趙淼 孫巍

摘要：計(jì)算思維是中學(xué)生必備的信息素養(yǎng)之一，如何有效培養(yǎng)中學(xué)生的計(jì)算思維是值得教育工作者深入探究的。本文采用文獻(xiàn)綜述法，對(duì)中學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)過(guò)程中存在的教學(xué)模式、教育者、課程和教學(xué)環(huán)境方面的問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)分析。同時(shí)，從研究人員、學(xué)校和國(guó)家的角度提出了相應(yīng)的解決措施，以期提升中學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)水平。

關(guān)鍵字：計(jì)算思維；中學(xué)生；對(duì)策

隨著人工智能、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，計(jì)算思維已成為當(dāng)今社會(huì)必備的信息素養(yǎng)之一。因此，如何培養(yǎng)具備計(jì)算思維的人才已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。舉例來(lái)說(shuō)，經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織教育（OECD）2030項(xiàng)目將計(jì)算思維劃分為學(xué)習(xí)者未來(lái)需要具備的六大復(fù)合能力之一，并將其內(nèi)容融入了許多國(guó)家的課程改革目標(biāo)和內(nèi)容中[1]。2022年3月，教育部發(fā)布的《信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)》將計(jì)算思維列為信息科技學(xué)科的核心素養(yǎng)之一[2]。

這表明，培養(yǎng)中學(xué)生的計(jì)算思維已成為提高國(guó)民信息素養(yǎng)、貫徹實(shí)施“教育面向未來(lái)”方針以及增強(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的迫切需求。然而，目前我國(guó)中小學(xué)生的計(jì)算思維培養(yǎng)和實(shí)施層面存在一些問(wèn)題。因此，本文從計(jì)算思維培養(yǎng)的視角出發(fā)，分析了目前在中學(xué)階段計(jì)算思維培養(yǎng)所面臨的困境，并提出了相應(yīng)的解決策略，旨在為培養(yǎng)中學(xué)生的計(jì)算思維提供理論和實(shí)踐的參考。

一、計(jì)算思維的內(nèi)涵與研究現(xiàn)狀

（一）計(jì)算思維相關(guān)研究

司馬遷在《九章算術(shù)》一書中首次提出了計(jì)算思維的概念，該定義主要用于解決數(shù)學(xué)問(wèn)題。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，2006年，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的周以真教授（Wing）提出了計(jì)算思維的內(nèi)涵，即：運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以及理解人類行為的一系列思維活動(dòng)，涵蓋了計(jì)算機(jī)科學(xué)的廣度。其他學(xué)者從不同角度對(duì)此進(jìn)行了補(bǔ)充說(shuō)明：從綜合視角來(lái)看，Hemmendinger等認(rèn)為計(jì)算思維是一種跨學(xué)科的綜合性思維能力；從專業(yè)視角來(lái)看，Papert等人認(rèn)為計(jì)算思維是與計(jì)算機(jī)操作相關(guān)的能力[3]。在我國(guó)最新頒布的義務(wù)教育《信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)》中，計(jì)算思維被定義為個(gè)體運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在問(wèn)題解決過(guò)程中涉及的抽象、分解、建模、算法設(shè)計(jì)等思維活動(dòng)。該定義明確指出了具備計(jì)算思維的學(xué)生在解決問(wèn)題過(guò)程中的特征，因此對(duì)于培養(yǎng)中學(xué)生的計(jì)算思維具有指導(dǎo)意義。綜上所述，計(jì)算思維是人類學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)問(wèn)題求解的一系列思維過(guò)程，是科學(xué)思維的一種新方法，為人們理解信息化、數(shù)字化、智能化的世界提供了新的視角。

