计算思维的培养

编者按：21世纪是知识经济与信息技术高速发展的时代，数字技术无处不在，特别是随着物联网、大数据、云计算、人工智能等技术的快速发展和普及，现实世界和虚拟世界不断渗透融合，数字化和计算化逐渐演变成为现代社会的基本形态特征，对计算思维的应用需求越来越广泛。信息技术课程已经成为我国K-12基础教育阶段必不可少的组成部分，计算思维不仅是信息技术学科的核心素养之一，也是信息技术学科素养培养的着力点。该文阐述了计算思维的内涵和特征，说明了计算思维在信息技术学科中的重要地位，并且结合当前我国信息技术课程教学现状，归纳总结了在信息技术课程中培养学生计算思维的方法策略，以期对信息技术课程改革的研究提供一些借鉴。

前言

现代科技的飞速发展不断改变着人们的生活方式，也逐渐转变着人们的认知结构和思维特征。随着社会数字化和计算化程度的日益加深，计算无处不在。利用计算机等数字工具拓展人类思维、处理日常事务是“数字公民”必不可少的一项基本素质。随着信息技术逐步融入社会生产生活的各个方面，计算思维作为一种信息化的问题解决能力，与人类社会的发展需求相适应，将会融入人类活动的各个环节之中。培养和提升学生的信息素养是目前信息技术课程的目标，计算机教育是高科技时代的必然要求，跟语文、数学、外语一样，是一种知识性和技能性相结合的基础教育，现阶段信息技术教育在我国中小学已经得到普及，信息技术已经列入中小学生的必修课程。中小学信息技术课程的内容以计算机和网络技术为主，其核心思想是计算思维，是培养中小学生计算思维最直接的方法之一。

然而在信息技术课程中对中小学生计算思维能力进行培养，目前还处于探索阶段，教学设计以及学校软硬件资源等也都还没有明确的标准，而且现阶段对计算思维培养的研究，大部分还停留在理论阶段，有的仅仅是在课堂中引入了计算思维，对计算思维的培养仍然缺乏科学的体系单击或点击此处输入文字。。那么探索在信息技术课程中培养学生计算思维的有效途径，使其既能有效促进学生知识与能力的发展，又能满足信息社会快速发展的需求，还能促进信息技术课程自身的建设与发展，成为了目前需要深思的一个重要问题，也是本文研究的核心问题。

计算思维的内涵和特征

计算思维的概念和内涵

在科学研究领域，计算思维（以抽象化和自动化为特征）已被看成是与理论思维（以观察和归纳包含人类社会活动在内的自然规律为特征）、实验思维（以推理和演绎为特征）并列的三大科学思维方式之一。为满足国家信息化建设需求，吸引学科人才，激发人们探索计算领域的兴趣，2006年，卡内基梅隆大学周以真教授（JeannetteM.Wing）明确提出计算思维的概念，“计算思维是一种运用计算机科学基本概念求解问题、设计系统和理解人类行为的方式，涵盖了计算机科学领域广度的一系列思维工具”，2010年，她再次补充定义计算思维是一种解决问题的思维过程，能够清晰、抽象地将问题和解决方案用信息处理代理（机器或人）所能有效执行的方式表述出来。

2011年，美国国际教育技术协会（ISTE）联合计算机科学教师协会（CSTA）基于计算思维的表现性特征，给出了一个操作性定义：“计算思维是一种解决问题的过程，该过程包括明确问题、分析数据、抽象、设计算法、评估最优方案、迁移解决方法六个要素”。2013年，南安普敦大学的CynthiaSelby博士和JohnWoollard博士提出计算思维包括算法思维（AlgorithmicThinking）、评估（Evaluation）、分解（Decomposition）、抽象（Abstraction）、概括（Generalisation）这五个方面的要素。

当前，国内比较权威的当属“新版普通高中信息技术课程标准”对计算思维的界定：计算思维是以计算机领域的学科方法界定问题、抽象特征、建立结构模型、合理组织数据，通过判断、分析与综合各种信息资源，运用合理的算法形成解决问题的方案，总结利用计算机解决问题的过程与方法，并可迁移到与之相关的其他问题解决中的一种学科思维。

计算思维的特征

综合已有的研究成果，我们可以这样理解：计算思维是一种独特的解决问题的过程，反映出计算思维的特征与价值。

计算思维实质上是一种可以灵活运用计算工具和方法求解问题的思想方法或思维活动，它的价值不仅体现在能有效地克服知识鸿沟、搭建跨学科的对话桥梁，更为重要的是它对促进人的整体发展和终身发展，具有不可替代的重要作用。计算机科学的基本思想方法。通过计算思维人们可以更好地理解和分析复杂问题，形成具有形式化、模块化、自动化、系统化等计算特征的问题解决方案。它主要包括以下特征：（1）采用抽象和分解的方法形式化复杂问题，建立结构模型，形成更加高效、可执行的解决方案;（2）运用计算机学科基本概念与工具方法判断、分析、综合各种信息资源，强调个体与信息系统的交互思考过程;（3）是一種独特的问题解决能力组合，融合设计、算法、批判、分析等多种思维工具，综合运用可以形成系统化的问题解决方案。

