信息技術(shù)新課標(biāo)實施語境下計算思維培養(yǎng)問題的認(rèn)識與回應(yīng)

摘 要：《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》首次提出了計算思維，并將其作為信息技術(shù)學(xué)科本質(zhì)性思維和學(xué)科核心素養(yǎng)之一，表明了計算思維具有重要的教育價值。本文依據(jù)新課標(biāo)中計算思維的內(nèi)涵、表現(xiàn)形式、水平標(biāo)準(zhǔn)，提出計算思維教育實施過程中存在的三個問題，并對三個問題分別進行描述、分析和回應(yīng)，希望能夠幫助學(xué)校和教師從新課標(biāo)本身出發(fā)來發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，破除迷思，為計算思維的培養(yǎng)掃除障礙。

關(guān)鍵詞：新課標(biāo);計算思維;信息技術(shù)

作者簡介：徐凡（1974—），男，江西省教育廳教學(xué)教材研究室，高級教師，碩士研究生學(xué)歷。

計算思維在《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）首次被正式提出，明確在中小學(xué)培養(yǎng)。作為一種解決問題的重要能力，計算思維被認(rèn)為是與閱讀、寫作、計算同等重要的基本技能。

此前學(xué)校的教育體系并未建立國家規(guī)定的、系統(tǒng)的、專門的計算思維教育，新課標(biāo)的頒布，標(biāo)志著作為學(xué)科核心素養(yǎng)之一的計算思維正式進入中小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)并普及開來，也標(biāo)志著中小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科的教學(xué)重點從信息技術(shù)常識轉(zhuǎn)向?qū)W科思維、從關(guān)注工具特征轉(zhuǎn)向關(guān)注學(xué)科本體。

然而，近年來社會上掀起編程教育、人工智能教育等與計算思維培養(yǎng)相關(guān)的熱潮，奧賽、信息技術(shù)競賽、機器人、無人機、創(chuàng)客等活動也把計算思維概念納入其中。一時間，中小學(xué)生忙于校內(nèi)校外的各種信息技術(shù)培訓(xùn)活動，信息技術(shù)課堂教學(xué)作為開展計算思維教育的主渠道地位失落了。

如上所述，在新課標(biāo)實施過程中，計算思維的培養(yǎng)受到許多因素的干擾，教師產(chǎn)生了很多迷思。因此，在新課標(biāo)下如何正確開展計算思維教育是學(xué)校以及教師面臨的重要課題。本文從新課標(biāo)本身出發(fā)，對計算思維培養(yǎng)過程中產(chǎn)生的問題進行分析和回應(yīng)，旨在探尋符合新課標(biāo)的計算思維培養(yǎng)之路。

一、新課標(biāo)對于計算思維教育的闡述

新課標(biāo)從定義、表現(xiàn)形式、能力水平三個方面對計算思維進行了完整闡述[1]。

計算思維是指個體運用計算機科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在形成問題解決方案的過程中產(chǎn)生的一系列思維活動。這一系列思維活動包括：界定問題、抽象特征、建立結(jié)構(gòu)模型、合理組織數(shù)據(jù);通過判斷、分析與綜合各種信息資源，運用合理的算法形成解決問題的方案，并遷移到與之相關(guān)的其他問題解決中。

計算思維的表現(xiàn)形式：形式化、模型化、自動化、系統(tǒng)化。

計算思維的水平：

1.預(yù)備級

（1）在日常生活中，認(rèn)識數(shù)字化表示信息的優(yōu)勢。

（2）針對給定的簡單任務(wù)，能夠識別主要特征，并用流程圖畫出完成任務(wù)的關(guān)鍵過程。

（3）了解對信息進行加工處理的價值、過程和工具，并能夠根據(jù)需求選擇適當(dāng)?shù)墓ぞ摺?/p>

2.水平1

（1）針對給定的任務(wù)進行需求分析，明確需要解決的關(guān)鍵問題。

（2）能提取問題的基本特征，進行抽象處理，并用形式化的方法表述問題。

（3）運用基本算法設(shè)計解決問題的方案，能使用編程語言或其他數(shù)字化工具實現(xiàn)這一方案。

（4）按照問題解決方案，選用適當(dāng)?shù)臄?shù)字化工具或方法獲取、組織、分析數(shù)據(jù)，并能遷移到其他相關(guān)問題的解決過程中。

3.水平2

（1）針對較為復(fù)雜的任務(wù)，能運用形式化方法描述問題，并采用模塊化和系統(tǒng)化方法設(shè)計解決問題的方案。

（2）正確區(qū)分問題解決中涉及的各種數(shù)據(jù)，并采用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)類型表示。

