面向计算思维培养的信息科技课程活动设计探究

摘要：本文基于互联网、物联网、人工智能等新兴技术和跨学科主题，依托相关原理、智能设备及多学科知识，开展创新研究和课程活动探究，探索计算思维培养的方法和路径，以期为相关研究和一线教师的教学实践提供参考，并能在一定程度上推动新时代语境下教育模式的转变和生态重构。

关键词：计算思维；信息科技；课程设计

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2024）06-0080-03

随着信息社会的不断演进，计算思维已成为信息科技教育领域中备受关注的研究焦点，但计算思维教学的研究尚未形成系统。目前，在中小学教学中，为达到计算思维人才培养目标而展开的教学活动普遍存在活动设计较为单一，教学中注重编程教学、忽视计算思维培养等问题，同时，大部分教师并未意识到计算思维对人才培养的重要性，很难真正地将计算思维从计算机教学中剥离出来。因此，如何将计算思维更深入地融入教育教学中，值得教师深思。

计算思维的定义与内涵

2006年3月，美国卡内基·梅隆大学的周以真教授首次提出并界定了计算思维的概念，将其定义为：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。[1]《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）中描述到：“计算思维是指个体运用计算机科学领域的思维方法，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]由此可见，计算思维在信息技术课堂上的地位与作用越来越重要，计算思维既是信息科技学科核心素养之一，又是信息科技教学的关键。计算思维是抽象、模式识别、算法设计、评估和迁移等一系列复杂思维活动的综合体（如下页图1），它与信息科技有着天然联系，在教学中具有重要作用。

计算思维培养的意义与价值

1.聚焦计算思维，提升适应力

在不同的数字化场景中生活、学习，需要运用计算思维的方式来认知、理解和适应不同的环境。计算思维使学生能够更加灵活地应对复杂多变的信息时代，使其具备持续学习和适应变化的能力。因此，培养计算思维，就是培养学生面对未来社会的适应能力。

2.注重计算思维，接轨网络时代

在互联网、物联网和人工智能技术日益发达的今天，需要注重计算思维，接轨网络时代。新课标中提出的跨学科主题学习为计算思维的培养提供了新的路径。主动探索跨学科学习与计算思维的教学融合，有助于学生更好地接轨网络时代的发展潮流，为未来的成功奠定坚实基础。

在信息科技课程中进行活动探究的可行性

1.政策有指导

信息科技课程首次作为独立科目被纳入课程方案，在新课标中，计算思维作为信息科技课程的核心素养之一被明确提及，并赋予了相应的涵义和学段目标。为了有效推进信息科技教育，提高和培养青少年的数字素养和技能，教师应当深入学习新课标，并准确把握相关要求。

2.环境资源有保障

在《教育信息化2.0行动计划》中，“人人都能获得优质教育资源”是其重要目标。为了实现数字化校园建设的全面覆盖，该计划将信息化教与学应用扩展至所有教师和学生，以满足各级各类学校的教育需求。

此外，利用教育大资源、优秀课程案例、教育数据等共享信息，可以推进教师自身教育观念与模式、授课内容与方式的创新。这一系列实施行动为信息科技课程的活动探究提供了环境资源的支持与保障。

3.课程设置有支撑

如今，信息科技课程构建了以核心素养为体系的课程内容结构，通过内容模块和跨学科主题学习模块两部分涵盖义务教育学段的课程内容，凸显信息科技与学习、生活的紧密联系，旨在培育和提升青少年的数字素养与技能。从新课标课程内容模块中的计算思维核心素养和学段目标可以发现，计算思维体现出抽象、模式识别、算法设计、迁移等思维活动，呈现的教学环境包括互联网、物联网、人工智能等新兴技术，突出的教学方法是围绕跨学科主题学习展开。

在课程活动设计中，可将计算思维的培养融入到互联网、物联网、人工智能、跨学科主题学习中。课程活动分为以下几个方面：基于互联网渗透抽象思维、基于人工智能锻炼模式识别思维。基于物联网培养算法设计思维、基于跨学科主题提升迁移思维。课程活动设计探究结构框如图2所示。

计算思维指向的内容模块课程活动设计

1.基于互联网渗透抽象思维

互联网推动着人类的学习、生活和工作由物理空间向网络空间和数字空间逐步迁移。基于互联网的创新创造是推动数字时代社会进步和国家发展的重要力量。[2]

