龐敬文 馬可心 許 晉 王實秋 唐燁偉

微認(rèn)證賦能高中生計算思維培養(yǎng)的結(jié)構(gòu)表征與路徑設(shè)計*

龐敬文1馬可心2許 晉1王實秋3唐燁偉1

（1．東北師范大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，吉林長春 130117；2．南方科技大學(xué)附屬坪山學(xué)校，廣東深圳 518118；3．深圳大學(xué) 教育學(xué)部，廣東深圳 518060）

計算思維是高中信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，但其培養(yǎng)過程中存在教師對計算思維內(nèi)涵和結(jié)構(gòu)理解淺顯、缺少科學(xué)理論指導(dǎo)和培養(yǎng)路徑混沌等問題，導(dǎo)致學(xué)生計算思維能力學(xué)力不足、結(jié)構(gòu)零散且評價形式單一。微認(rèn)證以培養(yǎng)微能力為導(dǎo)向，通過微結(jié)構(gòu)證據(jù)劃分和認(rèn)證規(guī)范實現(xiàn)個性化評價，其能力導(dǎo)向、結(jié)構(gòu)化和個性化等特征為培養(yǎng)高中生計算思維提供了新思路。因此，文章從微認(rèn)證視角推演計算思維結(jié)構(gòu)表征和培養(yǎng)路徑，首先依據(jù)課程將計算思維拆分為四個子能力，以此設(shè)計計算思維證據(jù)內(nèi)容和任務(wù)類型并形成認(rèn)證規(guī)范；然后文章按照子能力、證據(jù)和任務(wù)的交互關(guān)系，構(gòu)建呈現(xiàn)能力、要素和路徑的計算思維結(jié)構(gòu)；最后文章為計算思維能力提供培養(yǎng)路徑案例設(shè)計及實施路徑，以期為高中信息技術(shù)學(xué)科計算思維培養(yǎng)提供理論與實踐參考。

計算思維；微認(rèn)證；結(jié)構(gòu)表征；路徑設(shè)計；高中信息技術(shù)

當(dāng)前，《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（下文簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》）已將計算思維列入高中信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)[1]，并作為關(guān)鍵要素對信息技術(shù)課程育人目標(biāo)的達(dá)成度起重要作用。而計算思維的抽象性本質(zhì)使教師對其概念缺乏系統(tǒng)性理解，對其教學(xué)缺乏科學(xué)性實踐，導(dǎo)致計算思維培養(yǎng)路徑并不明晰[2]。目前，國內(nèi)有關(guān)高中生計算思維培養(yǎng)的研究多是依據(jù)特定工具或內(nèi)容所展開的教學(xué)模型、模式與活動設(shè)計類的探索，存在應(yīng)用場景有限、適應(yīng)性較差等問題，且無法為教師提供計算思維培養(yǎng)導(dǎo)向的教學(xué)路徑底層設(shè)計思路。而微認(rèn)證是我國學(xué)者探索出的關(guān)于計算思維評價的全新視角，在該視角下可將K12階段學(xué)生的計算思維分解為六個子能力，并分別設(shè)計評價方式[3]。雖然有關(guān)計算思維與微認(rèn)證相結(jié)合的研究處于初步探索階段且僅限于評價領(lǐng)域，但兩者的適切性為計算思維的培養(yǎng)提供了新的視角和思路。為此，本研究嘗試基于微認(rèn)證推演計算思維的培養(yǎng)與發(fā)展過程，實現(xiàn)對高中生計算思維的結(jié)構(gòu)表征與培養(yǎng)路徑設(shè)計的深入探究，以期為高中信息技術(shù)學(xué)科計算思維培養(yǎng)提供理論與實踐參考。

一 核心概念闡述

1 計算思維與計算思維培養(yǎng)

當(dāng)前，國內(nèi)外對計算思維內(nèi)涵的理解尚未達(dá)成一致。其中，國外學(xué)者普遍從拆解角度探究計算思維內(nèi)涵，即分析構(gòu)成要素或構(gòu)建整體框架，具有代表性的是計算思維發(fā)展與評估三維框架：計算概念、計算實踐和計算觀念[4]，以及從計算思維過程視角歸納的五要素：算法思維、分解、抽象、概括和評價[5]。2015年，ISTE構(gòu)建了由創(chuàng)造力、算法思維、批判性思維、解決問題、合作思維和溝通技巧構(gòu)成的計算思維框架[6]。以上觀點與微認(rèn)證理念對計算思維的理解相統(tǒng)一，均將其劃分為細(xì)小的能力或要素單位，甚至組織為一個結(jié)構(gòu)框架。國內(nèi)學(xué)者對計算思維內(nèi)涵的理解存在不同，但都認(rèn)為其是意識、方法和能力等的綜合反映，具有程序化、自動化和模塊化等特點。分歧點在于其本質(zhì)取向，可劃分為工具說、問題解決說、活動和方法說等觀點[7]。其中，問題解決說觀點占據(jù)主流，如任友群等[8]認(rèn)為計算思維是一種解決問題的過程，借助計算思維學(xué)生可以更好地理解問題和分析問題并形成問題解決方案。而《標(biāo)準(zhǔn)》中將計算思維界定為運用計算機科學(xué)領(lǐng)域思想方法形成問題解決方案過程中產(chǎn)生的一系列思維活動。基于此，融合微認(rèn)證視角，本研究將高中生計算思維界定為運用計算機解決問題的方式進(jìn)行思考、分析、應(yīng)用與實踐的綜合性能力，包括分析問題、抽象特征、設(shè)計算法和總結(jié)遷移等多項能力。

