高中信息技术课程中计算思维多维度进阶教学探究

周晓燕

摘要：作者论述了计算思维与信息技术课程的紧密联系，并根据高中信息技术课程的教学内容，总结了计算思维的五要素在整个知识体系中的体现，提出了六个维度及其进阶要求，同时基于进阶学习理论，设计了教学实践探索的步骤，以期在高中信息课程中让学生在掌握知识模块的同时，科学高效地提升计算思维水平。

关键词：计算思维；学习进阶；六维度；五要素；高中信息技术

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2023）10-0017-04

计算思维（Computational Thinking）[1]是以数字和计算机技术为基础的思维方法，它将解决问题的过程分解成不同步骤，通过抽象和分析，将复杂的问题重新构建，并使用有效的算法对其中的每一个操作进行优化，最终得出精确的解决方案。

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》将计算思维定义为个体运用计算机科学领域的思想方法，在问题解决过程中涉及的抽象、分解、建模、算法设计等思维活动。[2-3]笔者采用了“五要素”作为计算思维技能的二级指标。

计算思维的培养和训练，为信息技术课程教学提出了新任务、新要求，教学方法需要在实践中不断总结和完善。学习进阶（learning progressions）[4]是一种教育心理学理论。美国国家研究理事会（NRC）认为，学习进阶是对学生连贯且逐渐深入的思维方式的假定描述。在一个适当的时间跨度下，学生在学习和探究某一重要的知识或者实践领域时，其思维方式逐渐进阶。理论注重通过对经验的反思来不断改进和提高，同时强调学习环境的重要性。针对计算思维培养，笔者基于学习进阶理论和高中信息技术课程内容，对知识模块细化维度，并设计实施了一套过程规范、结合实际、持续完善的教学方案。

信息技术课程与计算思维

信息技术课程的实施与计算思维的培养相辅相成，密不可分。但在具体的教学实践中，需要理清如下三个方面的问题。

1.计算思维是一种普适性的思维方式

计算思维源于计算机科学，是一种解决问题的思考方式，而不是具体的学科知识，这种思考方式要运用计算机科学的基本理念。在高中阶段，学生计算思维的培养和信息技术课程紧密相关。但作为一种普适的思维方式，计算思维的应用绝非信息技术或计算机科学所独有。[5]所以在教学过程中，需要体现其作为科学思维方法的通用性和普遍性。在条件允许的情况下，鼓励跨学科交叉，如解决数理学科中的典型问题。[6-7]教学实践表明，可以收到很好的学习效果。

2.培养计算思维和学习信息技术是互相促进的，且需要教师引导

优秀的信息技术教学，不仅教授基本概念和编程，还培养学生的计算思维。对于大部分学生而言，计算思维的培养需要教师有意识地引导。在分析解决典型问题的基础上，做好对比、总结、启发、拓展等工作，对学生将更有意义。

3.信息技术课程的知识体系与计算思维关系紧密，需要细化具体的对应关系

高中信息技术课程的模块较多，涉及的知识点庞杂。培养计算思维的教学实践，需要根据大纲要求、课时安排、软硬件条件等具体情况，梳理知识体系，分类细化，循序递进，并与计算思维的培养要素相对应，合理安排教学进度。

基于学习进阶理论的教学实践

培养计算思维的教学实践是一个系统工程。笔者进行的教学实践研究，遵循学习进阶理论中阶段性、渐进性、学生支持等原则[8-9]，将其作为具体实施过程的指导。基本思想是：将教学目标分段设计，通过持续改进教学方法，实现课程大纲的教学目标和计算思维培养，并设计了较为规范的推进步骤（如右图）。

①教学实践的推进是一个长期的过程，教学过程中的经验总结，需要持续不断地应用到后期的持续改进过程中去。同时，作为一个新课题，计算思维培养目标的科学性和可行性也需要不断修正。总体而言，图中体现出的是一个分阶段反思改进并不断循环的过程。

②以教学大纲为出发点。计算思维的培养目标不能脱离大纲，教师在教学实施过程中，要根据学习进阶理论，分阶段细化培养目标，并通过对应的教学方案保证教学质量。

③计算思维的具体培养目标取决于三个方面的因素——大纲、计算思维理论发展、学校具体情况（对应图中标有“修订”字样的三根双线箭头），并在教学过程中不断修订。需要说明的是，由于每所学校的情况不一样，具体的培养目标很难做到完全一致。

