學生借助數字教育平臺獲得優質數字資源,并在虛擬數字人教師與智能學伴的輔助下完成計算思維學習任務,提高了獨立解決問題的能力;基于知識圖譜、數據分析等技術的自適應學習系統,實時跟蹤獲取鄉村學生學情數據,精準診斷反饋鄉村學生的學習狀況和薄弱點;基于元宇宙、虛擬現實技術的計算思維虛擬實訓平臺,通過抽象現實場景創建虛擬生活問題場景、計算比賽和活動的場域,促進鄉村學生抽象思維發展。可以說,無論采取何種技術動能,都不能否認智能技術是鄉村學生計算思維培養的動因之一,故而必須認真把握技術語境下鄉村學生計算思維培養實踐的各個環節。

(四)人才邏輯:發掘厚植于鄉土社會的人力資本

人才作為鄉村振興的第一資源要素,是全面推進鄉村振興戰略的強大動力源。2021年,中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發《關于加快推進鄉村人才振興的意見》,提出“堅持把鄉村人力資本開發放在首要位置,大力培養本土人才”〔13〕。然而,中央財經大學主持發布的《中國人力資本報告 2022》顯示我國農村人力資本總量為414.4萬億元,僅占全國人力資本總量的13.3%〔14〕。可見,我國鄉村人力資本總體水平較低,仍然是制約鄉村振興的重要因素。鄉村振興人才是關鍵,鄉村學生計算思維培養的根本旨歸是為培養適應智能化鄉土社會全面發展的人才,而教育則是人才培養的關鍵,鄉村振興戰略從愿景到行動正推動著鄉村教育和人才培養的提檔升級。面對智能化鄉村社會的演進,相對于傳統知識與技能的掌握,學生更應當獲得思維能力的動態匹配。而計算思維作為“人類科技創新的三大支柱”之一,是當代學習者應掌握的一項分析和解決問題的能力〔15〕,培養鄉村學生計算思維切合鄉村振興的戰略需要。例如,培育具有計算思維能力,懂農業、愛農村的鄉土人才,使其理解機器的工作邏輯,提升人機協同能力,進而促進其與鄉村智慧化基礎設施和智能化機械設備的融合共生,最終實現運用計算機科學概念和數字化技術對鄉村現實問題進行系統設計和求解的目的。換言之,基于鄉村智能化情境,如果沒有足夠數量的擁有計算思維的人才作為支撐,就失去了未來鄉村新技術、新產業、新理念孵化的思維認知基礎,甚至還會制約現代化鄉村振興政策的落實與推廣。

三、智能時代鄉村學生計算思維培養的現實困境

(一)傳統育人理念尚未轉變,鄉村學生計算思維培養缺乏協同支持

鄉村教育應順應智能化社會對人才培養的需要。當前,鄉村教育面臨教育數字化轉型,為推進鄉村教育發展提質升級,政府部門已然意識到智能技術對于鄉村教育的重要作用,但傳統的鄉村育人理念尚未完全轉變為智能化時代的育人理念,這主要表現為以下三個方面:一是受傳統技術主義思想的影響,政府在鄉村建設中重視智能工具的“技術凸顯”,而缺乏對鄉村本土居民的品格塑造和價值觀養成,造成“生命凹陷”。如部分鄉村學校前期主要將經費投入智能設施環境建設,而后才進行人的數字素養培訓,這種“重技輕人”觀念對人的存在的忽視間接導致了鄉村學校思維教育的長期缺位。二是部分鄉村學校強調教育只是為了高考升學的教育理念,重視功利性知識技能教育,忽視提升思維的素質教育。如部分學校領導認為計算思維是“虛”的,將計算思維教育視為鄉村學校“錦上添花”的選項。三是家長的“離農”觀念,認為上學是農村孩子的唯一出路,以單一的成績指標要求孩子,導致孩子思維能力難以發揮。因此,受制于鄉村傳統育人中的陳舊理念,對鄉村學生計算思維培養缺乏緊迫感和危機感,鄉村學生計算思維教育很難獲得協同支持的空間,其結果是愈來愈多的鄉村學生被冠以“小鎮做題家”“大學生農民工”等社會標簽。