（3）針對不同模塊，設(shè)計或選擇合適的算法，利用編程語言或其他數(shù)字化工具實現(xiàn)各模塊功能。

（4）利用適當(dāng)?shù)拈_發(fā)平臺整合各模塊功能，實現(xiàn)整體解決方案。

4.水平3

（1）對基于信息技術(shù)的問題解決方案，能夠依據(jù)信息系統(tǒng)設(shè)計的普遍原則進行較全面的評估，并采用恰當(dāng)?shù)姆椒ǖ鷥?yōu)化解決方案。

（2）能把利用信息技術(shù)解決問題的過程遷移到學(xué)習(xí)和生活的其他相關(guān)問題的解決過程中。

二、信息技術(shù)新課標(biāo)實施語境下計算思維培養(yǎng)問題的認(rèn)識與回應(yīng)

（一）問題一：把編程學(xué)習(xí)等同于計算思維教育

1.問題描述

當(dāng)下有條件的學(xué)校紛紛開展編程教育活動，校外的編程培訓(xùn)班如雨后春筍般紛紛涌現(xiàn)。大部分學(xué)校認(rèn)為編程教育能讓學(xué)生掌握一項技能，提高解決問題的能力;有些老師認(rèn)為編程教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，但卻不明白編程學(xué)習(xí)的背后體現(xiàn)了一種什么樣的思維，它能解決什么樣的問題以及怎么解決問題。很多家長對此也知之甚少。這樣一來，導(dǎo)致部分學(xué)校的信息技術(shù)課堂上充斥著各類編程語言訓(xùn)練、各種編程技巧和枯燥的代碼操練，而忽視了其他綜合能力的發(fā)展。

2.認(rèn)識與回應(yīng)

（1）從新課標(biāo)的角度分析，信息技術(shù)整體課程從關(guān)注常識和工具轉(zhuǎn)向關(guān)注學(xué)科思維和本體，并因此抓住技術(shù)背后的思維方法才是學(xué)科教育的關(guān)鍵。根據(jù)上述新課標(biāo)關(guān)于計算思維內(nèi)涵的規(guī)定，計算思維是指能夠采用計算機科學(xué)領(lǐng)域的思想方法和數(shù)字化工具來界定問題、抽象特征、建立結(jié)構(gòu)模型、合理組織數(shù)據(jù);通過判斷、分析與綜合各種信息資源，運用合理的算法形成解決可計算問題方案的能力。編程雖然符合上述內(nèi)涵，但它無法涵蓋信息技術(shù)學(xué)科所需的思維方法，也不能代表所有的數(shù)字化工具。

（2）新課標(biāo)中的計算思維水平2.4條，以及水平3.1條，涉及軟件工程開發(fā)的系統(tǒng)化、工程化思想。這絕不是單純的代碼編程學(xué)習(xí)所能涵蓋的，計算思維的培養(yǎng)遠比編程要更深、更廣。

（3）新課標(biāo)中的計算思維水平3.2條，提出計算思維要遷移到學(xué)習(xí)和生活的問題解決中去。而單一的編程學(xué)習(xí)無論是在技能學(xué)習(xí)上還是在應(yīng)對新的學(xué)習(xí)和生活問題上，都無法實現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的最終目標(biāo)。

總而言之，計算思維絕不簡單等同于編程學(xué)習(xí)，編程只是發(fā)展學(xué)生計算思維的一種重要途徑。

（二）問題二：把信息學(xué)奧賽等同于計算思維的教育

1.問題描述

信息學(xué)奧賽是通過競賽形式來促進掌握計算機基礎(chǔ)常識和使用計算機編程語言解決實際問題的能力發(fā)展，提高學(xué)生創(chuàng)新能力、邏輯思維、數(shù)學(xué)思維、編程能力等綜合素養(yǎng)，從而為國家選拔更多優(yōu)秀的計算機后備人才的競賽活動。信息學(xué)奧賽更多的是將具體實際問題抽象成數(shù)學(xué)模型，以此考查學(xué)生相關(guān)的計算機素養(yǎng)。

信息學(xué)奧賽曾經(jīng)輝煌一時，獲獎學(xué)生可以保送名校無虞，自從國家推出強基計劃之后，它成為考試加分選項之一。很多學(xué)校認(rèn)為，組織學(xué)生參與信息學(xué)奧賽，既有可能保送名校為學(xué)校增光，又可以全面提高學(xué)生的信息技術(shù)核心素養(yǎng);信息技術(shù)學(xué)科教師也認(rèn)為，信息學(xué)奧賽比同樣源自計算機領(lǐng)域的計算思維教育更深更難，奧賽教學(xué)遠勝信息技術(shù)課堂教學(xué)。這種認(rèn)知偏差反而造成信息技術(shù)課程在一些師生資源較好的學(xué)校得不到有效實施。

