我國中小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)中計(jì)算思維培養(yǎng)的現(xiàn)狀研究

楊健

摘 要：本文以“計(jì)算思維”為關(guān)鍵詞，在中國知網(wǎng)中收集了2012年1月到2017年1月期間相關(guān)論文共129篇。應(yīng)用內(nèi)容分析法對論文進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并根據(jù)內(nèi)容進(jìn)行了分類。按照年份分布的文章總數(shù)量、不同主題的文章總數(shù)量、不同主題文章內(nèi)容分別進(jìn)行分析，展示了目前我國中小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)中計(jì)算思維培養(yǎng)研究的現(xiàn)狀，并為今后的教學(xué)實(shí)施提出了建議。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維；信息技術(shù)；內(nèi)容分析法；中國知網(wǎng)

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-8454（2017）23-0085-04

一、研究背景

自2004年普通高中課程改革開始至今已經(jīng)10多年。在這些年中，高中信息技術(shù)課程按照國家制訂的課程標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)步實(shí)施，取得了一定成效。但是隨著社會(huì)的發(fā)展、課程改革的深入，信息技術(shù)課程突顯出了一些問題，例如，課程內(nèi)容的定位、學(xué)科課程的核心價(jià)值等等。針對這些問題，教育部對普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂。在新修訂的課程標(biāo)準(zhǔn)中，明確提出了信息技術(shù)學(xué)科的四個(gè)核心素養(yǎng)——信息意識、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任。本文選取計(jì)算思維作為研究的出發(fā)點(diǎn)，通過對中國知網(wǎng)中關(guān)于計(jì)算思維的論文進(jìn)行研究，統(tǒng)計(jì)分析我國中小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)中計(jì)算思維研究的現(xiàn)狀，希望為今后計(jì)算思維培養(yǎng)落實(shí)到課堂提供參考。

二、研究方法與文獻(xiàn)來源

本文采用內(nèi)容分析的研究方法。以文獻(xiàn)作為主要研究對象，對其內(nèi)容做客觀、系統(tǒng)的量化，并對量化結(jié)果加以描述，分析所含信息及其變化，來達(dá)到現(xiàn)狀分析的目標(biāo)。[1]

本研究文獻(xiàn)來自中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)教育資源文獻(xiàn)總庫，以“計(jì)算思維”為關(guān)鍵詞對2012年1月至2017年1月期間的期刊進(jìn)行主題檢索，共有883篇文章。經(jīng)過進(jìn)一步篩選，選擇與中小學(xué)信息技術(shù)教育教學(xué)相關(guān)的文章129篇，作為本文的研究樣本。

通過對樣本文章的閱讀，將文章的研究內(nèi)容進(jìn)行歸納，分為五類主題：一是中小學(xué)信息技術(shù)課程的發(fā)展史類，主要研究國內(nèi)外中小學(xué)信息技術(shù)課程的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀與未來趨勢；二是修訂課標(biāo)的新理念和計(jì)算思維的理論類，專家解讀新修訂課標(biāo)和計(jì)算思維的概念、表現(xiàn)形式和評價(jià)方式；三是計(jì)算思維培養(yǎng)的策略及方法類，根據(jù)教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，反思總結(jié)計(jì)算思維的可操作性、培養(yǎng)的教學(xué)方法和策略；四是計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)及課例類，依據(jù)對計(jì)算思維理論的理解，應(yīng)用各種程序語言、軟件工具等載體進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐的案例；五是其它研究類，包括特級教師講堂、教育隨筆和專家寄語等。

三、研究內(nèi)容

1.數(shù)據(jù)整理統(tǒng)計(jì)

本研究采用兩個(gè)維度即主題分類和發(fā)表年度，對129篇文章進(jìn)行整理統(tǒng)計(jì)，得到不同主題文章按不同年份發(fā)表的數(shù)量統(tǒng)計(jì)表，如表1所示。表1的橫向表示年份，縱向表示主題分類。橫行的每一項(xiàng)數(shù)據(jù)表示同一主題在2012年1月至2017年1月期間，不同年份發(fā)表文章的篇數(shù)。其中，表1最后一行的“年份匯總”項(xiàng)表示不同年份，所有5個(gè)主題發(fā)表文章的總篇數(shù)。表1縱列的每一項(xiàng)數(shù)據(jù)表示在2012年1月至2017年1月期間，同一年份在5個(gè)不同研究主題中發(fā)表文章的篇數(shù)。其中，表1的最右一列“主題匯總”項(xiàng)表示同一主題在不同年份發(fā)表文章的總篇數(shù)。

