趙淼 孫巍

摘要：計算思維是中學(xué)生必備的信息素養(yǎng)之一，如何有效培養(yǎng)中學(xué)生的計算思維是值得教育工作者深入探究的。本文采用文獻(xiàn)綜述法，對中學(xué)生計算思維培養(yǎng)過程中存在的教學(xué)模式、教育者、課程和教學(xué)環(huán)境方面的問題進(jìn)行了系統(tǒng)分析。同時，從研究人員、學(xué)校和國家的角度提出了相應(yīng)的解決措施，以期提升中學(xué)生計算思維培養(yǎng)水平。

關(guān)鍵字：計算思維；中學(xué)生；對策

隨著人工智能、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，計算思維已成為當(dāng)今社會必備的信息素養(yǎng)之一。因此，如何培養(yǎng)具備計算思維的人才已成為國內(nèi)外研究的熱點問題。舉例來說，經(jīng)濟合作與發(fā)展組織教育（OECD）2030項目將計算思維劃分為學(xué)習(xí)者未來需要具備的六大復(fù)合能力之一，并將其內(nèi)容融入了許多國家的課程改革目標(biāo)和內(nèi)容中[1]。2022年3月，教育部發(fā)布的《信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)》將計算思維列為信息科技學(xué)科的核心素養(yǎng)之一[2]。

這表明，培養(yǎng)中學(xué)生的計算思維已成為提高國民信息素養(yǎng)、貫徹實施“教育面向未來”方針以及增強國際競爭力的迫切需求。然而，目前我國中小學(xué)生的計算思維培養(yǎng)和實施層面存在一些問題。因此，本文從計算思維培養(yǎng)的視角出發(fā)，分析了目前在中學(xué)階段計算思維培養(yǎng)所面臨的困境，并提出了相應(yīng)的解決策略，旨在為培養(yǎng)中學(xué)生的計算思維提供理論和實踐的參考。

一、計算思維的內(nèi)涵與研究現(xiàn)狀

（一）計算思維相關(guān)研究

司馬遷在《九章算術(shù)》一書中首次提出了計算思維的概念，該定義主要用于解決數(shù)學(xué)問題。隨著計算機科學(xué)的發(fā)展，2006年，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的周以真教授（Wing）提出了計算思維的內(nèi)涵，即：運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計，以及理解人類行為的一系列思維活動，涵蓋了計算機科學(xué)的廣度。其他學(xué)者從不同角度對此進(jìn)行了補充說明：從綜合視角來看，Hemmendinger等認(rèn)為計算思維是一種跨學(xué)科的綜合性思維能力；從專業(yè)視角來看，Papert等人認(rèn)為計算思維是與計算機操作相關(guān)的能力[3]。在我國最新頒布的義務(wù)教育《信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)》中，計算思維被定義為個體運用計算機科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在問題解決過程中涉及的抽象、分解、建模、算法設(shè)計等思維活動。該定義明確指出了具備計算思維的學(xué)生在解決問題過程中的特征，因此對于培養(yǎng)中學(xué)生的計算思維具有指導(dǎo)意義。綜上所述，計算思維是人類學(xué)習(xí)計算機問題求解的一系列思維過程，是科學(xué)思維的一種新方法，為人們理解信息化、數(shù)字化、智能化的世界提供了新的視角。

（二）中學(xué)階段計算思維的研究現(xiàn)狀

筆者利用知網(wǎng)平臺（CNKI）進(jìn)行檢索，在中等教育范圍內(nèi)，以關(guān)鍵詞“計算思維”為基準(zhǔn)，排除了會議期刊等無關(guān)文章，最終篩選出319篇文章作為研究對象。借助研究工具citespace6.1進(jìn)行可視化分析，得出了以下的共現(xiàn)圖譜（見圖1）。從圖中可以看出，“計算思維”這個關(guān)鍵詞的圓圈直徑最大，說明它是近年來的研究熱點。其次是“人工智能”“信息技術(shù)”“編程教育”“核心素養(yǎng)”等關(guān)鍵詞，它們相對于“計算思維”而言直徑較小，但外圈呈暖色，說明它們在計算思維領(lǐng)域也備受關(guān)注，是研究的熱點之一。因此可以得出以下結(jié)論：人工智能與計算思維密切相關(guān)，信息技術(shù)（科技）課程是中學(xué)階段培養(yǎng)計算思維的重要載體，編程教育是實現(xiàn)計算思維發(fā)展的有效途徑，而計算思維在核心素養(yǎng)的培養(yǎng)中占據(jù)重要地位。

