跨学科主题学习活动培养小学生计算思维能力的实施路径及调查

秦晶

摘要：本文依据《义务教育信息科技课程标准（2022年版） 》要求，针对课题组研究需要，在南京江北新区几所具有代表性的联合校开展了跨学科主题学习活动应用于信息科技课堂的实践研究，同时对计算思维能力展开调查，验证了跨学科主题学习活动对计算思维培养的有效性。

关键词：跨学科主题学习；计算思维能力；调查

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2024）11-0005-04

引言

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）明确要求要提倡素养导向的评价体系，信息科技课程学生核心素养包括信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任，计算思维是评价体系中的核心素养之一，如何正确理解它的含义并将其渗透到平时的教学中，以及有效评价学生计算思维能力，是一线教师面临的难点问题。因此，本课题组通过联合校教研合作的方式开展了一系列跨学科主题学习活动研究，形成了一部分跨学科主题学习活动设计案例，并在课题组成员所在的联合校中进行推广应用，希望能够促进跨学科主题学习活动对计算思维的培养。

跨学科主题学习活动实施背景

本研究主要从转变学生的学习方式入手，通过在信息科技课堂中开展一系列跨学科主题学习活动来提升学生的计算思维。从这个问题出发，课题组主要想解决以下两个具体的问题：一是如何基于新课标，结合学情分析，从主题、目标、内容、活动和评价方面构建指向计算思维培养的跨学科主题学习活动设计，并将跨学科主题学习活动应用到信息科技的课堂学习中？二是从实验研究视角出发，验证本课题组设计的跨学科主题学习活动对小学生计算思维能力培养是否有效？

目前，对跨学科主题学习的研究主要分为理论研究和实践研究两个层面：理论研究主要是探讨跨学科主题学习的概念、分类以及模型；实践研究主要集中在跨学科主题学习的设计与实施路径两方面。从已有研究来看，对跨学科主题学习的研究还比较分散，但也为本研究厘清跨学科主题学习的内涵奠定了基础。

另外，计算思维培养的相关文献表明，我国对计算思维的培养从幼儿阶段就已开始，在幼儿阶段采用可编程的教育机器人进行培养，这种教育机器人的编程非常简单，起到计算思维启蒙与初步培养的作用；小学阶段多用图形化编程工具培养学生的计算思维，也有利用实物编程进行计算思维培养，在锻炼动手操作能力的同时培养计算思维；在初高中以及大学阶段多采用Python、C语言、C++等进行思维训练，进而培养学生的计算思维。惠恭健等人基于国内外14种评价工具的比较分析，将计算思维的评价工具分为基于试题的评价、基于量表的评价、基于编程任务的评价以及基于系统环境的评价四类，为本课题计算思维能力的测评提供了有力依据。

因此，课题组开展了学生计算思维能力的调查，旨在为整个课题研究提供数据支撑，同时这是对跨学科主题学习活动运用于信息科技课堂教学以及计算思维培养有效性的实践验证。通过对搜集到的数据进行分析整理，找出了跨学科主题学习活动存在不足，便于及时修改调整。

跨学科主题学习活动实施路径

课题组通过联合校教研合作的方式开展研究，课前教师一起协作备课，设计跨学科主题学习活动应用于信息科技课堂的教学，在每一个跨学科主题学习结束后教师们一起总结与反思，针对本次需要改进的地方提出改进策略，进而应用于下一个跨学科主题学习中。具体的跨学科主题学习活动实施路径包含两个方面。

一是从实施跨学科主题学习活动的教师出发，以信息科技教师为主、其他学科教师为辅，实施跨学科主题学习活动。例如，在苏科版信息科技三年级上册“用好数字设备”单元中，首先，教师设计生活中一个又一个用到数字设备的场景，引入主题，让学生在感受数字设备给生活带来便利的同时认识数字设备；其次，让学生归纳出这些数字设备的特征，在归纳分析的过程中培养学生的计算思维；再次，让学生选择一种数字设备，从使用方法、适用场景、注意事项等方面进行探究并分享；最后，以介绍“我最爱的老师”为例，要求学生分小组自主选择数字设备进行介绍，在团队合作的过程中培养学生的计算思维。在该实施路径中，信息科技教师在整个跨学科主题学习活动中占据主导地位，会跨越其他学科的内容，但其他学科的内容也是由信息科技教师在课堂上讲授指导。