從表1的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，2012年1月-2017年1月連續(xù)5年零1個(gè)月間，中小學(xué)信息技術(shù)課程發(fā)展史類主題每年發(fā)表的文章數(shù)分別為0、2、2、6、1和0篇，總數(shù)為11篇；修訂課標(biāo)的新理念和計(jì)算思維的理論類主題每年發(fā)表的文章數(shù)分別為4、4、1、7、11和2篇，總數(shù)為29篇；計(jì)算思維培養(yǎng)的策略及方法類主題每年發(fā)表的文章數(shù)分別為1、1、7、15、24和1篇，總數(shù)為49篇；計(jì)算思維教學(xué)設(shè)計(jì)及課例類的主題每年發(fā)表的文章數(shù)分別為1、0、3、10、13和0篇，總數(shù)為27篇；其它研究類主題每年發(fā)表的文章數(shù)分別為0、0、2、7、3和1篇，總數(shù)為13篇。2012年-2017年間，每年5個(gè)主題發(fā)表的文章總數(shù)分別為：2012年6篇，2013年7篇，2014年15篇，2015年45篇，2016年52篇，2017年4篇。

2.數(shù)據(jù)分析

（1）按年份分布的文章總數(shù)量分析

根據(jù)表1的統(tǒng)計(jì)，選擇最后一行“年份匯總”的數(shù)據(jù)，分別選取從2012年1月到2017年1月間收錄的文章總數(shù)量，繪制文章總數(shù)量年度分布折線圖，如圖1所示。橫軸表示年份，縱軸表示文章數(shù)量。

從圖1可以看到，自2012年1月至2016年12月，有關(guān)基礎(chǔ)教育中計(jì)算思維研究的文章數(shù)量分別為6、7、15、45和52篇，總體呈上升趨勢。其中，2012年1月到2014年12月的3年間增速較緩，2014年到2015年出現(xiàn)陡增態(tài)勢。由于2017年只收錄了1月份的文章，僅為4篇，因此，2017年的文章數(shù)量銳減。

上述情況的出現(xiàn)是由外部環(huán)境和內(nèi)在因素共同決定的。從外部看，在2012年7月，第一屆“計(jì)算思維與大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)改革研討會(huì)”召開。到會(huì)專家提出要提高大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的質(zhì)量、增強(qiáng)大學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)。受其影響，我國中小學(xué)的信息技術(shù)教育也開始了計(jì)算思維培養(yǎng)的探索。從內(nèi)因看，從2004年開始的10年基礎(chǔ)教育改革，雖然推進(jìn)了信息技術(shù)學(xué)科的發(fā)展，但是信息技術(shù)教學(xué)存在著一些困惑和亟待解決的問題。大學(xué)計(jì)算機(jī)課程的改革點(diǎn)燃了基礎(chǔ)教育領(lǐng)域有識之士的思變火花。所以，自2012年起，有關(guān)中小學(xué)信息技術(shù)教育的計(jì)算思維研究零星開展，取得了少量的研究成果。從圖1中可見，2012-2014年連續(xù)三年發(fā)表在報(bào)紙期刊上的文章數(shù)量分別為6、7和15篇。2014年12月，教育部全面啟動(dòng)對2004年開始實(shí)施的《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》的修訂工作。在2015年到2016年的修訂中，計(jì)算思維被確定為信息技術(shù)學(xué)科的核心素養(yǎng)之一。這個(gè)決定促使了越來越多的專家、學(xué)者、信息技術(shù)教師投身到計(jì)算思維及相關(guān)主題的研究中，更多的研究成果產(chǎn)生。從圖1折線圖的數(shù)據(jù)可以印證這一點(diǎn)：2015-2016年的2年間，有關(guān)計(jì)算思維研究的文章發(fā)表數(shù)量分別為45和52篇，較2012-2014年相比，出現(xiàn)大幅增加。此外，從圖1的線性趨勢線看，今后計(jì)算思維的研究還會(huì)繼續(xù)升溫。endprint

