《義務(wù)教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）強調(diào)，學生應(yīng)創(chuàng)新學習方式，積極融入真實的實踐活動情境，通過特定的學習項自驅(qū)動開展科學創(chuàng)造活動，經(jīng)歷計算思維素養(yǎng)的啟發(fā)、形成和發(fā)展過程，進而培養(yǎng)學生創(chuàng)新解決實際問題的能力。同時，《義務(wù)教育課程方案和課程標準（2022年版）》強調(diào)，要大力倡導學生在各類課程學習過程中養(yǎng)成樂于探索、勤于動手實踐的良好習慣，形成有效獲取和處理信息資源、解決各種現(xiàn)實問題的優(yōu)良素質(zhì)。

當前，致力培育初中生的計算思維素養(yǎng)逐步成為新時代全面素質(zhì)教育的迫切需求；計算思維作為義務(wù)教育階段信息科技課程的核心素養(yǎng)之一，日益受到廣大教師的關(guān)注。本文聯(lián)系初中信息科技課程教學實際，結(jié)合“智能校園垃圾分類與回收”科創(chuàng)項目，通過探索運用豐富多樣的實踐策略與路徑，提升項目學習實踐效果，真正促進學生計算思維素養(yǎng)的有效培養(yǎng)。

一、計算思維素養(yǎng)的基本內(nèi)涵與特征

（一）內(nèi)涵

計算思維是融合運用計算機與數(shù)據(jù)處理、利用計算機領(lǐng)域的技術(shù)方法，開展界定問題、整合數(shù)據(jù)、抽象特征、創(chuàng)建結(jié)構(gòu)模型，對各種信息和資源要素做出判斷、分析、綜合，并運用科學算法獲取解決相關(guān)問題的有效方案，經(jīng)歷探索、研究過程，從而達成信息科技知識和能力的遷移、解決現(xiàn)實問題的一種高階思維能力。計算思維作為初中信息科技課程的核心素養(yǎng)，不僅在現(xiàn)代信息技術(shù)教育中占據(jù)重要的位置，還是其他相關(guān)課程領(lǐng)域的基礎(chǔ)能力，更是現(xiàn)實生產(chǎn)生活中必備的基本技能。計算思維包括工程思維、數(shù)學思維與科學思維等方面的綜合性思維，是一種創(chuàng)新運用計算工具和數(shù)據(jù)處理方法進行探索并解決問題的思維方法和能力，對提升整體思維水平有著重要的作用。

（二）特征

計算思維的特征主要體現(xiàn)為六個方面：一是模塊化。將相關(guān)問題分解成一個個小問題。二是抽象化。結(jié)合有關(guān)問題，對事物、時間、空間等狀態(tài)實施結(jié)構(gòu)邏輯的分解、重建，做出簡單陳述，使其語義能夠更好地呈現(xiàn)其外觀。三是系統(tǒng)化。運用分析、綜合、算法設(shè)計、批判性思維等多樣化方法，形成解決問題的最佳方案和系統(tǒng)方法。四是概念化。實施多層次、多維度抽象思維，科學建立核心概念。五是自動化。從計算機科學轉(zhuǎn)化成解決真實問題的思維方式，并應(yīng)用計算機能力進行求解。六是最優(yōu)化。綜合運用計算機學科概念、工具和方法處理各種信息資源，獲得最佳效果。

二、初中生計算思維素養(yǎng)培養(yǎng)實踐中面臨的主要困境

在初中信息科技教學實踐中，學生的計算思維素養(yǎng)培養(yǎng)面臨著較大的困境，主要體現(xiàn)在三個方面。一是部分教師在信息技術(shù)專業(yè)素養(yǎng)和組織課程教學等方面的能力明顯不足，這是制約學生計算思維培育實效的重要因素之一。二是有些教師不善于設(shè)計、組織信息科技課程教學，疏于選擇設(shè)計優(yōu)質(zhì)高效的教學方法，常常忽視引導學生開展跨學科研究性學習，在一定程度上抑制了學生的計算思維能力和水平的提升。三是部分教師不重視信息科技教學評價方式的選擇，甚至在課堂中常常忽略對學生參與科創(chuàng)項目活動、小組合作效果、合作學習能力、計算思維水平變化等方面的分析，造成無法全面、科學地評估學生的計算思維教育效果。

