職業(yè)院校學生計算思維培養(yǎng)的實踐研究及啟示

摘要：計算思維教育是新形勢下職業(yè)院校提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的必然追求。本文對如何在職業(yè)院校培養(yǎng)學生計算思維能力進行了實踐探索，從系統(tǒng)規(guī)劃的角度設計職業(yè)院校學生計算思維能力培養(yǎng)方案;明確計算思維培養(yǎng)的路徑和方法;開發(fā)基于理解和計算思維能力培養(yǎng)的課程單元教學設計方案，指導教師在不同專業(yè)進行遷移和操作，有效進行教學設計;從實踐教學的角度提出引導學生深入探究，發(fā)展計算思維能力的教學組織模式。根據(jù)實踐反思，從課程單元教學設計及教學實施角度得到啟示并提出建議，以期為同行提供參考和借鑒。

關鍵詞：職業(yè)院校;計算思維;問題探究;理解為先

中圖分類號：G715 文獻標志碼：A 文章編號：1673-9094-（2021）12C-0075-06

計算思維是信息時代處理問題的一種重要思維方式。教育部發(fā)布的中職和高職信息技術課程標準中明確指出，計算思維是學科的核心素養(yǎng)之一，強調(diào)了核心素養(yǎng)對課程的統(tǒng)領作用，并對計算思維培養(yǎng)提出了具體要求。本文對職業(yè)院校培養(yǎng)學生計算思維進行研究探索。

一、計算思維教育是職業(yè)院校人才培養(yǎng)的應然追求

（一）計算思維的本質(zhì)是解決問題的思維和能力

周以真教授認為，“計算思維”是一種解決問題的思維過程，能夠清晰、抽象地將問題和解決方案用信息處理代理（機器或人）所能有效執(zhí)行的方式表述出來[1]。職業(yè)院校信息技術計算思維是解決問題的一種客觀思路，從分析問題、理解問題、識別問題再到解決問題，是學生知識體系構建，養(yǎng)成邏輯推理能力的重要素養(yǎng)。

（二）計算思維教育是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的有效路徑

通過調(diào)查，目前職業(yè)院校在對學生計算思維能力的培養(yǎng)方面存在欠缺，計算思維的培養(yǎng)是提升學生問題解決能力和創(chuàng)新能力的有效途徑，在國家實施創(chuàng)新驅動戰(zhàn)略的新形勢下，培養(yǎng)學生的計算思維勢在必行。

二、探索職業(yè)院校學生計算思維培養(yǎng)路徑，系統(tǒng)設計培養(yǎng)方案

職業(yè)院校學生計算思維能力培養(yǎng)強調(diào)系統(tǒng)性和螺旋上升性，根據(jù)人才培養(yǎng)現(xiàn)狀，設計系統(tǒng)性培養(yǎng)方案。

（一）探索職業(yè)院校計算思維培養(yǎng)的路徑和方法

1.分析信息技術課程蘊含的計算思維要素[2][3]。基于計算思維概念框架視角，中職信息技術課程中蘊含的計算思維要素分布在不同的課程模塊[4]，如信息技術應用基礎、程序設計入門、人工智能初步及機器人操作課程模塊等，能很好地體現(xiàn)計算、抽象、自動化、設計的思想和方法。通信、協(xié)作的思想和方法則在網(wǎng)絡應用、小型網(wǎng)絡系統(tǒng)搭建模塊中集中體現(xiàn)。

2.從計算思維操作性定義視角探索培養(yǎng)方法。信息技術課程中運用計算思維解決問題的過程包括“制訂問題—組織分析數(shù)據(jù)—抽象再現(xiàn)數(shù)據(jù)—支持自動化解決方案—探尋有效方案—應用于更廣泛問題和情境”幾個步驟。

綜上，根據(jù)信息技術課程蘊含的計算思維分析及運用計算思維解決問題的流程，明確計算思維能力培養(yǎng)的路徑和方法，主要是單項培養(yǎng)和綜合性訓練相結合的方法。