（2）按不同主題的文章總數(shù)量分析

選取表1中最后一列“主題匯總”數(shù)據(jù)，分別對5類主題的文章總數(shù)量與全部文章總數(shù)量進(jìn)行對比，繪制出五個(gè)主題文章數(shù)量的百分比分布餅形圖，如圖2所示。

從圖2中可以得知，關(guān)于中小學(xué)信息技術(shù)課程發(fā)展史主題的文章數(shù)量占總數(shù)的8.52%，數(shù)量為11篇；修訂課標(biāo)的新理念和計(jì)算思維理論主題的文章數(shù)量占總數(shù)的22.48%，數(shù)量為29篇；計(jì)算思維培養(yǎng)策略及方法主題的文章數(shù)量占總數(shù)的37.98%，數(shù)量為49篇；計(jì)算思維的教學(xué)設(shè)計(jì)及課例主題的文章數(shù)量占總數(shù)的20.9%，數(shù)量為27篇；其它研究主題的文章數(shù)量占總數(shù)的10.1%，數(shù)量為13篇。從各個(gè)主題文章數(shù)量所占百分比看，計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)策略與方法類文章所占比例最大，接近40%，其次，是修訂課標(biāo)的新理念和計(jì)算思維理論、計(jì)算思維的教學(xué)設(shè)計(jì)及課例等。計(jì)算思維的理論、策略、課例三項(xiàng)研究成果之和占全部成果的81.36%，說明這3項(xiàng)主題是研究關(guān)注的重點(diǎn)。其中，對計(jì)算思維教學(xué)策略教學(xué)方法的研究是重點(diǎn)中的一個(gè)熱點(diǎn)。

（3）按同一主題不同年份的文章數(shù)量分析

除去表一中最后兩行“其它研究”、“年份匯總”和最后一列“主題匯總”的數(shù)據(jù)，選取剩余4個(gè)主題在2012年到2017年的數(shù)據(jù)，繪制了同一主題不同年份文章的數(shù)量分布折線圖，如圖3所示。橫軸表示時(shí)間，縱軸表示文章數(shù)量。

從圖3中的數(shù)據(jù)分析可知，2012年到2017年1月間，中小學(xué)信息技術(shù)課程發(fā)展史主題文章的數(shù)量在2013年到2015年呈上升趨勢，2016年急劇下降，呈尖“幾”字形分布。2015年發(fā)表的文章的數(shù)量最多，為6篇。說明在新課標(biāo)修訂之際，專家學(xué)者首先對信息技術(shù)學(xué)科發(fā)展的過去、現(xiàn)狀、將來進(jìn)行了回顧和總結(jié)，在此基礎(chǔ)上開展了后續(xù)工作。修訂課標(biāo)新理念和計(jì)算思維理論的文章數(shù)量，呈“V”字型分布，2014年是最低點(diǎn)，隨后逐年增加。因?yàn)樾抡n標(biāo)的修訂在2014年12月才啟動(dòng)，因此，這年相關(guān)主題的文章非常稀少。計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)策略與方法類、教學(xué)設(shè)計(jì)及課例的文章呈線性增長趨勢。在2015年和2016年發(fā)表的數(shù)量都較前一年出現(xiàn)較大幅度的增加，說明關(guān)于這個(gè)主題的研究正逐步成為熱點(diǎn)，計(jì)算思維已經(jīng)從理論和新理念的理解開始轉(zhuǎn)向教學(xué)實(shí)踐層面的探索。