2.認(rèn)識與回應(yīng)

在中小學(xué)信息技術(shù)課程發(fā)展早期，信息學(xué)奧賽為提高青少年信息素養(yǎng)和培養(yǎng)國家計算機科學(xué)技術(shù)精英人才發(fā)揮了重要作用。但是，信息學(xué)奧賽面向的是學(xué)科精英，這與我國的核心素養(yǎng)教育的本質(zhì)是有區(qū)別的。

（1）我國提出的培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)，是面向所有學(xué)生的核心素養(yǎng)培養(yǎng)，國家教學(xué)課程體系所提出的學(xué)科素養(yǎng)和跨學(xué)科素養(yǎng)是任何一個個體成長發(fā)展過程中都不可或缺的基本素養(yǎng)。

（2）信息學(xué)奧賽雖然注重數(shù)學(xué)能力的培養(yǎng)，卻不能涵蓋所有的計算機科學(xué)思想和方法，也涵蓋不了其他的數(shù)字化工具，和編程教育類似，沒有凸顯計算思維水平的2.3、3.1、3.2標(biāo)準(zhǔn)，缺失了面向現(xiàn)實環(huán)境的工程思維能力培養(yǎng)。

（3）新課標(biāo)倡導(dǎo)以項目學(xué)習(xí)的方式來培養(yǎng)計算思維。信息學(xué)奧賽的培訓(xùn)活動是為競賽而生的，因此教學(xué)過程更多的是熟悉考試題型，甚至是通過題海訓(xùn)練戰(zhàn)術(shù)提高答題速度。新課標(biāo)指出：“基于項目的學(xué)習(xí)就是指學(xué)生在教師的引導(dǎo)下發(fā)現(xiàn)問題，以解決問題為導(dǎo)向開展方案設(shè)計、新知學(xué)習(xí)、實踐探索，具有創(chuàng)新特質(zhì)的學(xué)習(xí)活動?！盵2]信息學(xué)奧賽培訓(xùn)和單純的操作技能教學(xué)方式不同，和知識傳遞式教學(xué)不同，其更多的是培養(yǎng)競賽人才，而非具備綜合學(xué)科素養(yǎng)的全面型人才。

（4）新課標(biāo)對信息技術(shù)學(xué)科的課程模塊設(shè)計分為必修（數(shù)據(jù)與計算;信息系統(tǒng)與社會）、選擇性必修（數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ);數(shù)據(jù)管理與分析;人工智能初步;三維設(shè)計與創(chuàng)意;開源硬件項目設(shè)計）、選修（算法初步;移動應(yīng)用設(shè)計）三類。其中不僅強調(diào)了培養(yǎng)全體學(xué)生信息技術(shù)核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)性，還強調(diào)了信息技術(shù)核心素養(yǎng)的系統(tǒng)性和拓展性。新課標(biāo)的信息技術(shù)課程教學(xué)充分體現(xiàn)了信息技術(shù)核心素養(yǎng)培養(yǎng)的全面性和多樣性。

綜上所述，學(xué)校應(yīng)該首先把基于新課標(biāo)內(nèi)容的教學(xué)作為課堂教學(xué)的基本要求來落實。在此基礎(chǔ)上，再將具有學(xué)科天賦的學(xué)生組織起來，為他們開設(shè)新課標(biāo)的選修課程或校本課程，或是進一步讓其加入信息學(xué)奧賽訓(xùn)練，為國家培養(yǎng)專業(yè)后備人才。

（三）問題三：學(xué)校注重工具價值而忽視計算思維培養(yǎng)所依賴的數(shù)據(jù)價值

1.問題描述

學(xué)校的信息技術(shù)教師隊伍中有很大一部分教師主要從事電教工作，如攝像、制作課件、制作微課、維護校園網(wǎng)、機房和多媒體音響設(shè)備等。這些工作在一定程度上塑造了信息技術(shù)教師的工具人形象。很多學(xué)校認(rèn)為，信息技術(shù)課就是學(xué)習(xí)軟硬件工具的操作技能;很多教師也認(rèn)為課堂教學(xué)重點就是教會學(xué)生使用信息技術(shù)工具。因此，這導(dǎo)致學(xué)校和教師在信息技術(shù)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)上，更為注重工具價值而忽視了計算思維培養(yǎng)所依賴的數(shù)據(jù)價值。

