【摘?要】 隨著《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》的頒布，計算思維已成為信息學(xué)科四大核心素養(yǎng)之一。文章通過對計算思維概念的梳理再認(rèn)識、多元化教育模式的實踐探索，為計算思維教育推廣之路明晰目標(biāo)與方向，提供可行性方案，并以科學(xué)測評為手段“把脈”計算思維的實踐成效，對計算思維教育的實踐路徑進行探討，以逐步實現(xiàn)計算思維教育的區(qū)域推廣。

【關(guān)鍵詞】計算思維;科學(xué)測評;實踐路徑

【作者簡介】范留平，一級教師，南通市骨干教師，如皋市教師發(fā)展中心信息技術(shù)教研員，主要研究方向為信息技術(shù)教學(xué)、數(shù)據(jù)分析。

周以真教授提出的計算思維概念，引起了國內(nèi)外學(xué)者的高度關(guān)注?！镀胀ǜ咧行畔⒓夹g(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》也將計算思維列為信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)之一。在中小學(xué)開展計算思維教育，是目前學(xué)界的一個研究熱點。如何切實開展計算思維教育？筆者自2017年起，在如皋市開展了一系列與培養(yǎng)計算思維相關(guān)的實踐活動，以期將計算思維教育有效地進行區(qū)域推廣，讓計算思維真正走進教師和學(xué)生的視野，通過計算思維的培養(yǎng)，為學(xué)生開啟解決問題的新路徑。

一、厘清概念再出發(fā)

計算思維是人類科學(xué)思維的基本方式之一。當(dāng)計算思維真正融入人類活動的整體時，它作為一個問題解決的有效工具，人人都應(yīng)當(dāng)掌握，處處都會被使用[1]。由此可見，計算思維的重要性可見一斑。但通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，部分一線教師盲目地將計算思維等同于計算機思維，偏離了計算思維的教學(xué)導(dǎo)向。計算思維到底是什么？它與計算機思維有什么聯(lián)系與區(qū)別？唯有厘清計算思維的概念，才能明確計算思維教育推廣之路的目標(biāo)與方向。

周以真教授在《計算思維》一書中這樣闡述，計算思維是人的、不是計算機的思維方式。計算思維是人類求解問題的思維方法，而不是要使人類像計算機那樣思考。唐培和教授也在《論計算思維及其教育》一書中強調(diào)，計算思維是一個專有名詞，應(yīng)該把計算思維看成一種特定的以計算為基礎(chǔ)的問題求解的方法論。

由此可見，計算思維是人的思維，以人為本;計算機思維是機械的思維，以計算機為本。若將兩者混為一談，計算思維教育將有悖初衷，偏離方向。文獻的查閱、概念的明晰，為計算思維教育的區(qū)域推廣提供了堅實的理論支撐與實踐基礎(chǔ)。

二、實踐引領(lǐng)“智”建“?！?/p>

計算思維教育的載體是教學(xué)內(nèi)容。由于教師對計算思維內(nèi)涵的理解不同，對知識載體的選擇也必定不同。在借鑒了國內(nèi)外研究與實踐成果的基礎(chǔ)上，筆者所在地區(qū)主要采用以下教學(xué)模式，在中小學(xué)信息技術(shù)課程中滲透計算思維，推進計算思維教育的開展。

（一）基于機器人的計算思維教育模式

機器人教育包括機器人的設(shè)計、組裝、編程、運行等教學(xué)內(nèi)容。學(xué)生在設(shè)計、組裝機器人的過程中，能體驗到DIY的樂趣，不斷激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提高自身綜合能力。學(xué)生根據(jù)機器人需要完成的任務(wù)，將大問題分解成若干個子問題，然后各個擊破。對于每個子問題，先抽象后建模，先方法后步驟，最終用計算機語言表達，由計算機接收指令完成任務(wù)。筆者所在地區(qū)的學(xué)校都開設(shè)了相關(guān)社團，并在教學(xué)中常態(tài)化開展社團教育。本地區(qū)的機器人教育活動主要集中在小學(xué)階段，機器人的編程主要基于Arduino平臺，由于Arduino能通過傳感器來感知環(huán)境，通過控制燈光、馬達和其他的裝置來反饋、影響環(huán)境，而圖形化編程界面又降低了學(xué)習(xí)編程的門檻，學(xué)生運行程序即可直接感受程序?qū)崿F(xiàn)的功能。在機器人教學(xué)過程中，學(xué)生獨創(chuàng)性地設(shè)計機器人，通過觀察、比較、調(diào)試程序解決問題，從而在潛移默化中提升計算思維能力。

