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本文由《電化教育研究》雜志授權(quán)發(fā)布

作者：張立國、王國華

摘要

計(jì)算思維作為信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，是信息化社會(huì)中數(shù)字公民所應(yīng)具備的基本素養(yǎng)。文章通過對(duì)國內(nèi)外的18個(gè)計(jì)算思維概念的核心詞匯進(jìn)行抽取，理清了計(jì)算思維的核心本質(zhì)，并對(duì)其概念進(jìn)行了界定，同時(shí)闡明了計(jì)算思維對(duì)于信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的價(jià)值。文章認(rèn)為，計(jì)算思維本質(zhì)上是人們理解自然系統(tǒng)與社會(huì)系統(tǒng)的思維方法和思維活動(dòng)，是使用科學(xué)工具進(jìn)行抽象模擬以尋求問題解決最優(yōu)化方案的系統(tǒng)過程；計(jì)算思維既是信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的根基，也是聯(lián)結(jié)基礎(chǔ)操作與行為思想的核心要素，更是信息技術(shù)核心素養(yǎng)培養(yǎng)的著力點(diǎn)。在對(duì)國內(nèi)外文獻(xiàn)分析及計(jì)算思維特征分析的基礎(chǔ)上，提出基于游戲化理念、問題解決理念、可視化理念的計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)策略。

關(guān)鍵詞： 核心素養(yǎng)； 學(xué)科素養(yǎng)； 信息技術(shù)； 計(jì)算思維

2016年9月，《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》正式發(fā)布，確立了以“全面發(fā)展的人”為核心的學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)體系，闡述了中國學(xué)生培養(yǎng)的基本立場(chǎng)，對(duì)中國教育發(fā)展及人才培養(yǎng)方向給定了明確目標(biāo)。2018年1月，教育部印發(fā)《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》，突出“立德樹人”的核心目標(biāo)，新課程標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)隱的“信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任”等4大信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)也逐漸進(jìn)入人們的視野。信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)在信息技術(shù)學(xué)科具體化與操作化的表述，是學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)培養(yǎng)的基礎(chǔ)之一。計(jì)算思維作為信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，以其“面向?qū)W科”的特性受到格外關(guān)注。因此，科學(xué)把握計(jì)算思維的內(nèi)涵及本質(zhì)，理清計(jì)算思維在信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)體系的價(jià)值定位，對(duì)于人們清晰地認(rèn)識(shí)信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)體系以及學(xué)生信息技術(shù)學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

 新頒布的《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》將計(jì)算思維確定為一項(xiàng)重要的信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)，足見計(jì)算思維在基礎(chǔ)教育階段學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展中的重要作用，在進(jìn)一步探討計(jì)算思維之于信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)定位之前，需要首先明晰什么是計(jì)算思維。

卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)華裔計(jì)算機(jī)科學(xué)家周以真于2006年在《Communications of the ACM》雜志首先提出“計(jì)算思維”的概念，計(jì)算思維概念的提出在計(jì)算機(jī)等信息技術(shù)學(xué)科掀起陣陣波瀾。2009年，美國“國家研究委員會(huì)”組織了兩場(chǎng)關(guān)于計(jì)算思維的研討會(huì)，重點(diǎn)提及計(jì)算思維在教育領(lǐng)域應(yīng)用的可能性及前景。2011年，“國際教育技術(shù)協(xié)會(huì)”和“計(jì)算機(jī)科學(xué)教育協(xié)會(huì)”制定了面向基礎(chǔ)教育的計(jì)算思維課程內(nèi)容及框架。2012年，英國教育部公布了以計(jì)算思維為核心內(nèi)容的計(jì)算（Computing）課程，用以取代原有的中小學(xué)信息通信技術(shù)（Information and CommunicationTechnology，ICT）課程。2016年11月，由美國計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)、計(jì)算機(jī)科學(xué)教師協(xié)會(huì)、網(wǎng)絡(luò)教育創(chuàng)新中心等多家跨州、跨學(xué)區(qū)組成的專家組聯(lián)合發(fā)布了《K-12計(jì)算機(jī)科學(xué)框架》，該框架更是將計(jì)算思維確立為美國基礎(chǔ)教育階段計(jì)算機(jī)課程的核心內(nèi)容。通過以上內(nèi)容不難發(fā)現(xiàn)，計(jì)算思維的教育價(jià)值得到普遍的認(rèn)可，眾多國家及地區(qū)正將計(jì)算思維作為基礎(chǔ)教育階段信息技術(shù)課程的指導(dǎo)理念及核心要素付諸實(shí)踐。

