以计算思维为导向的中职信息技术课程教学行动实践探索

摘要：计算思维是一系列思维活动的集合体，不同的学习内容蕴含的思维方式不同。为助力教师的计算思维提炼和实施过程，作者基于CTACK关系框架确立了以计算思维为导向的单元设计思路，并以“程序设计入门”单元为例进行了具体实现，通过两轮行动研究较好地检验了思维模型，修正了其中可能存在的问题。

关键词：计算思维；信息技术；思维模型

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2023）23-0107-06

计算思维是个体运用信息技术的思想方法，在分析处理问题、解决问题过程中产生的一系列思维活动。不同的学习单元和内容要求蕴含的思维方式不同，教师在实践教学中要根据教学内容提炼计算思维的形成过程和表现形式，并以其为线索，引导学生在解决问题的过程中逐步形成计算思维。随着中职信息技术课程标准的颁布和逐步落实，中职学校信息技术教师已普遍认识到计算思维的重要性，但在实际教学中却存在对计算思维内涵认识不一、对传统软件操作技术与计算思维培养目标把握不清、对不同知识的思维提炼混乱等问题。针对这些问题，笔者尝试基于CTACK关系框架确立以计算思维为导向的单元设计思路，并以“程序设计入门”单元为例进行教学实践，以期对有关问题进行梳理和改进。

单元设计基本思路

1.计算思维在课程单元中的具体化与提炼

中职信息技术公共课具有和普通高中信息技术课程相同的通识属性，它们对计算思维培养的内涵界定趋于一致，因此可以参照现有普通高中比较成熟的计算思维具体化思路，在充分考虑中职学生职业发展目标的要求和现有水平基础上，按照“模块对应计算思维水平描述分析遴选（高中课标）—模块内容标准（中职课标）—模块计算思维总体描述—模块计算思维具体表现形式”的思路，将其具体化到“对象与管理”“数据与计算”“设计与实现”“系统与工程”“规则与安全”“协作与交互”等六大思维主题之中进行。

“程序设计入门”是中职信息技术课程中的第五模块，主要培养学生的算法思维，依据以上思路，将其具体到六大思维主题之中，主要表现为：

①对象与管理。将现实问题置于计算机解决问题的思路意识；抽象、建模。

②数据与计算。数据正确区分、恰当表示，数据的合理组织和分析；算法描述方法。

③设计与实现。算法迁移应用；模块设计与调用；程序语言实现与选择。

④系统与工程。模块化和系统化解决问题方案；设计评估方案中的迭代、优化、分解、自动化等。

⑤规则与安全。算法解决问题遵循的基本步骤；程序语言基本规范。

⑥协作与交互。学习过程中的师生、生生协作交互及学习评价能力。

2.基于CTACK关系框架设计单元结构

由于学生的计算思维培养不可能孤立存在，必须依托学科知识与问题解决活动进行，因此，可以参考CTACK关系框架设计单元结构。如图1所示，先看CTACK关系框架中的三角形部分，其中的CT代表计算思维，A代表活动，CK代表学科知识，三者关系为：计算思维的培养需要依托学科知识和活动的开展，学科知识需要观照与映射计算思维，并在活动中不断进行知识建构，学科活动需要在师生共同活动中逐步建构与之相适应的思维方式。再看框架图上方的圆形部分，其中的IC、DL、IS分别代表信息意识、数字化学习与创新、信息社会责任三项学科核心素养，它们以计算思维为主导，学生在形成与发展计算思维的同时，也会渗透并发展其他核心素养目标。

以此为参照，教师在设计单元教学时，必须将学科知识和思维培养融入到学科活动中，并指向“运用”“分析”“综合”等面向思维培养的高阶学习目标，具体过程可以按照以下三步进行。

第一步，确立单元三维教学目标和评估标准，其中三维目标包括大概念理解建构的知识目标、问题解决的能力目标、计算思维和核心素养的思维目标，由于思维目标蕴含在知识和问题解决活动之中，可以参考计算思维的具体化表现将其提炼出来。

第二步，从课标内容模块和学业要求入手，挖掘知识内容蕴含的内在逻辑，厘清内容对应的计算思维表现水平，通过问题解决活动组织，融入适合的社会经验主题，从而实现“知识—思维—经验—问题—活动”这一过程的具体设计。

第三步，按内容关联程度将教学目标分解成课时学习目标，结合有意义接受式、任务驱动式以及小组协作式等方法开展教学活动，适当为学生提供学习资源、技术工具以及可视化表征策略等学习支架，尽可能降低思维培养的难度，帮助学生达成思维培养目标。