（二）系統(tǒng)設計職業(yè)院校學生計算思維培養(yǎng)方案

1.計算思維能力培養(yǎng)以信息技術課程為主。信息技術課程中蘊含著計算、抽象、設計等計算思維要素，基于計算思維進行教學方案設計，探索培養(yǎng)學生計算思維能力的有效策略，探索教學模式變革，如以問題引領、項目任務驅動、小組合作等方式開展教學，使計算思維貫穿于信息技術課程教學過程的每一個環(huán)節(jié)中，通過項目任務的實施進行發(fā)展和評估。

2.計算思維能力在計算機專業(yè)課程、數(shù)學等相關課程統(tǒng)籌培養(yǎng)。除信息技術課程以外，還需要數(shù)學、計算機專業(yè)課程等相關課程統(tǒng)籌培養(yǎng)學生的計算思維能力。貫徹計算思維能力培養(yǎng)理念，以問題解決及遷移的思路進行課程設計。

以計算機網(wǎng)絡技術專業(yè)為例，在實施性人才培養(yǎng)方案的設計上，以計算思維培養(yǎng)為主線重構并系統(tǒng)設計課程體系，包含平臺課程、核心課程、方向課程及專業(yè)技能實訓課程。在學期安排上，貫穿計算思維相關要素，使計算思維能力的培養(yǎng)螺旋上升。數(shù)學課程是學生發(fā)展計算思維的重要平臺，如“算法”部分的學習，教師引導學生對生活中的具體問題進行算法設計。

3.計算思維能力培養(yǎng)還需要學生活動進行有益補充。除了課堂教學，在活動課程中也要注重培養(yǎng)學生計算思維能力。課題組通過VEX機器人課程、VR設計等活動課程進行實踐和探索。以計算思維能力培養(yǎng)為主線，培養(yǎng)學生抽象、歸納、遷移等能力。

三、開發(fā)職業(yè)院?；谟嬎闼季S培養(yǎng)的教學設計方案

（一）明確信息技術課程單元設計的原則

由美國的課程專家格蘭特·威金斯和杰伊·麥克泰（Grant Wiggins，Jay McTighe）創(chuàng)立的“理解為先設計理論”（Understanding by Design，即UbD）反映了為理解而教的理念，可以幫助學生獲得深入的理解，并參與真實的情境性評估，掌握學習遷移能力，是培養(yǎng)學生計算思維能力的有效路徑[5]。

理解為先設計[6]認為，當教師的教學旨在使學習者理解可遷移的概念和過程，給其提供更多機會將理解的內(nèi)容應用到真實情境時，才更可能獲得長期的成就?；谟嬎闼季S培養(yǎng)的單元設計目標要使學生獲得深入持久的理解，單元設計應該包含提問、質(zhì)疑、提議等環(huán)節(jié)讓學生進行探索，關注如何通過事實和技能獲得理解，提升能力，遵循“明確預期學習結果及目標—確定恰當評估方法—規(guī)劃相關教學過程”三階段設計過程。

（二）明確信息技術課程問題設計的原則、過程和方法

學會遷移是教育的長期目標，理解意義是學習遷移的前提，不斷提出核心問題并引導學生主動質(zhì)疑，是激勵學生不斷主動地挖掘深入內(nèi)容，達成深度學習的有效策略。

問題設計原則。一是要依據(jù)課程標準，問題選擇要和真實的生活和崗位情境聯(lián)系。二是根據(jù)認知規(guī)律將問題展開與轉換遷移。根據(jù)認知規(guī)律，問題設計層層遞進，從單一到綜合，從封閉到開放。問題轉換的關鍵在于通過問題產(chǎn)生思維遷移，解決生活中的問題。

問題設計的過程和方法。首先，設計核心問題并將問題情境化。依據(jù)課程標準和教學內(nèi)容要求，基于計算思維能力的培養(yǎng)設計核心問題。依據(jù)職業(yè)院校學生的特點，結合學生實際生活及未來崗位需求，設置問題情境。其次，提供解決問題的支撐。教師要搭建支架，讓學生沿著一條清晰的解決問題的脈絡逐步推進。同時，教師要作為學生學習的有力支撐，提供豐富的資源，以便學生隨時獲取處理問題的信息。如中職信息技術課程程序設計入門單元的一個核心問題是：如何通過程序設計的方法解決現(xiàn)實世界中業(yè)務場景和生活場景的具體問題？核心問題引導學生探討需要持久理解的內(nèi)容，給學生提供學習遷移的機會，將所學自主地應用到新的情境中，使學生能通過解決問題達成學習目標。

