新課標背景下小學生計算思維學習進階的構建研究

摘要：《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》將計算思維作為信息科技學科的核心素養之一，并按照不同學段制定了不同的學習目標與具體學業成就表現，提出要關注學生的認知發展過程。學習進階作為國際教育領域的重要課題，可以刻畫出學生的思維發展過程，呈現出不同階段學生應達到的水平，為教育者提供明確的教學目標和進階路徑。因此，構建小學生計算思維學習進階可以刻畫小學生計算思維發展過程，更好地促進計算思維的培養。本研究主要運用文獻分析法等研究方法，通過對國內外文獻和國內外課標的梳理，根據學習進階的構成要素，從進階維度、成就水平和進階終點三個方面構建了計算思維學習進階，以期促進計算思維的培養。

關鍵詞：新課標；小學生；計算思維；學習進階

中圖分類號：G434" 文獻標識碼：A" 論文編號：1674-2117（2025）05-0000-04

在人工智能時代背景下，隨著新興技術的迅猛發展，人們的生活發生了顯著的變化。為了適應社會變革，提高國家競爭力，必須加強對學生計算思維的培養。

《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）提出要培養學生核心素養，將計算思維作為信息科技學科的核心素養之一，并按照不同學段制定了不同的學習目標與具體學業成就表現，提出課程內容要關注學生的認知發展規律。而學習進階旨在描述學生的思維發展過程，因此，構建小學生計算思維學習進階可以使教育者和研究者更深入地理解學生的學習過程，培養學生計算思維，從而制訂更有效的教學策略，提供明確的教學目標和進階路徑。

研究背景

1.計算思維是人工智能時代學生必備的核心素養

在人工智能時代，人們的生活、學習和工作方式正在以前所未有的速度改變，在此背景下，計算思維已成為學生必備的核心素養，它對于提高學生的邏輯思維能力、問題解決能力、創新能力和跨學科學習能力具有重要意義。教育部頒布的《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》提出要培養學生信息科技核心素養，其中計算思維是重要的核心素養之一，課標還按照不同學段制定了不同的學習目標，提出課程內容要關注學生的認知發展規律。

2.學習進階是刻畫學生思維發展過程的重要途徑

學生的認知發展過程是一個復雜的過程，如何細化學生的認知過程呢？“學習進階”（learning progressions，簡稱LPs）可以描述學生在較長的時間跨度內認知是如何發展的，進而刻畫出學生的思維發展過程。學習進階為教育者提供了明確的教學目標和進階路徑，有助于他們合理設計教學活動和安排教學進度。

3.學習進階助力計算思維的培養

學生的計算思維學習進階可以描述出其不同階段的計算思維發展過程，有助于教育者和研究者更深入地理解學生計算思維的變化過程，從而制訂更有效的教學策略，促使學生持續發展。

概念界定與理論基礎

1.計算思維

2006年，周以真教授最早提出了計算思維，她認為計算思維是解決問題的過程。此后，計算思維受到了國內外的廣泛關注，各國學者都對計算思維展開了研究。

計算思維的概念從不同角度理解是不一樣的，但本質都是在解決問題的過程中將問題分解、抽象建模，并設計算法尋求最佳解決方案的思維方法與活動，是利用計算機科學來進行算法、自動化、評估、建模與仿真、抽象、概括的能力。本研究認為，計算思維是運用計算機科學的方法解決問題的過程，這一過程涉及問題分解、抽象建模、設計算法并尋求最佳解決方案的思維方法。

2.學習進階

學習進階的概念最早起源于美國，美國國家研究理事會（National Research Council，簡稱為NRC）針對教育中知識寬泛卻不深刻的問題頒布了新的國家科學教育標準，進行了教育改革，并提出了學習進階概念，將學習進階定義為在一段時間內，學生在學習或研究某一主題時呈現出的思維發展路徑。同時，根據學生年級的增長加深了課程內容，使得知識結構連貫，符合學生認知發展特點。

從概念角度理解，學習進階是學生在學習同一主題的概念時所遵循的連貫的、典型的學習路徑。從思維發展角度來看，學習進階是描述學生對某個主題連續的、更加熟練的思考方式。根據對文獻與課標的梳理，學習進階的定義主要分為方法說、過程說、假設說等。本研究將學習進階定義為在較長的時間跨度內學生的思維發展過程。