2 微認(rèn)證的概念特征、運作體系與認(rèn)證規(guī)范

（1）微認(rèn)證概念及特征分析

微認(rèn)證的出現(xiàn)是為了解決教師非正式學(xué)習(xí)所獲能力缺少正規(guī)評估方式的問題，美國教育研究協(xié)會呼吁轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)結(jié)果評估形式，為便于學(xué)習(xí)成果展示和分享，發(fā)展出數(shù)字徽章標(biāo)記學(xué)生所掌握的能力[9]。2014年，微認(rèn)證開始用于評估和認(rèn)定教師能力。國內(nèi)學(xué)者研究了微認(rèn)證內(nèi)涵與運作體系，明確了包含認(rèn)證機構(gòu)、內(nèi)容和證據(jù)等要素的認(rèn)證體系[10]，用于教師能力評估。微認(rèn)證實現(xiàn)了更加開放、個性化的能力評價，特點是：①細(xì)化能力要求，將復(fù)雜能力分解為多個子能力，便于觀察和測量；②清晰界定子能力，有助于收集和記錄學(xué)習(xí)過程，豐富考核內(nèi)容促進(jìn)培養(yǎng)方式多元化；③留出彈性空間滿足學(xué)生的個性化需求。由此，應(yīng)用微認(rèn)證賦能高中生計算思維培養(yǎng)，可促進(jìn)計算思維導(dǎo)向教學(xué)路徑設(shè)計，提升高中生計算思維培養(yǎng)質(zhì)量。

（2）微認(rèn)證運作體系和認(rèn)證規(guī)范

微認(rèn)證是多要素協(xié)作完成的系統(tǒng)性評價工作，各要素間的角色分配及交互關(guān)系需高質(zhì)量運作體系的界定和支持。美國對微認(rèn)證的應(yīng)用模式和推進(jìn)策略等展開研究，研究內(nèi)容可總結(jié)為認(rèn)證目的、項目、流程、結(jié)構(gòu)分析與結(jié)果調(diào)查五部分[11]。在國內(nèi)，閆寒冰等[12]闡述了我國開放學(xué)習(xí)微認(rèn)證運作體系，認(rèn)為體系和獲得徽章的方法是促進(jìn)學(xué)生成長的關(guān)鍵因素。魏非等[13]構(gòu)建包括角色分析、能力分解、規(guī)范開發(fā)和調(diào)研試用四個階段的開發(fā)過程模型，設(shè)計包括35項微能力的微認(rèn)證規(guī)范框架和體系，并依據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)》拆分能力，為微認(rèn)證開發(fā)提供參考和實施路徑?；诖耍狙芯恳宰C據(jù)為中心，遵循能力-證據(jù)-任務(wù)的設(shè)計邏輯，拆分計算思維子能力并設(shè)計認(rèn)證規(guī)范。

二 微認(rèn)證賦能高中生計算思維結(jié)構(gòu)表征

證據(jù)是對能力最直接的評價與證明，而任務(wù)包括能夠產(chǎn)生并提供證據(jù)的情境、任務(wù)特征和內(nèi)容等。因此，本研究在規(guī)范設(shè)計時以證據(jù)為中心，首先依據(jù)計算思維子能力劃分證據(jù)類型，將其作為連結(jié)能力與任務(wù)的橋梁；然后根據(jù)證據(jù)類型設(shè)計相應(yīng)的任務(wù)集合，明確彼此間的對應(yīng)關(guān)系；最后將能力、證據(jù)和任務(wù)三者依據(jù)彼此間的關(guān)系結(jié)合，設(shè)計高中生計算思維的認(rèn)證規(guī)范。

