馮友梅 王昕怡 溫佳 王壯偉 顏士剛

基金項(xiàng)目：全國(guó)教育科學(xué)規(guī)劃2022年度教育部重點(diǎn)項(xiàng)目“本土計(jì)算思維描述框架及評(píng)價(jià)體系設(shè)計(jì)研究”（項(xiàng)目編號(hào)：DCA220445）

[摘? ?要] 計(jì)算思維是重要的信息科技學(xué)科核心素養(yǎng)，但面向計(jì)算思維的結(jié)構(gòu)化教學(xué)體系尚未形成。經(jīng)分析，計(jì)算思維目標(biāo)體系的缺失是其直接原因。鑒于此，文章以“知識(shí)與思維內(nèi)在統(tǒng)一”為基本立場(chǎng)，將計(jì)算思維轉(zhuǎn)換為與其內(nèi)在統(tǒng)一的知識(shí)結(jié)構(gòu)——計(jì)算思維二維描述框架，并設(shè)計(jì)知識(shí)結(jié)構(gòu)水平的判斷標(biāo)準(zhǔn)——知識(shí)結(jié)構(gòu)九水平分類體系。在此基礎(chǔ)上，給出二者相結(jié)合的計(jì)算思維目標(biāo)體系設(shè)計(jì)方案并結(jié)合實(shí)例詳解：首先，將計(jì)算思維二維描述框架中的要素逐層分解以保證各教學(xué)單位均有其聚焦的計(jì)算思維要素；而后，以知識(shí)結(jié)構(gòu)九水平分類體系為依據(jù)，形成縱向上層層細(xì)化、橫向上計(jì)算思維（知識(shí)）結(jié)構(gòu)水平不斷提升的計(jì)算思維多層進(jìn)階式目標(biāo)體系。該目標(biāo)體系設(shè)計(jì)方案可結(jié)束信息科技課程內(nèi)容教學(xué)與計(jì)算思維教學(xué)兩條線的尷尬局面，使計(jì)算思維在與課程內(nèi)容融合統(tǒng)一的教學(xué)路徑中真正落地。

[關(guān)鍵詞] 信息科技課程； 計(jì)算思維； 目標(biāo)體系； 多層進(jìn)階式； 知識(shí)結(jié)構(gòu)九水平分類體系

[中圖分類號(hào)] G434? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A

[作者簡(jiǎn)介] 馮友梅（1983—），女，河北香河人。副教授，博士，主要從事信息技術(shù)課程與教學(xué)、思維可視化理論與實(shí)踐研究。E-mail：youmeifeng2008@163.com。王壯偉為通訊作者，E-mail：wzhw0511@163.com。

一、引? ?言

作為核心素養(yǎng)落地的重要抓手，大單元教學(xué)在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域備受推崇。其核心要義為，通過(guò)將作為“獨(dú)木”的課匯聚為作為“林”的單元，實(shí)現(xiàn)集中力量培養(yǎng)核心素養(yǎng)的教育目標(biāo)。信息科技學(xué)科亦踐行此思路。作為信息科技學(xué)科聚焦的重要核心素養(yǎng)和學(xué)科立足之本[1]，計(jì)算思維的培養(yǎng)路徑當(dāng)然也不例外。事實(shí)上，計(jì)算思維的有效培養(yǎng)，需要將課程作為整體集中發(fā)力。所謂集中發(fā)力，即要求在將課程匯聚為單元之后，各單元也要形成以計(jì)算思維發(fā)展脈絡(luò)為內(nèi)在線索的、環(huán)環(huán)相扣的單元群。然而，截至目前，此種意義上的單元群尚未形成。換言之，在既有的所謂單元群（如各版本高中信息技術(shù)教材中呈現(xiàn)的單元群）中，很難找到計(jì)算思維的清晰進(jìn)階脈絡(luò)，單元之間并未形成面向計(jì)算思維的合力。如此，從計(jì)算思維培養(yǎng)的角度看，單元便淪為新的“獨(dú)木”，學(xué)科依然未解決“獨(dú)木不成林”的痼疾。事實(shí)上，如何使計(jì)算思維培養(yǎng)系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化，亦是廣大信息科技教研員及一線教師倍感迷茫的問(wèn)題。

鑒于此，本文深入分析信息科技課程中計(jì)算思維培養(yǎng)難成體系的原因——計(jì)算思維目標(biāo)體系難以形成。在此基礎(chǔ)上，以“知識(shí)與思維內(nèi)在統(tǒng)一”為基本立場(chǎng)，給出計(jì)算思維多層進(jìn)階式目標(biāo)體系的設(shè)計(jì)方案并結(jié)合實(shí)例詳解。借此為計(jì)算思維在信息科技學(xué)科穩(wěn)妥落地提供真正可行且可被一線直接參照的思路和樣本。

二、面向計(jì)算思維的結(jié)構(gòu)化教學(xué)體系

緣何難以形成

眾所周知，教學(xué)目標(biāo)是教學(xué)實(shí)踐的重要線索和依據(jù)。從計(jì)算思維培養(yǎng)的角度來(lái)看，信息科技課程各教學(xué)單元間的“貌合神離”，正是緣于可將眾單元“黏合”成整體結(jié)構(gòu)的計(jì)算思維目標(biāo)體系的缺失。