3.理論基礎

皮亞杰提出，個體自出生后在適應環境的活動中，對事物的認知及面對問題情境時的思維方式與能力表現，會隨年齡增長而改變。其認為兒童的認知是在已有圖式的基礎上，通過同化、順應和平衡等機制，不斷從低級向高級發展的一個建構過程。

皮亞杰認為兒童的認知發展可以分為四個階段，分別是感知階段、前運算階段、具體運算階段和形式運算階段。感知階段（0～2歲）：兒童通過感知和動作與外界發生作用，主要認知結構是感知運動圖式；前運算階段（2～7歲）：兒童的思維具有符號性，能用表象和言語表征世界，但思維仍具有直覺性、自我中心性和不可逆性；具體運算階段（7～12歲）：兒童的思維開始具有較大的變易性，出現了可逆性，能解決守恒問題，能憑借具體事物或形象進行分類和理解邏輯關系；形式運算階段（12～16歲）：兒童的思維已能擺脫具體事物的束縛，進行抽象的邏輯思維，能運用符號進行命題演算和邏輯推理。

小學生計算思維學習進階的構建

學習進階的構成要素包括進階維度、進階終點、成就水平、表現期望和測評工具。筆者基于結構中心設計原則，根據學習進階的構成要素構建小學生計算思維學習進階。通過系統地回顧國內外課程標準及相關文獻，構建小學生計算思維學習進階，描繪小學生計算思維的發展軌跡，使課程與教學更關注學生計算思維發展軌跡。

1.國內外課標分析

在美國、英國、澳大利亞等國家，計算思維已被納入義務教育課程標準，并根據不同年級學生的特點設定了相應的計算思維目標。國外課標普遍傾向于認為計算思維是解決問題時的思維活動。新課標也根據不同階段學生計算思維水平設置了學段目標，并將計算思維定義為問題解決過程中的思維活動，其中包括抽象、分解、建模等。

多數國家的課標傾向于將小學階段劃分為三個學段，主要從問題分解、算法設計、抽象思維等方面對計算思維目標進行劃分，要求學生掌握用算法思維解決實際問題的能力，擁有算法結構的理解能力。基于上述背景，本研究旨在探討計算思維在解決實際問題過程中所需掌握的各項技能，包括問題分解、算法設計、抽象思維等，重點分析計算思維所包含的多種技能。

2.進階維度的提取

進階維度是核心概念包含的子概念，即學生計算思維涵蓋的橫向維度，通常通過學生橫向進階維度上的發展來了解其學習進階路徑。本部分的主要任務是提取計算思維進階維度，明確計算思維的組成部分。

通過梳理與分析國內外課標及相關文獻，筆者發現計算思維通常被理解為在問題解決過程中所需的一系列技能，其中，抽象、算法、模式識別和分解四個維度的出現頻率較高。基于此，本研究聚焦于從問題解決過程中的技能層面進行深入的維度提取。Selbyamp;Woollard的“五要素”與新課標中對于計算思維的定義有較高的契合度，并提供了一個清晰的技能分解框架。因此，本研究采納Selbyamp;Woollard的“五要素”作為構建自身進階維度的基礎，如圖1所示。

3.成就水平的劃分

成就水平是指隨著學生學段的增加，其思維方式的發展變化，是學生在各個進階維度下的思維發展過程。本研究主要參考各國課標對計算思維教育目標的規定，基于皮亞杰的認知發展理論與SOLO分類理論，確定了計算思維發展變化的階段，具體如圖2所示。最終對確定的進階維度，提取不同階段的內容標準，并構建出成就水平模型以及每個層次上對應的學生具體行為特征。

小學生計算思維學習進階的驗證

本研究通過構建進階維度與成就水平，最終構建了小學生計算思維學習進階，描繪了小學生在計算思維發展過程中的成長路徑。在此基礎上，通過德爾菲法和訪談法對小學生計算思維學習路徑的科學性和適用性進行了評估與調整，重點探討了學習進程中的發展階段劃分、最終目標設定及各階段預期達成的能力水平是否恰當，同時，修正了學生在各個水平上應表現出的具體能力描述。通過對訪談記錄進行多層次編碼分析，進一步優化和完善了小學生的計算思維學習進階體系。最終，確立了小學生計算思維發展路徑，具體內容如上頁表所示。

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