④教学方法的改进主要取决于教学目标的达成情况。同时，在质量保证的情况下，仍然有必要持续改进和发展，精益求精（对应图中三根粗黑线箭头）。

⑤在学习进阶理论和持续改进思想的指导下，笔者设计的教学实施推进流程充分体现出“学”的进阶也是“教”的进阶。整个过程以教师为主导、学生为主体，共同完成信息技术课程中的计算思维培养。

计算思维“五要素”、知识体系“六维度”和学习进阶“八阶段”

在上文所述的教学推进方案中，不论是计算思维的培养，还是学习进阶的阶段内容和目标，都需要一个相对客观的标准，帮助教师和学生评估教学效果。以下是笔者总结出的计算思维“五要素”、知识体系“六维度”和学习进阶“八阶段”。

①基于计算思维的三个理论关键“算法、抽象和自动化”、美国ISTE和CSTA划分的计算思维特征[10]、英国计算机协会提出的计算思维核心概念[11]和我国高中信息技术课程标准中的表述，笔者确定了高中信息技术课程对应的计算思维五要素：算法、评估、分解、抽象、归纳。

②按照教學模块和知识体系，确定高中技术课程的六个维度为：算法、程序设计、数据和信息、计算机硬件、通信网络和信息技术应用。

③基于学习进阶，考虑每个维度中知识难度的循环递进，以及各个维度之间的联系，笔者结合高中信息技术课程标准的四个水平标准，将高中信息技术细化为八个阶段，并指出每个阶段和维度与计算思维要素的对应关系。

计算思维的五要素在知识体系的六个维度中都有具体表现，从纵向发展进阶为八个阶段，总结归纳成上页表。在教学过程中，教师可以灵活掌握，并根据客观条件删减。

后期工作

后续，笔者将在以下三个方面继续深入研究：①设计各阶段间有效衔接，促进学生计算思维进阶的教学策略。主要考慮知识递进、学以致用。②各阶段信息技术课程设计与开发研究。主要针对具体知识点，优化教学用例和学习任务设计。③学情跟踪，考核评价创新。在客观分析教学效果的前提下，对整个教学过程不断优化、持续改进。

参考文献：

[1]Jeannette M. Wing. Computational thinking[J].Communications of the ACM，2006（03）.

[2]中华人民共和国教育部.义务教育信息科技课程标准（2022年版）[S].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A26/s8001/202204/t20220420_619921.html.

[3]熊璋，赵健，陆海丰，等.义务教育阶段信息科技课程的时代性与科学性——《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》解读[J].教师教育学报，2022，9（04）：63-69.

[4]NATIONAL RESEARCH COUNCIL.Systems for state science assessment[M].Pittsburgh： National Academies Press，2006，1：248.

[5]陈娟娟，陈凯亮.计算机支持的科学建模学习：多学段科学教育中科学和计算思维协同发展路径[J].远程教育杂志. 2022，40（06）：22-33.

[6]郑兴航.从解决数学问题出发认识计算思维[J].中国信息技术教育，2023（02）：40-43.

[7]曹玉峰，李明明，石忠磊.应用计算思维建构高中物理解题方法和步骤[J].吉林省教育学院学报，2022，38（06）：90-94.

[8]刘晟，刘恩山.学习进阶：关注学生认知发展和生活经验[J].教育学报，2012（02）：81-87.

[9]GAO F，CHEN Z. Learning progressions： new approaches to American science education reform[J].Studies in foreign education，2011（14）：1895－1900.

[10]ISTE&CSTA.Computational thinking teaching in K-12 Education： teacher resources，second edition[DB/OL].http：//www.csta.acm.org/Curriculum/sub/CurriFiles/CSTA_K-12_CSS.pdf.

[11]Curzon P，Dorling M，Ng T，Selby C，& Woollard J.Developing Computational Thinking in the Classroom： a Framework[DB/OL].https：//pdfs.semanticscholar.org/e4f3/c24924c5a707a196b2015494c829c15618d1.pdf.

本文是江苏省教育科学规划课题“学习进阶理论下学生计算思维培养的实践研究”（D/2021/02/184）的研究成果之一。