1 計算思維能力拆分

（1）計算思維子能力維度劃分

《標(biāo)準(zhǔn)》對計算思維能力的描述可概括為解決問題前的分析類能力、解決問題時的設(shè)計類能力以及解決問題后的遷移類能力。而思維三棱結(jié)構(gòu)理論認(rèn)為，思維是一個由目的、過程、品質(zhì)、材料、自我監(jiān)控和非認(rèn)知因素構(gòu)成的多側(cè)面、多形態(tài)和多聯(lián)系結(jié)構(gòu)，六要素相互協(xié)作并共同完成一次思維活動[14]。因此，將《標(biāo)準(zhǔn)》中的能力描述與思維結(jié)構(gòu)要素相對應(yīng)，可得到四項微能力：分析問題目標(biāo)能力、設(shè)計問題解決過程能力、材料處理能力和自我監(jiān)控能力。同時，將思維三棱結(jié)構(gòu)理論中兩個未對應(yīng)的要素重新聚類。思維結(jié)構(gòu)中的品質(zhì)要素表示計算思維能力發(fā)展水平，如學(xué)生解決問題過程中表現(xiàn)出的創(chuàng)新性、靈活性等?！稑?biāo)準(zhǔn)》也強調(diào)要劃分計算思維發(fā)展水平，因此將不同的品質(zhì)要求在不同的發(fā)展水平中區(qū)分描述。思維結(jié)構(gòu)中的非認(rèn)知因素表示解決問題過程中產(chǎn)生影響的態(tài)度和習(xí)慣等，可根據(jù)教學(xué)實踐將其概括為“對解決問題產(chǎn)生影響的個人因素”，包括正向和非正向影響?；诜钦J(rèn)知因素中的個性化差異，在計算思維結(jié)構(gòu)中不對此能力單向表征，而是在設(shè)計路徑時與結(jié)構(gòu)中的任務(wù)和證據(jù)一同體現(xiàn)。

（2）計算思維子能力水平劃分

微認(rèn)證要求拆分子能力要具體、詳細(xì)、可觀測，用合格與優(yōu)秀劃分完成情況?；诖?，本研究采用《標(biāo)準(zhǔn)》中核心素養(yǎng)發(fā)展的發(fā)展級、進(jìn)階級和拔尖級（預(yù)備級是學(xué)生高中前就應(yīng)具備的能力和基礎(chǔ)，不作為培養(yǎng)的目標(biāo)水平）三個層級來描述高中生計算思維發(fā)展水平，具體如表1所示。

表1 高中生計算思維子能力及其發(fā)展水平描述

2 計算思維認(rèn)證規(guī)范設(shè)計

（1）證據(jù)類型劃分

證據(jù)是學(xué)生能力發(fā)展的行為映射，對行為的評估方式一般包括直接觀察和作品檢驗，本研究采取作品檢驗方式圍繞作品劃分證據(jù)類型。而評價的證據(jù)與評價方式相關(guān)，為防止對計算思維的理解產(chǎn)生偏差，一般采用多元評價方式，需為計算思維各子能力選擇對應(yīng)的評價方式并據(jù)此劃分證據(jù)類型。研究者按不同的分類方式劃分計算思維評價工具和評價方法；評價工具方面，分類方式較多，如范文翔等[15]按照評價途徑將思維評價工具分為總結(jié)性、技能轉(zhuǎn)移性、迭代性以及看法與態(tài)度量表等；評價方法方面，主要包括總結(jié)性評價、過程性評價、形成性評價等。

本研究采用總結(jié)性評價和形成性評價，通過圖示分析和圖文分析豐富高中生計算思維各子能力的評價方式，并依據(jù)子能力評價方式劃分微認(rèn)證所需的證據(jù)類型，具體如表2所示。

表2 高中生計算思維評價方式

（2）任務(wù)集合歸類

任務(wù)指能夠通過特定設(shè)計產(chǎn)生評價證據(jù)并使其可被采集的實踐活動，任務(wù)設(shè)計要關(guān)注證據(jù)，并為其產(chǎn)生提供活動基礎(chǔ)?！稑?biāo)準(zhǔn)》中對培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力的活動按照解決問題過程概括為前期分析與組織、中期選擇與設(shè)計和后期評價與遷移三個任務(wù)維度。本研究基于已有任務(wù)類型和對高中生計算思維子能力的分析，總結(jié)了計算思維的四種任務(wù)類型，并說明其與子能力及證據(jù)類型的對應(yīng)關(guān)系，所有任務(wù)共同構(gòu)成計算思維的任務(wù)集合。

