计算思维对中小学信息技术课的影响与启示

黄雅玉　胡卫星

摘要：目前，我国中小学信息技术课程的实施已进入革新的关键期，尽管仍然存在着不少问题，但是注重培养学生的信息素養已经成为主流，而且得到了进一步的提升和强化。本文提出，强调计算思维的培养正是在这一背景下诸要素通力协作的结果，它进一步明确了中小学信息技术课程的核心价值所在，为信息技术课程改革注入新的活力。

关键词：计算思维；中小学信息技术课；信息素养

中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674—2117（2018）02—0025—05

我国中小学信息技术课程的前身是各种类型的计算机课程，它的形成发展大致经历了以下四个阶段：第一阶段（20世纪80年代），这一阶段受“程序设计是第二文化”观点的影响，计算机课程在学校中是作为选修或辅修课程开设的，此时计算机教育等同于程序设计学习；第二阶段（20世纪90年代），计算机的普及化和简便化为计算机课程的开设提供了可能性，在“把计算机作为一种工具来应用”的理念下，计算机课程开始成为学校教育里的必修课程，开设计算机课程的目的就是学习将计算机作为一种工具，用来辅助教学、管理以及科研等活动；第三阶段（21世纪的前十年），伴随着计算机网络技术的飞速发展和应用加深，信息加工处理能力成为人们的基本素养之一，培养信息素养逐渐成为此时计算机课程的目标，尤其是在2000年颁布的《中小学信息技术课程指导纲要（试行）》，正式将“计算机课”改为“信息技术课”；第四阶段（2010年以来），计算机教育开始进入到培养计算思维新阶段。计算思维培养的目的就是要培养学生的创新能力、问题解决能力以及动手实践能力等。为此，各国开始加入到对学生计算思维能力培养的深入研究中。计算思维作为人的一种重要思维，它综合了人类进行问题解决的多种思维，毫无疑问，它是每个人都应该拥有的必备技能。[1]计算思维能力的提升可以使人们日常的学习、工作和生活更有效率，可以更好地创新地解决问题。但是计算思维的培养不是一蹴而就的，它如逻辑思维一样需要不断地培养、应用才可以提升，是一个循序渐进的过程。学生一旦掌握了计算思维这项基本技能，将会受用终身。

计算思维的理解与定位

1.计算思维的理解

计算思维并不是什么新兴事物，它其实早就作为一种思维方式存在于人脑中。它和计算机并无直接关系，甚至要远远早于计算机的产生，可以说计算思维是随着人类的发展而发展的，只不过一直未得到人们的重视和深入研究。后来，由于计算机等系列新兴信息技术的产生，人们逐渐意识到这种思维方式和计算机解决问题的方式很相似，所以形象地起名为“计算思维”，换句话说，是计算机的出现强化了计算思维的意义。[2]计算思维真正得到人们广泛关注应该是2006年3月，美国卡内基梅隆大学计算机科学系主任周以真（Jeannette M. Wing）教授在美国计算机权威期刊Communications of the ACM发表学术论文引起的。周以真教授认为计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计，以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。[3]为了让人们更易于理解，又将其进一步解释为：通过约简、嵌入、转化和仿真等方法，把一个看起来困难的问题重新阐释成一个我们知道问题怎样解决的方法。虽然在这之前和之后很多业内人士从不同角度对计算思维给予了不同的定义和理解，但是目前来看，周以真教授对计算思维的定义是最清晰明确的。另外，周以真教授认为计算思维有如下几个特性：①概念化，不是程序化；②根本的，不是刻板的技能；③是人的，不是计算机的思维方式；④数学和工程思维的互补与融合；⑤是思想，不是人造物。[4]

2.计算思维的定位

科学按研究对象的不同分为自然科学、社会科学和思维科学三大类，而计算思维隶属于思维科学。[5]计算思维普遍被认知是解决问题的过程，在这个过程中会涉及许多计算机科学基础概念的运用，如分解问题、二元搜寻法、递归、循环、中断、队列、栈、树等。实际上，这些理论和技术本就存在于人类交流的表达方式中，只不过是随着计算机科学研究的深入，人们对其的认识越来越清晰化。计算思维除了在学习上能更好地促进学生学习相关学科知识，而且在日常生活工作中也常常用到，如如何快速查找资料，超市排队判断最快线路问题等。[6]随着人们对计算思维的认识越来越深刻，运用计算思维解决问题将成为信息技术课程的主要核心，培养学生的计算思维能力以及对计算机科学的兴趣将会成为今后的主流方向。在该课程中，要想使学生对计算思维有清晰的认识，并不断提高运用计算思维的能力，教师应增加更多的实践以及创设适当的情境对学生进行迁移练习，指导其在相关情境中如何更好地运用计算思维。过去说“学好数理化，走遍全天下”，这当然不仅仅是指这三门学科的理论知识，更多的是指通过学习这些课程让学生学会学习方法以及养成科学思维。笔者认为，中小学信息技术课程不是培养中小学生计算思维唯一的课程，但却是最好的课程形式之一。

