我国中小学信息技术教学中计算思维培养的现状研究

杨健

摘 要：本文以“计算思维”为关键词，在中国知网中收集了2012年1月到2017年1月期间相关论文共129篇。应用内容分析法对论文进行统计，并根据内容进行了分类。按照年份分布的文章总数量、不同主题的文章总数量、不同主题文章内容分别进行分析，展示了目前我国中小学信息技术教学中计算思维培养研究的现状，并为今后的教学实施提出了建议。

关键词：计算思维；信息技术；内容分析法；中国知网

中图分类号：G434 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2017）23-0085-04

一、研究背景

自2004年普通高中课程改革开始至今已经10多年。在这些年中，高中信息技术课程按照国家制订的课程标准稳步实施，取得了一定成效。但是随着社会的发展、课程改革的深入，信息技术课程突显出了一些问题，例如，课程内容的定位、学科课程的核心价值等等。针对这些问题，教育部对普通高中信息技术课程标准进行了修订。在新修订的课程标准中，明确提出了信息技术学科的四个核心素养——信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任。本文选取计算思维作为研究的出发点，通过对中国知网中关于计算思维的论文进行研究，统计分析我国中小学信息技术教学中计算思维研究的现状，希望为今后计算思维培养落实到课堂提供参考。

二、研究方法与文献来源

本文采用内容分析的研究方法。以文献作为主要研究对象，对其内容做客观、系统的量化，并对量化结果加以描述，分析所含信息及其变化，来达到现状分析的目标。[1]

本研究文献来自中国知网数据库的基础教育资源文献总库，以“计算思维”为关键词对2012年1月至2017年1月期间的期刊进行主题检索，共有883篇文章。经过进一步筛选，选择与中小学信息技术教育教学相关的文章129篇，作为本文的研究样本。

通过对样本文章的阅读，将文章的研究内容进行归纳，分为五类主题：一是中小学信息技术课程的发展史类，主要研究国内外中小学信息技术课程的发展历史、现状与未来趋势；二是修订课标的新理念和计算思维的理论类，专家解读新修订课标和计算思维的概念、表现形式和评价方式；三是计算思维培养的策略及方法类，根据教学实践经验，反思总结计算思维的可操作性、培养的教学方法和策略；四是计算思维培养的教学设计及课例类，依据对计算思维理论的理解，应用各种程序语言、软件工具等载体进行教学实践的案例；五是其它研究类，包括特级教师讲堂、教育随笔和专家寄语等。

三、研究内容

1.数据整理统计

本研究采用两个维度即主题分类和发表年度，对129篇文章进行整理统计，得到不同主题文章按不同年份发表的数量统计表，如表1所示。表1的横向表示年份，纵向表示主题分类。横行的每一项数据表示同一主题在2012年1月至2017年1月期间，不同年份发表文章的篇数。其中，表1最后一行的“年份汇总”项表示不同年份，所有5个主题发表文章的总篇数。表1纵列的每一项数据表示在2012年1月至2017年1月期间，同一年份在5个不同研究主题中发表文章的篇数。其中，表1的最右一列“主题汇总”项表示同一主题在不同年份发表文章的总篇数。

从表1的统计数据看，2012年1月-2017年1月连续5年零1个月间，中小学信息技术课程发展史类主题每年发表的文章数分别为0、2、2、6、1和0篇，总数为11篇；修订课标的新理念和计算思维的理论类主题每年发表的文章数分别为4、4、1、7、11和2篇，总数为29篇；计算思维培养的策略及方法类主题每年发表的文章数分别为1、1、7、15、24和1篇，总数为49篇；计算思维教学设计及课例类的主题每年发表的文章数分别为1、0、3、10、13和0篇，总数为27篇；其它研究类主题每年发表的文章数分别为0、0、2、7、3和1篇，总数为13篇。2012年-2017年间，每年5个主题发表的文章总数分别为：2012年6篇，2013年7篇，2014年15篇，2015年45篇，2016年52篇，2017年4篇。

2.數据分析

（1）按年份分布的文章总数量分析

根据表1的统计，选择最后一行“年份汇总”的数据，分别选取从2012年1月到2017年1月间收录的文章总数量，绘制文章总数量年度分布折线图，如图1所示。横轴表示年份，纵轴表示文章数量。

从图1可以看到，自2012年1月至2016年12月，有关基础教育中计算思维研究的文章数量分别为6、7、15、45和52篇，总体呈上升趋势。其中，2012年1月到2014年12月的3年间增速较缓，2014年到2015年出现陡增态势。由于2017年只收录了1月份的文章，仅为4篇，因此，2017年的文章数量锐减。

