閻姝宇，駱科亞，寸珊娜，許靖宇

（天津師范大學教育學部，天津 300000)

1 研究背景

著眼于高考改革新模式的發(fā)展走向與教育領(lǐng)域可預見性的全面改革，為著力推動構(gòu)建高中階段基本普及的社會新形勢，教育部重新修改訂正了普通高中的課程方案和課程標準，為全體國民素質(zhì)提供強化助推力，同時將提升創(chuàng)新型人才培養(yǎng)質(zhì)量作為新時代強根鑄魂的發(fā)展需求。對比《普通高中信息技術(shù)課程標準(2017 年版2020 修訂版）》（以下簡稱“新課標”) 與《普通高中信息技術(shù)課程標準（實驗）》（以下簡稱“老課標”)，計算思維登上信息技術(shù)學科核心素養(yǎng)的舞臺，為信息技術(shù)學科的培養(yǎng)目標提供了思維站位的蝶變空間。異于老課標側(cè)重對操作行為的培養(yǎng)，新課標圍繞數(shù)據(jù)、算法、信息系統(tǒng)、信息社會四大概念，將這一核心素養(yǎng)在課程教學中予以實現(xiàn)促成為亟須解決的問題——即如何從培養(yǎng)思維能力的角度強調(diào)分解、抽象、評估和遷移[1]。

新課標中25 次提及“自主可控”、5 次提到“原始創(chuàng)新”、4次提到“原創(chuàng)精神”，強調(diào)信息技術(shù)課程對“促進科技創(chuàng)新自主可控、維護國家安全”的重要“基礎(chǔ)性意義”，因此，信息技術(shù)課程明確成為培養(yǎng)學生信息思維與科技能力的重要載體[2]。持續(xù)更新?lián)Q代的信息技術(shù)對日常生活學習所產(chǎn)生的影響是自然而然地進行內(nèi)化轉(zhuǎn)移或外顯轉(zhuǎn)變的，具有忽略時空限制的繼承性和持久性，而計算思維作為一種必備的態(tài)度與技能，應該被每個人學習和應用[3]。

對現(xiàn)有問題進行闡釋，在理解的基礎(chǔ)上完成對其的解決這一籌思步驟，最終形成的解法對策能夠被信息處理機構(gòu)有效執(zhí)行——該過程即計算思維。老課標過于強調(diào)對操作和行為的訓練，是以技術(shù)為導向，以熟練程度和技巧為方向的教學過程。新課標則是呼吁信息技術(shù)課程內(nèi)容轉(zhuǎn)向注重對思維能力和能動意識的培訓，是以科技為導向，以舉一反三和融會貫通為橋梁，致力于提升學生的適應力、勝任力和創(chuàng)造力。

2 文獻綜述

計算思維概念最早是在1996 年由麻省理工學院(MIT) 的Seymour Papert 教授提出[4]。2006 年3 月，美國卡內(nèi)基·梅隆大學的周以真教授對計算思維再次做出定義，從此計算不再單純是編程的指代，而是通過抽象過程描述并解決實際問題，將人類行為與信息處理流程相串聯(lián)。

近年來針對基礎(chǔ)教育階段提出了幾種培養(yǎng)方式：使用機器人參與課程建構(gòu)[5]、借助游戲活動或教學游戲化[6]和利用編程軟件[7]。但以上三種方式均有局限，如現(xiàn)在教育機器人仍然處于研發(fā)進步階段，成果產(chǎn)出不明顯，且生產(chǎn)、維修價格相對較高，使得教學活動難以有效開展；如多數(shù)游戲化教學的開展只針對解決單一問題，缺少系統(tǒng)性的計算思維培養(yǎng)過程；如多數(shù)用于教學的編程軟件均采用圖形化編程軟件進行，更適用于小學、初中學段。少數(shù)采用代碼化的編程平臺更適用于大學階段教學。

綜上，高中生缺乏對算法理論化的學習資源[8]，如何將理論化的算法知識以計算思維培養(yǎng)的形式為學生開展教學，成為本研究的重點之一。

目前信息技術(shù)教學模式仍有不足，具體表現(xiàn)為互動模式過于單一化、形式化。這樣的模式一方面很難實現(xiàn)人機之間的主觀能動選擇，也很難實現(xiàn)人機之間的遷移和整合。同時人機之間依托技術(shù)進行互動的過程也褪去創(chuàng)新底色，學生越來越少地在作業(yè)中表現(xiàn)自己的想法，很難做到知識的復述與加工。

評價方式過于單一。大部分學校僅重視學業(yè)水平考試成績，對于學期測評并沒有納入考評，忽略了平時的學習效果評價，致使教師在教學上熱情不高，學生對課程內(nèi)容失去興趣，進而導致忽視信息技術(shù)課程內(nèi)容的現(xiàn)象發(fā)生。

隨著新課標的全面推進，應有意識地利用計算工具分解、抽象、遷移作為解決問題的思維過程，并以其為目的，促使生活經(jīng)驗在解決問題的過程中得以獲取，保證實際行為在生活經(jīng)驗的取得中得以體現(xiàn)，讓計算思維真正發(fā)揮其教育作用與創(chuàng)新精神。設(shè)計并開發(fā)一套完整的、以計算思維技能培養(yǎng)為主導的高中信息技術(shù)教材可以有效解決上述問題。