（二）基于信息技術(shù)課程的計算思維教育模式

雖然計算思維與計算機思維有著本質(zhì)區(qū)別，但計算思維與計算機科學(xué)有著密切的聯(lián)系，正如周以真教授所說的，計算思維就是像計算機科學(xué)家一樣思考。像計算機科學(xué)家一樣思考的前提是對計算機科學(xué)有充分的了解和認(rèn)識，王榮良教授在《計算思維的學(xué)科觀》中就提出，要以計算科學(xué)學(xué)科為起點，從學(xué)科的特征去考查計算思維。

基于以上理論，如皋市教師發(fā)展中心制訂并發(fā)布了《如皋市信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)規(guī)范》（以下簡稱《規(guī)范》）。《規(guī)范》從教師的教學(xué)設(shè)計、教學(xué)過程、教學(xué)評價、課后反思、課后輔導(dǎo)五個方面著手，對計算思維落實至各教學(xué)環(huán)節(jié)提出了具體要求。實踐證明，定期開展“信息技術(shù)與計算思維”教學(xué)研討活動，組織教師依據(jù)要求參加計算思維與信息技術(shù)融合的優(yōu)課評比，鼓勵教師積極參與計算思維科普校本課程的編寫工作，效果顯著。

（三）基于代碼編程的計算思維教育模式

計算思維的本質(zhì)是抽象和自動化。在編程中，學(xué)生需要對現(xiàn)實中的問題進行抽象，然后建立模型，選用合適的算法，并用計算機語言表達，最終使計算機根據(jù)指令完成特定的任務(wù)。編程解決問題的過程實質(zhì)上蘊含了抽象與自動化的概念。編程作為計算思維的重要組成部分，可使計算思維的概念變得更具體、更清晰?；诖?，如皋市教育局?jǐn)y手如皋市科技局，開展了編程公益教學(xué)活動，教學(xué)對象為小學(xué)高年級學(xué)生與初中生，教學(xué)編程語言選用C++。C++是C語言的繼承，通過它的使用，既可實現(xiàn)“面向過程”的結(jié)構(gòu)化編程，又可實現(xiàn)“面向?qū)ο蟆钡木幊?。由此，學(xué)生從“面向過程”入門學(xué)習(xí)，進而向“面向?qū)ο蟆背绦蛟O(shè)計而努力，無須另學(xué)新的編程語言。在代碼編程的學(xué)習(xí)中，學(xué)生可借助一些在線評測網(wǎng)站平臺，從分析問題入手，思考解決問題的方法，明確解決問題的步驟，最終實現(xiàn)編程。代碼編程的趣味性雖不及圖形化編程，但表達抽象的思想更為自由：抽象建模、分解問題、提煉算法、調(diào)試糾錯等。在每一個步驟里學(xué)生都是解決問題的主體，計算思維由此落地生根。

三、科學(xué)測評促提升

近年來，筆者將編程教育依托于學(xué)校社團建設(shè)并在全市進行推廣。2016年與2017年分別組織了全市義務(wù)教育階段編程教師培訓(xùn)活動以及全市范圍內(nèi)的學(xué)生比賽活動，旨在促進學(xué)校編程社團的開設(shè)。這一系列活動的開展，有力地推動了計算思維在學(xué)科教育中的滲透。越來越多的學(xué)生加入編程學(xué)習(xí)的隊伍，這些學(xué)生中有許多來自四、五年級。在市一級的編程大賽中，也涌現(xiàn)出了一批優(yōu)秀學(xué)生，且年齡愈發(fā)低齡化，他們不僅是編程高手，也是學(xué)科學(xué)習(xí)的佼佼者。此外，許多學(xué)生在信息學(xué)奧林匹克競賽中取得佳績，其中數(shù)十人獲得信息學(xué)奧林匹克競賽省一等獎。由此可見，計算思維區(qū)域推廣取得了一定成效。那么，如何對這一成效進行客觀地驗證呢？