（三）基于整體方案，形成基于計算思維培養(yǎng)的單元設計框架

1.設計課程教學的整體解決方案。以職業(yè)院校信息技術課程為例，計算思維是信息技術學科的核心，要和不同專業(yè)結合起來，教學目標的確定是重點，問題、情境、活動、項目內(nèi)容的設計和選擇是關鍵，需結合職場進行課程教學的整體設計和單元化教學設計。

2.借鑒UbD模式，依照“逆向設計”的三個階段，確立課程單元設計框架。

第一，明確預期學習結果及目標。明確單元預期學習結果及目標，在單元學習目標基礎上，分解確立單元中每個項目的學習目標。目標中包含學習遷移、知識技能、核心問題等元素，其中問題是為了達到預期的學習目標。

第二，確定恰當?shù)脑u估方法。評價作為衡量學習者計算思維水平以及判斷計算思維能力的關鍵環(huán)節(jié)，可以分為三大類型——評價任務、題目測試、評價量表。三種形式可以結合使用。

第三，規(guī)劃相關教學過程。教師要思考什么樣的學習活動可以幫助學生達到目標并且在評估中表現(xiàn)優(yōu)異，并根據(jù)教學單元的學習目標，選擇與組織學習內(nèi)容，設計一系列活動和任務，讓學生通過一系列活動完成學習任務并達成目標。

（四）開發(fā)基于計算思維培養(yǎng)的信息技術課程教學設計方案

通過研究，明確在教學設計過程中問題選擇的基本特征，研究問題轉換的方法及關注點，開發(fā)單元教學設計方案的案例指南，通過案例指南指導教師在不同專業(yè)進行遷移和操作，有效進行教學設計。

1.明確預期學習結果，研制單元學習目標。依據(jù)教育部發(fā)布的中職信息技術課程標準，根據(jù)學科核心素養(yǎng)與課程目標、學業(yè)質(zhì)量要求確定預期學習結果和目標。

“理解為先設計理論”將理解分為六個維度——解釋、釋義、應用、洞察、移情、自知。解釋和釋義強調(diào)對現(xiàn)象的分析和對問題的理解;應用強調(diào)能夠靈活、恰當?shù)貙⑺莆盏幕镜闹R和技能應用到新的情境中或解決新的問題;洞察，強調(diào)學會質(zhì)疑、探究和論證;移情和自知強調(diào)完善和改進。課標中程序設計入門單元的計算思維學業(yè)質(zhì)量要求關鍵詞是掌握方法、形成問題解決方案、解決實際問題、形成問題優(yōu)化解決方案。“理解”正是本單元計算思維質(zhì)量要求的核心，按以下三個步驟確定預期學習結果和目標。

首先，確定學習遷移能力，強調(diào)應用獲得的理解、知識和技能解決現(xiàn)實生活中的具體問題。其次，確定深入持久理解的內(nèi)容及核心問題。在進行單元設計時，需要圍繞單元的重要思想確立核心問題，為理解性學習和發(fā)展計算思維提供框架。學生在經(jīng)歷真正的理解性學習時，經(jīng)常會不斷地提出質(zhì)疑，一系列問題的探究形成對核心問題的回答。最后，確定需要掌握的知識和技能。

2.確定達標證據(jù)，設計評估方法。在這個階段教師要確定能夠證明學生已經(jīng)理解的有效證據(jù)，為教學單元設置一定的評估標準。評估可以通過多種形式進行，教師根據(jù)教學內(nèi)容及學生學習特點選擇合適的方式。在確定評估標準的基礎上，設計真實的情境任務，制訂評估量表及測試是常用的方式。