“程序设计入门”单元共12学时，整个模块的设计框架如图2所示。在第一个单元主题的设计中，每个任务中设置融入思维和知识的教学活动，如下页图3所示。

行动实施过程

1.选择行动研究对象

中职信息技术课程作为学校的公共基础课，通常涉及多个专业背景。以笔者所在学校为例，计算机、汽修、建筑等专业都开设信息技术课程，时间安排主要集中在高一和高二上半学期，共108学时。从整体情况来看，学生学习基础相对较弱，学习思维参与不够，而且不同类型班级的划分存在比较大的成绩差异。面对这一学生群体，笔者优先选择了计算机专业班级作为研究对象，原因有二：一是计算机专业学生在入学之后，接触了计算机专业相关课程，对信息技术的理解和应用有更多的体会，这对于以思维为导向的基础课学习有很大帮助；二是计算机专业学生的入学成绩相对中等，其思维训练的提升水平对后期在全校全面开展有一定的借鉴性。

2.准备工作

①设计针对学生计算思维学习状况的调查问卷，通过数据分析了解学生学习前后计算思维的变化情况。

②设计面向师生的开放性问题访谈，了解教师对计算思维类型课堂的实施和把握程度，知晓学生课堂参与的体会与反馈等。

③准备各类学习资源，了解学生对可视化工具等技术的熟悉程度，利用课前时间引导学生自学相关知识技能，助力思维课堂的顺利进行。

3.实施基本过程

第一轮教学实践选择2021级计算机专业28名学生，该班每周有两节信息技术基础课程，作为第一轮实验课。为了验证课堂设计的适用性，先优选了模块中的前五节基础课堂，分别由笔者和另外两名主讲教师进行案例组织和讲解，然后通过互动讨论，找出可能存在的问题，并根据实际情况进行修改调整，从而达成一致共识。

第二轮教学实践选择2022级计算机专业46名学生，这次实践扩大了学生数额和单元课时（12课时），笔者担任本班信息技术授课教师，完成12课时的授课计划，其他成员全程参与课堂观察与课后讨论。

每轮行动的开展一致遵循基本的流程，即“要解决的问题—制订计划—教学实施—过程观察—教学反思”，具体要点如下页表1所示。

4.实施中的现实问题与调研情况

（1）案例设计和课堂开展情况

在第一轮教学实践中，课时案例是在计算思维结构剖析具体化、CTACK关系框架引领、单元整体设计及具体化设计过程中同步交叉进行，因此，具体的课堂案例设计遵循了由上到下的理论基本指引和从实际出发的由下到上的融合考量，也存在两者融合过程中的协调改进等问题，主要包括以下几点：

①第一轮教学实践由三名教师协作完成，尽管之前进行了统一的思路协商，但在具体设计时依然出现教师对计算思维内涵的理解不够、思维目标定位不清、围绕思维的活动组织和问题设计存在偏差的问题。在教学中，教师会不自觉地陷入以知识点为主的常规教学中，或者把握不住要达成的隐含的思维线索，而将重心放在知识点的碎片化理解和整理方面。对于这些问题，笔者首先进行了第一节《认识算法》的案例思路分享和实践展示，在和教师一起研讨的过程中明确了“问题提出—活动参与—知识融入—思维提升”的基本步调。

②每节课的计算思维提炼，不同教师的挖掘程度不一，对同一关键词的理解有程度上的差异。针对这一问题，应该充分考虑学生的学习接受能力，既不能将思维目标定得过高、过泛，也不能局限于单个情境的问题解决。在思维的可视化表达支撑方面，不同的教师有不同的表达欲求，其思路展示也各不相同，如同一个问题，可以用聚类图表示，也可以通过表格展示，不强求具体软件和表征方式的使用，只注重可视化的表征是否能够体现思维表达的基本要求。

③在课堂实践表现中，以计算思维为导向的课堂对师生的要求都有所提升，教师在授课时明显存在教学流程的适应性问题。因为与常规教学相比，“问题提出—活动参与—知识融入—思维提升”的课堂实施有很大的挑战性，教师需要不断保持活动组织者和引领者的意识，以引导思考的方式启发学生，避免课堂出现节奏变慢时急于给学生提供答案的状况。在学生学习参与方面，学生普遍积极性比较高，课堂思考的机会增多，思考的程度也明显加深，其在完成习题与作业方面有明显的改善。但是由于连续几节课的要求逐步提升，部分学生有一定的不适应和倦怠现象，需要教师实时关注。