在了解區(qū)域推廣計算思維教學(xué)成果的深度與廣度上，科學(xué)測評是其驗證的重要依據(jù)。因為測評具有診斷性、針對性、客觀性、嚴(yán)格性和發(fā)展性等特點。測評內(nèi)容可以幫助教師準(zhǔn)確掌握計算思維培養(yǎng)的內(nèi)容，測評結(jié)果又可客觀地反映培養(yǎng)實踐的真實效果，指明可能的發(fā)展方向。筆者以本區(qū)域內(nèi)信息技術(shù)教師及部分學(xué)生為樣本，通過問卷法對計算思維區(qū)域推廣效果進行了測評。

（一）教師層面

如皋市共有127名中小學(xué)信息技術(shù)教師，此次問卷調(diào)查選取91名參加，占比約7665。在問卷調(diào)查中，筆者發(fā)現(xiàn)，約有9121的教師已經(jīng)認(rèn)識到，日常生活中解決問題的能力與計算思維有著密切的關(guān)系;約3626的教師對計算思維的認(rèn)識不夠清晰;僅有約5934的教師了解計算思維的概念?？梢?，若想將計算思維教育在區(qū)域變得“枝繁葉茂”，教師培訓(xùn)需進一步向縱深推進。

（二）學(xué)生層面

2019年9月，筆者面向如皋市中小學(xué)生做了一項關(guān)于計算思維相關(guān)認(rèn)知程度的調(diào)查。在1537份問卷中，約有8430的學(xué)生認(rèn)為信息社會的成員需要具備“用計算機來解決生活中的問題”這一能力，僅有約5914的學(xué)生聽說過計算思維。

由此可見，筆者與本地區(qū)的骨干教師為計算思維教育普及所做的努力，并沒有達到理想的效果。計算思維不能僅停留在編程愛好者層面，而應(yīng)成為人們的一種思維習(xí)慣，滲透于學(xué)生的日常生活與學(xué)習(xí)中，成為解決問題時下意識使用的思維方法。比如，在生活中排隊打飯時，學(xué)生下意識計算怎樣排隊會更快;在指定時間之前到達指定地點時，計算最合理的奔跑路線等。

四、展望未來謀路徑

基于上述診斷性分析，我們發(fā)現(xiàn)，計算思維教育的區(qū)域推廣面臨三大困難：一是當(dāng)前對計算思維有深度認(rèn)知的教師較少，且大部分集中在城區(qū)學(xué)校;二是未能形成高效的課堂教學(xué)模式;三是缺乏科學(xué)合理的考核機制。對此，筆者進行了以下思考。

（一）教師培訓(xùn)先行，培養(yǎng)專業(yè)化的教師隊伍

在中小學(xué)開展計算思維教育，首先需要一支專業(yè)化的教師隊伍，而教師隊伍的專業(yè)化發(fā)展，則需要構(gòu)建科學(xué)合理的培訓(xùn)模式，為教師提供必要的資源，搭建合理的“腳手架”，以支持教師落實計算思維教學(xué)。整個培訓(xùn)可以分為以下三個階段。

1計算思維專題學(xué)習(xí)

在這一階段，教師主要通過對相關(guān)理論進行系統(tǒng)而深入的學(xué)習(xí)，來進一步更新計算思維理念。教師可選擇華東師范大學(xué)王榮良教授的《計算思維的學(xué)理解釋》、南京師范大學(xué)鐘柏昌教授的《計算思維：理解與實施》等講座資源，借助MOOC網(wǎng)的課程資源平臺，精讀唐培和等教授的《論計算思維及其教育》，充分認(rèn)識計算思維的作用以及開展計算思維教育的必要性。

2編程與算法專題學(xué)習(xí)

通過算法思想支持自動化的解決方案是運用計算思維解決問題的重要特點，而算法自動化的實現(xiàn)離不開計算機編程。中小學(xué)信息技術(shù)課程內(nèi)容中都有程序的身影，小學(xué)階段有Scratch，初中階段有VB，高中階段信息技術(shù)課程也即將引入Python。綜合當(dāng)前的實際，中小學(xué)信息技術(shù)編程能力與算法思維能力的提升是當(dāng)前必須做實的一項工作。

這一階段的專題學(xué)習(xí)，如皋市以有著豐富信息學(xué)奧林匹克競賽指導(dǎo)經(jīng)驗的教師為主要成員組建教學(xué)團隊，通過集中講授與分層教學(xué)相結(jié)合的形式開展培訓(xùn)，將培訓(xùn)教師分成若干小組，合作學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)效率。教學(xué)計算機語言選用C++，第一期以“語言”為主，第二期以“算法”為主。