基于信息技术学科核心素养培养计算思维的必要性

信息技术（Information and Communication Technologies，ICT）课程是一门顺应信息社会发展需求而实施的课程，在促进学生掌握信息技术的基本知识和基本操作、加快信息技术应用的普及等方面起了积极的推动作用。然而，随着社会信息化水平的快速提升，《普通高中技术课程标准》（内含信息技术课程标准）所确立的信息技术课程价值与课程内容，在课标实施十年之后已经明显落后于时代发展的步伐。在2017新版《普通高中信息技术课程标准》中，则进一步明确指出：信息技术学科核心素养由信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任四个核心要素组成，各个部分内容之间既相互联系，又相互区别，统一于信息技术学科核心素养发展的始终。

信息社会责任是学科素养之上的概念，其强调信息社会中学生品性的培育，使学生在信息道德及责任担当层面有所发展，是学生发展及其社会化的必然要求，是其他核心要素的归宿。计算思维将信息社会责任、数字化学习与创新、信息意识牢牢地联结在一起，形成相互作用的统一整体，构筑信息技术学科核心素养体系，隐含于信息技术学科之中。从以上内容来讲，计算思维是信息技术学科核心素养的本质，是信息技术学科核心素养培养的根基。以计算思维为主线进行信息技术学科核心素养的培养，一是凸显了学科思维，避免多重线索可能引发的混乱;二是运用计算思维解决问题的活动中，其他核心素养也得以渗透其中，并与计算思维一起共同支撑起学科育人价值培养的使命。在这层意义上来讲，计算思维是信息技术学科核心素养培养的着力点。

计算思维能够反映计算机科学的核心概念与思想，但它并不仅仅适用于计算机科学领域。周以真教授认为：培养学生的问题解析能力时，我们应当使每个学生不仅掌握阅读、写作和算术，还要学会计算思维。计算思维淡化专业方法实现，强调运用计算概念、方法解决问题的思维过程，面向更广范围的需求，是帮助人们理解计算本质和计算机求解问题核心思想的最佳途径，亦是数字公民的一项核心素养。周以真倡导了类似的观点：一个人可以主修计算机科学，然后从事任何行业，例如医学、法律、商业、政治，以及任何类型的科学和工程，甚至艺术工作。通过信息技术课培养学生的计算思维，实现一种思维模式的养成和训练，这是一种基礎性教育。单击或点击此处输入文字。

在信息技术课程中培养计算思维的可能性分析

信息技术课程发展趋势方面

计算思维已被纳入美国CSTAK12标准（2011修订版）中，英国2013年的新课程计划、澳大利亚2015年制定的新课程方案都将计算思维作为其新信息技术课程的重要内容。国内，不仅信息技术课程教学理论研究者在强烈呼吁高中信息技术课的教学应超越技术操作，而且处于教学一线的大多数信息技术教师与教研员也表达了类似的观点与愿望。计算思维理论已经成为信息技术课程变革的理论支点，培养学生的计算思维已经成为世界各国基础教育阶段信息技术课程发展的趋势之一。

环境建设方面

自2004年《普通高中技术课程标准》实施以来，各地学校想方设法加大了信息技术环境的建设力度，为信息技术课程的实施创造条件。根据教育部2013年新春新闻发布会发布的数据，我国高中100%开设了信息技术课程，且信息技术课的实施环境得以持续改善。

师资建设方面

高中信息技术课教师的规模和专业知识技能都有了大幅提升。截至2010年底，全国共有高中信息技术课专任教师3.8万人。2012年教育部普通高中信息技术课程标准实施情况调查结果显示，绝大多数高中信息技术课教师具有相关的专业背景，大学所学专业为计算机、教育技术和数学的比例达到了90.9%。

在适宜课堂上学生使用的开源软硬件方面

各种资源与产品日渐丰富，甚至有的是专门为提升学校信息技术课程教学而开发。在硬件方面有树莓派、SwiftBoard等，软件方面有Scratch、Python等适合学生易学易用的编程工具和语言。这些软硬件产品的特点是使用者不必关注各种技术细节，而是集中精力进行问题解决方案的分析、设计与逻辑验证，为实现计算思维的培养奠定了良好基础。

