基于OBE理念的現代教育專業學生計算思維培養探索與實踐

李行 莫秀錦

關鍵詞：OBE理念；師范生；計算思維；數學思維

我國《新一代人工智能發展規劃》指出，為了滿足人工智能技術飛速發展帶來的相關各層次崗位的增長需求，需要積極推進與實施全民智能教育項目，同時需要在中小學階段開設人工智能及編程教育相關課程[1]。在2022年發布的《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱新課標）中，將傳統的信息技術課轉變為了科技課，更注重信息學科關鍵能力和思維意義等素養的培養[2]。多鯨教育研究院發布的《2024少兒編程教育行業發展趨勢報告》中提到，2023 年少兒編程市場規模約為420億元，但編程教育的師資來源問題一直是行業一大痛點[3]。少兒編程的培養目標是注重培養青少年的計算思維以及用數字化的方法和手段解決實際問題的能力。由此可見，中小學信息科技教師的職業能力需求有了順應時代發展的變化，研究將基于此展開分析研究及探索實踐。

1 OBE 理念在中小學信息科技教師培養中的重要性分析

1.1 OBE 理念的核心思想與特點

成果導向教育（Outcome-Based Education，簡稱OBE） 是一種以學生的學習成果為導向的教育理念，采用反向設計方法[4]。在這種人才培養模式下，需要從用人單位對崗位的需求出發，明確培養目標，構建課程體系及設計教學模式，保證教學活動為學生的發展服務。OBE的核心理念是，注重學生的學習成果，而不僅僅是考試成績。這種學習成果包括理論與實踐的結合，以及培養學生思維能力與解決問題的能力，以滿足崗位需求。

1.2 中小學信息科技教師的職業需求變化

通過研究新課標的要求，周孟楠[5]將信息科技教師的職業核心素養分為學科素養、教學素養、職業素養。邵繪宇[6]等研究者也根據新課標總結出了新的要求，為明確培養方向提供了有益參考。

從2019年起，廣西教育學院的現代教育技術專業通過與行業教師、中小學校實習基地、校外培訓機構、畢業生等多方溝通，明確了現代教育技術專業的職業定位是符合人工智能時代發展需求的中小學信息科技教師及少兒編程培訓機構教師。基于這個定位，人才培養需要從三個方面進行變化：一是課程體系要符合職業所需的知識與技能；二是實踐能力要符合職業的工作要求；三是能力的發展要與行業的變化趨勢相適應。

1.3 計算思維培養在職業能力中的重要性

計算思維主要通過計算機科學來開展相關思維活動，包括問題求解、行為理解和系統設計等。在新課標中，計算思維是四個核心素養之一，而其他三個核心素養與計算思維緊密相關。計算思維的三種思維活動——問題求解、行為理解和系統設計，基本上對應了三項核心職業能力。通過培養計算思維，可以提高學生邏輯化思考問題的能力（問題求解）、設計程序系統解決問題的能力（系統設計）以及理解、闡述及教授程序的能力（行為理解）。因此，計算思維的培養在現代教育技術專業學生的職業能力培養中具有重要地位。

2“ 任務—引導—實踐—評價”閉環能力培養模式探索與實踐

2.1 OBE 理念下的人才培養模式改革內容

基于OBE理念，廣西教育學院現代教育技術專業針對職業需求變化進行了三項改革。

1） 在課程體系中增設了機器人搭建教學設計與實踐和圖形化編程教學設計與實踐兩門課程。機器人搭建教學設計與實踐課程著重培養學生在樂高搭建型積木組裝與編程方面的教學設計和實踐能力，與中小學的機器人科技課、樂高搭建編程課程及相關競賽對標。圖形化編程教學設計與實踐課程則注重培養學生在“編程貓”圖形化編程方面的教學設計和實踐能力，與中小學信息科技課的圖形化編程內容以及相關編程競賽對標。

2） 大力加強學生的實踐能力培養，成立工作室并開展各種實踐活動。工作室通過多種渠道開展業務，包括派學生參與校外培訓機構的教學與競賽活動，參與中小學的校本課程教學以及自主組織開設興趣班授課等。這些活動讓學生真正站在講臺上擔任教師角色，有效鍛煉了他們的實際教學能力。此外，工作室的經濟收益與學生的能力和績效掛鉤，為學生提供了多方面的激勵。

3） 積極參與相關競賽，包括自治區級師范生教學應用大賽、自治區級師范生創客教育大賽、全國大學生信息技術應用創新與實踐大賽等。通過參賽活動，學生能夠調動各種資源，全面培養課程設計能力、作品設計能力、多媒體信息處理能力、創新能力和團隊協作能力。在這些賽事中，學生均獲得了較好的成績。