因此，教师可从以下几点培养学生的抽象思维：第一，立足互联网环境培养学生思考和解决问题的抽象思维。这种抽象思维是互联网发展和应用实践在学生思维中的映射，经过长期的积累和内化，成为学生思考和问题解决的认知方式和思维结构。第二，在面对复杂问题时，教师应引导学生利用互联网资源，选择合适的方式来表述问题，或者通过建立合适的模型来处理问题，从而使问题变得容易解决。第三，将互联网技术作为抽象思维的基石，通过互联网引导学生抽象思维的发展方向。第四，引导学生思考如何将互联网作为新型工具服务于他们的创造性劳动，以提高学生通过抽象思维来分析和解决问题的意识和能力，为学生的能力发展创造条件。

2.基于人工智能锻炼模式识别思维

人工智能是一门新兴的技术科学，涉及研究和开发用于模拟、拓展人类智能的理论、方法、技术和应用系统。[2]

教师要从身边的人工智能应用场景入手，鼓励学生寻找和发现身边的人工智能应用。通过对常见人工智能应用的分析，使学生发现其中的实现方式，了解实现方式的计算过程，进而积极研究其他人工智能，如语音识别、智能家居、智能门禁等应用的实现方式。

学生在观察事物或现象时，通常会比较其与其他事物或现象的差异，并根据特定目的将相似的事物或现象归类。从模式识别的角度来解释，观察到的具体事物可以看作是样本，而其所属的事物类别，即代表这些事物的“概念”可以看作是模式，主导这一活动的思维便是模式识别。所以，学生利用人工智能应用深入开展学习研究，思考不同应用之间的模式识别问题，清楚解决问题所采取的处理方法，以此来锻炼他们的模式识别思维活动，使其头脑中的知识更加完善、精细，进而提高他们利用模式识别思维来分析与解决问题的意识和能力。

3.基于物联网培养算法设计思维

物联网作为新型信息基础设施，通过将人与物、物与物连接起来，实现万物互联。它为大数据和人工智能等信息科技的发展和普及提供了不可或缺的重要支撑，是继互联网之后的新一代技术革命。[2]

为深入培养学生的算法设计思维，教师通过实例让学生感受万物互联的场景，清楚物联网实现万物互联的基本原理。在研究物联网系统中的数据采集、处理、反馈控制等关键功能的算法时，着重引导学生设计一种对实际要处理的数据尽可能优化的算法。在算法建设完成后，促使学生进行思维发散，即依照相同的问题解决思路或方案来处理类似问题，使用实验设备搭建自己设计的物联网系统，由简到繁，由易到难，对多样化的物联网系统进行递进式分析。学生在分析中了解万物互联的途径，体会物联网的独特魅力，提高利用算法设计来拓展思路、勇于创新的能力。

4.基于跨学科主题提升迁移思维

实现跨学科主题学习的关键在于在信息科技课程中嵌入跨学科学习的设计和实施，这样就可以通过深化和扩展学生对学科知识和学科方法的理解来促进学生计算思维的发展。[3]在设计其他课程教学活动时，教师可根据信息科技课程中计算思维活动发生的顺序进行组织，以提高学生跨学科思考的意识和能力，从而促进学生迁移思维水平的提升，这种跨界思考的能力能够帮助学生发现新的解决方案、创造新的价值，并推动不同领域之间的交流与合作。

结语

教师在设计信息科技课程时，必须从具体的课程出发，深入挖掘各单元中蕴含的计算思维，以适应未来智能时代的培养需求。将计算思维与互联网、物联网、人工智能、跨学科主题融合教学相结合，不仅是教学形式的转变，更应该是一种方法论上的创新。为此，教师需要变革培养方式，更新培养内容，明确在教学过程中如何培养学生的计算思维，从而使学生能够运用计算思维解决实际问题。

参考文献：

[1]Wing J M. Computational Thinking[J].Communications of ACM，2006，49（03）：33-35.

[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].北京：北京师范大学出版社，2022.

[3]万昆.跨学科学习的内涵特征与设计实施——以信息科技课程为例[J].天津师范大学学报：基础教育版，2022，23（05）：59-64.