對(duì)于計(jì)算思維單元目標(biāo)設(shè)計(jì)，目前主要有以下三種方式：其一，在課程標(biāo)準(zhǔn)的“內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)”中選取內(nèi)容作為計(jì)算思維單元目標(biāo)。如將計(jì)算思維單元目標(biāo)確定為“描述人工智能的基本特征，利用開源軟硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)搭建簡(jiǎn)單智能系統(tǒng)”[2]。其二，將課程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的計(jì)算思維學(xué)段目標(biāo)（水平）作為單元目標(biāo)。如將計(jì)算思維單元目標(biāo)確定為“根據(jù)給定的任務(wù)進(jìn)行需求分析，明確需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題”[3]。其三，將計(jì)算思維完整過(guò)程作為單元目標(biāo)。如將計(jì)算思維單元目標(biāo)確定為“通過(guò)經(jīng)歷抽象、分解、算法設(shè)計(jì)、應(yīng)用、評(píng)估、總結(jié)、遷移這一過(guò)程解決復(fù)雜問(wèn)題”[4]。

以上三種計(jì)算思維單元目標(biāo)設(shè)計(jì)方法中，第一種的問(wèn)題最為突出，表現(xiàn)為單元目標(biāo)與學(xué)段目標(biāo)指向不一致，即計(jì)算思維單元目標(biāo)與學(xué)段目標(biāo)間無(wú)直接、明朗的關(guān)系，此為方向性錯(cuò)誤。第二種及第三種目標(biāo)設(shè)計(jì)方法雖錯(cuò)不至此，但依然存在問(wèn)題，即不同單元“共享”相同的計(jì)算思維目標(biāo)。此問(wèn)題在第三種目標(biāo)設(shè)計(jì)方法中表現(xiàn)更甚：只要涉及計(jì)算思維目標(biāo)，均用前文所示計(jì)算思維過(guò)程表示。結(jié)果是，看似每個(gè)單元均對(duì)計(jì)算思維的發(fā)展有所貢獻(xiàn)，但無(wú)法清晰說(shuō)明具體貢獻(xiàn)是什么，即無(wú)法明確每個(gè)單元究竟在何種程度上促進(jìn)了計(jì)算思維的發(fā)展。雖然以上三種目標(biāo)設(shè)計(jì)方法存在的問(wèn)題不同，但均導(dǎo)致了相同的結(jié)果：從計(jì)算思維培養(yǎng)的角度看，各單元之間僅是無(wú)清晰邏輯關(guān)聯(lián)的線性排列，與結(jié)構(gòu)化教學(xué)體系相去甚遠(yuǎn)。事實(shí)上，在第二種及第三種目標(biāo)設(shè)計(jì)方法中，各單元之所以需“共享”同一計(jì)算思維目標(biāo)，主要原因?yàn)槟繕?biāo)的跨層使用，即用少量、抽象的學(xué)段甚至課程層面的計(jì)算思維目標(biāo)指導(dǎo)大量、具體的單元層面的教學(xué)實(shí)踐。當(dāng)然，很多研究者已經(jīng)認(rèn)識(shí)到目標(biāo)跨層使用的不合理性，并嘗試將宏觀計(jì)算思維目標(biāo)細(xì)化為多層關(guān)聯(lián)的目標(biāo)體系，所做工作集中于對(duì)計(jì)算思維過(guò)程中內(nèi)含的各要素或環(huán)節(jié)（“抽象”“算法設(shè)計(jì)”等）進(jìn)行分解。例如，將“抽象”細(xì)化為“刪除”“過(guò)濾”“提取”“符號(hào)化”四個(gè)要素[5]等等。然而，無(wú)論采用何種思路，均無(wú)法分解出足夠多的計(jì)算思維“過(guò)程”要素，以支持為各個(gè)層面（包括單元層面）教學(xué)實(shí)踐提供明確計(jì)算思維目標(biāo)的“金字塔結(jié)構(gòu)”目標(biāo)體系的形成。

計(jì)算思維目標(biāo)體系的缺失，便意味著單元間無(wú)清晰的計(jì)算思維內(nèi)在進(jìn)階線索。結(jié)果便是，從計(jì)算思維培養(yǎng)的角度，信息科技課程各教學(xué)單元各自為政、形同散沙，難以形成面向計(jì)算思維的合力。進(jìn)一步，單元無(wú)具體明確的計(jì)算思維目標(biāo)，便無(wú)法有效開展計(jì)算思維單元評(píng)價(jià)，面向計(jì)算思維的“教—學(xué)—評(píng)”一體化也會(huì)落空。長(zhǎng)此以往，計(jì)算思維很有可能淪落為“一個(gè)什么都能裝的筐”。

