基于计算思维培养的信息科技课程资源建设研究

2023-03-05余文

当代家庭教育 2023年21期

余文

摘要：随着信息技术的快速发展，计算思维已经成为21世纪的核心能力之一。在这个背景下，《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》也明确提出了培养学生计算思维的要求。然而，如何有效地进行学生计算思维的培养，以及如何建设符合这一要求的课程资源，仍然是教育工作者需要解决的问题。本文旨在研究基于计算思维培养的信息科技课程资源建设，首先分析了信息科技课程中计算思维培养的必要性与可行性以及目前信息科技课程资源建设在计算思维培养方面的不足，然后提出了几点基于计算思维培养的信息科技课程资源建设策略，并对其进行了详细的论述。希望为信息科技课程的教学改革提供一些重要的参考和借鉴。

关键词：小学；计算思维培养；信息科技课程；资源建设；策略

【中图分类号】G622 【文献标识码】A 【文章编号】2097-2539（2023）21-0169-04

为贯彻落实习近平总书记关于教育的重要论述和指导思想，教育部于2022年4月颁布了新修订的《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》，重新定义了课程方案和课程标准，并进一步深入解析了课程性质和课程理念。小学三四年级的学生的信息应用能力和逻辑思维能力正在逐渐成熟，这个阶段是培养学生信息素养和计算思维的绝佳时机。教师需要具备敏锐的洞察力，善于发现这一阶段学生的特点，把握好培养他们计算思维的关键时机，深入理解新课标中的新方向和新思路，并将其有效运用到教学实践中。

一、计算思维培养与信息科技课程的关系

计算思维是指个体运用计算机科学领域的思想方法，在问题解决过程中设计的抽象、分解、建模、算法设计等思维活动。信息科技课程通过提供平台与实践机会，培养学生运用信息技术进行信息处理和创新的能力。两者相辅相成，促进学生的信息素养和创新能力的提升。

首先，计算思维理论为信息科技课程提供了理论基础，而计算思维能力是学生运用信息技术进行信息处理和创新的基础。信息科技课程需要学生具备一定的逻辑思维和问题解决能力，才能更好地应用各种信息技术工具進行信息处理和创新。其次，信息科技课程为学生提供了实践平台，帮助学生实践计算思维理论。信息科技课程中，学生可以通过编程、数据分析等实际操作，将计算思维理论应用到实际问题中。通过实践，学生可以更好地理解和掌握计算思维理论，并培养创新能力。再次，计算思维理论和信息科技课程相辅相成，当学生具备了较高的信息技术应用能力和计算思维能力时，他们能够更好地处理和利用信息，提高信息处理的效率和质量，增强创新能力。通过把信息科技课程的实践性和计算思维理论的理论性相结合，能够全面提升学生的信息素养。

二、信息科技课程中计算思维培养的必要性与可行性分析

在《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》颁布背景下，计算思维培养在信息科技课程资源建设中的重要性日益凸显。首先，信息加工学习理论强调，教学中需关注学生的内部思维过程，通过影响这一过程促进学生的学习。这意味着，在信息科技课程中，教师需要将教学重点从传统的知识传授转向对思维能力的培养，以提高学生的学习效果。学者Seiter等人通过实验发现，三四年级的学生已经可以初步了解计算思维的概念[2]。这表明，计算思维的培养可以在小学教育阶段进行。此外，孙立会教授等人的研究将10-11岁定为培养小学生计算思维能力的最佳时期[3]这些研究都对于我国小学生信息科技教学的开展具有重要的指导意义，进一步证实了在小学阶段培养计算思维的重要性，通过在思维发展的关键期进行计算思维培养，可以更好地提升学生的信息技术核心素养。

三、目前信息科技课程资源建设在计算思维培养方面的不足

在当前信息科技课程资源建设的实践过程中，计算思维的培养还存在着一些不足。

首先，计算思维是一种跨学科的能力，需要将计算机科学、数学、逻辑学、心理学等多个学科的知识整合起来。而目前的信息科技课程资源建设往往只关注计算机科学和数学的知识，忽略了其他学科的重要性。这导致了计算思维培养缺乏全面性，难以将其应用到其他领域。其次，当前信息科技课程资源建设的课程内容和教材更新存在滞后现象。随着信息科技的迅速发展，各种理论技术日新月异，但是学校教材和课程内容的更新往往无法及时跟上这些变化，导致理论知识与实际应用脱节。再次，当前信息科技课程资源建设在实践教学环节存在某种程度上的缺失。许多学校在信息科技课程的设置上过于注重理论教学，缺乏与实际应用紧密结合的实践环节。这使得学生在学习过程中难以将所学知识与实际问题相结合，无法在解决实际问题的过程中培养计算思维。最后，我国在信息科技课程资源建设方面关于计算思维培养的评价体系尚未完善。目前，对学生的计算思维能力的评价仍然以考试成绩为主，这使得学生在学习过程中过于关注分数，而忽视了计算思维的实际应用。