①分析理解型任務(wù)：包括對問題、信息和情境等多元要素的接收、理解、處理和分析。證據(jù)為學(xué)生的分析過程圖，對應(yīng)評價的子能力為分析問題目標(biāo)能力。②設(shè)計創(chuàng)新型任務(wù)：包括針對目標(biāo)借助已有材料解決方案的設(shè)計、整合、創(chuàng)新與優(yōu)化等任務(wù)。證據(jù)包括設(shè)計過程性文檔，如思維導(dǎo)圖、流程圖、任務(wù)單和設(shè)計框架等過程性資料，對應(yīng)評價的子能力為設(shè)計問題解決過程能力。③篩選實踐型任務(wù)：包括對解決問題過程中遇到的所有材料進(jìn)行篩選并付諸實踐。證據(jù)為作品的說明性文檔、演示性資料以及材料選擇的對比分析說明，對應(yīng)評價的子能力為材料處理能力。④反思提升型任務(wù)：包括應(yīng)用計算思維解決問題過程中的評價與反思及遷移和自我提升。證據(jù)為學(xué)生自我監(jiān)控量表與自我反思性文檔，對應(yīng)評價的子能力為自我監(jiān)控能力。

（3）認(rèn)證規(guī)范設(shè)計

接下來，依據(jù)以上證據(jù)類型與任務(wù)設(shè)計，設(shè)計認(rèn)證規(guī)范，并結(jié)合能力特點設(shè)計數(shù)字徽章。其中，數(shù)字徽章顯示子能力維度、發(fā)展水平和學(xué)生姓名三項信息，同時攜帶的元數(shù)據(jù)包含學(xué)生完成的任務(wù)、提交的證據(jù)材料及教師評語等內(nèi)容。用T、P、M、S表示目標(biāo)、過程、材料和自我監(jiān)控四個子能力，用數(shù)字1、2、3代表發(fā)展級、進(jìn)階級和拔尖級三個水平，用A、B表示證據(jù)和任務(wù)，如AT1表示認(rèn)證“分析問題目標(biāo)能力”達(dá)到發(fā)展級所需的證據(jù)，具體如表3所示。

3 計算思維結(jié)構(gòu)表征

基于上述計算思維子能力拆分和證據(jù)類型與任務(wù)集合設(shè)計，本研究在微認(rèn)證視角下將三者與思維結(jié)構(gòu)中的非認(rèn)知因素構(gòu)建為一個整體，更加清晰地反映高中生計算思維結(jié)構(gòu)，為其培養(yǎng)路徑提供參考，同時在表征中針對非認(rèn)知因素和不同的發(fā)展水平為教師教學(xué)保留彈性空間，以滿足個性化需求，具體如圖1所示。

借鑒思維三棱結(jié)構(gòu)將計算思維構(gòu)建為一個三棱錐，并劃分為三個層級，圖1中最底部的粗線條表示發(fā)展級，依次向上兩種細(xì)線條分別表示進(jìn)階級和拔尖級，三個三棱錐共同構(gòu)成計算思維三棱三級結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)中頂點、邊/棱、面的具體含義如下：

圖1 高中生計算思維結(jié)構(gòu)表征圖

圖2 高中生計算思維培養(yǎng)路徑結(jié)構(gòu)圖

①頂點。計算思維三棱三級結(jié)構(gòu)根據(jù)計算思維的三個發(fā)展水平劃分為三個三棱錐，每個三棱錐的四個頂點分別代表計算思維的四個子能力，在圖中用帶方框的文字表示，其中有關(guān)計算思維目標(biāo)、過程、材料三個維度的子能力分別位于每個三棱錐的底面三角形頂點。由于自我監(jiān)控是對其他子能力進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié)的能力，因此三棱錐的重合頂點表示自我監(jiān)控能力在每個層面都發(fā)揮作用，影響整個計算思維水平提升的過程。同時，自我監(jiān)控能力具有較強的個體差異性，不同學(xué)生的表現(xiàn)不盡相同。

②邊/棱。每個三棱錐均包含三個底邊和三條側(cè)棱，從每個能力頂點出發(fā)有三條棱，代表任務(wù)、證據(jù)和非認(rèn)知因素，表示在培養(yǎng)該子能力時要綜合考慮相鄰三條邊所包含的內(nèi)容，即分析培養(yǎng)該子能力需提供的認(rèn)證證據(jù)、產(chǎn)生此類證據(jù)的任務(wù)類型。設(shè)計相應(yīng)教學(xué)任務(wù)還要考慮產(chǎn)生影響的非認(rèn)知因素，如學(xué)生情感、習(xí)慣和性格等，共同促進(jìn)子能力的發(fā)展?；诖?，一個三棱錐中的每條邊服務(wù)于兩個子能力頂點，六條邊共被拆分為兩個證據(jù)、任務(wù)和非認(rèn)知因素的組合，每兩條名稱相同的邊所包含的證據(jù)或任務(wù)內(nèi)容因其相鄰的兩個子能力頂點變化而變化，而不同三棱錐中同樣的位置代表不同發(fā)展水平的邊所蘊含的證據(jù)和任務(wù)會隨著水平變化而有所不同。