關(guān)于計(jì)算思維，周以真在提出該概念的同時(shí)，也對(duì)其進(jìn)行了界定：計(jì)算思維就是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的思維方式及基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題解答和系統(tǒng)設(shè)計(jì)，像計(jì)算機(jī)科學(xué)家一樣思考問題、理解問題、解決問題等一系列涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)的思維活動(dòng)。[1]雖然該定義是較為經(jīng)典的定義，但是其權(quán)威性并未得到業(yè)界的一致認(rèn)可，尤其是計(jì)算思維的本質(zhì)、內(nèi)涵及外延等都不是很明確，因此，本研究將通過相關(guān)定義的梳理與總結(jié)對(duì)計(jì)算思維做出界定。

（一）技術(shù)路線

計(jì)算思維是探求信息技術(shù)核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)范疇，準(zhǔn)確界定其內(nèi)涵與外延關(guān)乎計(jì)算思維發(fā)展與信息技術(shù)核心素養(yǎng)培養(yǎng)能否成功。根據(jù)已有研究可知，國內(nèi)外不同學(xué)者從各自的角度對(duì)計(jì)算思維進(jìn)行了界定。盡管不同概念本質(zhì)上有些相似之處，但其概念、內(nèi)涵及外延也不乏相異，無疑對(duì)共識(shí)的形成構(gòu)成挑戰(zhàn)。關(guān)于基本概念的研究，傳統(tǒng)的做法是對(duì)相關(guān)概念進(jìn)行加和，以此形成自己的解釋，然而需要注意的是，該方法既不能從根本上理清其內(nèi)涵與外延，也無法探究其相關(guān)概念的本質(zhì)，更無法體現(xiàn)研究的科學(xué)性。因此，本研究擬擺脫傳統(tǒng)思路及方法的桎梏，運(yùn)用詞頻分析法篩選已有概念的核心詞匯，通過核心詞匯的詞頻、出現(xiàn)率等指標(biāo)反映其重要性，以此界定計(jì)算思維的核心本質(zhì)。

（二）數(shù)據(jù)來源

以中國知網(wǎng)（CNKI）數(shù)據(jù)庫平臺(tái)為依托，以篇名“計(jì)算思維”并“概念”的形式進(jìn)行檢索，得到文獻(xiàn)185篇，通過人為篩選共計(jì)選摘錄18個(gè)相關(guān)概念，其中國內(nèi)關(guān)于計(jì)算思維的界定概念8個(gè)，國外相關(guān)界定10個(gè)。研究者往往以“種差+屬名”的形式進(jìn)行基本概念的表述，即以“差別表述+基本內(nèi)核”的方式界定基本概念，如果需要了解一個(gè)概念的內(nèi)核則需要發(fā)掘其“屬名”。[2]在研讀文獻(xiàn)的過程中我們發(fā)現(xiàn)，概念界定基本都是以“形容詞+名詞”或“形容詞+動(dòng)詞”的形式進(jìn)行表述，那么這些“名詞”和“動(dòng)詞”自然就成為概念“屬名”的來源，通過抽取這些“屬名”來直觀反映計(jì)算思維的內(nèi)核無疑兼具科學(xué)性及客觀性。當(dāng)然“屬名”的抽取也要根據(jù)不同文獻(xiàn)表述做出適當(dāng)修改，同時(shí)要對(duì)相關(guān)近義詞進(jìn)行適當(dāng)替換以防止“屬名”的重復(fù)。

（三）計(jì)算思維的概念

通過文獻(xiàn)檢索，使用“種差+屬名”的方法抽取計(jì)算思維概念的核心詞匯，其簡(jiǎn)略表見表1。通過表1初步統(tǒng)計(jì)，共得到核心詞匯38個(gè)，但是存在大量意義相近的近義詞，例如“問題求解”、“問題解決”和“問題解答”，“思維策略”和“思維方法”等，通過近義詞的合并與整理，共計(jì)得到14個(gè)核心詞匯，其中出現(xiàn)頻次3次以上的有8個(gè)，具體見表2。