二是从跨学科主题学习活动的形式出发，以项目式学习为主，在规划好项目活动方案的前提下跨越其他学科的知识内容。各科教师首先确定跨学科主题跨越学科的种类，然后在各自的学科教学中融入跨学科主题学习的内容，分工完成本跨学科主题学习的任务，最终在规定时间内完成主题的教学。例如，在开展有关“空气”的跨学科主题学习活动时，教师首先要根据主题确认学习的方向，如“空气的性质”“空气的作用”“空气污染”等，确定之后分析可能涉及的其他学科的知识，其他学科的教师再进行任务分工。在这种实施路径中，信息科技学科与其他学科的关系是平行关系，并在各个学科的课堂教学中渗透跨学科主题“空气”的相关知识，如：地理教师结合地理知识，引导学生深化对“空气的作用”“空气的性质”的理解；劳动教师围绕“空气”主题制作相关作品，在信息科技课堂中通过最后结题展示的PPT进行讲授……当各学科的课堂教学内容完成后，这个跨学科主题学习也就完成了，最后进行的跨学科主题学习的结题汇报，则标志着学生们完成了“空气”这个跨学科主题的学习。

跨学科主题学习活动实践调查

在开展了一段时间的跨学科主题学习后，课题组采用问卷调查的形式对实验组和对照组进行调查，了解跨学科主题学习活动对计算思维培养的作用。课题组采用SPSS进行了前后测显著性差异分析以及配对样本t检验。经过前后两轮问卷的发放进行数据搜集，最终回收496份有效问卷，其中前测和后测均248份。调查问卷共设计了29个问题，从创造力、算法思维、合作学习、问题解决能力与批判性思维五方面了解学生计算思维的培养情况。其中创造力维度设置了对问题探究的好奇心等6个问题，算法思维维度设置了对数学运算过程的喜爱程度等6个问题，合作学习维度设置了对小组成员一起体验合作学习的接受度等4个问题，问题解决能力维度设置了是否能将问题或任务分解成容易处理的不同部分等7个问题，批判性思维维度设置了是否愿意学习具有挑战性的事情等6个问题。

1.学生计算思维前后测配对样本的描述统计分析

为了判断学生在进行跨学科主题学习活动后计算思维是否发生显著变化，课题组对计算思维能力调查问卷前后测数据进行了配对样本检测。

由前后测数据可知，计算思维能力问卷前测的平均值为106.21，后测为117.95，后测比前测高出11.74，后测成绩高于前测，后测标准差为17.554，前测标准差为19.991，后测明显低于前测。以上数据说明，在学生进行跨学科主题学习活动后，计算思维能力有所提升，内部离散程度有所降低。同时，学生计算思维前后测问卷之间的相关系数为0.93（P＞0.7），显著性水平为 0.0144（P＜0.05），说明学生问卷前后测之间有显著相关性。

另外，对学生计算思维前后测数据进行配对样本t检验的数据发现，学生前后测问卷均值为-11.736，标准偏差为1.609，标准误差为25.348，显著性为0.000（P＜0.05），说明学生在进行跨学科主题学习活动前后计算思维存在显著差异。

2.计算思维调查问卷前后测各个维度数据的统计分析

可以看出，在学生进行跨学科主题学习后，各维度的均值相较于前测都有明显提升，创造力维度后测平均值比前测平均值高出了1.785，合作能力维度后测平均值比前测平均值高出1.542，批判性思维后测平均值比前测平均值高出2.801，算法思维后测平均值比前测平均值高出2.542，问题解决能力后测平均值比前测平均值高出3.099，说明学生经过跨学科主题学习活动后各个维度的能力都得到提升，其中问题解决能力的提升效果更显著。通过标准误差的分析可以得知，每个维度后测的标准误差均小于前测，说明数据的可靠性在跨学科主题学习活动实施后更高。

