信息技术新课标实施语境下计算思维培养问题的认识与回应

摘 要：《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》首次提出了计算思维，并将其作为信息技术学科本质性思维和学科核心素养之一，表明了计算思维具有重要的教育价值。本文依据新课标中计算思维的内涵、表现形式、水平标准，提出计算思维教育实施过程中存在的三个问题，并对三个问题分别进行描述、分析和回应，希望能够帮助学校和教师从新课标本身出发来发现问题，分析问题，破除迷思，为计算思维的培养扫除障碍。

关键词：新课标;计算思维;信息技术

作者简介：徐凡（1974—），男，江西省教育厅教学教材研究室，高级教师，硕士研究生学历。

计算思维在《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》（以下简称“新课标”）首次被正式提出，明确在中小学培养。作为一种解决问题的重要能力，计算思维被认为是与阅读、写作、计算同等重要的基本技能。

此前学校的教育体系并未建立国家规定的、系统的、专门的计算思维教育，新课标的颁布，标志着作为学科核心素养之一的计算思维正式进入中小学信息技术教学并普及开来，也标志着中小学信息技术学科的教学重点从信息技术常识转向学科思维、从关注工具特征转向关注学科本体。

然而，近年来社会上掀起编程教育、人工智能教育等与计算思维培养相关的热潮，奥赛、信息技术竞赛、机器人、无人机、创客等活动也把计算思维概念纳入其中。一时间，中小学生忙于校内校外的各种信息技术培训活动，信息技术课堂教学作为开展计算思维教育的主渠道地位失落了。

如上所述，在新课标实施过程中，计算思维的培養受到许多因素的干扰，教师产生了很多迷思。因此，在新课标下如何正确开展计算思维教育是学校以及教师面临的重要课题。本文从新课标本身出发，对计算思维培养过程中产生的问题进行分析和回应，旨在探寻符合新课标的计算思维培养之路。

一、新课标对于计算思维教育的阐述

新课标从定义、表现形式、能力水平三个方面对计算思维进行了完整阐述[1]。

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。这一系列思维活动包括：界定问题、抽象特征、建立结构模型、合理组织数据;通过判断、分析与综合各种信息资源，运用合理的算法形成解决问题的方案，并迁移到与之相关的其他问题解决中。

计算思维的表现形式：形式化、模型化、自动化、系统化。

计算思维的水平：

1.预备级

（1）在日常生活中，认识数字化表示信息的优势。

（2）针对给定的简单任务，能够识别主要特征，并用流程图画出完成任务的关键过程。

（3）了解对信息进行加工处理的价值、过程和工具，并能够根据需求选择适当的工具。

2.水平1

（1）针对给定的任务进行需求分析，明确需要解决的关键问题。

（2）能提取问题的基本特征，进行抽象处理，并用形式化的方法表述问题。

（3）运用基本算法设计解决问题的方案，能使用编程语言或其他数字化工具实现这一方案。

（4）按照问题解决方案，选用适当的数字化工具或方法获取、组织、分析数据，并能迁移到其他相关问题的解决过程中。

3.水平2

（1）针对较为复杂的任务，能运用形式化方法描述问题，并采用模块化和系统化方法设计解决问题的方案。

（2）正确区分问题解决中涉及的各种数据，并采用适当的数据类型表示。

（3）针对不同模块，设计或选择合适的算法，利用编程语言或其他数字化工具实现各模块功能。

（4）利用适当的开发平台整合各模块功能，实现整体解决方案。

4.水平3

（1）对基于信息技术的问题解决方案，能够依据信息系统设计的普遍原则进行较全面的评估，并采用恰当的方法迭代优化解决方案。

（2）能把利用信息技术解决问题的过程迁移到学习和生活的其他相关问题的解决过程中。

二、信息技术新课标实施语境下计算思维培养问题的认识与回应

（一）问题一：把编程学习等同于计算思维教育

1.问题描述

当下有条件的学校纷纷开展编程教育活动，校外的编程培训班如雨后春笋般纷纷涌现。大部分学校认为编程教育能让学生掌握一项技能，提高解决问题的能力;有些老师认为编程教学可以培养学生的思维能力，但却不明白编程学习的背后体现了一种什么样的思维，它能解决什么样的问题以及怎么解决问题。很多家长对此也知之甚少。这样一来，导致部分学校的信息技术课堂上充斥着各类编程语言训练、各种编程技巧和枯燥的代码操练，而忽视了其他综合能力的发展。