表1 計(jì)算思維概念列表及核心詞匯（部分）

表2 計(jì)算思維核心詞匯統(tǒng)計(jì)表

通過計(jì)算思維核心詞匯的統(tǒng)計(jì)不難發(fā)現(xiàn)，關(guān)于計(jì)算思維概念已有的界定存在如下幾種說法：

第一，問題解決說。問題解決說是業(yè)界關(guān)于計(jì)算思維較為共性的認(rèn)識(shí)，計(jì)算思維可能存在多種屬性，但是問題解決是其必備的屬性之一。例如，周以真在2006年及2011年給出定義的時(shí)候，計(jì)算思維的內(nèi)核都是問題解決。美國的教育技術(shù)協(xié)會(huì)、Google等組織在界定計(jì)算思維概念時(shí)也都在向問題解決的范疇靠攏。而我國研究者深受周以真及相關(guān)組織影響，傾向于使用問題解決來確定計(jì)算思維的基本框架及范疇，例如，我國新印發(fā)的《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》中就將計(jì)算思維表述為“問題解決過程中的一系列思維活動(dòng)”[3]。

第二，系統(tǒng)說。如果說計(jì)算思維的問題解決說受到美系學(xué)術(shù)組織及個(gè)人影響的話，系統(tǒng)說則深受英國學(xué)術(shù)組織的影響，尤其英聯(lián)邦國家更加明顯。例如，英國學(xué)校計(jì)算課程工作小組和英國皇家科學(xué)院都將計(jì)算思維界定為人對(duì)自然、社會(huì)及相關(guān)交互的深度理解，是一種系統(tǒng)性的思維，而不單單將計(jì)算思維作為問題解決方法來看待，更加注重人對(duì)現(xiàn)實(shí)世界及其規(guī)律的認(rèn)識(shí)。與英國關(guān)系較為密切的國家，例如愛爾蘭等也基本遵循了相關(guān)思路，對(duì)計(jì)算思維概念進(jìn)行了界定，雖然表述略有差別，但是其內(nèi)核都是系統(tǒng)說。

第三，過程說。過程說的發(fā)展具有一定的歷史，從黃崇福指出“計(jì)算思維就是思維過程或功能的模擬方法論”[4]，到王飛躍的“以定量化的方式進(jìn)行思考的過程”[5]，再到Wuff將計(jì)算思維界定為“抽象為過程的現(xiàn)象”，眾多研究者從計(jì)算機(jī)技術(shù)的視角將計(jì)算思維界定為一種思維模擬或信息處理的過程，同時(shí)為了有效區(qū)別問題解決的過程，過程說更加突出計(jì)算思維概念中的計(jì)算特質(zhì)。

第四，活動(dòng)及方法說。另外不少研究者從行為學(xué)角度出發(fā)，認(rèn)為計(jì)算思維本質(zhì)上是一種活動(dòng)，同時(shí)也是思考問題的方法，是人們認(rèn)識(shí)世界及改造世界的方法論及實(shí)踐論。例如，李廉認(rèn)為計(jì)算思維實(shí)際上是“一種構(gòu)造思維的框架，是人們‘設(shè)計(jì)’與‘建造’現(xiàn)實(shí)世界的思維方法”[6]，計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展加速了這種新型思維方式的形成。Settle和Perkovic則認(rèn)為“計(jì)算思維是一種系統(tǒng)的思維方法，以及該思維方法指導(dǎo)下的協(xié)作、記憶、評(píng)估等活動(dòng)”[7]。

第五，工具說。工具說在計(jì)算機(jī)工程領(lǐng)域，尤其在機(jī)器學(xué)習(xí)方向較為流行，“工具理性主義”傾向較為顯著，其基本觀點(diǎn)可以表述為：計(jì)算思維是解決現(xiàn)實(shí)問題的工具。雖然也與問題解決相互關(guān)聯(lián)，但其并沒有凸顯問題解決過程中個(gè)人思維訓(xùn)練的價(jià)值，該說法削弱了計(jì)算思維的“思維”特征，其顯著特征是“自動(dòng)化”“信息模擬”“計(jì)算模擬”等。