在信息技术课程中培养学生计算思维的策略

充分利用计算环境，构建注重“能力”的课程评价体系

设计与课程内容相适应、可操作性良好、有效的能力评估方法，是实现课程目标的重要保障。目前，我国中小学阶段普遍使用的学业评价方式是标准化测试，如多选题、简答题测试等。结合计算思维能力培养的特点，课程考核方式应以“能力”为主，建议从项目实践和原理理解两方面构建评价体系，综合评估学生的思维水平，开发更多“非传统”的测量。如绩效任务和学生小组任务，可利用具有丰富性和创造性的计算环境，在课程配套实验方案中提出技能方面的要求，适当安排设计项目，提升学习者的兴趣和成就感。如学生可以在平台中创建游戏、应用程序和模拟程序，这些环境可以收集数据、分析成果，并向学生和教师传达进度。除了重视编程能力的评估，也需注意学生对计算机科学其它方面的原理理解，评估的时候需要同时兼顾多个概念。

探索多种信息技术课程实施途径

我国大部分地区中小学的信息技术课程实施途径单一，因此，在一些条件允许的地区开展信息技术教学时要探索多种课程实施途径。小学、初中、高中分别对计算机科学进行基本接触、适当接触和深入接触。具体来说，小学计算机科学可以融入一般的学科课堂，如当学生制作数字音乐、动画等艺术作品时，可融入计算系统的概念和框架，也可将其作为一个特殊的学科（类似于音乐、艺术和体育），学生通过专门的课程学习计算机科学;在初中，可将计算机科学纳入数学和科学课堂，使用视频游戏编程的方法讲授诸如毕达哥拉斯定理、距离公式等主题，也可作为特定年级一学期或一年的课程;在高中，计算机科学可以作为大学入门课程、AP计算机科学课程（提供给高中生获得大学计算机课程的大学学分）、特定课程、网络安全、游戏设计或智能技术等专业课程，也可以在不影响其他科目教学时间的情况下独立设置计算机科学课程。

增强教学工具软件的趣味性

国内传统的计算机学科教育在追求严谨、科学等目标的时候，忽略了对初学者非常重要的诙谐有趣、直观明了、可操作性良好的实践活动和教学工具的设计。如我国信息技术教学长期使用Logo、Java、VisualBasic等程序设计软件工具，对低龄学童而言不仅难度较大、趣味性不足，而且理论知识抽象难懂，很难引起学生学习的兴趣。近几年来，Scratch、Audrino等工具开始出现在江苏等省市小学信息技术教材中，但就全国而言，普及面尚不广泛。我国信息技术教育应该通过课堂实践驱动编程工具的使用，培养学生的计算思维，丰富中小学信息社会学课程资源与工具，改善学习方式。在实践中，注重培养学生解决基础问题的能力，帮助其更好地理解计算思维在生活中的作用，同时也能应用到其它学科和兴趣课程中。

结束语

计算思维如同阅读、写作和算术一样，是信息社会学生解析问题的一种普适的基本能力。培养学生的计算思维，有助于学生养成以信息技术的视角思考问题解决方案的思维模式。面向学科思维的信息技术课程教学中要避免信息技术学习的重复记忆和机械应用，要在学生掌握信息知识与技能的基础上，引导学生用信息技术学科思维全面认识和思考这个复杂的信息化社会，作出科学、专业的信息化判断，让学生更好地在信息化社会中生存、创新与发展。

参考文献：

[1]邓常梅，郭守超，周睿.基于App Inventor和计算思维的信息技术课堂教学研究-郭守超[J].中国电化教育，2014（3）：91–96.

[2]任友群，隋丰蔚，李锋.数字土著何以可能？——也谈计算思维进入中小学信息技术教育的必要性和可能性[J].中国电化教育，2016（1）：2–8.

[3]高丹阳，肖广德.计算思維的培养_高中信息技术课程的新选择[J].现代教育技术，2015（7）：38–42.

[4]王国华，张立国.计算思维：信息技术学科核心素养培养的核心议题[J].电化教育研究，2018（5）：115–121.

[5]JeannetteM.Wing.Computational Thinking[J].Communication the ACM，2006（3）：34-35.

[6]Wing J M . Computational Thinking： What and Why？. 2010.

[7]ISTE&CSTA.Computational thinking teaching in K-12 Education：teacher resources，second edition（2011）[DB/OL].http：//csta.acm.org/Curriculum/sub/CurrFiles/472.11CTTeacherResources_2ed-SP-vF.pdf，2015-11-23.

[8]解月光，杨鑫，付海东.高中学生信息技术学科核心素养的描述与分级[J].中国电化教育，2017（5）：8-14.

作者简介：吴贝嘉（1995—），女，汉族，河南南阳人，研究生，云南大学，研究方向：教育大数据。