2.認(rèn)識與回應(yīng)

信息技術(shù)教師無疑應(yīng)該盡力承擔(dān)對學(xué)校電教工作的支持。但由于信息技術(shù)的工具性直接指向?qū)W校教學(xué)的基本工作，其價值得到了比較多的認(rèn)同，所以學(xué)校常常把電教技能和信息技術(shù)能力或素養(yǎng)等同起來，他們對信息技術(shù)課的印象就是信息技術(shù)作為工具的有用性以及外顯出來的操作能力，而忽視了學(xué)科核心素養(yǎng)所具有的育人作用。信息技術(shù)教師也因為長期從事軟硬件操作使用和維護工作，只認(rèn)同信息技術(shù)課程的工具價值，并形成相應(yīng)的技能操作的思維方式，從而造成學(xué)科教學(xué)能力弱化，而這種思想和思維表現(xiàn)在課堂教學(xué)上就是無論教什么都是以工具教學(xué)模式為主;在計算思維培養(yǎng)方式上，往往以工具為載體。信息技術(shù)的工具屬性僅僅起到的是載體作用，遠遠不能涵蓋信息技術(shù)核心素養(yǎng)教育價值的全部，遠未指向信息技術(shù)核心素養(yǎng)教育的內(nèi)核[3]。

（1）在當(dāng)前的社會發(fā)展中，數(shù)據(jù)與自然資源、人力資源一樣是重要的戰(zhàn)略資源。近年來，大數(shù)據(jù)浪潮席卷全球，世界主要發(fā)達國家都出臺了大數(shù)據(jù)研究計劃。新課標(biāo)在課程性質(zhì)表述中指出：“自電子計算機問世以來，信息技術(shù)沿著以計算機為核心、到以互聯(lián)網(wǎng)為核心、再到以數(shù)據(jù)為核心的發(fā)展脈絡(luò)，深刻影響著社會的經(jīng)濟結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)方式?！盵4]同時，新課標(biāo)把數(shù)據(jù)和算法、系統(tǒng)、信息社會并列為信息技術(shù)學(xué)科的四個大概念。可見數(shù)據(jù)（大數(shù)據(jù)）知識學(xué)習(xí)是社會需求決定的，也必然是教育信息化所需要的。因此數(shù)據(jù)是掌握計算思維、發(fā)展信息技術(shù)核心素養(yǎng)不可或缺的基礎(chǔ)。

（2）掌握信息技術(shù)的相關(guān)知識與技能，不僅要掌握已經(jīng)被軟件化或工具化的信息技術(shù)，而且要理解隱藏在軟件背后的數(shù)據(jù)加工方法與處理原理，尤其要理解數(shù)據(jù)及其計算（即對數(shù)據(jù)的加工）的知識。這些才是其適應(yīng)未來信息技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，才能助力學(xué)生透過軟件的界面，深刻理解軟件中的原理，促進學(xué)生從數(shù)據(jù)與計算的角度深刻理解信息技術(shù)。這是信息技術(shù)課程在新時期必須要完成的任務(wù)。

（3）由于數(shù)據(jù)來源于現(xiàn)實世界，計算思維教學(xué)也應(yīng)從實際生活入手，創(chuàng)設(shè)真實情境。例如，在對全班學(xué)生的身高和成績分布情況進行分析的學(xué)習(xí)活動中，教師可以讓學(xué)生關(guān)注身邊出現(xiàn)的真實問題，使他們積極主動地參與到問題分析中，進一步引導(dǎo)學(xué)生界定問題，抽象特征，開展數(shù)據(jù)調(diào)查，收集數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)分析模型，合理組織數(shù)據(jù)，運用合理算法最終實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的有效分析和處理，再通過圖形化的工具來展示客觀數(shù)據(jù)的認(rèn)知。這樣可以提高學(xué)生對數(shù)據(jù)的處理能力，并以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)實現(xiàn)對學(xué)生計算思維的培養(yǎng)。

總之，從以工具為載體轉(zhuǎn)向以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)是計算思維培養(yǎng)的必然要求。一方面學(xué)校教育信息化建設(shè)必須轉(zhuǎn)型，應(yīng)從技術(shù)工具應(yīng)用或整合走向信息技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合，這個深度融合的過程，數(shù)據(jù)將發(fā)揮巨大作用。另一方面，學(xué)校應(yīng)正確理解新課標(biāo)，將信息技術(shù)課程轉(zhuǎn)向包括計算思維學(xué)習(xí)在內(nèi)的學(xué)科素養(yǎng)培養(yǎng)，以此作為學(xué)校教育信息化的起點工作而非附屬工作。

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