通過上述內(nèi)容分析不難發(fā)現(xiàn)，“問題解決說”更加注重問題解決過程的系統(tǒng)分析及設(shè)計(jì)，“系統(tǒng)說”更加注重培養(yǎng)人對(duì)自然及社會(huì)的深入理解，“過程說”突出了復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)及計(jì)算的過程，“活動(dòng)及方法說”更加注重人們的現(xiàn)實(shí)行為，“工具說”則將計(jì)算思維看作問題解決的工具。計(jì)算思維概念的發(fā)展經(jīng)歷了“計(jì)算機(jī)科學(xué)中的思維方法”到“社會(huì)領(lǐng)域的思維方法”的轉(zhuǎn)變，其聚焦對(duì)象也從“計(jì)算機(jī)算法”轉(zhuǎn)向了社會(huì)主體“人”。不同概念的界定有其社會(huì)及技術(shù)發(fā)展的局限性，無論是“問題解決說”還是“系統(tǒng)說”乃至“過程說”，都不能有效地涵蓋計(jì)算思維的核心意蘊(yùn)，不足以凸顯基礎(chǔ)教育階段信息技術(shù)課程的“基礎(chǔ)性”“思想性”及“社會(huì)性”的價(jià)值。因此，為了清晰明了地說明計(jì)算思維是什么，力圖最大化地呈現(xiàn)計(jì)算思維所蘊(yùn)含的價(jià)值，本研究將在核心詞匯分析及相關(guān)概念辨析的基礎(chǔ)上界定計(jì)算思維的概念及內(nèi)涵。

由表2可知，核心詞匯“問題解決”和“系統(tǒng)”擁有較高頻次及出現(xiàn)率，將計(jì)算思維表述為“問題解決”和“認(rèn)識(shí)自然及社會(huì)系統(tǒng)”具有較高的合理性，這兩個(gè)核心詞匯可以認(rèn)為是計(jì)算思維的重要內(nèi)涵，即計(jì)算思維的“屬名”就是“問題解決”和“系統(tǒng)”?！八季S過程”“思維方法”“思維活動(dòng)”等具有較高的出現(xiàn)頻率，計(jì)算思維往往以“思維”“活動(dòng)”“方法”等存在，是計(jì)算思維外在的存在形式，故可以認(rèn)為這三個(gè)詞匯是計(jì)算思維的外延?！坝?jì)算過程”及“模擬”等出現(xiàn)頻次較低，具有一定的邊緣性，其可以看作計(jì)算思維功能的表現(xiàn)形式。 “組織”“分析”“簡(jiǎn)化”等是計(jì)算思維實(shí)踐的過程要素。根據(jù)上述分析，我們嘗試從更高的思想層次對(duì)計(jì)算思維進(jìn)行界定以凸顯其在基礎(chǔ)教育中的“基礎(chǔ)性”及“思想性”，從技術(shù)層次對(duì)計(jì)算思維進(jìn)行界定以凸顯其實(shí)踐中的“操作性”：計(jì)算思維本質(zhì)上是人們理解自然系統(tǒng)與社會(huì)系統(tǒng)的思維方法和思維活動(dòng)，是使用科學(xué)工具進(jìn)行抽象模擬以尋求問題解決最優(yōu)化方案的系統(tǒng)過程，從計(jì)算思維實(shí)踐上來看，其包括組織、分析、簡(jiǎn)化、抽象、建模、遞歸、回溯等基本過程。

計(jì)算思維作為信息時(shí)代人們認(rèn)識(shí)世界、改造世界重要的方法論，有著舉足輕重的作用，無論是我國新發(fā)布的信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)，還是歐美日等國家及地區(qū)的學(xué)生素養(yǎng)框架，都直接或間接地凸顯計(jì)算思維之于學(xué)生發(fā)展的重要性。然而需要注意的是，無論國內(nèi)還是國外都缺乏對(duì)計(jì)算思維定位的闡述，計(jì)算思維作為信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)中重要內(nèi)容，在核心素養(yǎng)體系中其究竟處于什么樣的地位?如果對(duì)其價(jià)值定位不清晰，難免會(huì)影響信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)體系的系統(tǒng)性，給學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)帶來困惑。