③面。每個三棱錐共有四個面，每個面是由含義不重復(fù)的三條邊構(gòu)成的三角形，在培養(yǎng)計算思維子能力時，會途經(jīng)由該子能力頂點出發(fā)的三條不同的邊，每兩條邊連接形成了計算思維培養(yǎng)路徑，因此計算思維三棱結(jié)構(gòu)的面呈現(xiàn)出差異化的培養(yǎng)路徑。同時，圖中陰影部分代表的面是自我監(jiān)控能力所在邊的頂點向分析問題目標(biāo)能力、設(shè)計問題解決過程能力、材料處理能力所在邊做中線，并將中線所在的點與非認(rèn)知因素所在的點相連而形成的平面區(qū)域，表示非認(rèn)知因素對學(xué)生發(fā)展級、進(jìn)階級、拔尖級三個層級每一層級的影響。圖中的陰影是最理想的狀態(tài)，即非認(rèn)知因素對每一個等級、每一項能力都產(chǎn)生相同的影響。在實際的教學(xué)中，產(chǎn)生影響的非認(rèn)知因素所在的區(qū)域每一個頂點，根據(jù)實際情況可以是四個能力所在邊的任一點。

表3 認(rèn)證規(guī)范

三 基于高中生計算思維結(jié)構(gòu)的培養(yǎng)路徑設(shè)計

高中生計算思維三棱三級結(jié)構(gòu)為高中生計算思維的培養(yǎng)策略研究提供了新的思路。本研究根據(jù)該結(jié)構(gòu)提出計算思維培養(yǎng)的總體路徑為：①依據(jù)認(rèn)證規(guī)范確定計算思維子能力對應(yīng)的證據(jù)內(nèi)容；②依據(jù)證據(jù)內(nèi)容確定能夠提供該證據(jù)的任務(wù)類型；③結(jié)合學(xué)生的非認(rèn)知因素設(shè)計相應(yīng)的教學(xué)任務(wù)，進(jìn)而培養(yǎng)該計算思維子能力。本研究使用表3認(rèn)證規(guī)范中相應(yīng)的字母組合統(tǒng)一表達(dá)，用C表示結(jié)構(gòu)中的非認(rèn)知因素，C與子能力的字母、數(shù)字組合則表示在培養(yǎng)該水平子能力時教師應(yīng)考慮的可能會對任務(wù)完成、證據(jù)產(chǎn)生和其他學(xué)習(xí)活動產(chǎn)生影響的相關(guān)因素。由于非認(rèn)知因素具有較強的個體化差異，因此教師可根據(jù)學(xué)生情況精準(zhǔn)地培養(yǎng)其計算思維子能力?；谝陨峡傮w路徑和組合含義，可對各子能力設(shè)計具體的培養(yǎng)路徑，不同水平的培養(yǎng)路徑在計算思維三棱三級結(jié)構(gòu)中所處層級不同但方向一致。另外，高中生各計算思維子能力發(fā)展水平不一定處于同一層級，表明不同水平的三個三棱錐之間并不彼此獨立，因此培養(yǎng)計算思維時各子能力之間的路徑可跨越不同層級的任務(wù)和證據(jù)，構(gòu)成高中生計算思維培養(yǎng)路徑結(jié)構(gòu)圖，如圖2所示。

1 分析問題目標(biāo)能力教學(xué)路徑

培養(yǎng)高中生分析問題目標(biāo)能力的教學(xué)路徑可以表示為AT1→AT2→AT3。根據(jù)子能力選定代表成績單和分析過程圖的證據(jù)AT1，由此出發(fā)選定相應(yīng)的分析理解型任務(wù)（BT1、CT1、DT1……）；完成任務(wù)BT1后再根據(jù)AT2證據(jù)選擇相應(yīng)的任務(wù)（BT2、CT2、DT2……），以此類推。最后，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生特點分析并矯正對該子能力產(chǎn)生影響的非認(rèn)知因素ST，如設(shè)計融合非認(rèn)知因素發(fā)展的德育活動并提升學(xué)生興趣，最終路徑將呈現(xiàn)在三棱錐中分析問題目標(biāo)能力所在三角形的三條邊與三個頂點T1、T2、T3構(gòu)成的兩個側(cè)面上。

2 設(shè)計問題解決過程能力教學(xué)路徑

培養(yǎng)高中生設(shè)計解決問題過程能力的教學(xué)路徑可以表示為AP1→AP2→AP3。依托于代表該子能力的頂點P1及其相鄰的三條邊。根據(jù)子能力選定代表成績單和分析過程圖的證據(jù)AP1，由此出發(fā)選定相應(yīng)的分析理解型任務(wù)（BP1、CP1、DP1……）；在完成任務(wù)BP1的基礎(chǔ)上，再根據(jù)AP2證據(jù)選擇相應(yīng)的任務(wù)（BP2、CP2、DP2……），以此類推。最后，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生特點分析并矯正對該子能力產(chǎn)生影響的非認(rèn)知因素SP，如引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成設(shè)計解決問題解決過程的思維習(xí)慣，最終路徑將呈現(xiàn)在三棱錐中設(shè)計問題解決過程能力所在三角形的三條邊與頂點P1、P2、P3構(gòu)成的底面和側(cè)面上。