(二)信息科技課程迷失,鄉村學生計算思維培養脫離立足之本

信息科技課程中所鑲嵌的分治、遞歸、可視化和動態規劃等以解決復雜問題為核心的策略性知識元素,使之成為學生計算思維培養的立足之本,相關實證研究也表明信息科技課程中開展的教學實踐能夠有效提升學生的計算思維能力〔16〕〔17〕。因此,鄉村學生計算思維培養如若脫離信息科技課程的核心體驗場,學生計算思維發展便是“無本之木”。然而,當前鄉村教育依然面臨著信息科技課程迷失的困境。一方面,在鄉村信息課程建設上,教師隊伍嚴重匱乏,鄉村信息科技課程難以依據新課標要求獨立開課,鄉村學校面臨信息科技課程“難開足”的問題。據調查,2020年,我國鄉村小學信息技術教師共96376名,平均每個農村教學班僅擁有0.10名信息技術教師〔18〕。另一方面,鄉村信息科技課程教學實踐中,學科教學內容偏倚于“知識普及”和“工具應用”,這種應用導向型教學致使學生高階思維素養被忽視,學生計算思維培養更是淪為教學的“荒地”。有針對23個省(市)的調查顯示,65.9%的鄉村學生反映自己不會認真學習信息科技課程〔19〕。除此之外,本研究在針對湖北省多所鄉村學校的調研訪談中發現,由于信息科技課程的邊緣化,鄉村教師喪失自我發展內驅力,很難將新課標理念落實于實際教學,多數信息科技教師處于“失標”狀態。與此同時,鄉村學生長期受到主副科觀念的驅使,缺乏對信息科技課程的學習意識,教師對課堂難以管理,進而阻滯了信息科技課堂發揮實效,鄉村學校面臨信息科技課程“難開好”的問題。

(三)鄉村教師專業發展孤島效應,計算思維跨學科效能難以凸顯

教師專業發展是教師知識技能更新和深化的動態過程。然而,由于鄉村教師所處的特殊地域,加之受到自然環境、技術等因素的限制,導致鄉村教師專業發展被擱置或延緩,鄉村教師發展逐漸趨于靜態封閉狀態,最終形成孤島效應。一方面,由于鄉村學校師資結構性缺編問題〔20〕,其內部不同學科教師無法開展集體性的教研活動,繁重的教學任務致使教師跨學科教研難以持續,教學研究也因缺乏統籌規劃、組織協作而寸步難行。另一方面,鄉村區域間教師由于交流渠道單一狹窄,各自僅保留著師范教育階段習得的學科知識和教育通識知識,教師對于新課標知識和新教學理念的獲取途徑相對閉塞。針對全國40所學校的調研數據顯示,每月參與市級研修的鄉村教師比例僅為14.42%〔21〕。盡管現階段鄉村教師研修途徑不斷拓寬,但仍然存在著研修內容吻合度低、知識體系陳舊等問題。例如,有調查顯示,鄉村教師信息化培訓中93%的教師反映培訓內容以操作技能為主,忽視新教育理念的普及和思維培養。當下,計算思維發展趨于大眾化和普適化,開展學生計算思維培養跨學科實踐已成為國際共識〔22〕,而我國鄉村教師專業發展中顯現出的孤島效應,正鈍化其對計算思維概念的理解、識別和探尋,鄉村教師協同開展計算思維跨學科教育活動更是舉步維艱。

四、智能時代鄉村學生計算思維培養的實踐進路

(一)頂層設計:助推鄉村學生計算思維培養的理性接納

智能時代鄉村學生要實現計算思維發展,需要鄉村教育內外部諸多要素的協調聯動。其中,最為關鍵的是結合鄉村教育的文化場域,積極引導校長、教師、學生、家長等利益相關者的觀念轉變。因此,需要以政府頂層設計為引領,推進鄉村教育主體對計算思維教育理念的理性接納,發揮“政府引導、學校支持、家長認同”的三方主體協同支持效應,為鄉村學生計算思維培養構筑價值根基。