（一）計(jì)算思維是信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的根基

信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)立足于“立德樹人”的根本任務(wù)，深入圍繞“人”“技術(shù)”“自然”“社會(huì)”“問題”之間的關(guān)系展開，意圖通過多元化課程結(jié)構(gòu)、課程內(nèi)容、教學(xué)活動(dòng)、評(píng)價(jià)體系等將學(xué)生培養(yǎng)成為合格數(shù)字公民，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中深刻理解身處的自然系統(tǒng)與社會(huì)系統(tǒng)，學(xué)會(huì)使用技術(shù)工具解決現(xiàn)實(shí)問題。不難發(fā)現(xiàn)，信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的核心理念及要素都是“社會(huì)系統(tǒng)”“自然系統(tǒng)”與“問題解決”，而這些要素與本研究對(duì)計(jì)算思維本質(zhì)概念的界定具有極高的一致性。

將貼近學(xué)生生活的現(xiàn)實(shí)問題呈現(xiàn)在學(xué)生面前，能夠激發(fā)其使用信息技術(shù)解決問題的興趣及欲望，培養(yǎng)學(xué)生思維，有效提升學(xué)生使用現(xiàn)代信息技術(shù)解決現(xiàn)實(shí)問題的能力，這正是信息技術(shù)課程的內(nèi)在價(jià)值。因此，信息技術(shù)學(xué)科的本質(zhì)在于提升學(xué)生信息技術(shù)操作技能，在于掌握解決問題的步驟及流程，更在于培養(yǎng)學(xué)生使用現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行問題解決的思維方式，而這種思維方式就是計(jì)算思維。[8]

信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)包括計(jì)算思維、信息意識(shí)、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任4部分內(nèi)容，各個(gè)部分內(nèi)容之間既相互聯(lián)系，又相互區(qū)別，統(tǒng)一于信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展的始終。[9]信息社會(huì)責(zé)任是學(xué)科素養(yǎng)之上的概念，其強(qiáng)調(diào)信息社會(huì)中學(xué)生品性的培育，使學(xué)生在信息道德及責(zé)任擔(dān)當(dāng)層面有所發(fā)展，是學(xué)生發(fā)展及其社會(huì)化的必然要求，是其他核心要素的歸宿。數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新注重人與技術(shù)關(guān)系的刻畫，其目的在于數(shù)字化資源及環(huán)境在促進(jìn)學(xué)生問題解決中的運(yùn)用，是其他3個(gè)要素在學(xué)習(xí)中的具體體現(xiàn)。信息意識(shí)是客觀信息活動(dòng)在人腦中的反映，從信息技術(shù)核心素養(yǎng)中對(duì)信息意識(shí)的描述來看，其包含了信息搜集、信息甄別、信息處理、信息分享等內(nèi)容，[9]其處在學(xué)生解決問題的初始層——“信息分析”層。計(jì)算思維是基礎(chǔ)教育階段信息技術(shù)學(xué)科的本質(zhì)體現(xiàn)，計(jì)算思維將信息社會(huì)責(zé)任、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息意識(shí)牢牢地聯(lián)結(jié)在一起，形成相互作用的統(tǒng)一整體，構(gòu)筑信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)體系，隱含于信息技術(shù)學(xué)科之中。從以上內(nèi)容來講，計(jì)算思維是信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的本質(zhì)，是信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的根基，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

（二）計(jì)算思維是聯(lián)結(jié)基礎(chǔ)操作與行為思想的核心要素

從信息技術(shù)課程價(jià)值取向的發(fā)展來看，其大致分為三個(gè)階段。第一階段，技術(shù)工具取向。技術(shù)工具取向的信息技術(shù)課程左右了我國基礎(chǔ)教育信息技術(shù)課程早期的發(fā)展，該階段以技術(shù)工具的認(rèn)識(shí)及應(yīng)用為核心特征，特別是早期編程語言及其語法的教學(xué)應(yīng)用，雖然該種取向的信息技術(shù)課程在早期信息技術(shù)教育啟蒙過程中發(fā)揮了重要作用，但是其精英主義教育方式和遠(yuǎn)離生活實(shí)際的現(xiàn)實(shí)狀況使其倍受批評(píng)。[10]第二階段，主題活動(dòng)取向。在對(duì)技術(shù)工具取向進(jìn)行批判與反思的基礎(chǔ)上，人們認(rèn)識(shí)到信息技術(shù)課程理應(yīng)超越技術(shù)工具本身，回歸生活，提倡生活中的應(yīng)用，主題活動(dòng)取向成為一段時(shí)期內(nèi)信息技術(shù)課程發(fā)展的指引性思想。[11]第三階段，技術(shù)思想取向。面向信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的新一輪高中信息技術(shù)課程目標(biāo)改革，力圖通過強(qiáng)化數(shù)字智慧、培養(yǎng)合格的數(shù)字公民，改變信息技術(shù)課程廣為詬病的依附主義及工具主義傾向，提升信息技術(shù)課程的思維價(jià)值。