计算思维对中小学信息技术课程的影响

1.培养计算思维促进中小学信息技术课程回归基础能力培养

目前我国中小学信息技术课程的主要目的是培养学生的信息素养，课程更多的是强调用信息技术工具解决实际问题，课程内容的设置随着技术的改变而改变，没有一个稳定的课程内涵。另外，因为信息技术课程在我国绝大部分地区并未列入中高考必修考试课程，学生不重视和不投入，甚至很多中小学一线信息技术教师自己也不重视，工作重心不是放在如何上好信息技术课上，而是担任学校的“勤杂工”，无休止地帮助其他学科的教师做课件、做考试后扫描试卷等勤杂工作。培养计算思维的提出，使人们清晰地认识到信息技术课程的核心价值和核心内容，因此，重视和着眼于中小学计算思维能力的培养应该成为信息技术教师一切工作的基石。

2.促进现有的信息技术课程改革

从国内开始开设计算机课程到现在的信息技术课程，国家对该课程不断调整改革。随着计算机（信息技术）教育的普适化，计算机（信息技术）几乎人人都会用，因为新软件不断开发，新版本不断升级，所以人们更多地是关注如何使用操作，但现有教材更新慢，课程实施明显落后于时代的发展，这表明现在的信息技术课程已不能满足学生的需求和社会进一步发展的要求。计算思维的明确提出，让广大一线师生能够准确地透过“现象”看到“本质”，能够重新审视我国中小学信息技术课程的系统变革，从教学内容到教学方法，再到教学评价和教学反馈，计算思维为信息技术课程开启了新的创新发展大门。[7]endprint

3.计算思维对教师的影响

目前，我国中小学信息技术课教师专业水平还有待于进一步提高。[8]这几年，虽然各中小学较多地引进了计算机相关专业的毕业生，但他们很多并不是师范院校专门专业毕业的，对教育研究的把握有欠缺，且教龄短，教学经验显著不足，这些都制约着中小学信息技术课程的发展。如今计算思维的明确提出，对中小学信息技术一线教师提出了更专业的要求和提升方向。传统的按照教材进行“讲—练—用”的教学模式显然不能很好地培养学生的计算思维，所以在信息技术课程设计上教师应精心钻研，以培养学生的计算思维为课程实施的基本理念，结合实际情况，灵活采取适合方式，有目的地组织安排信息技术课程中的各种要素，从而形成新型的课程内容体系结构和新的教学方式。[9]

4.计算思维对学生的影响

教师的教与学生的学是一个交流沟通的互动过程，两者之间是密不可分的。素质教育观提倡学生是学习的主体，教师无论如何主导，关键还在于学生。计算思维的提出对学生的学习行为以及学习过程同样会带来很大的影响。目前，中小学信息技术课堂上学生学习大多是采取“听课—操作—应用”的模式，以此来学习使用某种软件。这种枯燥无味的课堂模式使得学生只对计算机这一“休闲娱乐工具”感兴趣（可以利用间隙上网、玩游戏），而对信息技术课毫无兴趣可言。兴趣是学习最好的老师，有目的地培养计算思维将会使学生学习的侧重点不同，从而激发其对学习的兴趣。例如，初中教材中关于Scratch编程的内容，这一部分的学习可以不用传统的学习方式，而关注为达到想要的效果，应该选择何种算法和框架结构去搭建脚本，以“分析问题—自主探究—形成认知”为主要学习过程，这样能给学生提供很大的发挥空间，最大限度地培养学生的创造力和实践动手能力。[10]

5.计算思维对信息技术教学应用的影响

信息技术在教育中的应用主要表现在各种教学软件的研发和恰当学习方式的学习环境设计上。目前在中小学信息技术的课堂上，教学软件只是作为课程的辅助工具，并未达到与课程的深度融合，至于学习环境设计，绝大多数只是基于目前的讲解式和灌输式教学的情境创设，很少出现能够体现学习者探究性和协作性的数字化学习环境设计。计算思维的引入将会使信息技术应用的地位上升，作用将会越来越大。为了更好地培养学生的计算思维，在教学软件的选取和学习环境的选择上一定要以有效完成教学设计为导向，在教学实施过程中，教学软件和教学环境不再是摆设，而是培养学生计算思维的强有力工具。例如，通过学习Scratch编程，不仅能够很好地让学生理解和掌握编程的基本思路和要求，更为重要的是能够促使学生关注自身思维问题，学会如何用计算思维来提升自己的学习效率。[11]

