编程课程实践中计算思维教学微生态剖析

冯薇

摘要：本文从计算思维和教学生态两个核心概念入手，界定主题中计算思维教学微生态的研究范畴，并从不同学段的学生特征、教学形态，分析计算思维有效教学的特征及其与编程课程间的联系，再通过校内外编程课程教学生态对比，总结现有编程课程的校外教学生态优势和校内教学生态问题，针对计算思维培养的有效教学，对校内常态的编程课程教学提出可行的优化方向。

关键词：计算思维;教学生态;信息技术;教学实践

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2020）21-0090-03

随着“信息原住”一代成为当今主要的受教育对象，信息技术学科教育重心经历了由原来的重“技能”发展到后来的重“应用”再发展到当下的关注“素养”的演变。如今，对“计算思维”的培养已成为信息素养养成的核心议题。然而，从系统的视角剖析计算思维的培养，则必须剖析在实际的编程课程中其教学生态的建构形态。

● 核心概念界定

计算思维就是运用计算机科学的思维方式及基础概念进行问题求解、系统设计，以及像计算机科学家一样理解人类行为的等一系列涵盖计算机科学的思维活动。其本质上是人们理解自然系统与社会系统的思维方法和思维活动，是使用科学工具进行抽象模拟以寻求问题解决最优化方案的系统过程，从实践上来看，其包括组织、分析、简化等基本过程。

教学生态即将教学放在自然、社会、规则等特定环境中，研究人的生理、心理等的各种生态因子与教学要素之间的相互关系，此为宏观上的教学生态。而本文重点立足于基础教育阶段信息学科的编程教学实践，探讨以此为限定环境的微观教学生态的构成要素和优化设计。

● 计算思维教学生态与学习者特征

如今，对计算思维的培养，逐渐受到学校教育和家庭教育的重视。计算思维的培养可起始于学龄前的幼儿，且其知识的生命力和延展性极强，可渗透并贯穿至所有学段，甚至各个年龄层。但由于学生的认知水平和认知心理特征迥异，其适应的知识内容、工具载体和活动形式也各不相同，所以不同的学段对计算思维培养设置的教学项目各有针对性，具体如下页图1所示。其中，编程课程是计算思维培养的核心和基础，而机器人、创客类项目等则是计算思维培养的扩展外沿维度。

1.学前期的计算思维教学形态

学前期的儿童其认知主要特征为：通过五感来整体感知世界，借助图形图像来认识世界。因此，这一阶段教学设计思路主要是：借助结构化积木作为计算思维的教学工具载体，以物体造型和搭建为主要教学内容。描述和构造物体是这一阶段的主要成果。这一阶段教学对计算思维培养的目的主要是：辅助学前儿童初步形成对事物实体或事物信息的物理组织及语言组织的能力，为儿童今后能在STEAM理念下的综合教育中顺利入门打下思维基础。

2.小学期的计算思维教学形态

小学期的学生其认知主要特征为：逐渐能够更加准确、完整地感知事物各部分，并且是将具体形象思維向抽象逻辑思维过渡的重要转换期，但其完成转换的依据仍主要是凭借自身的直接经验。因此，这一阶段教学设计思路主要是：引入结构图形化编程的学习项目，利用图形化结构编程软件来学习编程思维的入门。图形化结构编程在计算思维教学中的优势在于，避免枯燥的编程语法知识细节和由此相关问题产生的程序运行错误，主要关注对编程基本组成要素的理解，以及建立现实世界与程序之间的联系。完成简单的具有特定自预设目标的图形程序设计作品是这一阶段的主要成果。这一阶段教学对计算思维培养的目的主要是：学会分析现实世界，简化核心要素，辅助抽象思维的转化，降低编程教学的入门门槛，保持学习兴趣和成就感，激发学习动机，并为正式进入高级语言编程的学习做理论知识的思维性铺垫。

3.中学期的计算思维教学形态

中学期的学生其认知主要特征为：个体逐渐把形式和内容区分开来，出现了要求系统地解决问题的形式运算思维，能够提出假设，并通过逻辑推理和逆向思考进行验证，显现出较高的“归纳-推理”能力。同时，元认知能力也显著发展，它可以指导和调节人的认知过程，选择有效认知策略并控制执行的过程，即在具体学习过程中学生能够对行为和学习对象的内容、方法、时空以及结果的程度和效果等因素产生明晰的自我体验和自我意识。因此，这一阶段教学设计思路主要是：开启正式高级语言编程的学习项目，通过高级语言的程序设计完成图形化编程与高级语言编程的衔接过渡，并在学习高级编程语言基本语法的基础上，向算法和数据结构做提升，形成效率优化意识。能够按程度完成限定高级语言种类的、给定任务主题或问题条件以解决问题为目标的标准化编程任务题/项目，并能够在程序设计中体现算法和数据结构的设计思维，是这一阶段的主要成果。这一阶段教学对计算思维培养的目的主要是：能将对具体问题的分析转换为程序的数据建模，以及在对程序的设计中运用递归、回溯等算法和数据结构的方法优化解决问题的效率，并培养学生持续的专注力和坚忍不拔的毅力。

将上述在实践中所表现的，按学段对应培养计算思维各基本过程，归纳如图2所示。计算思维的各细化维度不是互相独立的，而是有着积累性、延续性、迁移性的联系，在编程类课程中都能得到有效培养。在实际教学中，对各项细化的计算思维能力的培养不一定严格遵循学生的实际生理学段，也可根据个体认知情况和潜能表现的差异进行个性化的调整和定制。

● 校内外编程课程的教学生态对比

校内外编程课程的教学生态对比信息汇总形成下表，藉此分析、整理，来挖掘现有编程课程的校外教学生态优势和校内教学生态问题。

根据对学生特征、教学形态和校内外教学生态对比的分析，可将结论归纳如下：

1.计算思维有效教学的特征

计算思维的培养受学生的自身认知水平和特征的影响显著，需有针对性地因材施教。同时，计算思维的细化维度之间有着积累、延续、迁移的联系。因此，考虑计算思维的有效教学，其教学的持续性、系统性必须得到充分重视。同时，编程课程是计算思维培养的核心，也是必要且有效的途径。

2.校外教学的优势来源

校外信息技术学科教学优势主要在于技术平台的支持，改善教学活动的时空限制，拓宽学生可获取资源的来源，并保障其质量，可以较大程度地满足学生个性化的计算思维培养。

3.校内常态教学存在的问题

通识常态教学中的计算思维教学整体薄弱，而专项常态教学中的计算思维教学还需优化、提升，通识教学与专项教学间的过渡、衔接被忽视，其问题的根源在于教学时空、资源限制所致的教学持续性、系统性缺失和学生自主性、个性化的弱化。因此，笔者以计算思维培养的有效教学为目标，对校内常态编程课程教学实践进行优化，思考方向如下：①建立学生成长记录数据档案;②善用技术平台作为常态教学的辅助;③精细化教学设计和微课程设计，筛选积累高品质教学资源作为课标教材和专项教材的补充;④校企合作，善用大量数据进行学习评价和教研分析。

参考文献：

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[2]张立国，王国华.计算思维：信息技术学科核心素养培养的核心议题[J].电化教育研究，2018，39（05）：115-121.

[3]奚宁.基于Scratch的中小学编程课程实践探究[D].石家庄：河北师范大学，2018.

本文是福州市教育科学研究“十三五”规划2019年度课题项目“思维建模在中学信息技术教学中的设计与应用研究”（项目编号：FZ2019ZX063）阶段性成果。