圖1 信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)結(jié)構(gòu)

通過對(duì)信息技術(shù)課程價(jià)值的不斷探索，人們的認(rèn)識(shí)也更加接近信息技術(shù)課程的本質(zhì)，而事實(shí)上，信息技術(shù)課程的價(jià)值也涵蓋了技術(shù)工具應(yīng)用（技術(shù)工具操作及基礎(chǔ)知識(shí)）、技術(shù)活動(dòng)的參與（使用技術(shù)工具解決問題的過程與方法）、技術(shù)思想的培育（形成對(duì)技術(shù)社會(huì)的理解及問題本質(zhì)的追問）由低至高的三種層次。[10]信息技術(shù)課程能否培養(yǎng)出符合信息社會(huì)發(fā)展的人才是信息技術(shù)價(jià)值實(shí)現(xiàn)與否的根本標(biāo)志，而新時(shí)期信息技術(shù)課程價(jià)值的實(shí)現(xiàn)必須依托于學(xué)生的信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)來實(shí)現(xiàn)。為了更進(jìn)一步探究計(jì)算思維與信息技術(shù)課程三層價(jià)值的關(guān)系，我們建立了計(jì)算思維核心概念與信息技術(shù)價(jià)值的映射關(guān)系圖，如圖2所示。

圖2 計(jì)算思維與信息技術(shù)價(jià)值映射關(guān)系

從其映射關(guān)系來看，在技術(shù)工具層面，其摒棄了最基本的諸如認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)、認(rèn)識(shí)信息設(shè)備等知識(shí)，涵蓋了技術(shù)工具操作的諸如使用信息工具進(jìn)行作品的設(shè)計(jì)與制作等高級(jí)階段；在技術(shù)活動(dòng)層面，計(jì)算思維涵蓋了圍繞現(xiàn)實(shí)生活主題的學(xué)習(xí)活動(dòng)開展，突出計(jì)算思維的信息技術(shù)本質(zhì)特性，強(qiáng)調(diào)使用信息技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)實(shí)問題的解決思路及方法，及問題背后規(guī)律的發(fā)現(xiàn)與總結(jié)，在此基礎(chǔ)上，我們認(rèn)為計(jì)算思維可以覆蓋信息技術(shù)主題活動(dòng)的全部?jī)?nèi)容；在技術(shù)思想方面，技術(shù)思想是技術(shù)工具和技術(shù)活動(dòng)的升華與歸宿，包括信息社會(huì)的責(zé)任、信息社會(huì)的認(rèn)識(shí)與理解、信息社會(huì)的意識(shí)與素養(yǎng)、信息社會(huì)本質(zhì)的追問等內(nèi)容，計(jì)算思維強(qiáng)調(diào)通過學(xué)生的問題解決培養(yǎng)學(xué)生理解信息社會(huì)、理解自然的思維方式，從這方面來看，計(jì)算思維涵蓋了技術(shù)思想的一部分內(nèi)容。從以上計(jì)算思維與信息技術(shù)課程三層價(jià)值映射及重合度來看，計(jì)算思維包含了信息技術(shù)活動(dòng)價(jià)值的全部?jī)?nèi)容，向下延伸至技術(shù)工具的高級(jí)應(yīng)用，向上拓展至技術(shù)思想培育的一部分。技術(shù)工具、技術(shù)活動(dòng)與技術(shù)思想雖有相關(guān)性，但其聯(lián)系不具有必然性，其本質(zhì)上仍然是閡離狀態(tài)，信息技術(shù)課程教學(xué)中割裂操作與思維的現(xiàn)象依然廣泛存在。[11]例如，編程語言的認(rèn)識(shí)、程序設(shè)計(jì)與通過設(shè)計(jì)程序解決問題三者之間并沒有必然的聯(lián)系性，如果僅僅認(rèn)識(shí)編程語言而沒有進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，則兩者之間是分離的，如果沒有使用程序解決現(xiàn)實(shí)問題，則三者之間也就不存在關(guān)聯(lián)性。因此，將計(jì)算思維培養(yǎng)融入信息技術(shù)課程，計(jì)算思維系統(tǒng)化的培養(yǎng)及應(yīng)用正是彌合技術(shù)工具、技術(shù)活動(dòng)、技術(shù)思想三者紋裂的應(yīng)然工具，而這正是信息社會(huì)信息技術(shù)課程的價(jià)值追求，也是信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)價(jià)值實(shí)現(xiàn)的基本理路，在這層意義上，我們可以認(rèn)為計(jì)算思維是聯(lián)結(jié)基礎(chǔ)操作與行為思想的核心要素。