三、計(jì)算思維目標(biāo)體系設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及宏觀思路

除了計(jì)算思維所屬的學(xué)科核心素養(yǎng)，信息科技課程還有另一個(gè)核心范疇——學(xué)科大概念。其中，《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年版）（以下簡(jiǎn)稱“高中課標(biāo)”）提煉出四個(gè)學(xué)科大概念，分別為“數(shù)據(jù)”“算法”“信息系統(tǒng)”和“信息社會(huì)”，《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)》（2022年版）（以下簡(jiǎn)稱“義教課標(biāo)”）亦提煉出六個(gè)學(xué)科大概念（也稱六大邏輯主線）。這些學(xué)科大概念是信息科技課程內(nèi)容的基本框架。特別是高中階段，課程內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)、教材各單元及單元內(nèi)各節(jié)內(nèi)容均以四個(gè)學(xué)科大概念逐層分解而成的目標(biāo)體系為內(nèi)在線索。因此，前文所言信息科技課程各教學(xué)單元間無(wú)清晰的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，是從計(jì)算思維培養(yǎng)的角度所得結(jié)論。從學(xué)科大概念的角度看，以課程標(biāo)準(zhǔn)及教材為依據(jù)的各教學(xué)單元?jiǎng)t是線索清晰的整體結(jié)構(gòu)。

然而，在當(dāng)下基礎(chǔ)教育語(yǔ)境中，還無(wú)法以圍繞學(xué)科大概念形成的目標(biāo)體系為中介或橋梁，形成計(jì)算思維目標(biāo)體系。原因如下：無(wú)論是各方學(xué)者對(duì)計(jì)算思維的界定，還是課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)計(jì)算思維及其水平的描述，均從計(jì)算思維“過(guò)程”角度出發(fā)，如“能在真實(shí)情境中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提取問(wèn)題基本特征，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行抽象、分解、建?！璠6]”等。從描述角度和方式看，計(jì)算思維與“數(shù)據(jù)”“算法”等更傾向于“內(nèi)容”（知識(shí)）的學(xué)科大概念在發(fā)展過(guò)程及水平方面并無(wú)直接關(guān)聯(lián)。這與學(xué)界對(duì)思維“過(guò)程”與思維“內(nèi)容”之關(guān)系的認(rèn)識(shí)一脈相承?！爸R(shí)（思維內(nèi)容）是訓(xùn)練思維（思維過(guò)程）的材料，是思維調(diào)動(dòng)、利用的資源[7]”。此論斷在教育領(lǐng)域被普遍認(rèn)同，其言下之意為，思維過(guò)程和思維內(nèi)容間僅是調(diào)用與被調(diào)用的關(guān)系，二者在發(fā)展脈絡(luò)及水平方面并無(wú)內(nèi)在實(shí)質(zhì)關(guān)聯(lián)[8]。

于是，計(jì)算思維目標(biāo)體系建構(gòu)便遇到了一個(gè)難以逾越的瓶頸：一方面，從計(jì)算思維過(guò)程的角度，經(jīng)多方努力，均無(wú)法形成多層關(guān)聯(lián)的目標(biāo)體系；另一方面，因計(jì)算思維過(guò)程與內(nèi)容無(wú)內(nèi)在實(shí)質(zhì)關(guān)聯(lián)，故無(wú)法以信息科技學(xué)科大概念目標(biāo)體系為中介形成計(jì)算思維目標(biāo)體系。困境就此產(chǎn)生。事實(shí)上，對(duì)于“思維過(guò)程與思維內(nèi)容無(wú)內(nèi)在實(shí)質(zhì)關(guān)聯(lián)”這一論斷，教學(xué)實(shí)踐中已經(jīng)出現(xiàn)與其相悖的案例。例如，“敏捷性”是衡量思維品質(zhì)的重要標(biāo)準(zhǔn)[7]，已有教學(xué)實(shí)踐表明，增加知識(shí)（思維內(nèi)容）節(jié)點(diǎn)間的關(guān)聯(lián)可顯著提升思維（思維過(guò)程）的敏捷性[9]。

源于對(duì)計(jì)算思維落地困境的擔(dān)憂，亦因大量反例給予我們的追問(wèn)動(dòng)力，自2016年起，經(jīng)過(guò)層層追溯，筆者及團(tuán)隊(duì)成員最終找到“思維過(guò)程與思維內(nèi)容無(wú)內(nèi)在實(shí)質(zhì)關(guān)聯(lián)”這一論斷的直接來(lái)源——認(rèn)知心理學(xué)關(guān)于學(xué)習(xí)核心機(jī)制的“信息加工”隱喻，并發(fā)現(xiàn)該隱喻的局限性[10]。在此基礎(chǔ)上，從皮亞杰發(fā)生認(rèn)識(shí)論之哲學(xué)精髓處獲得啟發(fā)，得到關(guān)于思維過(guò)程與思維內(nèi)容間關(guān)系的新認(rèn)識(shí)：思維過(guò)程與思維內(nèi)容是本質(zhì)上不可分的統(tǒng)一整體，這一整體可表現(xiàn)為兩種狀態(tài)：靜態(tài)與動(dòng)態(tài)。其中，靜態(tài)即知識(shí)，是陳述性知識(shí)與程序性知識(shí)復(fù)雜交織的知識(shí)結(jié)構(gòu)；動(dòng)態(tài)即思維，是以既有知識(shí)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的知識(shí)結(jié)構(gòu)再建構(gòu)過(guò)程，其結(jié)果是新的知識(shí)結(jié)構(gòu)的形成。此知識(shí)結(jié)構(gòu)又是下一次思維運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)，如此螺旋上升，使得靜態(tài)的知識(shí)結(jié)構(gòu)與動(dòng)態(tài)的思維結(jié)構(gòu)在發(fā)展過(guò)程與水平方面保持同步和統(tǒng)一[8]。