3 材料處理能力教學(xué)路徑

培養(yǎng)高中生材料處理能力的教學(xué)路徑可以表示為AM1→AM2→AM3。依托于代表該子能力的頂點M1及其相鄰的三條邊。根據(jù)子能力選定代表成績單和分析過程圖的證據(jù)AM1，由此出發(fā)選定相應(yīng)的分析理解型任務(wù)（BM1、CM1、DM1……）；在完成任務(wù)BM1的基礎(chǔ)上，再根據(jù)AM2證據(jù)選擇相應(yīng)的任務(wù)（BM2、CM2、DM2……），以此類推。最后，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生特點分析并矯正對該子能力產(chǎn)生影響的非認(rèn)知因素SM，如設(shè)計融合非認(rèn)知因素發(fā)展的其他學(xué)科核心素養(yǎng)內(nèi)容，最終路徑將呈現(xiàn)在三棱錐中材料處理能力所在三角形的三條邊與頂點M1構(gòu)成的底面和側(cè)面上。

4 自我監(jiān)控能力教學(xué)路徑

培養(yǎng)高中生的自我監(jiān)控能力，要在非認(rèn)知因素所在范圍內(nèi)，將發(fā)展級、進(jìn)階級、拔尖級三個等級中其他三項能力所處的頂點與相應(yīng)等級的非認(rèn)知因素相連，由此組成的區(qū)域為非認(rèn)知因素對學(xué)生學(xué)習(xí)的影響范圍，范圍越大，表示非認(rèn)知因素對學(xué)生的能力提升影響越大。教師可以清晰地看到每一項能力的非認(rèn)知因素對學(xué)生能力產(chǎn)生的影響，并據(jù)此調(diào)整教學(xué)。

四 基于高中生計算思維結(jié)構(gòu)的培養(yǎng)路徑案例設(shè)計及實施路徑

1 案例設(shè)計

（1）教學(xué)材料

本研究以教育科學(xué)出版社《信息技術(shù)基礎(chǔ)》的第二章第四節(jié)“網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的信息檢索”為例，具體分析高中生計算思維結(jié)構(gòu)的培養(yǎng)路徑。該章節(jié)的目標(biāo)是使學(xué)生學(xué)會利用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫查找和獲取專業(yè)性強、主題明確的信息資源，共三小節(jié)：體驗-使用-評價。

（2）教學(xué)活動

教學(xué)活動的基本過程如表4所示，這里創(chuàng)設(shè)的情境為全?！熬W(wǎng)絡(luò)法律知識競賽”。

表4 教學(xué)活動的基本過程

2 實施路徑

（1）在情境中分解問題——分層式培養(yǎng)分析問題目標(biāo)能力

計算思維能力可幫助學(xué)生更好地理解和運用信息技術(shù)，提高其分析、設(shè)計、創(chuàng)新和解決問題等能力。在教學(xué)中，應(yīng)從培養(yǎng)學(xué)生的分析問題目標(biāo)能力入手，這樣一方面可幫助學(xué)生更好地理解目標(biāo)，另一方面可培養(yǎng)學(xué)生對信息的表達(dá)和傳遞能力。因此，教師可首先結(jié)合學(xué)生已知知識為其創(chuàng)設(shè)基于實際經(jīng)驗的問題情境，使其針對簡單任務(wù)，識別問題特征。同時，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合已有知識嘗試思考解決問題所需的技術(shù)和方法，在學(xué)生分析得到可用的解決方法后，教師適時啟發(fā)其嘗試尋找新的未知方法以更高效、便捷地完成問題解答，形成多種路徑解決問題的思維模式。然后，教師依據(jù)教學(xué)目標(biāo)將問題分解成可察覺、可把握的子問題，引導(dǎo)學(xué)生對給定任務(wù)進(jìn)行需求分析、借助工具對問題進(jìn)行分析和描述，針對問題的基本特征提取抽象，明確要解決的關(guān)鍵問題并形式化表達(dá)。最后，教師明確問題，幫助學(xué)生形成對問題的完整思路圖，針對較為復(fù)雜的任務(wù)進(jìn)行綜合分析，并形式化描述問題。同時，教師需要為學(xué)生創(chuàng)設(shè)情境，與學(xué)生合作，并通過引導(dǎo)學(xué)生分析問題和目標(biāo)進(jìn)而引入要講授的新課，教師不直接提出問題，而是將問題分解，讓學(xué)生在問題和目標(biāo)的分析過程中識別問題；在學(xué)生經(jīng)過思維碰撞形成由模糊到清晰的過程后，教師進(jìn)一步幫助學(xué)生明確目標(biāo)，使其在充分理解問題和目標(biāo)的基礎(chǔ)上，利用工具最終確定要解決的問題、關(guān)鍵問題并對這些問題進(jìn)行描述，實現(xiàn)分層式逐級培養(yǎng)學(xué)生的分析問題目標(biāo)能力。

