中小学计算思维教育辨析与思考

摘要：计算思维教育受各界关注，信息技术课程标准倡导采用项目化学习提升计算思维等信息素养。本文结合具體实践过程，对计算思维的概念及其发展，以及在信息技术学科教学中如何让项目式学习促进计算思维发展进行了梳理和辨析，并通过呈现项目式学习的关键过程，探讨发展计算思维的教学途径和方式。

关键词：项目式学习;计算思维;信息素养

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2022）05-0005-03

根据计算思维发展的研究，1980年前的国际数学期刊中曾出现了“计算思维”。由于数学是计算机的基本逻辑，计算机的发明本质就是拓展人类的数学能力，所以数学学科和计算机共同生长了半个多世纪。1980年，麻省理工学院的西摩·帕尔特教授第一次在“计算机”背景下提出“计算思维”。2006年，卡内基·梅隆大学的周以真教授认为，“计算思维”是运用计算机科学的基本理念、技术、方法，解决现实问题的一种思维活动。2008年，周以真教授进一步指出计算思维是一种分析思维，在不同阶段、面向不同问题、确定不同策略等方面包含了数学思维、工程思维、科学思维及其他思维活动。2011年她又进一步阐明，计算思维是“一个形成问题和制定问题解决方案的思考过程，这些解决方案所采用的形式是一种能够通过信息加工代理有效执行的表达形式”。可以看出，计算思维不仅是多种思维的综合应用，还是计算机的综合应用和计算机环境的创新应用。计算思维经历近80年的发展，跨越了数学学科，跨越了计算机学科，与理论思维、实验思维共同组成人类三大科学思维。

● 计算思维教育

1.计算思维教育现状

从规模化来看，随着2006年“计算思维”概念的正式提出，计算思维教育受到了各国教育界的高度重视。在国内，在义务教育领域，由于国家课程标准中没有信息技术学科，笔者对比了《江苏省义务教育信息技术课程指导纲要》试行版（2012年）和修订版（2017年），试行版描述了计算思维的相关内容，并没有提出“计算思维”教育，而修订版不仅明确提出培养计算思维，还提供了具体内容和目标。这种变化来源于信息技术学科发展的必然趋势，源于普通高中信息技术课程标准的颁布以及江苏作为教育和经济发达地区自我发展的需要。

从教育教学来看，新的理念、新的课标、新的教材支撑着中小学信息技术课堂的全面改革，项目式学习、跨学科学习为主的教学方式正被应用到现实的课堂中，计算思维等信息素养正体现在具体的一个个学习活动、任务和项目中。

2.计算思维教育存在的问题

根据文献研究，刘敏娜等认为：计算思维教育内容边界不清，层次不明;学习结果评价重计算原理，轻思维技能;课堂环境下的实证研究亟待加强;缺乏在人文学科领域中的研究;急需提升教师的计算思维教学能力……张进宝等认为：课程与教学难成体系;实践与研究脱节难克服……

● 项目式学习赋能计算思维教育

《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》指出：计算思维是指个体运用计算机科学领域的思想方法，在形成问题解决方案的过程中产生的一系列思维活动。在利用计算思维思考、分析、解决问题的过程中所表现出“形式化”“模型化”“自动化”“系统化”，也是对计算思维两大核心特征——2A（Abstraction抽象和Automation自动化）的具体化和丰富。

1.项目式学习为计算思维发展提供全面支撑

项目式学习是让学生参与到基于项目的探究中学习，其过程是引导学生针对一个真实的情境，提问和精炼问题、进行观点争辩、做出假设、设计步骤或实验、收集及分析数据、得出结论、与他人交流自己的观点和结论、提出新问题以及创作作品等。因此，项目式学习是真实的学习、解决实际问题的学习、多种思维混合活动的学习，其目标和计算思维一致。

2.项目式学习促进计算思维发展的具体策略

（1）真实情境映射出的信息社会生活性策略

预设情境是常见的教学方法，但倾向于为教育目标预设，甚至在教学中过分依赖教育目标，忽视思维的发展。而真实情境不只是情境的创设，而是真实情境中的综合境况，更能联系生活实际激发学生的思维活动。例如，创造一个解决某问题的装置，可以网上购置（借用等非创造）、应用零件创造。虽然我们的学习目标是创造，但不能忽略非创造类的思维活动，因为它也是解决真实问题的方法之一，甚至是最直接高效的方式。所以，解决现实问题往往有多种角度，每个角度可能还有多种方案。教师需要抓住每个可能发展计算思维的良机，也许花费不长时间，但不能缺失。