二、中學(xué)生計算思維培養(yǎng)過程中存在的問題

（一）缺乏創(chuàng)新性的教學(xué)模式

在我國中學(xué)階段，計算思維的培養(yǎng)主要依托于信息科技課程，以編程和算法知識為主要內(nèi)容，集中在教學(xué)模式和教學(xué)方法等方面。然而，如果教育者只是簡單地套用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，很難真正培養(yǎng)學(xué)生的計算思維。部分教師認(rèn)為學(xué)生在使用編程工具的過程中會改變自身的思維方式，因此在教學(xué)過程中注重完成教學(xué)目標(biāo)，提前展示編程代碼和算法思路，并不愿意探索創(chuàng)新的教學(xué)模式。他們過分強調(diào)解決問題的步驟和最終結(jié)果，缺乏對提升學(xué)生計算思維技能的教學(xué)引導(dǎo)。此外，目前關(guān)于計算思維培養(yǎng)的研究有大約90%是集中在高等教育的計算機類課程上，相對較少研究針對基礎(chǔ)教育階段的信息科技課程教學(xué)方法。將大學(xué)甚至研究生階段需要學(xué)習(xí)的理論知識過早地呈現(xiàn)給基礎(chǔ)知識儲備不足、認(rèn)知能力尚待發(fā)展的中學(xué)生，會導(dǎo)致學(xué)生對計算思維的學(xué)習(xí)失去興趣，從而影響到他們形成計算思維能力。

（二）課程建設(shè)存在短板

在我國，中學(xué)階段關(guān)于計算思維培養(yǎng)方面的課程建設(shè)仍然不夠完善。信息科技作為一門邊緣學(xué)科，在學(xué)生的學(xué)習(xí)時間中占比較少，這導(dǎo)致學(xué)生接觸計算機資源的機會有限。根據(jù)趙健的調(diào)研結(jié)果，93.2%的學(xué)生對信息技術(shù)課程表示興趣，但在面臨升學(xué)壓力時，40.8%的學(xué)生的信息技術(shù)課程被中高考科目所替代，這阻礙了學(xué)生學(xué)習(xí)計算思維的途徑。為了解決這一問題，一些學(xué)者提出了跨學(xué)科的方式來發(fā)展學(xué)生的計算思維，將計算思維融入數(shù)學(xué)、科學(xué)、物理、化學(xué)、生物等其他學(xué)科的課程中，其中最常見的是將計算思維融入STEM教學(xué)中。張瑾等人系統(tǒng)梳理了國外跨學(xué)科整合計算思維的教學(xué)活動、課程模式和實施路徑。

在跨學(xué)科培養(yǎng)中學(xué)生計算思維的教學(xué)中，計算思維與學(xué)科內(nèi)容的融合不應(yīng)僅僅是簡單地將兩者相加，而是在充分考慮到中學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律和挖掘本學(xué)科內(nèi)容特點的基礎(chǔ)上，將計算思維與學(xué)科內(nèi)容有機地結(jié)合起來。因此，跨學(xué)科培養(yǎng)中學(xué)生計算思維的道路仍然任重道遠(yuǎn)，需要在課程設(shè)計和教學(xué)實踐中不斷探索，并充分利用學(xué)科教師的專業(yè)知識和教學(xué)經(jīng)驗，以實現(xiàn)計算思維與學(xué)科內(nèi)容的有機融合。

（三）教師計算思維能力匱乏

根據(jù)教育部的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至目前，我國中學(xué)的信息科技專任教師約有26.93萬人，可以滿足日常教學(xué)的需求。在師資隊伍數(shù)量充足的情況下，教師的專業(yè)水平對于培養(yǎng)學(xué)生高質(zhì)量的計算思維至關(guān)重要。為了加強高水平教師隊伍的建設(shè)，教育部在2019年發(fā)布了《關(guān)于實施全國中小學(xué)教師信息技術(shù)應(yīng)用能力提升工程2.0的意見》。然而，該文件并沒有明確指出教師應(yīng)該學(xué)習(xí)計算思維的路徑和方法。與國外情況相比，谷歌資助的“向每位教師引入計算思維”系列課程由國際教育技術(shù)學(xué)會（ISTE）承辦，向教師講解了“計算思維”的含義和核心概念，并提供了大量的“計算思維”課程實例。此外，從教師自身的角度來看，信息科技教師的課余時間往往被輔助教育行政工作所占據(jù)，減少了學(xué)習(xí)計算思維的時間。而其他學(xué)科教師則過于注重提高學(xué)生的分?jǐn)?shù)，很少有精力深入探究計算思維與本學(xué)科內(nèi)容的聯(lián)系，這導(dǎo)致學(xué)生計算思維能力薄弱的問題。