3.不同主題文章內(nèi)容的分析

（1）中小學(xué)信息技術(shù)課程發(fā)展史

這類文章是在國際視野下，研究了包括我國在內(nèi)的多國中小學(xué)計(jì)算機(jī)課程發(fā)展的歷史、現(xiàn)狀、未來趨勢、最新發(fā)展動(dòng)態(tài)及啟示。文章詳細(xì)闡述了美、英、日等一些國家的計(jì)算機(jī)科學(xué)課程演變和設(shè)置情況，包括課程的定位、課程結(jié)構(gòu)、課程內(nèi)容和課程評價(jià)。其中，在李鋒和王吉慶的《當(dāng)代美國中小學(xué)信息技術(shù)教育目標(biāo)取向分析》中介紹了興起于20世紀(jì)60年代的美國中小學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)教育K-12的情況?，F(xiàn)在的K-12教育是以計(jì)算思維為核心、以計(jì)算機(jī)的知識技能為內(nèi)容體系、以“計(jì)算機(jī)與社會(huì)倫理道德”為文化內(nèi)涵。在實(shí)施過程中，面臨了資金投入、學(xué)科教師的教師資格等問題并采取相應(yīng)措施。[2]美國K-12計(jì)算機(jī)教育對我國信息技術(shù)教育的啟示：計(jì)算思維已經(jīng)作為了課程的核心價(jià)值；課程標(biāo)準(zhǔn)的制定要從總體考慮小學(xué)、初中、高中學(xué)段情況，注重各學(xué)段間的平穩(wěn)過渡；課程工具的選擇要多樣化、個(gè)性化。[3]

（2）修訂課標(biāo)的新理念和計(jì)算思維理論類文章

這個(gè)主題的文章包括兩部分內(nèi)容：修訂課標(biāo)的新理念和計(jì)算思維的理論。因?yàn)橛?jì)算思維已經(jīng)作為了信息技術(shù)學(xué)科的核心素養(yǎng)之一，修訂課標(biāo)新理念的文章中必然會(huì)涉及計(jì)算思維的理論，因此，將這兩個(gè)內(nèi)容歸納為同一個(gè)主題。

關(guān)于修訂課標(biāo)新理念的文章數(shù)為15篇。課標(biāo)修訂組的專家在文中介紹了課標(biāo)修訂的背景、基本理念、基本思路、基本特征，并以學(xué)科核心素養(yǎng)和學(xué)科大概念為基礎(chǔ)，解釋高中信息技術(shù)課程目標(biāo)的界定、課程框架的建構(gòu)、課程模塊的形成和各模塊的學(xué)習(xí)要求。[4]在課程實(shí)施上，從學(xué)段銜接、教學(xué)方式、學(xué)業(yè)評價(jià)、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和師資培養(yǎng)等方面提出了的建議。[5]例如，要根據(jù)學(xué)科核心素養(yǎng)和學(xué)科大概念研制實(shí)施“義教階段信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)”，實(shí)現(xiàn)“義教”與“高中”信息技術(shù)課程的有效銜接；在高等師范院校建立“信息技術(shù)教師教育基地”，開展信息技術(shù)教師培訓(xùn)；完善信息技術(shù)教學(xué)環(huán)境，建立配套的信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)室……針對計(jì)算思維的文章數(shù)量為14篇。[4]專家從實(shí)質(zhì)與內(nèi)涵的角度，提出學(xué)校的計(jì)算思維教育要更新教育理念、重構(gòu)教育內(nèi)容、變革教學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)從“為計(jì)算”到“用計(jì)算”的轉(zhuǎn)向。[6]建構(gòu)計(jì)算思維的表現(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)，基于標(biāo)準(zhǔn)開展教學(xué)。

（3）計(jì)算思維培養(yǎng)的策略及方法

這類文章內(nèi)容主要涉及三個(gè)方面：一是分析計(jì)算思維的特征，將計(jì)算思維分解為若干要素，對每個(gè)要素采取不同的教學(xué)方法進(jìn)行訓(xùn)練，從而完成計(jì)算思維的培養(yǎng)。二是根據(jù)我國信息技術(shù)教育現(xiàn)狀，從課程設(shè)計(jì)開發(fā)的角度，對課程目標(biāo)確定、課程內(nèi)容選擇、活動(dòng)設(shè)計(jì)提出具體的實(shí)施建議。提倡采取基于項(xiàng)目的教學(xué)策略，從方法習(xí)得、工具應(yīng)用、思維遷移三個(gè)層面落實(shí)計(jì)算思維培養(yǎng)。[7]應(yīng)用思想實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法，突出思維的訓(xùn)練和計(jì)算思維的養(yǎng)成。[8]三是通過對國外計(jì)算教育課程的分析，提出了我國開展計(jì)算思維教學(xué)的總原則。[9]