（二）中學(xué)階段計(jì)算思維的研究現(xiàn)狀

筆者利用知網(wǎng)平臺(tái)（CNKI）進(jìn)行檢索，在中等教育范圍內(nèi)，以關(guān)鍵詞“計(jì)算思維”為基準(zhǔn)，排除了會(huì)議期刊等無(wú)關(guān)文章，最終篩選出319篇文章作為研究對(duì)象。借助研究工具citespace6.1進(jìn)行可視化分析，得出了以下的共現(xiàn)圖譜（見圖1）。從圖中可以看出，“計(jì)算思維”這個(gè)關(guān)鍵詞的圓圈直徑最大，說(shuō)明它是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。其次是“人工智能”“信息技術(shù)”“編程教育”“核心素養(yǎng)”等關(guān)鍵詞，它們相對(duì)于“計(jì)算思維”而言直徑較小，但外圈呈暖色，說(shuō)明它們?cè)谟?jì)算思維領(lǐng)域也備受關(guān)注，是研究的熱點(diǎn)之一。因此可以得出以下結(jié)論：人工智能與計(jì)算思維密切相關(guān)，信息技術(shù)（科技）課程是中學(xué)階段培養(yǎng)計(jì)算思維的重要載體，編程教育是實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維發(fā)展的有效途徑，而計(jì)算思維在核心素養(yǎng)的培養(yǎng)中占據(jù)重要地位。

二、中學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)過(guò)程中存在的問(wèn)題

（一）缺乏創(chuàng)新性的教學(xué)模式

在我國(guó)中學(xué)階段，計(jì)算思維的培養(yǎng)主要依托于信息科技課程，以編程和算法知識(shí)為主要內(nèi)容，集中在教學(xué)模式和教學(xué)方法等方面。然而，如果教育者只是簡(jiǎn)單地套用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，很難真正培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。部分教師認(rèn)為學(xué)生在使用編程工具的過(guò)程中會(huì)改變自身的思維方式，因此在教學(xué)過(guò)程中注重完成教學(xué)目標(biāo)，提前展示編程代碼和算法思路，并不愿意探索創(chuàng)新的教學(xué)模式。他們過(guò)分強(qiáng)調(diào)解決問(wèn)題的步驟和最終結(jié)果，缺乏對(duì)提升學(xué)生計(jì)算思維技能的教學(xué)引導(dǎo)。此外，目前關(guān)于計(jì)算思維培養(yǎng)的研究有大約90%是集中在高等教育的計(jì)算機(jī)類課程上，相對(duì)較少研究針對(duì)基礎(chǔ)教育階段的信息科技課程教學(xué)方法。將大學(xué)甚至研究生階段需要學(xué)習(xí)的理論知識(shí)過(guò)早地呈現(xiàn)給基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備不足、認(rèn)知能力尚待發(fā)展的中學(xué)生，會(huì)導(dǎo)致學(xué)生對(duì)計(jì)算思維的學(xué)習(xí)失去興趣，從而影響到他們形成計(jì)算思維能力。

（二）課程建設(shè)存在短板

在我國(guó)，中學(xué)階段關(guān)于計(jì)算思維培養(yǎng)方面的課程建設(shè)仍然不夠完善。信息科技作為一門邊緣學(xué)科，在學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間中占比較少，這導(dǎo)致學(xué)生接觸計(jì)算機(jī)資源的機(jī)會(huì)有限。根據(jù)趙健的調(diào)研結(jié)果，93.2%的學(xué)生對(duì)信息技術(shù)課程表示興趣，但在面臨升學(xué)壓力時(shí)，40.8%的學(xué)生的信息技術(shù)課程被中高考科目所替代，這阻礙了學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算思維的途徑。為了解決這一問(wèn)題，一些學(xué)者提出了跨學(xué)科的方式來(lái)發(fā)展學(xué)生的計(jì)算思維，將計(jì)算思維融入數(shù)學(xué)、科學(xué)、物理、化學(xué)、生物等其他學(xué)科的課程中，其中最常見的是將計(jì)算思維融入STEM教學(xué)中。張瑾等人系統(tǒng)梳理了國(guó)外跨學(xué)科整合計(jì)算思維的教學(xué)活動(dòng)、課程模式和實(shí)施路徑。

在跨學(xué)科培養(yǎng)中學(xué)生計(jì)算思維的教學(xué)中，計(jì)算思維與學(xué)科內(nèi)容的融合不應(yīng)僅僅是簡(jiǎn)單地將兩者相加，而是在充分考慮到中學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律和挖掘本學(xué)科內(nèi)容特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，將計(jì)算思維與學(xué)科內(nèi)容有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。因此，跨學(xué)科培養(yǎng)中學(xué)生計(jì)算思維的道路仍然任重道遠(yuǎn)，需要在課程設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)踐中不斷探索，并充分利用學(xué)科教師的專業(yè)知識(shí)和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，以實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維與學(xué)科內(nèi)容的有機(jī)融合。