3計算思維專題教學(xué)設(shè)計

計算思維的教學(xué)設(shè)計資源較為匱乏，是當(dāng)前計算思維教育推廣亟須解決的問題。因此，市一級教研部門要為教師提供一些已有的計算思維教學(xué)設(shè)計，使之從模仿教學(xué)，再到改良教學(xué)，最終實現(xiàn)創(chuàng)新設(shè)計。前期培訓(xùn)結(jié)束后，鼓勵參訓(xùn)的教師結(jié)合教材形成符合本地區(qū)教學(xué)實際的教學(xué)設(shè)計案例與相應(yīng)資源，組織優(yōu)秀教學(xué)設(shè)計以及優(yōu)秀教學(xué)資源的評比活動，通過“以賽促練”的方式來強化教師的計算思維教學(xué)能力。

經(jīng)過一系列培訓(xùn)，教師及時更新計算思維教育理念，提高了專業(yè)知識技能、教學(xué)設(shè)計水平以及教學(xué)實施能力，提升了計算思維素養(yǎng)，進而為計算思維教育的開展奠定堅實的基礎(chǔ)。

（二）創(chuàng)新課堂模式，設(shè)計“二型”微課

對于高效課堂教學(xué)模式的思考，筆者認(rèn)為，微課教學(xué)設(shè)計是一個較好的選擇。微課以微視頻為主要載體，呈現(xiàn)方式不受時空限制，并支持多種學(xué)習(xí)方式在線學(xué)習(xí)。它可以整合多種資源，緊扣課堂教學(xué)的重難點，對提高教師的教學(xué)效率有較好的促進作用。市一級教研部門可組織骨干教師統(tǒng)一制作微課，形成優(yōu)質(zhì)教育資源，以供教師共享使用。在此，可將微課設(shè)計分兩條線兩種類型推進。

第一條線是普適型微課，即計算思維跨學(xué)科融合教學(xué)。以學(xué)科教學(xué)為主，在學(xué)科教學(xué)中滲透計算思維，將教學(xué)目標(biāo)進行分解，以流程圖的形式向前推進，通過解決問題的方法選擇及步驟制定將計算具體化。這類微課的制作可依托“一師一優(yōu)課”“慧學(xué)南通”等網(wǎng)絡(luò)平臺，通過優(yōu)選評比后以點帶面，讓計算思維領(lǐng)航計算機基礎(chǔ)課程改革的新思路。

第二條線是定制型微課，即專門針對編程社團學(xué)生設(shè)置的系統(tǒng)課程。在獨立運用計算機語言解決問題的過程中，編程社團的學(xué)生具有一定的算法思維，明白抽象與自動化兩個核心概念可以更有效地提升計算思維能力。微課內(nèi)容以抽象、模型、算法抽象、計算思維與自動化為主要研究方向，以具體實例為切入點，如交換墨水、求1+2+3+…+100、細(xì)胞分裂等，通過實例理解核心概念。

基于以上認(rèn)識，筆者認(rèn)為中小學(xué)計算思維教育微課制作可以圍繞以下內(nèi)容展開（見表1）。

數(shù)學(xué)建模的教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)一種將學(xué)到的數(shù)學(xué)知識還原到現(xiàn)實世界的能力。在這一模塊的微課設(shè)計中，教師在梳理數(shù)學(xué)建模的概念與方法后，引導(dǎo)學(xué)生圍繞“數(shù)學(xué)建模與生活”展開重點研究與探討，具體可設(shè)置如下內(nèi)容：“數(shù)排列組合——容易破解的密碼”“概率論——你能中獎嗎？”“歸納推理——足球比賽的得分”……數(shù)學(xué)建模從生活中來，而向自動化去，通過這一模塊的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，學(xué)生對計算思維的抽象與自動化兩個核心概念更加清晰，數(shù)學(xué)知識還原至現(xiàn)實生活的能力得到進一步提高。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的核心內(nèi)容是抽象數(shù)據(jù)類型與數(shù)據(jù)操作。計算思維概念中的自動化強調(diào)人和機器的協(xié)同性，即在問題求解過程中協(xié)調(diào)好哪些環(huán)節(jié)適合（必須）人處理、哪些環(huán)節(jié)適合機器自動處理的問題。只有對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的現(xiàn)實問題進行抽象后，其存儲問題得到有效處理，進而得到合理的數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)。如此，才能得到高效的算法，才能更充分地利用機器自動化解決問題。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，關(guān)鍵在于準(zhǔn)確理解不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間的共性和聯(lián)系，會正確操作基本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，能利用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)解決實際問題。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的邏輯結(jié)構(gòu)共有四種：集合、線性結(jié)構(gòu)（數(shù)組、隊列、堆棧）、樹形結(jié)構(gòu)、圖形結(jié)構(gòu)。在教學(xué)中，教師可以用圖來表示相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，輔以生活中常見的實例。例如集合的概念（如圖1），可用操場排隊來表示，相應(yīng)的操作并集、交集、差集都可以通過動畫來演示。再例如樹形結(jié)構(gòu)（如圖2），這種結(jié)構(gòu)可結(jié)合現(xiàn)實中族譜的“祖先節(jié)點”“父節(jié)點”“兄弟節(jié)點”“子節(jié)點”來對應(yīng)理解。如此，學(xué)生對遍歷這一重要操作的理解也就十分清晰了。