（1）確定評估標準。根據(jù)預期目標，本單元評估標準確定為：一是從計算思維運用、結構及語法規(guī)范、調(diào)試優(yōu)化等方面評估應用程序設計解決問題的能力;二是掌握用程序設計的思維解決現(xiàn)實生活及生產(chǎn)中實際問題的方法;三是掌握編寫簡單程序的知識和技能。

（2）設計恰當?shù)脑u估方法。第一，設計教學情境和任務。確定能夠考察學生理解和遷移的情境，開發(fā)教學項目，以此提供反思和評估平臺。抓住計算思維和項目任務及單元內(nèi)容的關聯(lián)點，與第一階段的預期目標保持一致，開發(fā)三個項目任務：繪制螺旋線、編寫益智游戲、開發(fā)彈球游戲。任務層層遞進，學生通過完成真實情境任務、自我評估、反思改進，發(fā)展計算思維。第二，設計評價量表。設計評價量表時關注學生計算思維能力的發(fā)展，評價量表的設計由通用和單元內(nèi)容兩部分組成，關注學生問題分析與解決能力、協(xié)同合作能力、算法思維、批判性思維和創(chuàng)造力。

3.規(guī)劃相關教學過程。這個階段需要安排相關的教學活動和學習體驗，確保學生通過設計的一系列教學活動獲得真正的理解和計算思維訓練。

指向預期學習結果和目標，基于計算思維的發(fā)展、問題解決能力的提升及知識建構進行教學項目、任務、活動的整體化設計和實施。以計算思維能力訓練為主線，選擇與組織學習內(nèi)容，將計算思維能力訓練貫穿在系列活動中，引領學生思維能力提升。在程序設計入門單元教學活動中，教學內(nèi)容按模式識別—抽象問題—解決問題—發(fā)展遷移能力的邏輯進行組織。

基于理解和計算思維訓練安排教學活動的操作流程：明確教學目標—情境引入，激發(fā)學習意愿—逐步探究主題，分析并實施任務—反思學習過程—評估（展評）學習所得—改進優(yōu)化—拓展學習。不同主題的學習單元根據(jù)內(nèi)容特點，教學活動展開形式有差異。

四、推進職業(yè)院校計算思維培養(yǎng)的教學實踐路徑

基于計算思維的方法，以項目化、任務驅動、問題探究等方式進行教學，在教學過程中以核心問題及深入理解引導學生深度學習和持續(xù)探究，是進行計算思維培養(yǎng)、發(fā)展學生計算思維能力的有效路徑。

（一）基于計算思維實施項目化探究教學

基于項目化學習流程，教學設計分解為以下六個步驟：需求分析—探究開發(fā)思路、制訂解決方案—活動探究—完成項目任務—項目展示、分享交流—項目測試、迭代優(yōu)化。在項目化探究教學活動中，教師設置探究任務和問題，提供資源，引導學生依據(jù)自頂向下的原則，建立大的邏輯框架，逐步細化，探究解決問題的方案，并對學生提供幫助。學生在教師的引導下查閱資料，討論探究，運用簡約、分解、抽象、建模、轉化等計算思維方法分組協(xié)作，討論解決方案，完成項目任務。

按項目化工作流程，選取完整的項目，設計基于計算思維能力培養(yǎng)的項目化探究學習活動流程，分解為五個步驟：需求分析—確定開發(fā)流程—項目邏輯結構及技術分析—實現(xiàn)項目功能—項目評估優(yōu)化。在學習活動的每個環(huán)節(jié)中，通過教師提出探究問題，設計探究活動，組織學生通過調(diào)查、小組討論、體驗嘗試、查閱資料、畫思維導圖和流程圖、教師解惑、頭腦風暴、交流分享、實踐探索等多種方式進行活動探究。在活動探究的過程中引導學生發(fā)展系統(tǒng)性思維、邏輯思維，抽象、分解、建模、簡約等計算思維，從而使學生的思維能力和解決問題能力得到提升。

（二）基于計算思維實施任務驅動教學

任務驅動教學模式以學習者為中心，強調(diào)學習者的學習過程和學習任務相結合[7]，在創(chuàng)設的教學情境中，以任務為主線，教師為主導，學生為學習主體，以任務驅動教學。