四、基于《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》计算思维培养的信息科技课程资源建设策略

（一）制定明确的计算思维培养目标

制定明确的计算思维培养目标是促进学生计算思维提升的关键。教师需要结合《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》，制定具体的计算思维培养目标，并采取有效的教学策略，确保计算思维培养目标的达成。

在制定具体的计算思维培养目标时，教师应考虑到教学资源的可行性和有效性，确保教学资源能够支持学生的计算思维培养，并能够在实际教学中得到有效应用[4]。同时，小学生的认知能力和思维发展水平与成年人有很大的差异，因此，教师在制定计算思维培养目标时，应考虑到小学生的认知特点和发展需求，制定符合其年龄特点的计算思维培养目标。教师可以将计算思维的培养目标划分为不同的年级和阶段，然后根据小学生的认知能力和思维发展水平，逐步提高计算思维的要求和难度。具体而言，可以将计算思维培养的发展目标分为四个阶段：

1.第一阶段（小学一二年级）：培养学生具备基本的计算思维概念，如顺序、循环、条件等。通过简单的编程语言（如Scratch）和计算思维游戏，让学生在实践中体验和感受计算思维的乐趣。

2.第二阶段（小学三四年级）：培养学生运用计算思维解决实际问题的能力。通过学习常见的算法和数据结构（如列表、字典等），让学生能够用计算思维分析问题、解决问题，提高问题解决能力。

3.第三阶段（小学五、六年级）：培养学生运用计算思维进行创新的能力。通过学习高级算法和数据结构（如树、图等），让学生结合理论进行优化和创新，提高创新能力。

4.第四阶段（小学毕业阶段）：培养学生具备计算思维的跨学科应用能力。通过综合运用所学计算思维知识和方法，让学生能够将计算思维与其他学科知识相结合去解决实际问题，提高跨学科应用能力。

通过制定明确的阶段性计算思维培养目标，教师可以在教学过程中有针对性地选择、设计和开发相应的信息科技课程资源，从而更好地培养学生的计算思维能力。

（二）设计计算思维导向的课程内容

在《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》颁布背景下，设计计算思维导向的课程内容是至关重要的一环，具体来看，可以将课程内容分成三大块：计算思维的基础、计算思维的准备和计算思维的实践[5]。

计算思维的基础是学生利用计算机运用程序思维进行信息处理、模拟和解决问题的基础，重点在于如何运用程序包括如何拆分问题、如何设计算法等，需要学生学习和应用变量、值、比较、运算等语句，还要做好基本的知识准备、掌握机器学习的基本概念，为计算思维的实践做准备；计算思维的准备，重点在于让学生掌握程序的运行机制、问题解决思路和编程模式。学生要学会如何设计表达式、函数、类和对象，以及如何利用编程技术搭建编程框架，掌握用算法处理复杂问题的技能。同时要教会学生，如何利用脚本语言实现面向对象编程、如何编写文档以及用程序调试软件程序代码等，增强学生的编程处理能力；计算思维的实践，以解决实际问题为出发点，将计算机程序技术、计算机逻辑语言以及计算机数学技术应用在实践中，实践中要让学生熟练运用脚本语言、面向对象编程、数据库技术、机器学习算法和数据挖掘技术、互联网技术、大数据技术等，在计算机视觉、语音识别、自然语言处理、智能计算机技术等领域，解决实际问题。此外，教师还要结合学生的实际，安排一些案例分析内容，例如，在教授编程语言时，教师可以引导学生开发一个简单的网页或游戏，让学生通过实践掌握编程的基本语法和技能，并且理解计算机程序的执行过程；在教授算法和数据结构时，教师可以设计一些具体的算法解决数据结构应用问题，让学生通过分析和解决实际问题，理解算法和数据结构的原理及其应用。

（三）开发多样化的计算思维教学方法

为了更好地培养学生的计算思维，教师需要开发多样化的教学方法，结合《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》，本文阐述了推进小学计算思维培养的信息科技课程教学内容建设的四种策略：项目驱动法、探究式教学法、游戏化教学法和情境教学法，以及它们的实施细节和前提条件。这些教学方法不仅可以帮助学生更好地理解和掌握计算思维的基本概念和方法，还可以培养他们的团队合作能力、创新能力和解决问题的能力。

首先，项目驱动法是信息科技课程教学中一种有效地推动学生计算思维培养的策略。该法通过引导学生组成小组、结合课程内容来尝试解决实际问题，帮助学生了解计算思维的基本定义，系统化地跟踪、解决问题，从而提高计算思维能力。在这样的一个设计模式下，老师可以提供有用的建议，对小组进行指导，让学生自主发现问题、解决问题，培养学生团队协作精神、分工合作意识以及创新能力。