上述情况的出现是由外部环境和内在因素共同决定的。从外部看，在2012年7月，第一届“计算思维与大学计算机课程教学改革研讨会”召开。到会专家提出要提高大学计算机基础教学的质量、增强大学生计算思维能力的培养。受其影响，我国中小学的信息技术教育也开始了计算思维培养的探索。从内因看，从2004年开始的10年基础教育改革，虽然推进了信息技术学科的发展，但是信息技术教学存在着一些困惑和亟待解决的问题。大学计算机课程的改革点燃了基础教育领域有识之士的思变火花。所以，自2012年起，有关中小学信息技术教育的计算思维研究零星开展，取得了少量的研究成果。从图1中可见，2012-2014年连续三年发表在报纸期刊上的文章数量分别为6、7和15篇。2014年12月，教育部全面启动对2004年开始实施的《普通高中课程标准（实验）》的修订工作。在2015年到2016年的修订中，计算思维被确定为信息技术学科的核心素养之一。这个决定促使了越来越多的专家、学者、信息技术教师投身到计算思维及相关主题的研究中，更多的研究成果产生。从图1折线图的数据可以印证这一点：2015-2016年的2年间，有关计算思维研究的文章发表数量分别为45和52篇，较2012-2014年相比，出现大幅增加。此外，从图1的线性趋势线看，今后计算思维的研究还会继续升温。endprint

（2）按不同主题的文章总数量分析

选取表1中最后一列“主题汇总”数据，分别对5类主题的文章总数量与全部文章总数量进行对比，绘制出五个主题文章数量的百分比分布饼形图，如图2所示。

从图2中可以得知，关于中小学信息技术课程发展史主题的文章数量占总数的8.52%，数量为11篇；修订课标的新理念和计算思维理论主题的文章数量占总数的22.48%，数量为29篇；计算思维培养策略及方法主题的文章数量占总数的37.98%，数量为49篇；计算思维的教学设计及课例主题的文章数量占总数的20.9%，数量为27篇；其它研究主题的文章数量占总数的10.1%，数量为13篇。从各个主题文章数量所占百分比看，计算思维培养的教学策略与方法类文章所占比例最大，接近40%，其次，是修订课标的新理念和计算思维理论、计算思维的教学设计及课例等。计算思维的理论、策略、课例三项研究成果之和占全部成果的81.36%，说明这3项主题是研究关注的重点。其中，对计算思维教学策略教学方法的研究是重点中的一个热点。

（3）按同一主题不同年份的文章数量分析

除去表一中最后两行“其它研究”、“年份汇总”和最后一列“主题汇总”的数据，选取剩余4个主题在2012年到2017年的数据，绘制了同一主题不同年份文章的数量分布折线图，如图3所示。横轴表示时间，纵轴表示文章数量。

从图3中的数据分析可知，2012年到2017年1月间，中小学信息技术课程发展史主题文章的数量在2013年到2015年呈上升趋势，2016年急剧下降，呈尖“几”字形分布。2015年发表的文章的数量最多，为6篇。说明在新课标修订之际，专家学者首先对信息技术学科发展的过去、现状、将来进行了回顾和总结，在此基础上开展了后续工作。修订课标新理念和计算思维理论的文章数量，呈“V”字型分布，2014年是最低点，随后逐年增加。因为新课标的修订在2014年12月才启动，因此，这年相关主题的文章非常稀少。计算思维培养的教学策略与方法类、教学设计及课例的文章呈线性增长趋势。在2015年和2016年发表的数量都较前一年出现较大幅度的增加，说明关于这个主题的研究正逐步成为热点，计算思维已经从理论和新理念的理解开始转向教学实践层面的探索。

3.不同主题文章内容的分析

（1）中小学信息技术课程发展史

这类文章是在国际视野下，研究了包括我国在内的多国中小学计算机课程发展的历史、现状、未来趋势、最新发展动态及启示。文章详细阐述了美、英、日等一些国家的计算机科学课程演变和设置情况，包括课程的定位、课程结构、课程内容和课程评价。其中，在李锋和王吉庆的《当代美国中小学信息技术教育目标取向分析》中介绍了兴起于20世纪60年代的美国中小学计算机科学教育K-12的情况。现在的K-12教育是以计算思维为核心、以计算机的知识技能为内容体系、以“计算机与社会伦理道德”为文化内涵。在实施过程中，面临了资金投入、学科教师的教师资格等问题并采取相应措施。[2]美国K-12计算机教育对我国信息技术教育的启示：计算思维已经作为了课程的核心价值；课程标准的制定要从总体考虑小学、初中、高中学段情况，注重各学段间的平稳过渡；课程工具的选择要多样化、个性化。[3]

（2）修订课标的新理念和计算思维理论类文章

这个主题的文章包括两部分内容：修订课标的新理念和计算思维的理论。因为计算思维已经作为了信息技术学科的核心素养之一，修订课标新理念的文章中必然会涉及计算思维的理论，因此，将这两个内容归纳为同一个主题。

关于修订课标新理念的文章数为15篇。课标修订组的专家在文中介绍了课标修订的背景、基本理念、基本思路、基本特征，并以学科核心素养和学科大概念为基础，解释高中信息技术课程目标的界定、课程框架的建构、课程模块的形成和各模块的学习要求。[4]在课程实施上，从学段衔接、教学方式、学业评价、实验室建设和师资培养等方面提出了的建议。[5]例如，要根據学科核心素养和学科大概念研制实施“义教阶段信息技术课程标准”，实现“义教”与“高中”信息技术课程的有效衔接；在高等师范院校建立“信息技术教师教育基地”，开展信息技术教师培训；完善信息技术教学环境，建立配套的信息技术实验室……针对计算思维的文章数量为14篇。[4]专家从实质与内涵的角度，提出学校的计算思维教育要更新教育理念、重构教育内容、变革教学方法，实现从“为计算”到“用计算”的转向。[6]建构计算思维的表现性标准，基于标准开展教学。