2.认识与回应

（1）从新课标的角度分析，信息技术整体课程从关注常识和工具转向关注学科思维和本体，并因此抓住技术背后的思维方法才是学科教育的关键。根据上述新课标关于计算思维内涵的规定，计算思维是指能够采用计算机科学领域的思想方法和数字化工具来界定问题、抽象特征、建立结构模型、合理组织数据;通过判断、分析与综合各种信息资源，运用合理的算法形成解决可计算问题方案的能力。编程虽然符合上述内涵，但它无法涵盖信息技术学科所需的思维方法，也不能代表所有的数字化工具。

（2）新课标中的计算思维水平2.4条，以及水平3.1条，涉及软件工程开发的系统化、工程化思想。这绝不是单纯的代码编程学习所能涵盖的，计算思维的培养远比编程要更深、更广。

（3）新课标中的计算思维水平3.2条，提出计算思维要迁移到学习和生活的问题解决中去。而单一的编程学习无论是在技能学习上还是在应对新的学习和生活问题上，都无法实现培养学生核心素养的最终目标。

总而言之，计算思维绝不简单等同于编程学习，编程只是发展学生计算思维的一种重要途径。

（二）问题二：把信息学奥赛等同于计算思维的教育

1.问题描述

信息学奥赛是通过竞赛形式来促进掌握计算机基础常识和使用计算机编程语言解决实际问题的能力发展，提高学生创新能力、逻辑思维、数学思维、编程能力等综合素养，从而为国家选拔更多优秀的计算机后备人才的竞赛活动。信息学奥赛更多的是将具体实际问题抽象成数学模型，以此考查学生相关的计算机素养。

信息学奥赛曾经辉煌一时，获奖学生可以保送名校无虞，自从国家推出强基计划之后，它成为考试加分选项之一。很多学校认为，组织学生参与信息学奥赛，既有可能保送名校为学校增光，又可以全面提高学生的信息技术核心素养;信息技术学科教师也认为，信息学奥赛比同样源自计算机领域的计算思维教育更深更难，奥赛教学远胜信息技术课堂教学。这种认知偏差反而造成信息技术课程在一些师生资源较好的学校得不到有效实施。

2.认识与回应

在中小学信息技术课程发展早期，信息学奥赛为提高青少年信息素养和培养国家计算机科学技术精英人才发挥了重要作用。但是，信息学奥赛面向的是学科精英，这与我国的核心素养教育的本质是有区别的。

（1）我国提出的培养学生核心素养，是面向所有学生的核心素养培养，国家教学课程体系所提出的学科素养和跨学科素养是任何一个个体成长发展过程中都不可或缺的基本素养。

（2）信息学奥赛虽然注重数学能力的培养，却不能涵盖所有的计算机科学思想和方法，也涵盖不了其他的数字化工具，和编程教育类似，没有凸显计算思维水平的2.3、3.1、3.2标准，缺失了面向现实环境的工程思维能力培养。

（3）新课标倡导以项目学习的方式来培养计算思维。信息学奥赛的培训活动是为竞赛而生的，因此教学过程更多的是熟悉考试题型，甚至是通过题海训练战术提高答题速度。新课标指出：“基于项目的学习就是指学生在教师的引导下发现问题，以解决问题为导向开展方案设计、新知学习、实践探索，具有创新特质的学习活动。”[2]信息学奥赛培训和单纯的操作技能教学方式不同，和知识传递式教学不同，其更多的是培养竞赛人才，而非具备综合学科素养的全面型人才。

（4）新课标对信息技术学科的课程模块设计分为必修（数据与计算;信息系统与社会）、选择性必修（数据与数据结构;网络基础;数据管理与分析;人工智能初步;三维设计与创意;开源硬件项目设计）、选修（算法初步;移动应用设计）三类。其中不仅强调了培养全体学生信息技术核心素养的基础性，还强调了信息技术核心素养的系统性和拓展性。新课标的信息技术课程教学充分体现了信息技术核心素养培养的全面性和多样性。

综上所述，学校应该首先把基于新课标内容的教学作为课堂教学的基本要求来落实。在此基础上，再将具有学科天赋的学生组织起来，为他们开设新课标的选修课程或校本课程，或是进一步让其加入信息学奥赛训练，为国家培养专业后备人才。