首先,鄉村教育部門要轉變傳統的“技術主義”觀念,注重學生數字化思維素養的培養,強化鄉村學生計算思維教育的制度供給,完善落實政策保障,推動建立系統化、精細化和在地化的鄉村計算思維育人機制。一方面,在國家相關總體方案的基礎上,地方教育行政部門應重新建構計算思維教育與鄉村教育宏觀規劃相結合的頂層設計,分層分類制定計算思維教育融入鄉村教育的相關制度設計、實施保障體系以及常態化落地政策等實施規范,同時應重點考慮總體規劃、融入方案、焦點任務、組織實施等內容,形成切合鄉村實際場域、關聯聚合、統籌推進的鄉村學生計算思維培養體系。另一方面,凝聚多方智慧力量協同共商,統籌規劃覆蓋學前、小學和中學等學段的計算思維教育方案。教育主管部門應會同高校專家、一線教師和社會少兒編程培訓機構共同制定各學段計算思維培養的教師要求和學生標準,包括教師實施計算思維教學的課堂規范和學生所需完成的具體實踐活動。依據鄉村學生各學段群體特征、思維認知水平,由淺入深、從點到面引入計算思維核心素養,構建一個系統連貫、銜接有效的鄉村學生計算思維學習體系。

其次,鄉村學校應當拓寬學生思維教育空間,打破“唯成績”“唯升學”的桎梏。鄉村學校作為學生計算思維培養的核心場域,應當建立起囊括計算思維教師“教”和學生“學”的活動系統。鄉村學校可以將“以賽促學,以賽促教”作為動力機制,鼓勵教師開發計算思維校本課程和開展計算思維跨學科教學競賽,推動校域學生計算思維培養特色化和多元化,并將成果形成典型案例,以工作動態、活動簡報、成果展示、經驗借鑒等多種專題形式進行宣傳,最大程度喚醒鄉村教師計算思維教學的熱情,從而帶動更多的鄉村教師更新教育理念。同時,鼓勵鄉村學生積極參加國際性或全國性計算思維競賽,如Bebras國際計算思維挑戰賽 、谷歌全國中小學生計算思維與編程挑戰賽、全國藍橋杯大賽中小學創意編程組,為學生計算思維學習成果提供輸出渠道。此外,鄉村學校應積極對接公益組織、民營機構、高校支教團隊等社會主體,于線上線下混合開展計算思維講座、機器人與編程學習訓練營、計算機科普公益課堂、中小學生計算思維知識科普等活動,尋求鄉村計算思維教育內源式發展與外援式增長的交叉點。例如,王康等人在湖北省宣恩縣開展的為期3個月的學生計算思維“送培送展”活動,實踐結果表明對鄉村學生計算思維能力提升顯著〔23〕。

最后,鄉村學生計算思維教育的落地與家長的教育觀念也息息相關,因此,要打破鄉村家長“唯升學”“唯成績”的固化思維枷鎖,促使家長摒棄傳統教育中的陳舊觀念,喚醒其對孩子未來參與社會競爭的核心高階素養的追求。一方面,大力宣傳計算思維對于學生未來成長的重要作用,提升家長對于數字化教育理念的認知水平。通過讓家長參與和體驗學生計算思維教育實踐過程,便于其真實客觀認識學生計算思維培養的發生過程,深度體悟教育行為,進一步激發鄉村家長對計算思維教育價值的接納和探尋。另一方面,借助家校合作平臺,融入學生計算思維培養內容。深化家長對培養學生計算思維的認同感和責任感,引導家長為鄉村學生計算思維的長效化培養建言獻策。