（2）借助工具理解設(shè)計整合問題——階梯式培養(yǎng)設(shè)計問題解決過程能力

高中信息技術(shù)學(xué)科中計算思維培養(yǎng)最核心的部分，是在充分理解算法的基礎(chǔ)上應(yīng)用其實現(xiàn)問題求解和問題解決。而算法是一個抽象的概念，因此對問題解決過程的設(shè)計尤為重要，一方面學(xué)生在設(shè)計問題解決過程時可從宏觀全局角度理解和分析問題；另一方面，學(xué)生要進(jìn)行歸納和分析，進(jìn)而抽象出問題的共性和本質(zhì)，形成抽象模型，以實現(xiàn)將計算機圖形界面轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的算法。因此，在教學(xué)中教師可首先引導(dǎo)學(xué)生通過橫向?qū)Ρ?、縱向延伸等將問題系統(tǒng)整合，對相應(yīng)概念及特點進(jìn)行講解，幫助學(xué)生明晰問題解決的關(guān)鍵步驟和關(guān)鍵過程，并通過圖示化的方式將其可視化表達(dá)，呈現(xiàn)解決的具體過程。然后，教師讓學(xué)生列舉具體實例，幫助其鞏固對問題中概念和原理的理解，并在此基礎(chǔ)上針對問題進(jìn)行深入思考，通過概念的對比、分析，引起對問題中關(guān)鍵要素的注意，以此促使學(xué)生運用基本算法設(shè)計解決問題方案，使方案能夠借助編程語言或其他數(shù)字化工具實現(xiàn)。最后，教師針對問題和相應(yīng)算法設(shè)計不同需求的算法方案，使學(xué)生在反復(fù)的實踐中體會和理解相應(yīng)的概念和原理，以及應(yīng)用算法解決問題的一般過程，在此過程中教師需要通過直觀的方式，幫助學(xué)生理解較抽象的問題，進(jìn)而實現(xiàn)教學(xué)重難點突破，在學(xué)生的實際操作中階梯式分層培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計問題解決過程能力。

（3）在合作中探究解決問題——沉浸式培養(yǎng)材料處理能力

高中信息技術(shù)學(xué)科中的計算思維培養(yǎng)離不開學(xué)生對各種數(shù)字化工具、算法設(shè)計等的理解和合理化應(yīng)用與選擇，因此在學(xué)習(xí)過程中需要不斷培養(yǎng)學(xué)生處理材料的能力，這樣一方面可以幫助學(xué)生更好地運用計算機軟件和硬件進(jìn)行信息處理、傳輸和分析；另一方面有利于學(xué)生提高自身的認(rèn)知水平進(jìn)而反向促進(jìn)其問題解決能力。在教學(xué)中，教師可首先組織學(xué)生合作學(xué)習(xí)以共同商討并了解信息加工工具，體驗不同工具的實際特點和應(yīng)用場景，在探究中根據(jù)問題解決的需要進(jìn)行選擇。然后，教師針對不同需求設(shè)計應(yīng)用場景和案例，學(xué)生小組內(nèi)選擇場景共同探究，制訂問題方案、設(shè)計問題解決路徑，按照問題解決方案和算法選擇適用的數(shù)字化工具展開合作交流、探究。為滿足學(xué)生個性化發(fā)展的條件，問題的解決方案和路徑一定是多選擇、多線條的。最后，對于收集的大量數(shù)據(jù)，教師要引導(dǎo)學(xué)生通過合作探究實現(xiàn)多維度、多流向的數(shù)據(jù)區(qū)分，擇優(yōu)用以建立相應(yīng)數(shù)據(jù)模型，并在教師引導(dǎo)下利用合適的開發(fā)平臺對其整合。在此過程中，教師為學(xué)生不斷地創(chuàng)設(shè)真實場景和環(huán)境，在沉浸式體驗中培養(yǎng)學(xué)生的材料處理能力。