3.计算思维各维度的配对样本t检验

数据显示，创造力、合作能力、批判性思维、算法思维、问题解决能力五个维度的前后测配对样本相关性分别为0.803、0.981、0.741、0.778、0.739，它们均大于0.7，表明计算思维的五个维度前后测间具有相关性。

由问卷各个维度前后测数据的配对样本t检验结果可知，学生在创造力、合作能力、批判性思维、算法思维、问题解决能力五个维度的显著性均为0.00（P＜0.05），表明前后测平均值具有显著差异性，说明实施跨学科主题学习活动前后学生在计算思维的各个维度上已经发生了显著变化。

结论与建议

1.结论

（1）跨学科主题教学方式比传统教学方式更受学生欢迎

通过课堂观察、课堂作品呈现、学习任务单以及学生课后的表现可知，学生在跨学科主题学习中能够更大方地表达自己的想法，课堂发言也更积极，同时在调查问卷的填写中也更加配合。调查问卷总分后测的均值比前测均值大，说明学生在进行跨学科主题学习后不仅提升了能力，而且更愿意学习了。同时，跨学科主题教学方式容易让学生在课堂中展现出自己平时不易被发现的能力与知识，从不同角度提升了学生的自信心，从而让学生更加喜欢跨学科主题教学方式，以此形成良性循环。

（2）跨学科主题学习活动能有效促进小学生的计算思维培养

从学生提交的作品以及调查问卷的数据分析可知，课题组设计的跨学科主题学习活动能够有效培养学生的计算思维。同时，问卷数据也表明，在跨学科主题学习活动中，学生在每一个问题解决过程中都需要将问题进行抽象和分解，先抓住解决问题的核心，然后再去解决问题，问题解决能力显著提升。

2.建议

（1）跨学科主题需要进行二级主题的细化分解

本次行动研究中的跨学科主题均来自新课标，在实施的过程中我们发现，目前新课标中的跨学科主题内容跨度偏大，如“在线学习小能手”“自我管理小管家”。而“自我管理小管家”主题其实还可以细分成多个自我管理的小主题，如时间上的自我管理、学习中的自我管理、行为习惯上的自我管理等，在每一个小主题下再进行跨学科活动方案的设计，这样不仅可以解决跨学科主题数量少的问题，而且还能对每一个主题进行深入学习。所以在后续的研究中，课题组需要对已有的跨学科主题学习进行深入研究，进行二级主题的细化分解，形成1～6年级完整的跨学科主题课程图。

（2）跨学科主题学习情境需要更小更细致

在对已有跨学科主题进行二级主题细化的同时，需要将每次创设的真实情境再细化，方便学生能够更好地将学到的知识与技能迁移到真实生活问题的解决中。例如，在“自我管理小管家”中，在将主题进行二级主题的细化后，在“学习中的自我管理”主题下，需要给学生提供各种各样精确的学习场景，如在班级的学习场景下应如何自我管理，在学校自习时应如何自我管理，在学校图书馆学习时应如何自我管理，在听讲座、查找资料时或者小组合作学习时应如何自我管理等，探究在这些场景下如何进行自我管理。

（3）跨学科主题学习活动需要进行分类整理

课题组目前的跨学科主题学习活动是依据每一个跨学科主题进行设计的，只考虑了主题的需要，教师在实践过程中发现目前的跨学科主题学习活动比较分散，缺乏系统性。所以，课题组在后续需要对活动设计进行分类整理，针对不同的跨学科知识利用不同类型的跨学科主题学习活动进行学习，以此形成跨学科主题学习活动网络架构，方便一线教师对照不同的跨学科知识直接选用不同的跨学科主题活动进行教学。

参考文献：

[1]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].北京：北京师范大学出版社，2022.

[2]刘蓓.基于跨学科主题的项目式教学活动设计与实践研究——以小学信息科技为例[D].兰州：西北师范大学，2023.

本文为江苏省教育科学“十四五”规划2023年度立项专项课题“跨学科主题活动培养小学生计算思维的教学策略研究”（批准号：C/2023/03/63）、南京市中小学教学研究第十五期立项课题“小学信息科技跨学科主题活动培养学生计算思维的行动研究”（批准号：2023NJJK15-L26）研究成果。