（三）教師計(jì)算思維能力匱乏

根據(jù)教育部的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至目前，我國(guó)中學(xué)的信息科技專任教師約有26.93萬(wàn)人，可以滿足日常教學(xué)的需求。在師資隊(duì)伍數(shù)量充足的情況下，教師的專業(yè)水平對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生高質(zhì)量的計(jì)算思維至關(guān)重要。為了加強(qiáng)高水平教師隊(duì)伍的建設(shè)，教育部在2019年發(fā)布了《關(guān)于實(shí)施全國(guó)中小學(xué)教師信息技術(shù)應(yīng)用能力提升工程2.0的意見》。然而，該文件并沒(méi)有明確指出教師應(yīng)該學(xué)習(xí)計(jì)算思維的路徑和方法。與國(guó)外情況相比，谷歌資助的“向每位教師引入計(jì)算思維”系列課程由國(guó)際教育技術(shù)學(xué)會(huì)（ISTE）承辦，向教師講解了“計(jì)算思維”的含義和核心概念，并提供了大量的“計(jì)算思維”課程實(shí)例。此外，從教師自身的角度來(lái)看，信息科技教師的課余時(shí)間往往被輔助教育行政工作所占據(jù)，減少了學(xué)習(xí)計(jì)算思維的時(shí)間。而其他學(xué)科教師則過(guò)于注重提高學(xué)生的分?jǐn)?shù)，很少有精力深入探究計(jì)算思維與本學(xué)科內(nèi)容的聯(lián)系，這導(dǎo)致學(xué)生計(jì)算思維能力薄弱的問(wèn)題。

（四）基礎(chǔ)設(shè)施有待完善

目前，我國(guó)基礎(chǔ)教育階段存在城鄉(xiāng)之間和校際之間的較大數(shù)字鴻溝，這使得學(xué)習(xí)者無(wú)法充分體驗(yàn)以計(jì)算機(jī)為載體的計(jì)算思維。由于客觀環(huán)境的限制，教師在教學(xué)過(guò)程中更容易墨守成規(guī)，只注重灌輸教學(xué)內(nèi)容，而不注重培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。尤其是在COVID-19期間，學(xué)校的基礎(chǔ)設(shè)施和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境影響著教師的授課狀態(tài)和學(xué)生的思維發(fā)展。與此同時(shí)，教育部等六個(gè)部門聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于推進(jìn)教育新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)構(gòu)建高質(zhì)量教育支撐體系的指導(dǎo)意見》。該指導(dǎo)意見指出要強(qiáng)化教育生態(tài)環(huán)境，加快推動(dòng)教育現(xiàn)代化，建設(shè)教育強(qiáng)國(guó)。這意味著國(guó)家在發(fā)展教育方面有了更加明確的方向和重視。因此，相關(guān)部門應(yīng)該加快國(guó)家方針政策的貫徹落實(shí)，將先進(jìn)技術(shù)賦能于教學(xué)環(huán)境，以促進(jìn)城鄉(xiāng)之間和校際之間教育的公平性，并提高中學(xué)生的計(jì)算思維水平。這不僅對(duì)于個(gè)體學(xué)生的全面發(fā)展和適應(yīng)未來(lái)社會(huì)的需求具有重要意義，也對(duì)于國(guó)家整體發(fā)展和構(gòu)建創(chuàng)新型國(guó)家具有重大的社會(huì)意義。

三、中學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)的應(yīng)對(duì)策略

（一）強(qiáng)化理論研究

構(gòu)建創(chuàng)新性的教學(xué)模式可以從革新研究隊(duì)伍和完善研究過(guò)程兩個(gè)方面入手。首先，在研究人員構(gòu)成上，不僅應(yīng)該包括教育技術(shù)領(lǐng)域的專家，還應(yīng)該涵蓋教育學(xué)、心理學(xué)和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的專家。教學(xué)模式的構(gòu)建需要充分利用各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域的知識(shí)，設(shè)計(jì)出能夠融入計(jì)算思維邏輯的新模式。同時(shí)，研究人員還應(yīng)該與一線教師展開合作，深入中學(xué)課堂，尋找當(dāng)前存在的問(wèn)題，并改變傳統(tǒng)計(jì)算思維教育過(guò)于工具化的傾向。其次，在研究過(guò)程上，研究人員應(yīng)該從學(xué)情分析、教學(xué)環(huán)節(jié)、教學(xué)評(píng)價(jià)以及資源輔導(dǎo)等方面入手，研發(fā)適合的教學(xué)工具，編寫符合中學(xué)生身心發(fā)展規(guī)律的計(jì)算思維教學(xué)內(nèi)容，并創(chuàng)新設(shè)計(jì)適宜的計(jì)算思維教學(xué)方法，從而有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

