郑志华
摘 要：信息时代对人才的要求逐渐增高，培养学生的计算思维能力即是教育的迫切要求，也应该成为新时代教育的核心，甚至被一些国家纳入国家教育战略。探索有效开展计算思维培养的途径，发展学生的计算思维是当前要务。本文就信息技术课程中培养计算思维总结了四点相关的教学策略，其中，挖掘计算思维要素是核心，设计有效的教学策略是关键，科学安排课程内容是有力保障，设计教学评价标准是衡量计算思维培养有效性的杠杆。
关键词：计算思维;教学策略;信息技术
中图分类号：G633.67 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2020）36-237-02
2017年教育部颁布实施新版《普通高中信息技术课程标准》，将计算思维与信息意识、数字化学习与创新、信息社会责任这四大素养确定为信息技术学科的核心素养，明确指出了计算思维培养的重要性，计算思维不仅是信息技术学科的核心素养之一，同时也是中学生应具备的核心素养之一。信息社会时代对计算思维的培养显得十分迫切，如何将计算思维融入具体教学中，值得我们思考与重视。
一、计算思维及其重要性
1.计算思维
计算思维内涵丰富，国内外许多研究者从不同的角度对其作了理解或定义，如周以真定义、美国ISTE & CSTA提出的操作性定义等。新课程标准将计算思维具体描述为“采用计算机方式界定问题，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”。计算思维包括抽象、分解、建模、递归、仿真、并行、启发式推理等一系列方法，核心是问题求解的方法与思路，本质是抽象和自动化，“像计算机科学家那样去思维”，将复杂问题转化为一个个容易解决的小问题，借助计算机来自动解决。
2.中学生计算思维教育的重要性
计算思维是创新思维的基石，是创新型人才的基本素质之一，具备计算思维的人，能灵活运用逻辑推理与系统分析等方法分析问题，懂得分解复杂问题，善于利用计算机自动完成繁琐的任务，高效解决问题，也更具有创新意识，更能适应未来社会的要求。因此，培养计算思维能力，是提升创新能力的有效途径，是现代教育的重要任务。
计算思维的培养是可以通过能力的培养来实现的。中学阶段学生思维发展活跃，应该抓住这个关键时机，结合学生思维发展的特点，把与计算思维相关的知识明确地显现出来，把计算思维能力的培养用学生能明确感受得到的方式展现在教学中，让学生自觉地有意识地去学习和训练，从而有效地提高计算思维能力。
二、计算思维教育状况及存在问题
目前中小学教育中计算思维教育还未引起足够重视，也没有完整的体系结构指导教学如何培养学生计算思维，相关研究尚处于初步探究阶段。计算思维教育存在以下几个问题：
1.缺少专门培养计算思维的相关课程
在基础教育阶段，计算思维的培养虽然可以浸透到数学、物理、科学等多个学科教学中，但核心阵地主要在信息技术课程教学，还鲜少专门开设计算思维学科，主流做法主要是通过课程教学渗透计算思维教育，效果难以保证。如何根据学生的认知水平开展计算思维培养，没有较为系统的教学体系和教学模式可供参考。
2.信息技术课程培养计算思维效果欠佳
在现有教育体系下，在日常课程中培养学生计算思维并非易事，一来学生课业重压力大，而学习评测又过于偏重知识，忽略了能力的培养;二是信息技术课程在中小学不够重视，教学教法上容易偏向知识与操作技能的学习，使得计算思维的培养效果并不理想。
3.中小学计算思维能力要求定位不明确
计算思维比信息素养能力层次要求更高。信息素养测重于使用工具处理信息的能力，而计算思维是问题解决的能力，核心在问题求解的方法与思路。王荣良认为，在基础教育中，掌握计算思维比学会操作计算机更为重要，信息技术以信息自动处理为主要功能，其核心思想正是计算思维。而我国信息技术课程的目標只强调了信息素养的培养，对计算思维能力培养的目标定位还不够高。因此，信息技术也有必要根据时代的新特点与新要求，及时进行相应的课程改革，清晰定位学科课程目标，提升到以培养学生的“计算思维”能力为核心，而不能只停留在知识与技能和信息素养的培养。
因此应当重视基础教育中的计算思维教育，从课程体系、教学模式、教学内容和教学方法等方面探索有效开展计算思维培养的途径，发展学生的计算思维，达到培养创新人才的目标。
三、信息技术课程培养计算思维的教学策略
1.挖掘课程中的计算思维要素是培养计算思维的核心
计算思维内涵丰富，通过特定的课程教学也不大可能全面提高学生的计算思维能力，应将课程的主要内容与计算思维相关联，挖掘其中的计算思维要素，包括支持计算思维培养的知识与技能，体现计算思维应用的过程与方法以及反映出计算思维的价值观等。
例如在信息技术教学中，让学生探究信息技术处理信息的过程可以帮助学生体验到计算思维的核心思想;让学生通过简单的项目设计与编程学习，可以锻炼学生的抽象、分解能力和算法思维，为学生提供很好的分析问题和解决问题的全方位体验，体现计算思维的灵活应用;让学生设计并制作特定的作品来体验和领悟计算思维的实践应用，达到学以致用等。