算法是解決問題的方法與步驟，能將算法思想應(yīng)用到學(xué)習(xí)、生活中是計算思維教育初級階段的教學(xué)目標(biāo)。教師在引領(lǐng)學(xué)生突破數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)后，對經(jīng)典算法的進一步學(xué)習(xí)，則有利于拓寬解決問題的視野，提升自動化解決問題的層次性。算法模塊的微課設(shè)計，可以趣味故事教學(xué)為主，比如“窮舉——百錢百雞”“分治——猜數(shù)游戲”“貪心算法——錢幣找零”等。

中小學(xué)微課制作要注重趣味性，將科學(xué)專業(yè)的理論生活化，以達到科普的效果。微課制作團隊?wèi)?yīng)該由信息技術(shù)、數(shù)學(xué)、語文、科學(xué)藝術(shù)等多學(xué)科專家教師組成，從而實現(xiàn)多學(xué)科角度詮釋計算思維。

（三）以賽促教，建立多元評價機制

為推動全市所有學(xué)校開展計算思維教育，可每年定期舉辦義務(wù)教育階段程序設(shè)計大賽，根據(jù)學(xué)段劃分成初中組和小學(xué)組。初中組的比賽內(nèi)容大致為C++程序設(shè)計、物聯(lián)創(chuàng)新等;小學(xué)組的比賽內(nèi)容則可安排為Scratch程序設(shè)計、C++程序設(shè)計、物聯(lián)創(chuàng)新等。

科學(xué)合理的考核機制有利于評價、監(jiān)督和促進教師的教學(xué)工作，對工作的穩(wěn)步開展有著顯著的激勵作用，促進教師的全面、專業(yè)化發(fā)展。市一級教育主管部門可以從學(xué)校、教師、學(xué)生三個層面，通過以獎促學(xué)建立多元評價、分類評比考核評價機制。學(xué)校層面，可針對積極開展計算思維教育的單位，設(shè)立“優(yōu)秀組織”獎，并頒發(fā)“計算思維教育優(yōu)秀單位”獎、“比賽團體”獎等，將每年師生所獲獎項列入當(dāng)年全市年度考核。教師層面，可對系列活動或比賽中表現(xiàn)突出、為推廣計算思維教育做出卓越貢獻的教師進行表彰，頒發(fā)“優(yōu)秀指導(dǎo)教師”獎，并直接認(rèn)定為“市優(yōu)秀人才”，通過年度考核后可享受優(yōu)秀人才津貼。學(xué)生層面，依據(jù)參賽中所獲獎次，學(xué)生可對應(yīng)獲得該階段質(zhì)量監(jiān)測免測資格，優(yōu)秀選手可被推薦參加更高級別的比賽。

目前，計算思維教育在本地區(qū)的普及面還不夠廣，師生對計算思維的認(rèn)知還不夠深刻。但是，我們始終在探索與實踐基于機器人課程、基于信息技術(shù)教學(xué)、基于編程教學(xué)這三條計算思維教育路徑，并取得階段性教育成果。相信，只要加大教師培訓(xùn)力度、拓寬科普教育廣度，計算思維定將深入人心，進而不斷提升學(xué)生的信息素養(yǎng)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)品質(zhì)，增強學(xué)生的自信心。

參考文獻：

[1]陳國良，董榮勝.計算思維與大學(xué)計算機基礎(chǔ)教育[J].中國大學(xué)教學(xué)，2011（1）：1-11，32.

（責(zé)任編輯：陸順演?助理編輯：蔣素利）