以此为基础，笔者对单元各部分的思维具体化过程进行了调整修改，并以此为借鉴，在第二轮教学实践中，在把握大单元和模块设计思路的前提下对12课时的内容进行了重新梳理。考虑到增加了函数、模块、典型算法、综合应用等深度内容，思维可视化的支撑也不可少，其具体实现除了流程图绘制，还在知识概念、问题解决及系统设计方面通过图示展示思维的过程。第二轮教学实践已尽力避免第一轮行动中容易出现的问题，不过学生的思考参与问题仍然存在，但已经有了很大的改善。而且由于实施的是整个单元的思维导向学习，在学习难度提高的同时不同学生的学习目标达成方面的差距也日渐明显。

（2）问卷调查

在第一轮面向计算机专业学生的调查阶段，主要有28名学生全程参与，发放问卷28份，回收28份，其中有效问卷28份，回收率100%，有效率为100%。问卷主要调研学生经过5个课时的体验学习，对计算思维、算法解决问题一般过程、思维目标课堂、图示工具应用等几个维度的理解与掌握情况，主要调研数据和分析如下页表2所示。

在第二轮面向计算机专业学生的调查阶段笔者选择了有46名学生的班级，因为学习单元内容有所增加，所以在整体规划建模、调用函数/库、典型算法、综合应用类问题等方面添加新的调研内容。从较大样本的数据来看，尽管年级不同，但高一新生的基本情况与前一年级保持一致，在一些具体选项如数字化表达重要性方面，数据有明显的提升。学生在一段时间多课时、多内容的学习之后，对系统把握、问题解决、知识融入和思维提升的理解更为具体深入，其在对自我困难和期望方面更切实际。

（3）师生访谈

教师访谈主要围绕计算思维内涵理解、教学内容思维体现、单元模块思维目标达成，以及思维课堂落实方面展开，访谈对象包括实施思维导向教学的教师和普通信息技术授课教师，访谈形式包括正式的专门问题访谈、课堂备课或课后的研讨交流。通过访谈，笔者了解到绝大多数教师对思维教学的课标要求比较重视，但对如何开展存在疑惑，几名教师对不同教材的思维体现存在不同看法，即使是同一课时，在研讨思维教学时也存在不同的教学方案，大家迫切需要一种既有一定模式引领又能体现具体内容的方案参照，这和笔者的研究存在一定契合。因此，笔者的思维导向课堂设计思路为其他教师提供了一种参考，并在逐渐吸收不同教师的建议之后，模式拓展应用也得到了更多的论证。

学生访谈主要围绕信息技术课程支持专业学习、计算思维重要性认识、编程学习等方面展开，一般在课前或课后进行，访谈对象既包括计算机专业学生，也包括其他专业的学生。通过访谈，了解到绝大多数学生对思维教学比较重视、认可，参与思维课堂学习的学生对学习有了更高的要求，在自我反思能力和自我信心方面也有了一定提升。不过，由于学生水平参差不齐，个别学生的思维学习还存在一定障碍。

实践反思

两轮教学较好地检验和修正了以计算思维为导向的单元设计思路和方法，学生对这一课堂表现出较高的兴趣和满意度，以“程序设计入门”单元为代表的抽象建模、数据处理、流程组织等思维能力有明显提升。

当然，在多次调整和修改教学设计过程中，笔者也发现了一些问题需要改进。例如，基于计算思维的基本设计思路，没有包含教学实践中的许多细节，一线教师在参考的过程中，还需要对教学内容进行具体分析，结合自我的理解构造思维课堂；知识作为思维的载体，要兼顾好重要知识和非重要知识的比例；教师在课堂授课时，在项目、任务、问题等口语化的表达方面很容易产生混淆，应注意在整个教学情境中尽量保持一致；案例设计实践只是针对一个单元的实现过程，只能实现以计算思维为主导的课堂模式的部分设想，关于思维的评价仅限于调研数据和主观评价方面，学生的分解、迭代、修正等思维能力表现还比较欠缺，还需要在其他单元模块中继续深入把握。

参考文献：

[1]余燕芳，李艺.基于计算思维的项目式教学课程构建与应用研究——以高中信息技术课程《人工智能初步》为例[J].远程教育杂志，2020（01）：95-103.

[2]于颖.计算思维主导的高中信息技术教材结构设计研究[D].长春：东北师范大学，2017.

[3]张海青.聚焦计算思维的中职信息技术课程单元设计研究——以“程序设计入门”单元为例[J].中国信息技术教育，2023（11）：108-112.

作者简介：张海青（1979—），女，青岛市城阳区职业中等专业学校讲师，南京师范大学教育技术学硕士，研究方向为信息化教学设计。

基金项目：青岛市教育科学“十三五”规划教师专项课题“中职信息技术课程中计算思维的可视化研究”（课题批准号：QJK135D1278）。