(二)技術重構:打造鄉村學生計算思維泛在育人空間

以新一代人工智能為代表的數字技術正在成為推動鄉村教育變革的重要因素。尤其是在我國鄉村信息科技師資結構性短缺、教學質量水平不高、課程教育資源不足的當下,數字技術可有效促進鄉村信息科技教學創新、豐富教育資源要素、提升課程評價科學性,幫助鄉村學校信息科技課程開足開好,為鄉村學生計算思維培養提供“立足之本”。同時,數字技術也為鄉村學生計算思維培養創設了精準、智能、交互式環境,為其計算思維個性化、多元化發展提供培育路徑。

首先,借助智能技術適配學生學習過程,為鄉村教育主體計算思維教育泛在提供科學精準的技術支持。一是基于深度學習算法的學習分析技術為學生計算思維培養提供風險預測,通過定時集中收集學習者多模態數據,包括學習者情緒、表情、學習投入度等特征,綜合研判、及時發現學習者計算思維發展的潛在風險,從而幫助鄉村學生改進思維認知方式。二是融合知識圖譜、深度知識追蹤、強化學習、生成式人工智能(AIGC)等技術,構建鄉村學生計算思維自適應學習系統,通過對學習者的原始特征、知識表征狀態、動態人機交互數據進行分析,附著大語言模型提供的動態資源池生成切合學習者知識水平、學習需求的個性化計算思維學習資源序列。這種自我調節與機器調節相結合的個性化學習方式,為鄉村學生計算思維迭代式、關聯式、牽引式發展提供了技術保障。此外,依托云計算的虛擬化技術整合計算思維學習和教學實施、評價等常用干預工具,如Scratch、APP Inventor、Xmind,集成云端可視化軟件平臺適配手機、平板、電腦等多端系統,為鄉村教師和學生提供“低地板、高天花板”的計算思維軟件工具,以集約化、效益化的軟件平臺極大降低計算思維工具的使用門檻和高額費用。

其次,思維教育不可教條地被認為是知識的陳述,更需要學生借助現實場景開展實踐活動進行思維的理解、體悟和摸索。由于鄉村場館資源匱乏,師生缺少計算思維體悟環境,可以借助虛擬現實、增強現實、混合現實等仿真技術創設環境資源,拓寬鄉村學生計算思維育人場景。一方面,供給公共場館資源及服務,賦予鄉村學生無邊界的計算思維場館體驗。創建虛擬數字圖書館、博物館、科技館和AR計算思維體驗平臺等社會公共資源,突破鄉村地區資源和環境限制,為鄉村學生提供從沉浸式感知知識到模擬問題解決的中介場和實習場,利用虛擬場館資源融合真實場景,讓學習者通過問題識別、資料收集、構建方案、模型設計等來全方位、全過程感知和體驗計算思維實踐價值。另一方面,推動鄉村虛擬教研室建設,匯聚鄉村教育領域中融合互促的共生力量,建成跨區域、跨學科或跨專業的泛在知識共同體,激勵鄉村教師開展常態化“云端”教研,縮短鄉村教師先進知識理念的更新周期,促使不同的學科教育理念能夠在鄉村教師群體里遷移流動,使鄉村教師能夠體悟到不同學科知識理念,以便其更好地開展跨學科教學。

最后,集成計算思維評測工具鏈接大數據技術,構建鄉村學生計算思維監測平臺,實現全域學生監測數據的實時可視化、預判思維發展鴻溝風險、適時干預反饋以及全員計算思維發展精準化。通過對區域學生群體計算思維發展的動態監測,生成不同地域學生思維發展的“能力地圖”,精準識別教育變革過程中的弱勢地區和邊緣化學生群體,強化教育資源投入,從而有效規避思維鴻溝的風險。另外,基于個體評測數據生成學生的計算思維畫像,為鄉村教師開展數據驅動式計算思維教學評價提供參考。

(三)要素優化:探索鄉村學生計算思維在地化教育生態

鄉村教育蘊含豐富的鄉土元素和獨特的資源稟賦。把握鄉村學生計算思維培養的鄉土內生性,以鄉村計算思維教育在地化為依托,統整鄉村教育資源,融通在地化的計算思維課程內容,增強學生計算思維的在地化情境體驗,可有效規避鄉村教師專業發展的孤島效應,形成融合培養不同學科計算思維的教育生態。