3 設(shè)計依據(jù)

本項目以東北師范大學于穎博士提出的教材結(jié)構(gòu)設(shè)計理念框架CTACK 作為培養(yǎng)計算思維教材設(shè)計的理念框架和理論依據(jù)[9]。如圖1所示，在該框架中，把“雙基”定位為專業(yè)知識，對應信息技術(shù)學科中的“專業(yè)知識”，把“問題解決”定位為活動，對應教與學的活動過程與教與學的方法，把學科思維定位為信息技術(shù)學科四大核心素養(yǎng)中的計算思維。

圖1 CTACK關(guān)系框架簡圖

在關(guān)系框架中包含了完整的信息技術(shù)學科核心素養(yǎng)，其中，計算思維作為關(guān)鍵技能對其他三個核心素養(yǎng)起引領(lǐng)作用，在培養(yǎng)學生計算思維技能的同時，也逐步發(fā)展學生的信息意識、數(shù)字化學習與創(chuàng)新以及信息社會責任。學科知識為框架圖的最底層，支撐活動的開展并為其提供底層邏輯。學生從一系列學習活動中不斷提取、凝練和總結(jié)方法論，從而不斷促進其計算思維技能的形成。在設(shè)計培養(yǎng)學生計算思維技能的教材時，可逆向分析此關(guān)系框架簡圖，首先將計算思維解構(gòu)為抽象、程序化、分解、評估、概括五個關(guān)鍵技能，再設(shè)計與之匹配的教學活動，從教學活動中提取與凝練學科知識，這樣有利于促進學生逐步內(nèi)化和吸收在學習學科知識和參與相應教學活動過程中形成的方法論，并將其進一步轉(zhuǎn)化形成學生的計算思維技能。

綜上所述，本項目設(shè)計以計算思維為導向、在CTACK理論框架指導下，面向具有學科育人功能的新型高中信息技術(shù)校本教材。

4 教材設(shè)計與開發(fā)

4.1 教材結(jié)構(gòu)和功能

在水平維度，本教材選擇了合適的信息技術(shù)學科教學理念，從信息技術(shù)學科思維的角度考慮了教材資源所承載的更高層次的知識形態(tài)，并根據(jù)橫向?qū)用鎸⒏骱诵恼鹿?jié)的教學內(nèi)容轉(zhuǎn)化為不同的課程內(nèi)容。

在垂直維度層面上，由于學生的年齡水平和發(fā)展階段不同，在設(shè)置教學重點和難點時，呈現(xiàn)一個逐漸從容易到困難螺旋上升的過程，最終形成垂直難度內(nèi)容水平序列。在不同內(nèi)容水平的要求下，其學習根據(jù)學生的個人能力逐漸進一步提高學習垂直深度。

在深度維度層面，本教科書借助實際案例解釋，使學生能夠更好地積極地與教科書資源互動，獲得有意義的知識形狀。根據(jù)信息技術(shù)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求，加強教科書資源和課程內(nèi)容的綜合性、具體性和發(fā)展性，使學生獲得更多的方式知識和價值知識，將教科書資源和課程內(nèi)容轉(zhuǎn)化為學生獨立改進的個人知識體系。

4.2 核心素養(yǎng)維度要素

信息技術(shù)學科核心素養(yǎng)的落地，教材成為重要影響因素之一。為符合信息技術(shù)學科核心素養(yǎng)，采取案例學習作為主要方式，能夠驅(qū)動學生進行良好的合作探究式學習，完成學習活動的過程中，掌握基本知識提升學習體驗。

層級合理、內(nèi)容適量、避免成為“滿堂灌”的知識課堂，圍繞信息技術(shù)課程標準進行編寫，結(jié)合現(xiàn)實生活情境，強調(diào)學生利用計算思維幫助自己分析問題、解決問題。

能夠?qū)⒗碚搶W習和實踐遷移相結(jié)合，能夠良好地映射CTACK框架對教材結(jié)構(gòu)的作用。

4.3 指向信息技術(shù)學科大概念

“學科大概念”是課程設(shè)計思想和理論的載體，其作用為整合過去離散的學科知識，提供強有力的學科知識核心支撐，學生依靠“概念錨”充分挖掘課程核心，有效洞察學科知識和內(nèi)化遷移已學知識，真正獲得信息技術(shù)學科素養(yǎng)[10]。

本教材以現(xiàn)實世界案例作為支撐，根據(jù)以學生為主體，教師主導的教學方法，在教材的深入指導下，以學生為主體，以問題為基礎(chǔ)，根據(jù)思考和討論，圍繞問題收集數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)和解決問題，培養(yǎng)學生的自學能力和創(chuàng)新能力。