三、指向創(chuàng)新能力的初中生計算思維素養(yǎng)培養(yǎng)的實踐路徑

為進一步落實初中生計算思維素養(yǎng)的培養(yǎng)，提升學生的科技創(chuàng)新能力，教師結(jié)合閩教版初中信息技術(shù)課程教學，強化案例探索實踐探討如何運用行之有效的實踐路徑，引領(lǐng)學生在項自實踐過程中更好地實現(xiàn)計算思維素養(yǎng)的培養(yǎng)。

（一）分析教育背景，明確項目實踐目標

當前，各級教育主管部門提倡在中小學校園中廣泛開展環(huán)保教育實踐活動，普及垃圾科學分類和回收的知識，愈發(fā)重視學生的環(huán)保意識和社會責任感的培養(yǎng)。學校必須積極響應(yīng)國家號召，推進開展垃圾分類與回收工作及環(huán)保教育項目式科創(chuàng)實踐活動，以更好地培育學生的計算思維素養(yǎng)。但在有些中學校園中，垃圾分類和回收的工作實效較低，仍存在亂扔垃圾，或不按規(guī)定進行分門別類地投放等不良現(xiàn)象；校園中配備的分類投放箱數(shù)量不足，垃圾箱的設(shè)計缺乏科學性，垃圾分類的投放準確率較低，部分學生缺乏堅持參加垃圾分類與回收的積極性。這些問題說明部分學校和學生在應(yīng)有的環(huán)保意識和實際行動上仍亟待進一步提升。

強化中學生對垃圾分類和回收的認知與理解、增強學生的環(huán)保意識，為教師提出了推進實施信息科技實踐課題研究的新方向。本文選擇的初中生科創(chuàng)項目實踐活動主要面向七～八年級的初中生，該學段的學生已初步具備了積極關(guān)注國家可持續(xù)發(fā)展、熱心參與環(huán)保行動等優(yōu)秀品質(zhì)，普遍表達出投入保護環(huán)境事業(yè)的良好情緒和愿望，但他們對進行垃圾分類與回收的深層意義領(lǐng)悟還不夠透徹，也不熟悉垃圾分類與回收的具體操作流程和注意事項，部分學生還缺少參加環(huán)保實踐活動的持續(xù)動力。在新課改背景下，教師必須明確融合開展科創(chuàng)項目實踐活動的目標是激勵學生運用所學的信息科技知識，對垃圾進行分類和回收，初步培養(yǎng)其應(yīng)有的計算思維、信息意識和社會責任感等素養(yǎng)。

（二）引人活動情境，設(shè)定項目實踐主題

教師開展初中信息科技課程教學融合科創(chuàng)項目實踐，必須發(fā)揮現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智能化設(shè)備對學生具有的強大吸引力，通過引領(lǐng)學生實施項目探索實踐，充分激發(fā)他們參加創(chuàng)造性學習的熱情和興趣，感悟科技創(chuàng)新在生產(chǎn)生活中的重要價值，更好地為保護校園環(huán)境奉獻自己的一份力量。教師結(jié)合校園科技節(jié)，設(shè)計引入科創(chuàng)項目活動情境：“新一年的校園科技節(jié)活動即將到來，你們準備好了嗎？請發(fā)揮你們的聰明才智，加強團隊合作研究，共同呈現(xiàn)你們最優(yōu)秀的、最富有創(chuàng)意的作品！”

教師結(jié)合本校情況和學生學情，科學選擇以“智能校園垃圾分類與回收”作為初中生科創(chuàng)項目實踐活動的主題，鼓勵學生通過主題創(chuàng)新研究活動，探究創(chuàng)建“數(shù)學模型”模擬垃圾分類與回收過程，進一步優(yōu)化運用垃圾分類的方法和對策；通過項目實踐活動，不斷增強學生的環(huán)保意識，促進其對現(xiàn)代人工智能和信息科技倫理的正確認識