（3）计算思维培养的策略及方法

这类文章内容主要涉及三个方面：一是分析计算思维的特征，将计算思维分解为若干要素，对每个要素采取不同的教学方法进行训练，从而完成计算思维的培养。二是根据我国信息技术教育现状，从课程设计开发的角度，对课程目标确定、课程内容选择、活动设计提出具体的实施建议。提倡采取基于项目的教学策略，从方法习得、工具应用、思维迁移三个层面落实计算思维培养。[7]应用思想实验的教学方法，突出思维的训练和计算思维的养成。[8]三是通过对国外计算教育课程的分析，提出了我国开展计算思维教学的总原则。[9]

（4）计算思维培养的教学设计及课例

在统计的27个教学设计及案例中，有12例是应用Scratch、App Inventor、VB等程序语言学习算法与程序设计，有4例与机器人和STEM的学习相关，5例应用Excel工具软件学习表格处理。从统计数据可以看出，程序设计及相关应用的教学仍然是探索计算思维培养的主要载体。目前，信息技术教师已经开始尝试在工具软件的教学中渗透计算思维的培养。

这些课例多数是以计算思维的定义为出发点，转化为可操作的若干要素，结合不同的教学内容，进行教学设计实践。在教学实践中，经过反思，总结心得经验，形成计算思维培养的教学方法、教学模式。其中，国外教学案例的设计在计算思维培养上更明确更具体，在教学活动的各个环节中提出明确具体的教学行为与计算思维的关系、目标达成的评价方法和教学策略。endprint

四、结论与启示

1.结论

（1）从2012年到2017年1月期间，有关计算思维的文献成果主要涉及四个主题内容：国内外中小学信息技术课程发展史、修订课标的新理念和计算思维理论、计算思维培养的策略及方法和计算思维培养的教学设计及课例。其中，计算思维培养的策略及方法是研究的最大关注点，国内外中小学信息技术课程发展史的研究最少。

（2）从不同主题不同年份的文章数量分布看，修订课标的新理念和计算思维理论、计算思维培养的策略及方法、计算思维培养的教学设计及课例三个主题的研究在时间上几乎是同步开始的。从文献成果的内容看，三个主题的研究都是以计算思维的概念为基础展开的，研究者按照个人的理解进行解读和教学应用。

（3）从发展趋势上看这四个研究主题：国内外中小学信息技术课程发展史的研究正急剧减少；修订课标新理念的研究热度正明显上升；计算思维培养的策略及方法的应用研究会迅猛增长；计算思维培养的教学设计及课例的开发会平稳发展。

2.启示

（1）目前，有关计算思维的研究成果，对我们理解这个概念并应用于教学实践有很多帮助。但是，随着高中信息技术新修订课标的出台，计算思维的培养势必要以新修订课程标准中有关计算思维的定义、解释为理论依据，进行教学策略教学方法的研究、教学案例的设计。因此，我们有关计算思维的培养要聚焦于新修订的课程标准，要认真研读课标组专家对新修订课标和计算思维概念、表现形式和评价方式的解读，避免在教学实践中走弯路。

（2）一个新的教学理念从提出到课堂的落实，要经历理论、策略、实践三个阶段的研究。教学理论是实践的基础，教学实践是理论的落实，教學策略与方法是教学理论与教学实践的桥梁。通过教学策略，理论转化为可操作的方式方法，为教学实践提供具体指导。因此，理论研读、策略探索、实践探究是计算思维培养落实到课堂的必经之路。

参考文献：

[1]吴平颐，范世卫.我国电子白板研究现状——基于中国知网的文献分析[J]. http：//www.qdedu.net/newsInfo.aspx？pkId=20117.

[2]李锋，王吉庆.当代美国中小学信息技术教育目标取向分析[J].电化教育研究，2013（12）：102-107.

[3]丁婧.美国K-12计算机教育现状及对我国信息技术教育的启示[J].中小学信息技术教育，2015（11）：35-37.

[4]任友群，黄荣怀.高中信息技术课程标准修订说明[J].中国电化教育，2016（12）：1-3.

[5]李锋，赵健.高中信息技术课程标准修订：理念与内容[J].中国电化教育，2016（12）：4-9.

[6]李锋，王吉庆.计算思维教育：从“为计算”到“用计算”[J].中国电化教育，2015（10）：6-10，21.

[7]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.

[8]王荣良.思想实验：一种适合计算思维的教学方法[J].中国信息技术教育，2016（18）：16-20.

[9]王继华.抽象：计算思维能力培养的关键[J].中小学信息技术教育，2016（3）：45-47.

（编辑：王天鹏）endprint