以“知識(shí)與思維內(nèi)在統(tǒng)一”為基本立場(chǎng)，計(jì)算思維目標(biāo)體系的建構(gòu)困境便有了突破口：以與計(jì)算思維內(nèi)在一致的學(xué)科大概念為中介，構(gòu)建計(jì)算思維目標(biāo)體系。以此為指導(dǎo)思想，以課程標(biāo)準(zhǔn)及教材為基礎(chǔ)，并從上游學(xué)科——計(jì)算機(jī)科學(xué)中汲取智慧，我們最終建構(gòu)完成與計(jì)算思維動(dòng)態(tài)過(guò)程內(nèi)在一致的靜態(tài)大概念框架，包括計(jì)算概念與計(jì)算策略兩個(gè)維度，如圖1所示。其中，計(jì)算策略是核心。

圖1? ?計(jì)算思維二維描述框架[11]

此計(jì)算思維二維描述框架（以下簡(jiǎn)稱“描述框架”）中所含要素皆為學(xué)科層面的大概念，亦是計(jì)算思維目標(biāo)體系的建構(gòu)基礎(chǔ)?；窘?gòu)思路為：將描述框架中的要素逐層分解，形成多層關(guān)聯(lián)的概念“金字塔結(jié)構(gòu)”體系；在此基礎(chǔ)上，依據(jù)知識(shí)結(jié)構(gòu)水平判斷標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合課程標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于計(jì)算思維學(xué)段目標(biāo)、學(xué)段特征等的規(guī)定，便形成可為各層面教學(xué)提供明確計(jì)算思維目標(biāo)的多層進(jìn)階式目標(biāo)體系。以此思路構(gòu)建計(jì)算思維目標(biāo)體系，亦可結(jié)束計(jì)算思維教學(xué)與課程內(nèi)容（知識(shí)）教學(xué)兩條線的尷尬局面，使信息科技課程呈現(xiàn)出主線清晰的一體化邏輯脈絡(luò)和實(shí)踐路徑。

四、計(jì)算思維目標(biāo)體系設(shè)計(jì)方案及例解

以計(jì)算思維目標(biāo)體系設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及宏觀思路為依據(jù)，本部分結(jié)合實(shí)例，給出具體詳細(xì)的計(jì)算思維目標(biāo)體系設(shè)計(jì)方案。

（一）計(jì)算思維二維描述框架各要素的分解和細(xì)化

在真實(shí)的教學(xué)場(chǎng)域中，“課”是教學(xué)的基本單位。就計(jì)算思維的有效培養(yǎng)而言，不僅單元，單元上層的模塊、學(xué)段、課程，單元下層的課亦需要有明確的計(jì)算思維目標(biāo)。因此，計(jì)算思維目標(biāo)體系設(shè)計(jì)的第一步，便是對(duì)描述框架中的各要素進(jìn)行分解，以保證每堂課、每單元等均有其聚焦的具體概念或大概念。以下分別闡釋計(jì)算概念和計(jì)算策略維度要素的具體分解思路。

對(duì)于計(jì)算概念維度的要素，主要有兩種分解思路：基于“整體—部分”關(guān)系的分解和基于“類屬”關(guān)系的分解。例如，從類屬關(guān)系的角度，“信息系統(tǒng)”可分解為“互聯(lián)網(wǎng)信息系統(tǒng)”和“物聯(lián)網(wǎng)信息系統(tǒng)”；從“整體—部分”關(guān)系的角度，“互聯(lián)網(wǎng)信息系統(tǒng)”可進(jìn)一步分解為“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”和“通信網(wǎng)絡(luò)”……同理，計(jì)算概念維度的其他要素亦可依據(jù)此思路分解形成要素體系。

對(duì)于計(jì)算策略維度的要素，主要是基于類屬關(guān)系的分解。以“分治”策略為例，從子問(wèn)題之間關(guān)系的角度，“分治”可分解為“平行分治”和“遞階分治”① ；“遞階分治”又可分解為“逐步求精”和“遞歸”兩種類型。從策略應(yīng)用情境的角度，分解而成的以上要素還可進(jìn)一步分解，具體如圖2所示。依據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算策略維度的其他要素均可分解成層層關(guān)聯(lián)的金字塔結(jié)構(gòu)。

圖2? ?計(jì)算策略維度要素分解實(shí)例

（二）知識(shí)結(jié)構(gòu)水平判斷標(biāo)準(zhǔn)的確定

以發(fā)展計(jì)算思維為目的的知識(shí)教學(xué)，不再聚焦獨(dú)立的知識(shí)要素，而是以促進(jìn)眾知識(shí)要素關(guān)聯(lián)形成高水平的知識(shí)結(jié)構(gòu)為旨?xì)w。換言之，雖然通過(guò)描述框架，將計(jì)算思維教學(xué)轉(zhuǎn)換為特定范圍內(nèi)的知識(shí)教學(xué)，但這并非對(duì)傳統(tǒng)知識(shí)教學(xué)的簡(jiǎn)單回歸，而是否定之否定——從知識(shí)點(diǎn)轉(zhuǎn)向知識(shí)結(jié)構(gòu)。因此，需要一個(gè)以知識(shí)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度為水平劃分依據(jù)的目標(biāo)分類體系，其與分解而成的知識(shí)要素體系相結(jié)合，形成計(jì)算思維目標(biāo)體系。SOLO目標(biāo)分類體系基本滿足此需求。該目標(biāo)分類體系以思維結(jié)構(gòu)（知識(shí)結(jié)構(gòu)）的復(fù)雜程度為水平劃分標(biāo)準(zhǔn)，共包含五個(gè)水平，由低到高分別為“前結(jié)構(gòu)”“單點(diǎn)結(jié)構(gòu)”“多點(diǎn)結(jié)構(gòu)”“關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)”及“拓展抽象結(jié)構(gòu)”[12]。