4.4 具體設(shè)計流程

首先，明晰現(xiàn)階段的要求，在已提出的基礎(chǔ)知識與“基本技能—問題解決—學科思維”三層架構(gòu)下，掌握推出CTACK 框架的理論推理流程，并深入理解其應用原理。清楚對計算思維從“抽象、程序化、分解、評估、概括”五個方面的解構(gòu)及其理論來源，掌握其中的分類依據(jù)，為后續(xù)教材結(jié)構(gòu)設(shè)計、知識分類、教材內(nèi)容設(shè)計等步驟做好鋪墊[11]。

其次，基于已掌握的CTACK 框架進行教材結(jié)構(gòu)設(shè)計。通過CTACK 框架搭建具體的教材結(jié)構(gòu)，為教材的模塊、章節(jié)、課程等內(nèi)容提供前提與保障。

再次，將計算思維技能培養(yǎng)的知識進行整理與分類，從“抽象、程序化、分解、評估、概括”五個方面解構(gòu)的結(jié)果，按照前期完成的教材結(jié)構(gòu)設(shè)計，進行教材的詳細設(shè)計。結(jié)合教學設(shè)計的相關(guān)理論，完成每一節(jié)課的教學設(shè)計，建立課程教學內(nèi)容學習評價機制，完成試題編制、考核標準等教學評價的設(shè)計，從而完成教材主體內(nèi)容。

最后，對教材界面與版式進行設(shè)計，結(jié)合前期完成的教材主體內(nèi)容，完善數(shù)字化資源的開發(fā)，對全部內(nèi)容進行資源整合，完成紙質(zhì)教材與數(shù)字化資源結(jié)合下的立體化教材開發(fā)。嘗試將教材應用于實際教育教學過程中，根據(jù)反饋不斷迭代、完善。結(jié)合實際教材應用情況，開發(fā)輔助教學使用的教案、PPT、教學參考資料等資源。

在整體上先對教材進行整體的主體編寫與開發(fā)，完成主體開發(fā)后，再逐步依據(jù)理論與實踐反響進行修改，最后完成相應的教學設(shè)計。

4.5 教材主體開發(fā)

4.5.1 主體模塊

此模塊對學生將抽象問題具體化的能力要求較高，不適合使用傳統(tǒng)的教學方式進行教學，因此，使用以學生為主體，教師為主導的教學方法。使用此教學方法幫助學生學習，培養(yǎng)信心，促進知識內(nèi)化。同時，為了防止大量知識對學生造成認知負荷，引起學生對學習感到疲倦或產(chǎn)生厭惡感，本部分選擇使用案例引起學生學習興趣。學生通過學習理解日常生活案例，在問題解決的過程中深化學科核心素養(yǎng)，提升專業(yè)技能，并積累實踐經(jīng)驗，促進計算思維的形成。

4.5.2 拓展鏈接

此模塊介紹了與本課程相關(guān)的拓展內(nèi)容，技術(shù)前沿和相關(guān)知識發(fā)展趨勢，并以知識卡片的形式呈現(xiàn)。在有限的范圍內(nèi)擴展學生的知識圖譜，為學習能力強、對僅僅學習基礎(chǔ)知識不滿意的學生提供不斷深化學習的知識渠道。在最后一個模塊中呈現(xiàn)“拓展鏈接”，為以后的學習打好基礎(chǔ)，建立起新舊知識的連接。拓展鏈接有利于培養(yǎng)學生學習的個性化特征，有利于學科核心素養(yǎng)的產(chǎn)生，充分體現(xiàn)了教材設(shè)計的時代性和合理性。

4.5.3 問題討論

此模塊設(shè)立問題討論活動。學生能夠在問題討論的過程中產(chǎn)生思維碰撞，了解他人的思考方式以及想法，并與自身的對比整合。在此過程中，學生能夠?qū)W會與同齡人交往，學會分享，最大限度地發(fā)揮信息的價值，并感知自身的認知與其他同學的差異，不斷發(fā)展。此外，在同學之間，學生能夠更好地發(fā)揮和表現(xiàn)自己，減少了課堂上回答問題時的緊張和局促感。問題討論是培養(yǎng)學生表達能力、分享能力以及創(chuàng)新學習能力的重要手段，能夠激發(fā)學生的學習熱情，提高學生在課堂中的參與度和參與感，使學生在彼此的差異感知體驗中深化計算思維的學習。

4.5.4 思考與練習

此模塊是在學生掌握和理解基本知識后進行具體實踐。旨在培養(yǎng)學生解決問題和實踐創(chuàng)新能力，實現(xiàn)對課上所學知識和技能的擴展訓練。該模塊要求學生獨立完成項目活動，并根據(jù)“抽象-程序化-分解-評估-概括”五個方面解構(gòu)問題，從而使計算思維進一步得到強化[12]。

5 結(jié)束語

教材設(shè)計需要不斷滿足國家戰(zhàn)略和社會對人才的需求，設(shè)計者應準確把握教材內(nèi)容的時代性與形成性，在不斷實踐的過程中，對教材內(nèi)容進行反復打磨潤色。教材是課程理念的具體體現(xiàn)，也是師生教與學的重要載體。在實踐教學的過程中要善于總結(jié)發(fā)現(xiàn)學生是否真正內(nèi)化所學的知識，能夠?qū)W到的知識運用到實際的問題解決中去，進而對教材進行二次開發(fā)。