首先,優化鄉村教師培養,為鄉村計算思維教育實施提供源泉活水。一方面,優化鄉村教師供給。依托“碩師計劃”“特崗計劃”“援教計劃”“優師計劃”等鄉村教師定向培養政策,高校應當將教師計算思維理論和實踐融入培養方案,并在不同學科教學課程中引導師范生將計算思維深度融合于本學科實踐過程中,培養具備計算思維基本素養的鄉村定向教師。如在“現代教育技術”必修課程或“STEM教育”“人工智能教育應用”等選修課中引入計算思維新單元,以供師范生研修實踐。另一方面,優化鄉村教師專業發展。構建鄉村教師計算思維工作坊和校內跨學科教學實踐“雙端”共同體,為鄉土場域內教師提供教學交流與分享平臺。研究證明,通過計算思維工作坊開展教師培訓,教師的計算思維教學能力在短期內能夠顯著提升〔24〕。

其次,優化鄉村課程資源,充足可用的課程資源也是教師開展教學的支持條件,鄉土課程和鄉土教材可作為鄉村計算思維教育在地化的重要資源載體。鄉村學校可在在地化理念支持下,基于現有鄉土課程將計算思維概念或實踐活動嵌入課程設計方案,力求計算思維成為新鄉土課程開發的基本評價維度。同時,整合隱性和顯性的本土教育資源,結合對計算思維表征維度的分解開發鄉土教材,重點關注不同維度與教材不同章節的契合性與各自的靈活性,在差異化的學科教材中采用隱性浸潤式、單元化合式、活動嵌入式等多種融合手段,形成優質化與在地化的鄉土教材。例如,STEM課程與培養學生計算思維互利共生〔25〕,并且鄉村蘊含著開展STEM教育的學科資源〔26〕,鄉村學校可以以學生計算思維發展為目標,促進STEM課程的鄉土實踐。在鄉土元素和STEM課程加持下,鄉村計算思維的教育價值將不斷提升。另外,以鄉村“雙減”實施后的課后服務為契機,用好國家中小學智慧教育平臺,有的放矢開展計算思維教育實踐。平臺現已建成10個育人資源的優質板塊,同時覆蓋國家博物館以及清華大學、北京大學等知名高校線上博物館資源。教師可以突破鄉村教育資源匱乏的藩籬,利用平臺的豐富資源開展課后服務,助力學生對科普知識和計算思維跨學科知識的學習。

最后,優化教學實施過程。除信息科技教師外,其他教師應關注本學科和信息科技學科的新課標,深刻體悟本學科核心素養,參考計算思維整合框架,結合鄉土元素發掘學科教學過程中蘊藏的計算思維素養。例如,針對語文、英語、政治等學科的閱讀寫作模塊,教師可鼓勵學生解構文章,練習計算思維所蘊含的分解和抽象技能;地理教師可通過講解本地區特有的地形地貌特征,讓學生手繪地形圖,鍛煉建模技能;生物教師可結合當地水資源環境建設設置相應問題,鍛煉學生問題解決能力。除此之外,還應關注鄉村學生計算思維發展的學段差異,小學低年級側重任務的趣味性和生活化,如分解動物身體部位、識別肢體特征、對動植物進行歸類等。小學高年級學生可以利用相關計算思維工具開展實踐,如教師課堂教學中使用思維導圖總結課程知識、利用Scratch軟件編寫二十四節氣小游戲等。中學生則可以借助鄉村環境的真實案例,鍛煉和發展學生的邏輯思維和創新能力,如讓學生收集空氣質量數據分析鄉村生態環境保護問題、使用各種工具設計民俗產品等。另外,值得注意的是,以往城市地區計算思維教學實踐中產生了大量支持工具和教學模式,如Tynker、Alice、ToonTalk、WPBL、APT教學模式、“輕游戲”教學模式等,教師在鄉村計算思維教學實踐中對工具的選取和模式的應用,應當避免“向城性”的價值取向,綜合鄉村學校現有基礎設施和資源條件進行理性選擇。