第二，探究式教学法是实现小学课程教学内容建设的另一种策略。该法强调学习者的自主发现过程，引导学生探究信息科技知识，并使用计算思维来分析和处理问题。在探究式教学过程中，老师设计多种探究环节，以自由的状态完成探究过程，强化了计算思维的培养。例如，以学生提出的学习问题作为主题来开展探究活动，使学生结合各种条件和主客观因素去判断、收集有效信息，自主解决实际问题，完成探究任务。

第三，游戏化教学法是一种以计算思维培养为核心的信息科技教学内容资源建设策略。游戏化教学法可以使学生通过游戏活动，不断建立、完善知识结构，激发自主学习的兴趣，提高解决问题的能力。例如，游戏中使用虚拟指令来解决实际问题，使学生学会用逻辑分析、解决问题，从而提高计算思维能力[6]。

最后，情境教学法也是一种用于推动小学计算思维培养的信息科技课程资源建设策略。以实际问题为基础，通過将信息科技知识与学生日常生活紧密结合的方法，引导学生研究具体问题，用计算思维来提出问题、讨论问题，从而解决实际问题，达到思维训练的目的。例如，老师可以布置学生制作一款游戏，让他们用简单编程语言来完成任务，从而培养学生的计算思维能力。

（四）建立科学、有效、完善的计算思维评估体系

为了全面推进学生计算思维的培养，根据《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》要求，建立一个完善有效的计算思维评估体系是必不可少的。一方面，它能从宏观角度规划、明确学习目标，指明教学方向，更好地服务于学生；另一方面，它可以帮助学校有效评估教学成效，更好地完成后续的学习指导和学习计划。

首先，评估指标的制定是评估体系的基础。在《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》中，已经明确了计算思维培养的目标和要求。因此，在制定评估指标时，可以参照这些目标和要求，将其细化为可操作性强的标准，如对计算思维基本概念的理解程度、解决问题的能力和创新思维等。

其次，考核内容和形式的选择也是评估体系的重要组成部分。在信息科技课程中，教师可以通过多种方式来考核学生的计算思维能力，如课堂作业、小测验、项目实践等。考核内容可以涵盖计算思维的不同方面，如逻辑推理、算法设计、数据表示等。

最后，考核规则和流程的设计也是评估体系的关键部分。为了保证评估的有效性和公正性，需要建立一套科学规范的考核规则和流程：1.要明确每个阶段的考核时间和地点，以及参与考核评估的人员和角色定位。2.要制定具体的评分标准和方法，确保评估结果的客观性和准确性。3.还需要建立健全的申诉机制，让学生有权利对自己的成绩提出异议并得到合理的解释和处理。4.为了提高学生的参与度和积极性，还可以设置一些奖励措施，如颁发优秀成绩证书、奖学金等，以激励学生更加努力地学习和应用计算思维能力。

评估体系应该注重学生的思维过程和解决问题的策略，而不仅仅是关注最终的结果[7]。教师可以设计一些思维导图、流程图和决策树等，帮助学生展示他们的思维过程。同时，也可以采用观察、访谈和反思等方法，了解学生在解决问题过程中的思考和决策过程。这样的评估方法可以更全面地了解学生的计算思维能力和问题解决能力。最后，教师可以设计一些个性化的学习路径和资源，帮助学生有针对性地提高计算思维能力。评估结果应该及时反馈给学生和教师，教师可以根据评估结果调整教学策略和方法，更好地指导学生的学习。

（五）加强对教师的专业技能培训与提升

基于《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》计算思维培养的信息科技课程资源建设策略中，加强对教师的专业技能培训与提升是一个重要要求。教师是信息科技课程的实施者，其专业知识和能力水平直接影响到课程的质量和效果。因此，加强教师专业知识培训与提升，是培养学生计算思维的关键。

首先，教师需要深入学习和理解《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》的内容和要求。该标准是指导信息科技课程建设和实施的纲领性文件，其中包括了计算思维培养的目标、内容和方式等方面的要求。教师需要通过学习和理解这些要求，明确计算思维培养在信息科技课程中的地位和作用，掌握计算思维培养的方法和策略，以便更好地将其融入课程的实施中。其次，教师需要不断更新和提升自身的专业知识水平和能力。信息科技是一门快速发展和变化的学科，教师需要不断跟进和掌握新的技术和知识，以便能够更好地应对课程实施中的各种挑战和问题。这需要教师具备不断学习和自我更新的意识和能力，通过参加专业培训、研讨会和实践等方式，不断提高自身的专业水平和能力。此外，教师需要注重与同行和专家的交流与合作。信息科技课程的实施需要教师具备丰富的专业知识和经验，而同行和专家的经验和智慧可以帮助教师更好地理解和掌握課程的要求和实施方法。因此，教师需要积极参与同行的交流和合作，通过互相学习和分享，不断提高自身的专业水平和能力。