国外小学计算思维教学活动分析及启示

    林泽珊

    

    

    

    [摘? ?要]近年来，世界各国越来越重视在基础教育阶段培养学生的计算思维，而如何在小学课堂中设计计算思维教学活动则是关键所在。文章以国外Code.org“编程一小时”和美国计算机科学教师协会发布的计算思维课程的教学活动为分析对象，以计算思维培养目标为导向，分析教学活动和教学行为，并且从插电与不插电的教学相结合、基于真实问题情境的教学、自主学习与合作学习相结合三方面阐述了其对我国小学计算思维教学的启示。

    [关键词]计算思维;教学活动;“编程一小时”;问题情境

    一、问题的提出

    为了更好地适应21世纪对创新型人才提出的新要求，世界各国纷纷将计算思维培养列入基础教育阶段课程学习目标，这使得计算思维在基础教育阶段的价值越发突显。比如，美国在2014年将发展学生计算思维列入高中计算机科学概论课程目标，而我国也在《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》[1]中将计算思维列入信息技术学科核心素养体系，并且随后指出应从小培养学生的计算思维。美国计算机科学教师协会（Computer Science Teachers Association，以下简称CSTA）和国际教育技术协会（International Society for Technology in Education，以下简称ISTE）在2011年共同发布了《CSTA计算思维教师资源手册》（以下简称《手册》）[2]，为中小学教师开展计算机教学提供了重要指导。此外，计算思维也将被纳入2021年国际学生评估项目（PISA2021）中。

    事实上，国外计算思维教育起步较早，并且将中小学作为实施计算思维教育的主阵地[3]，无论是教学实践还是教学研究都相对成熟。而我国计算思维教育起步较晚，教学资源相对匮乏，还未能形成成熟的经验或做法以有效指导教师开展相关教学实践或研究。此外，思维的培养是一个长期的过程，需要从小培养学生的计算思维，为其理解人工智能时代的自动化奠定坚实的基础。因此，文章选取并剖析了国外小学阶段的计算思维教学案例，借以阐述如何设计有利于计算思维培养的教学活动并落实在常规课堂中。

    二、计算思维与国外计算思维教学案例概述

    1.计算思维的内涵

    2006年，计算机科学家周以真首次将计算思维界定为解决问题的一系列思维活动[4]，并指出计算思维将和阅读、写作、数学一样，成为学生必须具备的基本素养和能力[5]。为支持中小学教师进行计算思维教学，CSTA和ISTE于2011年共同发布了关于计算思维的操作性定义[6]，规定了计算思维的六个过程要素——提出问题、分析问题、表征数据、设计算法、实施与评估解决方案、迁移应用，以及计算思维观念和态度的五方面——解决复杂问题的信心、恒心、耐心、解决开放问题的能力、与人沟通协作的能力。该定义为中小学开展计算思维教学提供了重要指导。ISTE于2018年进一步强调计算思维应基于计算机科学知识，并注重通过实践操作进行问题解决[7]。本文将依据CSTA和ISTE提出的操作性定义剖析计算思维教学活动。

    2.计算思维教育培养研究现状

    国外有关计算思维培养的实践研究较为成熟，且多集中于青少年阶段[8]。一些国家较早将计算思维纳入学校课程培养体系，开发出了很多具有参考价值的资源。虽然我国基础教育层面关于计算思维教育的研究相对较少，但在《普通高中信息技術课程标准（2017年版）》中突出了计算思维，将其作为信息技术学科核心素养，彰显了我国在智能时代对培养学生计算思维的重视。近两年来，关于计算思维在我国基础教育阶段的研究再度引起了广泛关注。但在实际教学中，有关计算思维的培养途径仍较为单一，主要依托编程教学。因此，本文选择从跨学科视角对小学阶段的计算思维课程活动进行深入剖析，为教师有效开展计算思维教学提供借鉴。

    3.CSTA和Code.org课程教学案例概述

    CSTA成立于2004年，致力于K-12计算机教育。CSTA和ISTE发布的《手册》中囊括了K-12阶段不同学科的教学案例[9]。本文主要选取《手册》中有关小学阶段计算思维课程的教学活动作为分析对象。而Code.org是美国的一个公益组织，成立于2013年，发展至今影响力很大。Code.org网站发布的课程，目的不仅在于以有趣、协作和创新的方式教授计算机科学，而且在于教授计算思维和解决问题的方法。相关研究也表明，Code.org课程具有激励性的功能和指导材料[10]，可作为小学生计算思维培养的启蒙课程[11]。国外研究者也利用Code.org“编程一小时”课程中的教学活动进行了计算思维教学[12-13]。

    三、小学计算思维教学活动分析

    1.确定计算思维教学活动分析框架

    单俊豪等人[14]提出的计算思维教学活动分析框架具有较高的信度，在此基础上，结合计算思维的操作性定义，可将计算思维教学活动目标细化为计算思维概念与技能、计算思维观念与态度两个维度，并确定如图1所示的计算思维教学活动分析框架。

    2.活动分析

    对于CSTA和Code.org课程教学活动的相似点以及各自的特色，可从活动导入、活动探究、迁移应用、活动总结四方面进行分析。

    （1）活动导入

    两类课程均以计算思维概念（如算法、循环、条件判断、二进制等）为本，并将概念融入活动中，在活动中反复强调同一个概念，让学生通过活动探究不断深化对概念的理解。

    在CSTA课程活动中，教师通过创设情境引出概念。例如教学“方向指示”一课时，教师抛出问题“眼睛无法看清路，该如何到达指定目的地”，引导学生提供方向指示，引出顺序概念。“生长中的植物”一课则愈加彰显跨学科培养计算思维的理念，学生通过探究“如果在学校种下种子，而在假期没有人留校，该如何给植物浇水”的问题建立起与计算机科学的联系，并通过探究“如何根据需要采集日光和水分给植物补充养料”的问题培养用科学知识解决实际问题的能力。