（三）问题三：学校注重工具价值而忽视计算思维培养所依赖的数据价值

1.问题描述

学校的信息技术教师队伍中有很大一部分教师主要从事电教工作，如摄像、制作课件、制作微课、维护校园网、机房和多媒体音响设备等。这些工作在一定程度上塑造了信息技术教师的工具人形象。很多学校认为，信息技术课就是学习软硬件工具的操作技能;很多教师也认为课堂教学重点就是教会学生使用信息技术工具。因此，这导致学校和教师在信息技术核心素养的培养上，更为注重工具价值而忽视了计算思维培养所依赖的数据价值。

2.认识与回应

信息技术教师无疑应该尽力承担对学校电教工作的支持。但由于信息技术的工具性直接指向学校教学的基本工作，其价值得到了比较多的认同，所以学校常常把电教技能和信息技术能力或素养等同起来，他们对信息技术课的印象就是信息技术作为工具的有用性以及外显出来的操作能力，而忽视了学科核心素养所具有的育人作用。信息技术教师也因为长期从事软硬件操作使用和维护工作，只认同信息技术课程的工具价值，并形成相应的技能操作的思维方式，从而造成学科教学能力弱化，而这种思想和思维表现在课堂教学上就是无论教什么都是以工具教学模式为主;在计算思维培养方式上，往往以工具为载体。信息技术的工具属性仅仅起到的是载体作用，远远不能涵盖信息技术核心素养教育价值的全部，远未指向信息技术核心素养教育的内核[3]。

（1）在当前的社会发展中，数据与自然资源、人力资源一样是重要的战略资源。近年来，大数据浪潮席卷全球，世界主要发达国家都出台了大数据研究计划。新课标在课程性质表述中指出：“自电子计算机问世以来，信息技术沿着以计算机为核心、到以互联网为核心、再到以数据为核心的发展脉络，深刻影响着社会的经济结构和生产方式。”[4]同时，新课标把数据和算法、系统、信息社会并列为信息技术学科的四个大概念。可见数据（大数据）知识学习是社会需求决定的，也必然是教育信息化所需要的。因此数据是掌握计算思维、发展信息技术核心素养不可或缺的基础。

（2）掌握信息技术的相关知识与技能，不仅要掌握已经被软件化或工具化的信息技术，而且要理解隐藏在软件背后的数据加工方法与处理原理，尤其要理解数据及其计算（即对数据的加工）的知识。这些才是其适应未来信息技术发展的基础，才能助力学生透过软件的界面，深刻理解软件中的原理，促进学生从数据与计算的角度深刻理解信息技术。这是信息技术课程在新时期必须要完成的任务。

（3）由于数据来源于现实世界，计算思维教学也应从实际生活入手，创设真实情境。例如，在对全班学生的身高和成绩分布情况进行分析的学习活动中，教师可以让学生关注身边出现的真实问题，使他们积极主动地参与到问题分析中，进一步引导学生界定问题，抽象特征，开展数据调查，收集数据，建立数据分析模型，合理组织数据，运用合理算法最终实现数据信息的有效分析和处理，再通过图形化的工具來展示客观数据的认知。这样可以提高学生对数据的处理能力，并以数据为基础实现对学生计算思维的培养。

总之，从以工具为载体转向以数据为基础是计算思维培养的必然要求。一方面学校教育信息化建设必须转型，应从技术工具应用或整合走向信息技术与教育教学的深度融合，这个深度融合的过程，数据将发挥巨大作用。另一方面，学校应正确理解新课标，将信息技术课程转向包括计算思维学习在内的学科素养培养，以此作为学校教育信息化的起点工作而非附属工作。

[参考文献]

[1]张苗苗，王海燕.对计算思维培养研究的梳理与思考——基于CNKI数据库近十年（2010—2019年）的文献分析[J].中国医学教育技术，2021，35（02）：162-166.

[2]中华人民共和国教育部.普通高中信息技术课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[3]于 颖.新信息环境下基于跨学科视角的信息素养教育转型[J].图书馆学研究，2019（09）：10-16，66.

[4]刘向永.数据科学教育与信息技术教育：专访华东师范大学教授王荣良[J].中国信息技术教育，2021（07）：5-7.