然而，首先，“前結(jié)構(gòu)”僅是一種理論樣態(tài)，當(dāng)知識(shí)結(jié)構(gòu)為教學(xué)目標(biāo)時(shí)，“前結(jié)構(gòu)”并不適合作為其水平判斷標(biāo)準(zhǔn)。其次，“拓展抽象結(jié)構(gòu)”與“關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)”并無(wú)知識(shí)結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的差異，區(qū)別僅在于是否發(fā)生結(jié)構(gòu)遷移[13]。再次，雖然從理論上，SOLO目標(biāo)分類體系中“單點(diǎn)結(jié)構(gòu)”“多點(diǎn)結(jié)構(gòu)”“關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)”三個(gè)層級(jí)可以較為精準(zhǔn)地標(biāo)識(shí)知識(shí)結(jié)構(gòu)水平，但在完成教學(xué)目標(biāo)所要求的學(xué)習(xí)或評(píng)價(jià)任務(wù)時(shí)，學(xué)生需要激活、關(guān)聯(lián)的知識(shí)要素往往多于教學(xué)目標(biāo)顯性要求的知識(shí)要素及結(jié)構(gòu)，即有部分知識(shí)結(jié)構(gòu)處于內(nèi)隱狀態(tài)。且對(duì)于知識(shí)結(jié)構(gòu)顯性要求相同的教學(xué)目標(biāo)，涉及的任務(wù)類型不同，完成其所需的處于內(nèi)隱狀態(tài)的知識(shí)結(jié)構(gòu)也存在差異，但一線實(shí)踐者往往難以辨別這些內(nèi)隱狀態(tài)的差異。

鑒于以上，為了支持實(shí)踐領(lǐng)域合理地確定知識(shí)結(jié)構(gòu)水平，本文借鑒薩蘭特（Salant）等人的思路[14]，將任務(wù)類型與SOLO目標(biāo)分類體系中的“單點(diǎn)結(jié)構(gòu)”“多點(diǎn)結(jié)構(gòu)”“關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)”三個(gè)層級(jí)相結(jié)合，形成了面向?qū)嵺`的知識(shí)結(jié)構(gòu)九水平分類體系，見表1。相比“任務(wù)類型”，“結(jié)構(gòu)樣態(tài)”在水平劃分時(shí)有較高優(yōu)先級(jí)。分類體系中各維度要素及其含義見表2。該分類體系突破了薩蘭特（Salant）等人所創(chuàng)分類體系僅面向編程領(lǐng)域的局限，可應(yīng)用于所有教學(xué)場(chǎng)域。

（三）計(jì)算思維多層進(jìn)階式目標(biāo)體系設(shè)計(jì)

以下筆者結(jié)合課程標(biāo)準(zhǔn)和教材，闡釋如何以計(jì)算思維知識(shí)要素體系及知識(shí)結(jié)構(gòu)九水平分類體系為依據(jù)構(gòu)建計(jì)算思維目標(biāo)體系。

義務(wù)教育及高中課標(biāo)規(guī)劃了前后相繼的若干模塊。故計(jì)算思維目標(biāo)體系設(shè)計(jì)的一種易操作的思路為：將模塊作為單元群的設(shè)計(jì)單位，以其為中心，向下分解形成單元進(jìn)階序列及課進(jìn)階序列；向上匯聚為學(xué)段進(jìn)階序列及課程整體，計(jì)算思維目標(biāo)體系設(shè)計(jì)即是確定各層具體、明確的進(jìn)階式目標(biāo)序列，如圖3所示。以下從兩個(gè)方面詳解計(jì)算思維目標(biāo)體系的設(shè)計(jì)方法：其一，各層目標(biāo)中知識(shí)要素及知識(shí)結(jié)構(gòu)水平的確定方法；其二，計(jì)算思維目標(biāo)進(jìn)階線索。