2.2“ 任務—引導—實踐—評價”閉環能力培養模式

通過對OBE教育理念內涵的剖析和探究，構建并實踐了“任務—引導—實踐—評價”閉環能力培養模式，如圖1所示。

在新的培養模式中，“任務”不再是單一的作業或考試，而是基于職業需求場景提出的實踐性任務。“評價”也不再僅僅關注成績，而是建立了一個多維度評價系統，對任務完成過程和結果進行評價。這樣，在學生、教師的引導下，形成了一個大閉環，“引導”和“實踐”也形成了小閉環。這些實踐活動以學生為中心，通過教師的引導，逐步展開。每一步都在反饋中引導學生逐漸接近任務目標，這種螺旋上升的過程將支撐最終的評價。針對不同的教學與實踐活動，培養模式的每一步都有不同的內涵和操作，如表1所示。

為了培養學生的計算思維能力，以滿足信息科技教師職業對計算思維的要求，學生需要理解、掌握和運用計算思維來解決問題。在新的課標中，計算思維活動被分解為抽象、分解、建模、算法設計等思維活動。具備計算思維的學生能夠通過模擬、仿真和驗證來解決問題，反思和優化解決方案，并將其應用于解決其他問題。在教學和實踐過程中，按照這些環節進行學習和操作，將培養學生的計算思維能力。

同時，數學思維是計算思維的基礎，培養數學思維也是少兒編程教育中的重點。將數學思維融入編程課程設計中，使學生具備將數學思維與計算思維融合的職業能力，以滿足對學生職業能力培養的進階要求。

在上述提到的三種教學和實踐活動中，特別是基于任務的教學要求和程序設計類任務，教師將引導學生將計算思維活動分解為不同的維度，并嘗試將其與數學思維聯系起來。這樣做可以將復雜的思維能力培養簡化為不同的維度，并進行具體的訓練和培養，如表2所示。

2.4“ 任務—引導—實踐—評價”教學案例

在任務環節中，為了滿足工作室開設的周末興趣班學生和家長的要求，圖形化編程課程的教學內容需要具備一定的數學思想，并且具有趣味性。因此，設定的任務是設計并教授興趣班的學生使用圖形化編程軟件制作“數學游戲”程序。

在引導環節中，首先進行教學內容準備，教師和學生一起分析流行的數學游戲，確定設計的數學游戲是“猜密碼”。然后，共同對程序進行分解，將程序分解為界面設計與人機交互模式、密碼生成算法和程序判定算法三個部分。其中，密碼生成算法根據不同的數學原理形成至少三種算法，并選擇最優算法。同時，要注意如何將程序判定規則抽象為數學表達。最后，編寫各模塊程序，并進行系統融合。

其次，在教學準備階段，教師明確教學目標，聽取學生模擬授課，并給予反饋意見。最后，在教學實施階段，學生利用周末時間上臺進行授課，給興趣班的初一學生進行教學。課后，教師聽取興趣班學生和家長的反饋意見，給學生進行復盤總結，并引導學生提高教學能力。

在實踐環節中，教學內容準備階段，學生查找資料，共同討論教學內容，并根據程序的分解模型，在分工合作的基礎上，運用計算思維和數學思維設計算法并實現程序。教學準備階段，學生運用教學法思想分析教學對象、教學內容以及其中蘊含的計算思維和數學思維，設計教學流程和教學活動，并進行模擬教學，在反饋中優化教學設計。教學實施環節，學生運用自己的教學能力組織教學，實現教學環節，達到教學目標，并根據反饋進行自我總結，提高自己的教學能力。

在評價環節中，主要評價指標是興趣班課程的教學效果。通過溝通交流、調查問卷等方式評價學生的教學效果。若評價合格，上課的小老師和助教同學將獲得課酬。另外，還會評價任務完成過程中學生的編程能力、教學設計能力和教學能力，并形成小環節的反饋，推進學生的進步。最后，學生完成興趣班的授課任務后，也能獲得第二課堂的學分。

3 總結

自2019年以來，廣西教育學院現代教育專業進行了基于OBE理念的人才培養模式研究與實踐，并取得了良好的培養成果，共為中小學生進行授課超過400 次，受益中小學生達到6 000人次。參加相關競賽獲得區級以上獎項二十余項。每屆畢業生都能向校企合作的培訓機構輸送人才，并有30%的畢業生進入中小學校從事信息科技相關工作。

“任務—引導—實踐—評價”模式是基于OBE理念研究和實踐的教學模式，符合教育技術專業的特點，并且對其他專業的人才培養也具有借鑒意義。在實施過程中，要堅持面向能力培養的理念，以學生為中心，通過多維的評價體系進行反饋，及時調整具體的教學策略，確保能力的培養和輸出。