在基于計算思維的任務驅動式教學過程中，圍繞核心問題，教師和學生以計算思維的一系列方法，如：關注點分離、抽象、分解、冗余、容錯等計算思維方法，圍繞任務展開教與學活動，教師引導學生將所學知識進行理解、遷移和應用。

教師活動主線由課前準備、任務設計、任務呈現(xiàn)、任務分析、指導實施、總結評價幾個步驟組成，學生活動主線則對應包括學習準備、明確任務、任務分析、任務實施、成果展示、反思評價幾個步驟。

（三）基于計算思維實施線上自主探究學習

基于計算思維組織學生進行線上學習是一種有效的學習方式。開發(fā)網(wǎng)絡課程并提供豐富的網(wǎng)絡資源，通過泛雅學習平臺組織學生進行線上學習，教師參與學生的學習過程，把握正確的學習方向。學生通過相應的信息檢索、篩選進行自主學習，從中解決相應的學習問題，同時對知識鞏固內(nèi)化、拓展遷移，通過實踐發(fā)現(xiàn)線上自主學習模式有助于學生進行深入學習，提高計算思維能力，同時學生還能自主利用線上資源建構自己的學習模式，從而使學習更主動。

如何引導學生順利開展學習活動，教師的學習問題和任務的選擇是關鍵，問題設計要層次清晰，搭建問題支架，讓學生在解決復雜問題時，能夠在已學的知識結構的基礎上通過關注點分離、約簡、分解等計算思維方法將問題進行解析，通過協(xié)作、遷移從而找出解決問題的途徑。

五、啟示和建議

通過對職業(yè)院校計算思維培養(yǎng)的實踐研究，提出如下建議，供我國計算思維教育者提供參考與借鑒。

1.系統(tǒng)設計，將計算思維與不同學科深度融合?；谡鎸嵣a(chǎn)生活，創(chuàng)設教學情境，激發(fā)學生的學習興趣。在信息技術課、專業(yè)課、綜合實踐活動中，師生通過靈活多樣的方式進行探究，形成解決方案，將計算思維要素融合于解決問題的過程中，提高學生的計算思維能力。

2.理解為先，基于核心問題進行教學設計和實施?；陬A期學習結果和目標進行逆向設計，提出核心問題，引導學生主動質(zhì)疑、深入挖掘，達成目標;確定恰當?shù)脑u估方法，通過真實的情境任務等方式評估學生對所學內(nèi)容的遷移和理解;規(guī)劃相關教學過程，創(chuàng)設學習空間和環(huán)境，通過項目化探究教學、任務驅動教學、線上自主探究學習等方式，結合不同學段學生的特點，通過流程圖（類圖）、思維導圖等方式使思維可視化，通過頭腦風暴、自主探究、反思改進等方式，使學習深度化，發(fā)展學生計算思維。

3.多元風格，基于計算思維培養(yǎng)發(fā)展學生創(chuàng)新能力。設計多元風格，組織教學活動。學生的個性化決定著不同個體計算思維的發(fā)展適合不同的路徑，教師需要設計多元的項目任務、評估方式、教學及學習組織過程，發(fā)展計算思維，培養(yǎng)創(chuàng)新型高技能人才。

參考文獻：

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[4]張翠紅.職校學生計算思維能力培養(yǎng)策略——以信息技術課程為例[J].江蘇教育，2020（1）.

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[6]格蘭特·威金斯，杰伊·麥克泰.理解為先模式單元教學設計指南（一）[M].盛群力，沈祖蕓，柳豐，等，譯.福州：福建教育出版社，2018.

[7].牟琴，譚良，周雄峻.基于計算思維的任務驅動式教學模式的研究 [J] 現(xiàn)代教育技術，2011（6）.

責任編輯：陳向陽

本文系第四期江蘇省職業(yè)教育教學改革重點資助研究課題“職業(yè)學校學生計算思維能力培養(yǎng)的實踐研究”（項目編號：ZZZ8）階段性研究成果。

收稿日期：2021-10-25

作者簡介：張翠紅，南京財經(jīng)高等職業(yè)技術學校（江蘇南京，210001）高級講師，主要研究方向為職業(yè)教育課程改革。