计算思维对中小学信息技术课程的启示

1.计算思维对信息技术课程改革的启示

教材是教学质量生成的基本要素。教材的编排与教学内容的选取有很大关系，目前，信息技术教材从小学到高中，重复性知识比较多，内容设置相对比较乱，体系还存在着不完善的地方。[12]而基于计算思维的培养，编制一套有本学科价值体系内涵的教材很重要，应在原有教材上保留精华，与时俱进，找到恰当的平衡点。比如，硬件、软件、操作系统、计算机发展史、信息的基本知识等偏理论的知识应构成独立的体系，给学生一个清晰的知识表征，形成思维导图，然后再要求学生完成对基本软件的学习。这样，至少能保证学生在学习某软件时知道该软件是如何用来解决实际问题的。同时，对学生学习效果的评价和教学活动的参与性提升等环节也需要建立相应的可操作方法，让学生能够清晰地看到自身思维能力和问题解决能力的不断提升。

2.计算思维对教师教的形式的启示

教师是实施教学设计的关键，教学设计应该处处以培养学生的计算思维为导向，教师只有有精心的教学设计和案例，才能使学生深刻领悟隐藏在知识背后的计算思维思想。同时，提高教师的专业素养是必然的，在职教师可以选择进修学习，利用网络的便利性使自己与国内外的优秀教师交流，并与同科目教师多探讨、多总结、多反思。另外，信息技术课程区别于传统学科，前沿性是最显著的特点，教师作为新课程改革中学生学习的促进者、教育教学的研究者、课程的开发者和建设者，其教学设计不能拘泥于书本上的知识，应及时将信息技术领域最新的动态结合教学实施，每一堂信息技术课的设计都应该利用一切可以利用的资源来培养学生的计算思维能力，教学形式也应灵活多样、延伸拓展。

3.计算思维对学生学的方式的启示

培养计算思维，学生不再是被动地接受学习，而是要自主地发现问题、解决问题，从而建构自己的认知。只有这样，学生的计算思维能力才能得到更好的培养，这也符合新一轮课程改革的素质教育观。计算思维的本质是抽象和自动化，使学生基于可计算的手段，以定量化的方式解决认为不能解决或难解的问题。学生在教师以培养学生的计算思维为导向的精心设计的教学活动下，自主探究、合作学习和积极思维，能够最大程度地发展自身的个性和创造力。在这样的学习过程中，学生的计算思维能力会得到更好的发展。例如，Scratch趣味编程学习，学生在自主探究、合作学习的过程中能更深刻地理解变量、选择结构以及循环嵌套等计算思维。学生只有深刻理解了计算思维，才会在现实生活中更好地解决相关问题和不断地提升自身的动手实践能力。

4.计算思维对信息技术教学应用的启示

基于对学生计算思维的培养，信息技术在教育教学中的应用地位应得到不断的提升。为此，一方面，数字化教学软件设计要更恰当地配合教学方式改革，教师可不拘泥于教材中推荐的使用软件，可因地制宜地选择其他更为丰富的有效教学资源。例如，在信息技术教材七年级上的通信技术模块中，讲到通信技术时列举的是QQ视频聊天。除此之外，还可以用微信来学习这部分知识，微信是时下主流的社交工具，更易于学生接受和激发学生学习兴趣。另一方面，在教学环境的创设上，教师不仅要利用PPT、计算机等软硬件资源，更需要进行教学模式和教学理念等软科学应用实力的提升与实践。培养学生的計算思维，需要将学生作为学习活动的主体，教师要积极发挥组织者和引导者的作用，教学软件和教学环境不再是课中的摆设，而是积极有效的学习支持系统。只有教师、学生、教学内容和教学环境资源四大因素形成一个良好的互动关系，积极有效的信息技术课教学活动才能得到行之有效的实施，学生的计算思维才能得到重点关注和有效提高。

总之，自新一轮基础教育课程改革以来，我国中小学信息技术课程无论是教学内容体系，还是教学方法都在不断提升之中。但是也应当看到，与飞速发展的技术相比，现有的教学内容体系中还存在一些显著的短板，不能很好地满足学生和社会发展的需要。计算思维的引入为时下中小学信息技术课程改革注入了新的血液，使信息技术课程有了稳定的核心和价值。当然，计算思维的培养不是一蹴而就的，要想成为一个成熟的课程内容主旨，还需要不断地探索和改进。但不可否认的是，这种思维方式一旦形成，就会成为人们必备的基本技能，将会对每个人的学习和生活产生巨大影响，受用终身。endprint