（二）完善課程建設(shè)

為了擴(kuò)展學(xué)生習(xí)得計(jì)算思維的渠道，學(xué)校需要完善課程體系的建設(shè)。首先，學(xué)校應(yīng)當(dāng)確保信息科技課程的排課量。在總課時(shí)不變的情況下，有必要將1%至3%的課時(shí)單獨(dú)用于信息科技課程的教學(xué)。這樣可以為學(xué)生提供更多的機(jī)會(huì)接觸和學(xué)習(xí)計(jì)算思維相關(guān)的知識(shí)和技能。此外，學(xué)校還可以根據(jù)國(guó)內(nèi)外的青少年信息學(xué)競(jìng)賽，以競(jìng)賽為導(dǎo)向，開展課后延時(shí)的計(jì)算思維服務(wù)。例如，提供3D打印課程、機(jī)器人編程課程等。這樣的延時(shí)服務(wù)能夠更好地滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，培養(yǎng)他們的計(jì)算思維能力。其次，學(xué)校需要開發(fā)相關(guān)的校本課程，實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科整合的計(jì)算思維教學(xué)。通過(guò)自主探究和合作協(xié)商的過(guò)程，學(xué)生能夠發(fā)展和運(yùn)用計(jì)算思維，并加深對(duì)各學(xué)科知識(shí)的理解。例如，可以利用Scratch軟件構(gòu)建平面直角坐標(biāo)系，通過(guò)實(shí)現(xiàn)人物的跳躍移動(dòng)，學(xué)習(xí)數(shù)理知識(shí)；還可以通過(guò)使用Python編寫古詩(shī)，運(yùn)用計(jì)算思維解決程序漏洞，體會(huì)古詩(shī)詞的韻律之美。這樣的跨學(xué)科整合可以激發(fā)學(xué)生的興趣和創(chuàng)造力，進(jìn)一步促進(jìn)他們的計(jì)算思維發(fā)展。此外，相關(guān)部門也應(yīng)該加大對(duì)課外思維培訓(xùn)課程的管理力度，積極響應(yīng)國(guó)家雙減政策，并采取必要的措施，提高對(duì)計(jì)算思維教育培訓(xùn)的監(jiān)管力度。這樣可以整頓培訓(xùn)市場(chǎng)中的資本化和無(wú)序化現(xiàn)象，推動(dòng)計(jì)算思維教育走向規(guī)范化和專業(yè)化的發(fā)展。

（三）加強(qiáng)教師培訓(xùn)

學(xué)校需要豐富教研資源，以幫助教師成為計(jì)算思維的學(xué)習(xí)者。首先，學(xué)校應(yīng)提供涉及計(jì)算思維的各學(xué)科教學(xué)案例，構(gòu)建資源平臺(tái)，打破校際備課過(guò)程中的信息壁壘，助力教師在后疫情時(shí)代開展計(jì)算思維培養(yǎng)工作。例如，定期開展在線培訓(xùn)活動(dòng)、邀請(qǐng)專家進(jìn)校講座，并促進(jìn)校際間的合作交流，以拓寬教育工作者的知識(shí)視野。同時(shí)，學(xué)校還應(yīng)將計(jì)算思維作為職前教師引入校園的重要考察指標(biāo)之一，力求建設(shè)高質(zhì)量的師資隊(duì)伍。對(duì)于在職教師，學(xué)校需要注重計(jì)算思維能力的考核，并設(shè)置相關(guān)的績(jī)效機(jī)制，督促教師有效推進(jìn)計(jì)算思維教育。其次，學(xué)校應(yīng)減少信息科技教師的校內(nèi)行政工作，鼓勵(lì)其開設(shè)信息科技名師工作室，深入研究計(jì)算思維融合學(xué)科課程的教學(xué)實(shí)踐。學(xué)?？梢酝ㄟ^(guò)培訓(xùn)講座和學(xué)科教研活動(dòng)，引導(dǎo)任課教師轉(zhuǎn)變對(duì)計(jì)算思維的傳統(tǒng)觀念，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)計(jì)算思維中涉及的抽象、分解等思維活動(dòng)對(duì)提高學(xué)生學(xué)業(yè)成績(jī)的重要性。