（三）指向核心素養(yǎng)，優(yōu)化項目學習目標

“智能校園垃圾分類與回收”是從學生作品中精選出的優(yōu)秀科創(chuàng)項目，具有鮮明的實用性和創(chuàng)新性特征，也能充分體現(xiàn)青少年學生的創(chuàng)新研究素質(zhì)和學習能力。培育學生形成優(yōu)異的科技創(chuàng)新能力，涉及多學科、跨領(lǐng)域的核心素養(yǎng)，如增強信息意識和計算思維等素養(yǎng)（信息科技學科）、鍛煉組織運用語言、人文思維等能力（語文學科）、培養(yǎng)科學探究和實踐能力、培育化學觀念（化學學科）、增強數(shù)學應(yīng)用意識、培養(yǎng)數(shù)據(jù)意識和模型觀念（數(shù)學學科）。

因此，為了更有效地指導學生開展“智能校園垃圾分類與回收”科創(chuàng)項目研究實踐，教師優(yōu)化設(shè)計如下學習目標：一是利用相關(guān)的調(diào)查問卷和文獻材料，通過參與實地調(diào)研，了解本校的環(huán)境狀況，了解各個學段學生對開展垃圾分類和回收的觀點；利用已有的研究資料，學會開展基于問題的調(diào)查研究活動，能進行一些簡單的調(diào)研方案的設(shè)計和制定；加強相互傾聽、溝通交流等交際技能的訓練。二是理解、領(lǐng)會垃圾分類與回收的重要意義；把握各類垃圾科學分類的基本準則。三是探索研究如何科學運用傳感器、數(shù)據(jù)分析等現(xiàn)代信息科技，進一步提升垃圾分類與回收的效果。四是通過分析解決垃圾錯誤分類、回收率低等問題，提升學生的問題解決能力。五是鼓勵學生針對現(xiàn)實問題展開探討分析，設(shè)計出富有創(chuàng)新性的智能化垃圾分類與回收作品和具體解決方案。六是鼓勵學生加強討論學習，善于利用微視頻、動漫畫、統(tǒng)計圖表、宣傳海報等媒體工具進行互動交流、分享成果、表達觀點，并學會根據(jù)實際需求，靈活調(diào)整、改進作品內(nèi)容和形式，不斷增強自身的科技創(chuàng)新素質(zhì)和能力。

（四）利用問題驅(qū)動，引領(lǐng)項目合作實踐

心理學家皮亞杰認為，思維的形成并非都要經(jīng)過直接教學來實現(xiàn)，而必須通過經(jīng)歷生活實踐、逐漸加以領(lǐng)悟和積累。同樣，學生計算思維的培育需要教師在課程教學中施以正確指導，嚴格遵循計算思維的訓練流程，提高學生思考、探究和分析問題的能力，促使他們真正形成解決實際問題的能力，進而全面提升學生的計算思維。

1.界定與分解問題

（1）界定問題

為引導學生有效實施科創(chuàng)項自實踐，教師先選定“如何設(shè)計富有創(chuàng)新性的智能垃圾分類與回收產(chǎn)品以及解決方案？”這一主問題驅(qū)動學生圍繞問題展開項目探索研究。

（2）分解問題

教師圍繞主問題再細化分解成更小、更易于操作的三個子問題，并融合運用了創(chuàng)新設(shè)計意圖。

子問題一：目前校園垃圾分類的主要困境是什么？（此子問題是解決問題的基礎(chǔ)，通過將主問題分解成小問題，鼓勵學生經(jīng)過實地調(diào)研、觀察、訪談等途徑了解開展校園垃圾分類的現(xiàn)狀與困境，探究其成因，促使問題變得更加易于解決）

子問題二：各類垃圾分類的標準是什么？（重視運用信息科技、數(shù)學、化學等相關(guān)學科進行探究垃圾分類標準的知識，為解決問題奠定基礎(chǔ)）

子問題三：智能垃圾分類與回收產(chǎn)品的創(chuàng)新性體現(xiàn)在哪些方面？未來的解決方法和策略有哪些？（基于前兩個子問題探究的基礎(chǔ)，鼓勵學生努力嘗試、合作解決主問題，通過創(chuàng)新設(shè)計垃圾分類與回收產(chǎn)品的模型、提出解決建議等形成科創(chuàng)成果，并進行產(chǎn)品展示與分享交流）