圖3? ?計(jì)算思維目標(biāo)體系設(shè)計(jì)思路

1. 各層目標(biāo)中知識(shí)要素及知識(shí)結(jié)構(gòu)水平的確定方法

任何一個(gè)具體的計(jì)算思維目標(biāo)均內(nèi)含兩個(gè)基本成分：知識(shí)要素以及知識(shí)結(jié)構(gòu)水平。各層目標(biāo)的抽象程度不同，主要表現(xiàn)為各層目標(biāo)所含知識(shí)要素的抽象程度不同。其中，課程層目標(biāo)中的知識(shí)要素即為描述框架中的要素，其余各層目標(biāo)中的知識(shí)要素均在分解而成的要素體系中遴選。在描述目標(biāo)時(shí)，不必將目標(biāo)中顯性要求的知識(shí)要素全部列出，只描述關(guān)鍵要素即可。對(duì)于知識(shí)結(jié)構(gòu)水平的確定，因在目標(biāo)統(tǒng)攝的范圍內(nèi)會(huì)包含多種水平的具體知識(shí)結(jié)構(gòu)（這在宏觀層面的目標(biāo)中表現(xiàn)尤為明顯），故以其中最高知識(shí)結(jié)構(gòu)水平作為目標(biāo)水平① 。需要強(qiáng)調(diào)的是，在設(shè)計(jì)各層計(jì)算思維目標(biāo)時(shí)，無(wú)論是知識(shí)要素的選擇抑或知識(shí)結(jié)構(gòu)水平的確定，課程標(biāo)準(zhǔn)及教材均是重要依托，本文提供的計(jì)算思維要素體系及知識(shí)結(jié)構(gòu)九水平分類體系則是對(duì)其進(jìn)行以凸顯計(jì)算思維的發(fā)展脈絡(luò)為目的的二次創(chuàng)造的依據(jù)。

以計(jì)算思維課程層面的目標(biāo)為例，依據(jù)本文給出的計(jì)算思維目標(biāo)設(shè)計(jì)方法，對(duì)義教課標(biāo)規(guī)定的計(jì)算思維課程目標(biāo)進(jìn)行二次創(chuàng)造，結(jié)果如下：“在真實(shí)問(wèn)題情境下，通過(guò)數(shù)字工具支持的多種符形結(jié)合的表意及在線交流過(guò)程、數(shù)據(jù)分析與編碼過(guò)程、算法設(shè)計(jì)過(guò)程及簡(jiǎn)單信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程，初步理解過(guò)程與控制的基本原理，內(nèi)化有效、效率、安全的目標(biāo)意識(shí)以及可視化、分治、重用、迭代等計(jì)算策略，并將其遷移至其他學(xué)科及真實(shí)問(wèn)題的求解中?！?/p>

從知識(shí)要素的角度，上述目標(biāo)設(shè)計(jì)案例在保留義教課標(biāo)所規(guī)定內(nèi)容的基礎(chǔ)上，從中提煉補(bǔ)充了若干計(jì)算概念（如有效、效率）和計(jì)算策略（如可視化、分治）。因目標(biāo)處于課程層面，故所補(bǔ)充的皆為描述框架中的知識(shí)要素，且僅描述了關(guān)鍵要素。從知識(shí)結(jié)構(gòu)水平角度，義教課標(biāo)包含“互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議”這一教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生只有在教師的引導(dǎo)下（模擬）經(jīng)歷協(xié)議的初步設(shè)計(jì)過(guò)程，才能真正理解②協(xié)議本身，并內(nèi)化其內(nèi)含的“分治”“封裝”等策略。設(shè)計(jì)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的過(guò)程需要各層統(tǒng)籌兼顧，故為“關(guān)聯(lián)—?jiǎng)?chuàng)造”水平。即是說(shuō)，義教課標(biāo)要求學(xué)生本學(xué)科的知識(shí)結(jié)構(gòu)（最高）水平為“關(guān)聯(lián)—?jiǎng)?chuàng)造”水平。

除知識(shí)要素的遴選范圍不同，其他各層計(jì)算思維目標(biāo)設(shè)計(jì)思路與課程層目標(biāo)基本一致，不再例解。

2. 計(jì)算思維目標(biāo)進(jìn)階線索

目標(biāo)進(jìn)階指目標(biāo)的橫向進(jìn)階，縱向上各目標(biāo)間不存在進(jìn)階關(guān)系。圖3中各層目標(biāo)抽象程度不同，但進(jìn)階線索一致，即知識(shí)要素增加及知識(shí)結(jié)構(gòu)水平提升。具體分為三種情況：與目標(biāo)進(jìn)階脈絡(luò)中的前一個(gè)目標(biāo)相比，目標(biāo)中的知識(shí)要素增加，知識(shí)結(jié)構(gòu)水平不變；知識(shí)要素未增加，知識(shí)結(jié)構(gòu)水平提升；知識(shí)要素增加，知識(shí)結(jié)構(gòu)水平亦提升。

進(jìn)一步，知識(shí)結(jié)構(gòu)的發(fā)展過(guò)程是三種結(jié)構(gòu)的螺旋上升過(guò)程（如“單點(diǎn)結(jié)構(gòu)→多點(diǎn)結(jié)構(gòu)→關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)→多點(diǎn)結(jié)構(gòu)→關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)……”）。因此，知識(shí)結(jié)構(gòu)水平提升可以有兩種方式：第一種，同層提升，包含“單點(diǎn)結(jié)構(gòu)→多點(diǎn)結(jié)構(gòu)”“多點(diǎn)結(jié)構(gòu)→關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)”“單點(diǎn)結(jié)構(gòu)→關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)”三種情況；第二種，跨層提升，即螺旋上升后的提升，包含“關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)→（跨層）多點(diǎn)結(jié)構(gòu)”“關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)→（跨層）關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)”兩種情況。再有，一般情況下，同一計(jì)算思維目標(biāo)會(huì)與多個(gè)知識(shí)領(lǐng)域（目標(biāo)進(jìn)階脈絡(luò)）相關(guān)，進(jìn)而表現(xiàn)出多個(gè)相對(duì)水平。