（4）計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)及課例

在統(tǒng)計(jì)的27個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)及案例中，有12例是應(yīng)用Scratch、App Inventor、VB等程序語言學(xué)習(xí)算法與程序設(shè)計(jì)，有4例與機(jī)器人和STEM的學(xué)習(xí)相關(guān)，5例應(yīng)用Excel工具軟件學(xué)習(xí)表格處理。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，程序設(shè)計(jì)及相關(guān)應(yīng)用的教學(xué)仍然是探索計(jì)算思維培養(yǎng)的主要載體。目前，信息技術(shù)教師已經(jīng)開始嘗試在工具軟件的教學(xué)中滲透計(jì)算思維的培養(yǎng)。

這些課例多數(shù)是以計(jì)算思維的定義為出發(fā)點(diǎn)，轉(zhuǎn)化為可操作的若干要素，結(jié)合不同的教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)踐。在教學(xué)實(shí)踐中，經(jīng)過反思，總結(jié)心得經(jīng)驗(yàn)，形成計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)方法、教學(xué)模式。其中，國外教學(xué)案例的設(shè)計(jì)在計(jì)算思維培養(yǎng)上更明確更具體，在教學(xué)活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)中提出明確具體的教學(xué)行為與計(jì)算思維的關(guān)系、目標(biāo)達(dá)成的評價(jià)方法和教學(xué)策略。endprint

四、結(jié)論與啟示

1.結(jié)論

（1）從2012年到2017年1月期間，有關(guān)計(jì)算思維的文獻(xiàn)成果主要涉及四個(gè)主題內(nèi)容：國內(nèi)外中小學(xué)信息技術(shù)課程發(fā)展史、修訂課標(biāo)的新理念和計(jì)算思維理論、計(jì)算思維培養(yǎng)的策略及方法和計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)及課例。其中，計(jì)算思維培養(yǎng)的策略及方法是研究的最大關(guān)注點(diǎn)，國內(nèi)外中小學(xué)信息技術(shù)課程發(fā)展史的研究最少。

（2）從不同主題不同年份的文章數(shù)量分布看，修訂課標(biāo)的新理念和計(jì)算思維理論、計(jì)算思維培養(yǎng)的策略及方法、計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)及課例三個(gè)主題的研究在時(shí)間上幾乎是同步開始的。從文獻(xiàn)成果的內(nèi)容看，三個(gè)主題的研究都是以計(jì)算思維的概念為基礎(chǔ)展開的，研究者按照個(gè)人的理解進(jìn)行解讀和教學(xué)應(yīng)用。

（3）從發(fā)展趨勢上看這四個(gè)研究主題：國內(nèi)外中小學(xué)信息技術(shù)課程發(fā)展史的研究正急劇減少；修訂課標(biāo)新理念的研究熱度正明顯上升；計(jì)算思維培養(yǎng)的策略及方法的應(yīng)用研究會(huì)迅猛增長；計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)及課例的開發(fā)會(huì)平穩(wěn)發(fā)展。

2.啟示

（1）目前，有關(guān)計(jì)算思維的研究成果，對我們理解這個(gè)概念并應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐有很多幫助。但是，隨著高中信息技術(shù)新修訂課標(biāo)的出臺，計(jì)算思維的培養(yǎng)勢必要以新修訂課程標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)計(jì)算思維的定義、解釋為理論依據(jù)，進(jìn)行教學(xué)策略教學(xué)方法的研究、教學(xué)案例的設(shè)計(jì)。因此，我們有關(guān)計(jì)算思維的培養(yǎng)要聚焦于新修訂的課程標(biāo)準(zhǔn)，要認(rèn)真研讀課標(biāo)組專家對新修訂課標(biāo)和計(jì)算思維概念、表現(xiàn)形式和評價(jià)方式的解讀，避免在教學(xué)實(shí)踐中走彎路。

（2）一個(gè)新的教學(xué)理念從提出到課堂的落實(shí)，要經(jīng)歷理論、策略、實(shí)踐三個(gè)階段的研究。教學(xué)理論是實(shí)踐的基礎(chǔ)，教學(xué)實(shí)踐是理論的落實(shí)，教學(xué)策略與方法是教學(xué)理論與教學(xué)實(shí)踐的橋梁。通過教學(xué)策略，理論轉(zhuǎn)化為可操作的方式方法，為教學(xué)實(shí)踐提供具體指導(dǎo)。因此，理論研讀、策略探索、實(shí)踐探究是計(jì)算思維培養(yǎng)落實(shí)到課堂的必經(jīng)之路。

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（編輯：王天鵬）endprint