（四）基礎(chǔ)設(shè)施有待完善

目前，我國基礎(chǔ)教育階段存在城鄉(xiāng)之間和校際之間的較大數(shù)字鴻溝，這使得學(xué)習(xí)者無法充分體驗以計算機為載體的計算思維。由于客觀環(huán)境的限制，教師在教學(xué)過程中更容易墨守成規(guī)，只注重灌輸教學(xué)內(nèi)容，而不注重培養(yǎng)學(xué)生的計算思維。尤其是在COVID-19期間，學(xué)校的基礎(chǔ)設(shè)施和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境影響著教師的授課狀態(tài)和學(xué)生的思維發(fā)展。與此同時，教育部等六個部門聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于推進(jìn)教育新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)構(gòu)建高質(zhì)量教育支撐體系的指導(dǎo)意見》。該指導(dǎo)意見指出要強化教育生態(tài)環(huán)境，加快推動教育現(xiàn)代化，建設(shè)教育強國。這意味著國家在發(fā)展教育方面有了更加明確的方向和重視。因此，相關(guān)部門應(yīng)該加快國家方針政策的貫徹落實，將先進(jìn)技術(shù)賦能于教學(xué)環(huán)境，以促進(jìn)城鄉(xiāng)之間和校際之間教育的公平性，并提高中學(xué)生的計算思維水平。這不僅對于個體學(xué)生的全面發(fā)展和適應(yīng)未來社會的需求具有重要意義，也對于國家整體發(fā)展和構(gòu)建創(chuàng)新型國家具有重大的社會意義。

三、中學(xué)生計算思維培養(yǎng)的應(yīng)對策略

（一）強化理論研究

構(gòu)建創(chuàng)新性的教學(xué)模式可以從革新研究隊伍和完善研究過程兩個方面入手。首先，在研究人員構(gòu)成上，不僅應(yīng)該包括教育技術(shù)領(lǐng)域的專家，還應(yīng)該涵蓋教育學(xué)、心理學(xué)和計算機領(lǐng)域的專家。教學(xué)模式的構(gòu)建需要充分利用各個專業(yè)領(lǐng)域的知識，設(shè)計出能夠融入計算思維邏輯的新模式。同時，研究人員還應(yīng)該與一線教師展開合作，深入中學(xué)課堂，尋找當(dāng)前存在的問題，并改變傳統(tǒng)計算思維教育過于工具化的傾向。其次，在研究過程上，研究人員應(yīng)該從學(xué)情分析、教學(xué)環(huán)節(jié)、教學(xué)評價以及資源輔導(dǎo)等方面入手，研發(fā)適合的教學(xué)工具，編寫符合中學(xué)生身心發(fā)展規(guī)律的計算思維教學(xué)內(nèi)容，并創(chuàng)新設(shè)計適宜的計算思維教學(xué)方法，從而有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

（二）完善課程建設(shè)

為了擴展學(xué)生習(xí)得計算思維的渠道，學(xué)校需要完善課程體系的建設(shè)。首先，學(xué)校應(yīng)當(dāng)確保信息科技課程的排課量。在總課時不變的情況下，有必要將1%至3%的課時單獨用于信息科技課程的教學(xué)。這樣可以為學(xué)生提供更多的機會接觸和學(xué)習(xí)計算思維相關(guān)的知識和技能。此外，學(xué)校還可以根據(jù)國內(nèi)外的青少年信息學(xué)競賽，以競賽為導(dǎo)向，開展課后延時的計算思維服務(wù)。例如，提供3D打印課程、機器人編程課程等。這樣的延時服務(wù)能夠更好地滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，培養(yǎng)他們的計算思維能力。其次，學(xué)校需要開發(fā)相關(guān)的校本課程，實現(xiàn)跨學(xué)科整合的計算思維教學(xué)。通過自主探究和合作協(xié)商的過程，學(xué)生能夠發(fā)展和運用計算思維，并加深對各學(xué)科知識的理解。例如，可以利用Scratch軟件構(gòu)建平面直角坐標(biāo)系，通過實現(xiàn)人物的跳躍移動，學(xué)習(xí)數(shù)理知識；還可以通過使用Python編寫古詩，運用計算思維解決程序漏洞，體會古詩詞的韻律之美。這樣的跨學(xué)科整合可以激發(fā)學(xué)生的興趣和創(chuàng)造力，進(jìn)一步促進(jìn)他們的計算思維發(fā)展。此外，相關(guān)部門也應(yīng)該加大對課外思維培訓(xùn)課程的管理力度，積極響應(yīng)國家雙減政策，并采取必要的措施，提高對計算思維教育培訓(xùn)的監(jiān)管力度。這樣可以整頓培訓(xùn)市場中的資本化和無序化現(xiàn)象，推動計算思維教育走向規(guī)范化和專業(yè)化的發(fā)展。

（三）加強教師培訓(xùn)