（2）驱动性问题映射出的信息技术工具性策略

驱动性问题是覆盖项目目标、连接项目各活动的总问题，能组织、驱动和维持活动、探究与教学。信息技术工具并不只是指处理信息的工具，还体现在思维的工具性、活动的工具性、创造的工具性、评估的工具性上。例如，在提出实施方案时应用思维导图工具，体现思维的逻辑和组织;而应用社交软件组织线上线下活动，体现活动的组织和开展;在解决具体的数据问题时，根据生活经验，类似抽象的事物，如温度、速度、亮度等进行创造;在进行项目评估时，仍可采用不同软件收集数据，研究分析。信息技术工具性策略实现了对问题元素的“形式化”，不同元素“形式化”的组合在本项目中逐步形成“模式化”，当然“形式化”和“模式化”还有更丰富的内涵。

（3）项目实施映射出的解决方案系统性策略

项目实施是项目式学习的主要过程，不仅要体现技能的提升，更要在计算思维发展上有新突破。不能把计算思维局限于编程、算法，要尝试体现“自动化”和“系统化”。解决方案一般包括多个子项目，若要把这些子项目联系起来，就要把不同“形式化”的元素进行编码、计算，能按一定逻辑正确执行，这就完成了“自动化”，多个任务的“自动化”在项目中就形成了初步的“系统化”。结合项目的实施实现系统性建构知识、提高能力、发展思维。

（4）项目评价映射出的作品模型化策略

在常见的项目式学习中，作品成型阶段注重的是作品的功能是否完整、设计是否科学;通过分享演示、反思活动来进行螺旋提升，聚焦仍旧是项目本身。而从计算思维教育角度来看，在解决问题的过程中，需要形成方案，这个方案不是项目本身，而是映射到生活中的同类问题中。教师可根据本项目中计算思维发展的空间，引导学生继续提炼、抽象，提出解决同类问题的基本方案或模式。把“形式化”和“模型化”提高一个层级，如未知事物的检测、未知风险的检测与预防等。

● 关于计算思维教育的思考

1.计算思维教育需要进一步丰富

信息素养的培养与发展自始至终伴随着学生素养的发展。新修订的普通高中各学科课程标准中均包含了应用信息技术的相关内容。我们有理由相信，随着项目式学习和跨学科学习在各学科中的开展，以及信息技术的广泛应用，计算思维教育的内涵和外延会更加丰富，而学生计算思维的发展还有待于全体教育工作者的共同努力，这也对教师提出了更高要求。

2.项目化学习价值需要进一步挖掘

上海市教委出台的《义务教育项目化学习三年行动计划（2020—2022年）》提出，以培养学生解决真实问题能力为主要目的的“项目化学习”将会成为教育的“新常态”。这是一种以创造性问题解决能力为导向，以项目化学习的实践和研究为着力点，以活动项目、学科项目、跨学科项目为载体的全新教学方式变革。当前，项目式学习在信息技术环境中广泛应用，信息技术的参与将带动计算思维等信息素养的发展，项目式学习也将赋能计算思维教育高水平发展。

3.计算思维的评价需要进一步探索

国际教育技术协会（ISTE）将计算思维划分为创造力、算法思维、批判性思维、问题解决、合作及交流技能，认为计算思维能同时反映以上五种技能，这些技能在相互联系、共同作用时，就体现了计算思维水平。白雪梅、顾小清等在此基础上优化了量表，以1015名中国中学生为研究样本收集数据并研究。数据分析结果显示，该计算思维量表具有良好的结构效度和信度，可以用来测量中国K12阶段学生的计算思维水平，但一线教师更愿意对照国家课程标准的评价方式来进行。可以看出，教育者对评价的立场不同、功能不同，采用的方式也不同，所以还需要更多教育专家、教师继续探索。

4.计算思维教育需要时代特征和全球视野

北京大学李晓明教授曾强调：计算思维应当作为通识教育的一部分，这样才能让我们更好地理解现在的信息社会。这些“理解”，不是实用性，而是基础性。因此，笔者认为，信息技术项目式学习中的驱动问题、真实情境、合作、线上线下、分享等特征或过程为计算思维教育注入了生命力，让学生更真实地理解信息社会。计算思维作为科技人才创造力的重要标志，必将为实现“两个一百年”奋斗目标提供重要保障。

参考文献：

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本文系江苏省管雪沨网络名师工作室、江苏省“十四五”教育规划课题“小学人工智能教育的项目化学习体系建构和实施策略研究”（编号：D/2021/2/148）阶段性成果。

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