接下來(lái)以義務(wù)教育階段《互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與創(chuàng)新》模塊的計(jì)算思維目標(biāo)體系設(shè)計(jì)（圖4）為例，詳解計(jì)算思維目標(biāo)的進(jìn)階線索。該設(shè)計(jì)實(shí)例中：將“單元二目標(biāo)”置于互聯(lián)網(wǎng)知識(shí)領(lǐng)域。因該知識(shí)領(lǐng)域要求學(xué)生從外在應(yīng)用及內(nèi)在原理兩方面整體把握互聯(lián)網(wǎng)，“單元一目標(biāo)”聚焦互聯(lián)網(wǎng)的外在應(yīng)用，故其為“單點(diǎn)—?jiǎng)?chuàng)造”水平，包含的關(guān)鍵知識(shí)要素為“可視化”和“互聯(lián)網(wǎng)工具”?！皢卧繕?biāo)”則要求學(xué)生在單元一的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步（通過(guò)自主設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的方式）理解互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)在原理，初步形成對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的整體認(rèn)識(shí)。相比“單元一目標(biāo)”，“單元二目標(biāo)”增加了“網(wǎng)絡(luò)協(xié)議”“分治”等知識(shí)要素，目標(biāo)水平進(jìn)階為“關(guān)聯(lián)—?jiǎng)?chuàng)造”水平，屬于前文所述第三種目標(biāo)進(jìn)階方式。除了歸屬于“互聯(lián)網(wǎng)”知識(shí)領(lǐng)域，“單元二目標(biāo)”還可置于“分治”知識(shí)領(lǐng)域進(jìn)行考察。結(jié)合課程標(biāo)準(zhǔn)和教材，可得到“分治”知識(shí)領(lǐng)域一種可能的目標(biāo)進(jìn)階脈絡(luò)：“將數(shù)字設(shè)備的使用過(guò)程分解為若干步驟（平行分治）→將數(shù)字作品的設(shè)計(jì)與開發(fā)過(guò)程分解為若干步驟（平行分治）→用算法描述解決簡(jiǎn)單問(wèn)題的過(guò)程（平行分治）→將系統(tǒng)分解為若干子系統(tǒng)（平行分治）→初步（模擬）設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（遞階分治）……”將“單元二目標(biāo)”置于此脈絡(luò)中，其亦為“關(guān)聯(lián)—?jiǎng)?chuàng)造”①水平。此外，“單元二目標(biāo)”還可置于“封裝”“統(tǒng)籌”“效率”等知識(shí)領(lǐng)域進(jìn)行考察，從而在不同的進(jìn)階脈絡(luò)中表現(xiàn)出相同或不同的目標(biāo)水平?？v向角度，“單元二目標(biāo)”與單元二內(nèi)課層各目標(biāo)間并不存在進(jìn)階關(guān)系；橫向角度，單元二內(nèi)課層各目標(biāo)同樣可置于不同目標(biāo)進(jìn)階脈絡(luò)中考察，進(jìn)而表現(xiàn)出多種相對(duì)目標(biāo)水平。篇幅所限，不再贅述。

圖4? ?計(jì)算思維目標(biāo)體系設(shè)計(jì)實(shí)例

綜上所述，計(jì)算思維目標(biāo)進(jìn)階脈絡(luò)錯(cuò)綜復(fù)雜，并非僅同層相鄰目標(biāo)間的簡(jiǎn)單關(guān)聯(lián)。此是計(jì)算思維目標(biāo)進(jìn)階的應(yīng)然狀態(tài)，同一計(jì)算思維目標(biāo)亦因此表現(xiàn)出多種相對(duì)水平。鑒于此，在教學(xué)實(shí)踐中，教師不必執(zhí)著于確定特定計(jì)算思維目標(biāo)處于何種水平，而應(yīng)將關(guān)注點(diǎn)放在促進(jìn)知識(shí)要素間建立盡可能豐富的關(guān)聯(lián)上。這便要求教師在設(shè)計(jì)各層面目標(biāo)時(shí)均有全局意識(shí)，如此才能真正引導(dǎo)、支持學(xué)生建構(gòu)復(fù)雜關(guān)聯(lián)的、高水平的與計(jì)算思維內(nèi)在一致的知識(shí)結(jié)構(gòu)。這正是本文給出的知識(shí)結(jié)構(gòu)九水平分類體系之于教學(xué)實(shí)踐的關(guān)鍵引導(dǎo)價(jià)值所在。