學(xué)校需要豐富教研資源，以幫助教師成為計算思維的學(xué)習(xí)者。首先，學(xué)校應(yīng)提供涉及計算思維的各學(xué)科教學(xué)案例，構(gòu)建資源平臺，打破校際備課過程中的信息壁壘，助力教師在后疫情時代開展計算思維培養(yǎng)工作。例如，定期開展在線培訓(xùn)活動、邀請專家進(jìn)校講座，并促進(jìn)校際間的合作交流，以拓寬教育工作者的知識視野。同時，學(xué)校還應(yīng)將計算思維作為職前教師引入校園的重要考察指標(biāo)之一，力求建設(shè)高質(zhì)量的師資隊伍。對于在職教師，學(xué)校需要注重計算思維能力的考核，并設(shè)置相關(guān)的績效機制，督促教師有效推進(jìn)計算思維教育。其次，學(xué)校應(yīng)減少信息科技教師的校內(nèi)行政工作，鼓勵其開設(shè)信息科技名師工作室，深入研究計算思維融合學(xué)科課程的教學(xué)實踐。學(xué)?？梢酝ㄟ^培訓(xùn)講座和學(xué)科教研活動，引導(dǎo)任課教師轉(zhuǎn)變對計算思維的傳統(tǒng)觀念，強調(diào)學(xué)習(xí)計算思維中涉及的抽象、分解等思維活動對提高學(xué)生學(xué)業(yè)成績的重要性。

（四）搭建配套環(huán)境設(shè)施

為了促進(jìn)校際和區(qū)域間的信息科技教育協(xié)同發(fā)展，國家應(yīng)從資金、政策等維度統(tǒng)籌計算思維資源。

首先，國家應(yīng)設(shè)立專項資金，對計算思維培養(yǎng)進(jìn)行專門的立項支持，包括設(shè)立基于中學(xué)生計算思維教育的研究基金和項目。通過資金支持，激發(fā)科研人員和教育工作者對計算思維教育的研究和實踐的熱情，推動計算思維教育的創(chuàng)新和發(fā)展。

其次，有關(guān)部門應(yīng)加強頂層設(shè)計，搭建計算思維培養(yǎng)平臺。促進(jìn)校企聯(lián)合，推動計算機、平板電腦等配套設(shè)施進(jìn)入校園，為計算思維教育提供技術(shù)支持。例如，可以在課堂教學(xué)、教師教研、資源建設(shè)、智慧校園等重要應(yīng)用場景中積極探索促進(jìn)學(xué)習(xí)者思維發(fā)展的技術(shù)支持形態(tài)，營造良好的教育技術(shù)環(huán)境。最后，學(xué)校還應(yīng)借鑒試點地區(qū)的使用經(jīng)驗，制定計算思維的發(fā)展規(guī)劃。構(gòu)建多模式耦合的計算思維教學(xué)環(huán)境，同時結(jié)合各類資源，開展多樣化的教學(xué)方法和活動，提升學(xué)生的計算思維能力。這樣的努力將有助于促進(jìn)信息化教育的公平，減小不同地區(qū)、學(xué)校之間的差距。

四、結(jié)束語

綜上所述，本研究借助cite space分析得出中學(xué)階段計算思維的研究現(xiàn)狀，并明確了當(dāng)前阻礙中學(xué)生計算思維發(fā)展的問題，最終從研究人員、學(xué)校和國家三個層面解決中學(xué)生計算思維發(fā)展問題的具體措施，即研究人員通過革新研究隊伍、完善計算思維培養(yǎng)過程解決教學(xué)模式陳舊的問題；學(xué)校通過增加中學(xué)生信息科技課時量、跨學(xué)科培養(yǎng)計算思維，豐富學(xué)生計算思維的培養(yǎng)路徑，同時還應(yīng)實施教師間資源共享，構(gòu)建全方位的監(jiān)督體系，提高教師計算思維能力；國家通過資金撥款、政策扶持完善計算思維配套基礎(chǔ)設(shè)施。通過這些措施的實施，將推動中學(xué)階段計算思維的培養(yǎng)和發(fā)展，為社會培養(yǎng)更多具備計算思維能力的信息化人才。

作者單位：趙淼 孫巍 佳木斯大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]左浩德，朱夢露，曹一鳴.“OECD2030”視域下學(xué)生復(fù)合能力的維度培養(yǎng)策略及啟示[J]. 教育理論與實踐，2022，42（7）：6.

[2]任友群，黃榮懷，熊璋.從信息技術(shù)到信息科技——關(guān)于《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)：2022年版》的對話[J].課程.教材.教法，2022，42（12）：21-31.

[3]劉敏娜，張倩葦.國外計算思維教育研究進(jìn)展[J].開放教育研究，2018，24（1）：13.

趙淼（1998.04-），女，漢族，黑龍江哈爾濱，研究生在讀，研究方向：信息技術(shù)與課程整合；

孫崴（1980.01-），男，漢族，黑龍江雙城，碩士研究生，在讀博士，副教授，研究方向：數(shù)字化學(xué)習(xí)與網(wǎng)絡(luò)教育、信息技術(shù)與課程整合。