2.整合數(shù)據(jù)，創(chuàng)建模型

一方面，教師結(jié)合子問題一，引導學生采取調(diào)查問卷、訪問和面談等方法，收集、整理、統(tǒng)計師生關(guān)于校園垃圾分類問題的感受、觀點和改進建議等數(shù)據(jù)，提取關(guān)鍵的數(shù)據(jù)信息，以更好地識別數(shù)據(jù)，把握實施科創(chuàng)項目的趨勢和方向，為構(gòu)建項目結(jié)構(gòu)模型做好準備。與此同時，教師適時提供“項目任務(wù)導學案”和“項目調(diào)查清單”用于學生進行項目學習的支架，既可以強化學生的數(shù)據(jù)運用、交際交流等綜合能力，又可以提升他們的探疑解疑能力，為計算思維的發(fā)展提供積極支持。

另一方面，為進一步探索創(chuàng)建校園垃圾分類產(chǎn)品的項目結(jié)構(gòu)模型，教師有必要結(jié)合子問題二，指引學生通過參觀垃圾處理廠，參與垃圾分類接力賽及垃圾分類互動游戲等活動，融合運用多學科知識，深入調(diào)研各種類型垃圾的分類方法、標準和具體處理流程，以及市場上已有垃圾分類產(chǎn)品的特點、性能、優(yōu)點、不足等，系統(tǒng)構(gòu)建起具有連貫性的思維鏈條，層層推進學生的計算思維，進而開展合作創(chuàng)建項目模型。在共創(chuàng)項目結(jié)構(gòu)模型的過程中，教師應(yīng)結(jié)合子問題三，指引學生致力“未來智能垃圾分類與回收產(chǎn)品的模型”設(shè)計，通過合作繪制項目流程圖，科學運用計算機輔助設(shè)計軟件，采用科學算法，建立產(chǎn)品的初步模型，凸顯項目產(chǎn)品模型的創(chuàng)新點和獨特功能，更好地展現(xiàn)學生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力，培養(yǎng)從事項目管理與工程設(shè)計的優(yōu)秀技能。

基于上述三個循序推進的子問題探究與實踐過程，學生逐漸掌握一系列明確的實施步驟和指令，開發(fā)出具有可操作性的項目產(chǎn)品設(shè)計程序。每一個活動環(huán)節(jié)都處于不斷突破單一思維限制、層層進階的思維發(fā)展進程，極大促進了學生計算思維素養(yǎng)的養(yǎng)成。

（五）優(yōu)化項目評價，鞏固創(chuàng)新學習成果

科創(chuàng)項目評價是總結(jié)研究實踐活動、鞏固學生創(chuàng)新學習成果不可或缺的重要環(huán)節(jié)。一是經(jīng)過問題探究和合作實踐之后，教師要積極鼓勵各個團隊以拍照、錄制視頻、保存文檔等形式記錄、整理好“智能校園垃圾分類與回收”科創(chuàng)項目過程性資料，為實施項目反饋與評價做好準備。二是通過學生自評、團隊互評、教師綜評等多樣化的評價方式，結(jié)合學生在項自探索實踐過程中的信息科技知識和語言運用技能、成員參與研究的態(tài)度、團隊合作情況、創(chuàng)新素質(zhì)和能力等實施多元化評價，指導學生做好科創(chuàng)項目的效果評估，并進行總結(jié)、展示、匯報小組項目研究成果。三是必須注重運用過程性評價與結(jié)果性評價，加強對學生團隊科創(chuàng)項目的定量和定性分析，進而全面把握學生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)狀況。只有通過不斷加強實踐反思，引領(lǐng)學生總結(jié)研究經(jīng)驗，汲取學習教訓，才能逐步提升學生參與信息科技創(chuàng)新學習實踐的實效，促進學生成為全面發(fā)展的技術(shù)型人才。

四、結(jié)語

教師引領(lǐng)學生開展科創(chuàng)項目研究實踐，有效提高了學生探索信息科技的能力，促進了創(chuàng)新能力和計算思維等綜合素養(yǎng)的培養(yǎng)。教師還應(yīng)結(jié)合初中信息科技日常教學，激勵學生走出課堂、融人社會，踴躍參與更多的項目學習實踐活動，運用所學的信息科技知識解決各種現(xiàn)實問題，真正實現(xiàn)計算思維的運用與遷移。

（劉蕓）