事實(shí)上，除了對(duì)計(jì)算思維目標(biāo)設(shè)計(jì)的引導(dǎo)，知識(shí)結(jié)構(gòu)九水平分類體系（任務(wù)類型維度）對(duì)于計(jì)算思維落地的另一關(guān)鍵要素——學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計(jì)亦有重要的引導(dǎo)價(jià)值。受限于篇幅及本文主題，此處對(duì)學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計(jì)僅作簡(jiǎn)要闡釋（另文詳解），以期為實(shí)踐領(lǐng)域提供必要的方向性指導(dǎo)。依前文所述，在知識(shí)結(jié)構(gòu)九水平分類體系的三種任務(wù)類型中，“創(chuàng)造”之所以水平最高，原因在于完成“創(chuàng)造”類任務(wù)需要學(xué)生在頭腦中建構(gòu)知識(shí)要素間更多、更復(fù)雜的關(guān)聯(lián)，這正是教學(xué)過(guò)程的旨?xì)w。例如，圖4中單元二便將“初步（模擬）設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議”這一“創(chuàng)造”類任務(wù)作為學(xué)習(xí)任務(wù)。通過(guò)完成此任務(wù)，學(xué)生不僅能夠深入理解互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?nèi)部原理，而且可以通過(guò)（模擬）經(jīng)歷這一“科學(xué)原理”的創(chuàng)造過(guò)程，內(nèi)化蘊(yùn)含其中的分治、統(tǒng)籌、封裝策略以及效率這一目標(biāo)意識(shí)。如此才能充分發(fā)揮“科學(xué)原理”教學(xué)對(duì)于計(jì)算思維發(fā)展的潛在價(jià)值[15]。反之，如果將單元二的學(xué)習(xí)任務(wù)確定為“應(yīng)用”類任務(wù)，如“探究（解釋）互聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?nèi)部原理”，那么依托此學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生習(xí)得的僅是科學(xué)原理本身，根本無(wú)法領(lǐng)悟蘊(yùn)含其中的對(duì)于計(jì)算思維發(fā)展而言至關(guān)重要的計(jì)算概念和計(jì)算策略[11]。綜上所述，在時(shí)間、資源等條件允許的情況下，應(yīng)盡可能選擇“創(chuàng)造”類任務(wù)作為信息科技課程的學(xué)習(xí)任務(wù)，形成以“創(chuàng)造”類學(xué)習(xí)任務(wù)為主，“應(yīng)用”類學(xué)習(xí)任務(wù)為輔的信息科技課程學(xué)習(xí)任務(wù)體系。

五、結(jié)? ?語(yǔ)

本文始于信息科技課程中計(jì)算思維培養(yǎng)難成體系這一實(shí)踐困境，并將困境原因歸結(jié)為計(jì)算思維目標(biāo)體系的構(gòu)建困境。在此基礎(chǔ)上，以“知識(shí)與思維內(nèi)在統(tǒng)一”為基本立場(chǎng)，以計(jì)算思維二維描述框架及知識(shí)結(jié)構(gòu)九水平分類體系為重要依據(jù)，給出信息科技課程中計(jì)算思維多層進(jìn)階式目標(biāo)體系設(shè)計(jì)具體方案。該方案可結(jié)束信息科技課程內(nèi)容教學(xué)與計(jì)算思維教學(xué)兩條線的尷尬局面，使計(jì)算思維在與課程內(nèi)容融合統(tǒng)一的教學(xué)路徑中真正落地。

在后續(xù)研究中，我們將重點(diǎn)做以下兩項(xiàng)工作：其一，在縱向上，以課程標(biāo)準(zhǔn)和教材為依托，系統(tǒng)梳理計(jì)算思維二維描述框架中各要素的進(jìn)階脈絡(luò)，為教師從整體把握課程進(jìn)而設(shè)計(jì)廣泛關(guān)聯(lián)的計(jì)算思維目標(biāo)體系提供更充分的支持；其二，深入研究面向計(jì)算思維的學(xué)習(xí)任務(wù)及學(xué)習(xí)任務(wù)體系的設(shè)計(jì)方法，以支持計(jì)算思維目標(biāo)體系有效達(dá)成。

計(jì)算思維對(duì)于學(xué)生未來(lái)發(fā)展的奠基作用毋庸置疑，但至今仍未有可落實(shí)于常規(guī)教學(xué)中的、成熟的計(jì)算思維培養(yǎng)體系。我們?cè)跒榇伺?，也期待更多研究及?shí)踐者的加入！

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Designing A Multi-level Progressive Target System for Computational Thinking in Information Technology Curriculum

FENG Youmei1，? WANG Xinyi1，? ?WEN Jia1，? WANG Zhuangwei2，? YAN Shigang1

（1.Faculty of Education， Tianjin Normal University， Tianjin 300387;

2.Hebei Provincial Teacher Qualification Accreditation Service Center， Shijiazhuang Hebei 050051）

[Abstract] Computational thinking is an important core competence in information technology discipline， but a structured teaching system for computational thinking has not yet been formed. Through analysis， it is found that the lack of an target system for computational thinking is the direct cause. In view of this， this paper takes "the internal unity of knowledge and thinking" as the basic standpoint， converts computational thinking into a knowledge structure， a two-dimensional descriptive framework of computational thinking， and designs the judgment standard of knowledge structure， a nine-level classification system of knowledge structure. On this basis， the design scheme of computational thinking target system combining the two is given and explained in detail with examples. Firstly， the elements in the two-dimensional descriptive framework of computational thinking are decomposed layer by layer to ensure that each teaching unit has its own focus on the elements of computational thinking. Then， based on the nine-level classification system of knowledge structure， a multi-level progressive target system of computational thinking is formed， which is vertically refined layer by layer and is horizontally upgraded in the level of computational thinking （knowledge） structure. This design scheme can end the embarrassing situation between content teaching and computational thinking in information technology curriculum， so that computational thinking can be truly realized in the teaching approach that is integrated and unified with the content of the course.

[Keywords]? Information Technology Curriculum； Computational Thinking； Target System； Multi-level Progressive System; Nine-level Classification System of Knowledge Structure