2.设计有效的教学策略是提升计算思维能力的关键
计算思维能力培养需要一个反复训练不断向上积累的过程。有效的教学策略应该支持学生自主地建构知识，多角度地分析问题，寻找最佳的解决问题的方法。教学策略的选择不仅要符合计算思维训练的规律，还要结合课程教学的特点，才可能在课程教学中有效地开展计算思维培养。
目前培养计算思维的主要教学模式有以下几种：问题引导式教学模式、任务驱动式教学模式、探究式教学模式、网络自主学习模式以及混合式学习模式等。
笔者在《虚拟机器人》教学实践中基于研学后教理念设计了任务驱动教学策略，将课堂教学环节设计为“情境任务—定向自学——合作探究——展示交流——评价总结”五个环节，并着重在“合作探究”环节中引导学生通过“地图分析—路径设计——创建模型——流程图编程——仿真调试”五步循环流程，运用计算思维进行问题解决。任务驱动教学策略强调以培养计算思维为目的设计任务，教师为学生提供开展学习与合作探究的活动流程与任务指引，帮助学生在计算思维指导下进行任务探究和完成任务，体现计算思维反复锻炼与修正的过程，符合循环向上循序渐进地培养计算思维的规律。任务驱动教学策略实践效果良好，有效支持了教师的教与学生的学，保障了教学效果，对培养学生计算思维起到了促进的作用。
3.科学安排课程内容是培养计算思维的有力保障
计算思维培养是一个循序渐进的过程，难以一蹴而就。因此信息技术课程教学内容安排也要从总体框架上进行合理而完整的设计，遵循计算思维发展的特点，从简单到复杂，从理论到实践，螺旋向上。从内容细节上，课程内容呈现要融入计算思维，渗透相关的计算思维概念、观念或计算思维方法。
例如在教学《程序设计初步》，以知识要点来划分课时，在教学程序的三种基本结构时，结合学生生活实际设计简单的编程任务，从易到难编排探究活动，才较符合学生认知水平，有利于学生计算思维的培养。又如在教学《虚拟机器人》，将课程内容分层次地呈现，图文并茂，配备参考程序、微课视频等形式多样的资源，结合平台3D效果与详细的研学指引，增强和保持学生的学习积极性，帮助学生沉浸其中，享受任务成功的喜悦，在真实的设计、编程与仿真过程中体验运用计算思维解决问题的全过程，有效培养计算思维能力。
4.设计与课程内容相匹配的教学评价标准是衡量计算思维培养有效性的杠杆
目前关于计算思维教育的有效性还没有统一的评价标准，也没有各阶段计算思维发展目标可供参考。惠恭健等人总结筛选了14种典型的国内外计算思维评价工具，根据评价形式将其分为基于试题的评价、基于量表的评价、基于编程任务的评价与基于系统环境的评价四种类型，并具体分析了各个评价工具的优势。
计算思维的评价难以用具体的数值来衡量，也没有一种计算思维评价工具可适用于所有的教育情境，这就需要结合课程中的计算思维要素来考察教学前后的变化情况，以此为依据来判断计算思维培养的效果。因此，有必要根据具体学科教学来设计与之匹配的计算思维评价。
英国Computing课程将计算思维的核心概念分为算法思维、评估、分解、抽象、概括/归纳这五个要素，并将核心概念与具体的课堂行为进行关联，形成了计算思维的评价标准，使得计算思维的培养成为在课堂教学中可执行的、可评价的。我国学者陈兴冶等人结合国外研究开发了本土化计算思维评价指标体系，将计算思维评价框架分为计算思维技能和计算思维态度两个维度，其中计算思维技能指标包括“分解、抽象、概括、算法和评估”五要素，计算思维态度分为情感态度、思维品质及合作学习三个二级指标，形成了较科学的本土化计算思维评价量表，并在高中阶段验证了其有效性和可靠性。
美国MIT提出了计算思维的三個核心要素：计算概念、计算实践和计算观念。梁艳瑞将计算思维核心概念归结为逻辑思维、抽象思维、算法思维、纠错思维这四大核心思维，并依此设计了相应的计算思维调查问卷，用于评价基于计算思维培养的App Inventor课程教学。笔者依此从计算概念、计算实践和计算观念三个维度设计了相应的计算思维评价量表与调查问卷，将计算实践分为逻辑思维、抽象思维、算法思维、纠错思维四个二级指标，通过教学实践探究了《虚拟机器人》智能校车教学中培养中学生计算思维的效果，形成了有特色的计算思维评价体系，可操作性强。
五、结语
日常教学中是可以进行计算思维培养的，也是迫切需要一线教师深入实践探究的。深入挖掘课程知识与应用中的计算思维要素，精心设计基于计算思维的教学活动与教学评价，采取有效的教学策略，能够有效培养学生的计算思维能力。
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（本文是广州市番禺区教育科学“十三五”规划课题“基于计算思维培养的信息技术研学后教策略研究”（编号：2018-ZX293）研究成果之一）
（作者单位：广东省广州市番禺区洛溪新城中学，广东 广州 510000）
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