（四）搭建配套環(huán)境設(shè)施

為了促進(jìn)校際和區(qū)域間的信息科技教育協(xié)同發(fā)展，國(guó)家應(yīng)從資金、政策等維度統(tǒng)籌計(jì)算思維資源。

首先，國(guó)家應(yīng)設(shè)立專項(xiàng)資金，對(duì)計(jì)算思維培養(yǎng)進(jìn)行專門的立項(xiàng)支持，包括設(shè)立基于中學(xué)生計(jì)算思維教育的研究基金和項(xiàng)目。通過(guò)資金支持，激發(fā)科研人員和教育工作者對(duì)計(jì)算思維教育的研究和實(shí)踐的熱情，推動(dòng)計(jì)算思維教育的創(chuàng)新和發(fā)展。

其次，有關(guān)部門應(yīng)加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，搭建計(jì)算思維培養(yǎng)平臺(tái)。促進(jìn)校企聯(lián)合，推動(dòng)計(jì)算機(jī)、平板電腦等配套設(shè)施進(jìn)入校園，為計(jì)算思維教育提供技術(shù)支持。例如，可以在課堂教學(xué)、教師教研、資源建設(shè)、智慧校園等重要應(yīng)用場(chǎng)景中積極探索促進(jìn)學(xué)習(xí)者思維發(fā)展的技術(shù)支持形態(tài)，營(yíng)造良好的教育技術(shù)環(huán)境。最后，學(xué)校還應(yīng)借鑒試點(diǎn)地區(qū)的使用經(jīng)驗(yàn)，制定計(jì)算思維的發(fā)展規(guī)劃。構(gòu)建多模式耦合的計(jì)算思維教學(xué)環(huán)境，同時(shí)結(jié)合各類資源，開展多樣化的教學(xué)方法和活動(dòng)，提升學(xué)生的計(jì)算思維能力。這樣的努力將有助于促進(jìn)信息化教育的公平，減小不同地區(qū)、學(xué)校之間的差距。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本研究借助cite space分析得出中學(xué)階段計(jì)算思維的研究現(xiàn)狀，并明確了當(dāng)前阻礙中學(xué)生計(jì)算思維發(fā)展的問(wèn)題，最終從研究人員、學(xué)校和國(guó)家三個(gè)層面解決中學(xué)生計(jì)算思維發(fā)展問(wèn)題的具體措施，即研究人員通過(guò)革新研究隊(duì)伍、完善計(jì)算思維培養(yǎng)過(guò)程解決教學(xué)模式陳舊的問(wèn)題；學(xué)校通過(guò)增加中學(xué)生信息科技課時(shí)量、跨學(xué)科培養(yǎng)計(jì)算思維，豐富學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)路徑，同時(shí)還應(yīng)實(shí)施教師間資源共享，構(gòu)建全方位的監(jiān)督體系，提高教師計(jì)算思維能力；國(guó)家通過(guò)資金撥款、政策扶持完善計(jì)算思維配套基礎(chǔ)設(shè)施。通過(guò)這些措施的實(shí)施，將推動(dòng)中學(xué)階段計(jì)算思維的培養(yǎng)和發(fā)展，為社會(huì)培養(yǎng)更多具備計(jì)算思維能力的信息化人才。

作者單位：趙淼 孫巍 佳木斯大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]左浩德，朱夢(mèng)露，曹一鳴.“OECD2030”視域下學(xué)生復(fù)合能力的維度培養(yǎng)策略及啟示[J]. 教育理論與實(shí)踐，2022，42（7）：6.

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[3]劉敏娜，張倩葦.國(guó)外計(jì)算思維教育研究進(jìn)展[J].開放教育研究，2018，24（1）：13.

趙淼（1998.04-），女，漢族，黑龍江哈爾濱，研究生在讀，研究方向：信息技術(shù)與課程整合；

孫崴（1980.01-），男，漢族，黑龍江雙城，碩士研究生，在讀博士，副教授，研究方向：數(shù)字化學(xué)習(xí)與網(wǎng)絡(luò)教育、信息技術(shù)與課程整合。