（4）在反思評價中遷移問題——迭代式培養(yǎng)自我監(jiān)控能力

計算思維培養(yǎng)需要學(xué)生隨時調(diào)控其自我監(jiān)控能力，在學(xué)習(xí)和問題解決過程中調(diào)動情感態(tài)度以支持其更好地進(jìn)入學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)習(xí)狀態(tài)。對學(xué)生自我監(jiān)控能力的培養(yǎng)，一方面有利于學(xué)生在信息技術(shù)課程中較好地保持學(xué)習(xí)積極性和專注度，另一方面對學(xué)生的整個學(xué)習(xí)過程乃至生命全過程起著至關(guān)重要的調(diào)節(jié)和監(jiān)控作用。因此，在教學(xué)中教師可首先引導(dǎo)學(xué)生反思（包括自我反思、小組反思等），并在個人或小組學(xué)習(xí)后，組織學(xué)生匯報交流，使其了解自我學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)狀態(tài)并自我監(jiān)控，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)更多對自我其他能力實施過程進(jìn)行調(diào)節(jié)的機會，增強其監(jiān)控調(diào)節(jié)意識。然后，教師需為學(xué)生制定評價的規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)，引導(dǎo)其在自學(xué)、合作、探究學(xué)習(xí)中評價自我和他人，特別是問題解決過程中要提醒學(xué)生做好記錄，在評價中匯總問題和方案，自覺將解決問題方案遷移到其他情境中。最后，教師需引導(dǎo)學(xué)生系統(tǒng)性遷移，將反思結(jié)果和評價結(jié)果相結(jié)合進(jìn)行交叉分析，引導(dǎo)學(xué)生從情境出發(fā)，對問題解決方案再反思、再評估，尋找優(yōu)化方案，將問題解決的思想遷移，使其在反思、評價、遷移的過程中不斷迭代式優(yōu)化自我監(jiān)控能力。

五 結(jié)語

本研究意在從微認(rèn)證視角表征高中生計算思維結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)對高中生計算思維各項能力的提升和強化，但計算思維內(nèi)涵豐富且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難以精準(zhǔn)評估、子能力分散又相互關(guān)聯(lián)，因此在培養(yǎng)路徑設(shè)計中并沒有提供具體的實施建議。為此，本研究首先以計算思維為導(dǎo)向的信息技術(shù)教學(xué)需要教師在宏觀上整體把握教學(xué)方向、明確育人目標(biāo)，加強對計算思維內(nèi)涵的深層次、多維度理解；其次，教師應(yīng)全面分析學(xué)情，并據(jù)此明確計算思維任務(wù)和證據(jù)類型，可結(jié)合計算思維挑戰(zhàn)賽試題，協(xié)同評估判斷；最后，計算思維各子能力并非完全獨立且毫無關(guān)聯(lián)，每個子能力對應(yīng)的教學(xué)任務(wù)互相銜接可共同組成一系列主題任務(wù)，在實際教學(xué)中，教師可設(shè)計不同子能力融合培養(yǎng)的主題項目，主題下各任務(wù)互相銜接，實現(xiàn)主題項目中不同子能力的綜合培養(yǎng)。

[1]教育部.教育部關(guān)于印發(fā)普通高中課程方案和語文等學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)的通知[OL].

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Research on Structural Characterization and Path Design of Computational Thinking Training for Senior High School Students Empowered by Micro-certification

PANG Jing-wen1MA Ke-xin2XU Jin1WANG Shi-qiu3TANG Ye-wei1

Computational thinking is one of the core literacy of information technology discipline in senior high schools, but there are some problems in its training, such as teachers’ simple understanding on the connotation and structure of computational thinking, lack of scientific theory guidance and chaos of the training path, etc., which lead to students’ insufficient learning ability of computational thinking, scattered structure and single evaluation form. Oriented to the cultivation of micro-ability, micro-certification realized personalized evaluation through the division of micro-structure evidence and certification specification, and provided a new way to cultivate senior high school students’ computational thinking with its features of ability orientation, structuration and personalization. Therefore, this paper deduced the structure representation and cultivation path of computational thinking from the micro-authentication perspective. Firstly, computational thinking was divided into four sub-abilities according to the curriculum, and the computational thinking evidence content and the task types were designed, and the certification specification was formed. Then, on the basis of the interactive relationship of sub-ability, evidence and task, a computational thinking structure that presented ability, elements and path was constructed. Finally, the paper provided a case design and implementation path for the training of computational thinking ability, in order to provide theoretical and practical reference for the training of computational thinking in senior high school information technology discipline.

computational thinking; micro-certification; structural characterization; path design; senior high school information technology

G40-057

A

1009—8097（2023）10—0063—11

10.3969/j.issn.1009-8097.2023.10.007

本文為吉林省教育廳“十三五”社會科學(xué)研究項目“‘互聯(lián)網(wǎng)＋’時代支持高階思維發(fā)展的智慧課堂構(gòu)建及應(yīng)用研究”（項目編號：JJKH20180039SK）的階段性研究成果。

龐敬文，講師，博士，研究方向為智慧課堂環(huán)境與信息技術(shù)應(yīng)用，郵箱為pangjw330@nenu.edu.cn。

2023年3月29日

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