（三）計(jì)算思維是信息技術(shù)核心素養(yǎng)培養(yǎng)的著力點(diǎn)

從人們認(rèn)識(shí)世界的過程而言，科學(xué)的規(guī)律存在于無數(shù)的事實(shí)之中，而科學(xué)的首要任務(wù)就是有效提煉與概括這些事實(shí)，發(fā)現(xiàn)其發(fā)展規(guī)律，并將其提升到原理的高度，以便于人們更加快速有效地認(rèn)識(shí)世界。[12]然而，世界發(fā)展是復(fù)雜的，僅僅通過書本知識(shí)難以使學(xué)生對(duì)世界產(chǎn)生深刻的認(rèn)識(shí)，而動(dòng)手、實(shí)踐等往往限于現(xiàn)實(shí)條件無法實(shí)現(xiàn)，實(shí)際經(jīng)驗(yàn)與理論知識(shí)產(chǎn)生脫節(jié)。計(jì)算思維倡導(dǎo)簡(jiǎn)約化、抽象化的思維方式，通過對(duì)復(fù)雜問題的分析，對(duì)事物進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，剝離表象抽象事物本質(zhì)，更加直觀地認(rèn)識(shí)世界的規(guī)律，這既契合了學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的規(guī)律，也在一定程度上削弱了現(xiàn)實(shí)條件對(duì)教學(xué)活動(dòng)開展的制約。以高中信息技術(shù)課程中的“圖書借閱系統(tǒng)”為例，圖書借閱系統(tǒng)包括讀者、讀者借書證號(hào)碼、管理者、管理者工號(hào)、圖書作者、圖書名稱、圖書編號(hào)等多個(gè)元素，且元素與元素之間存在多重隸屬與交叉的關(guān)系，是較為復(fù)雜的運(yùn)作系統(tǒng)，學(xué)生對(duì)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)作的理解難以深入。而受過計(jì)算思維訓(xùn)練的學(xué)生會(huì)將圖書借閱系統(tǒng)抽象為一個(gè)系統(tǒng)模型，簡(jiǎn)化不必要的信息干擾，通過將實(shí)體抽象化、身份抽象化、隸屬關(guān)系抽象化，建立圖書借閱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型，使系統(tǒng)直觀化，更加利于系統(tǒng)理解及系統(tǒng)設(shè)計(jì)。因此，計(jì)算思維的培養(yǎng)是可行的、科學(xué)的，而這已然是業(yè)界的基本共識(shí)。

從信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)來看，無論是信息意識(shí)、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新還是信息社會(huì)責(zé)任都無法直接培養(yǎng)，而必須依托于特定學(xué)科活動(dòng)來開展。計(jì)算思維作為信息技術(shù)課程本質(zhì)的學(xué)科屬性標(biāo)示，依托計(jì)算思維來進(jìn)行學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，使得核心素養(yǎng)的處理不再籠統(tǒng)，具有更好的操作性。以計(jì)算思維為主線進(jìn)行信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，一是凸顯了學(xué)科思維，避免多重線索可能引發(fā)的混亂；二是運(yùn)用計(jì)算思維解決問題的活動(dòng)中，其他核心素養(yǎng)也得以滲透其中，并與計(jì)算思維一起共同支撐起學(xué)科育人價(jià)值培養(yǎng)的使命。[13]在這層意義上來講，計(jì)算思維是信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的著力點(diǎn)。

計(jì)算思維在學(xué)生信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)中起著舉足輕重的地位，因此做好學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)具有重要價(jià)值。通過對(duì)國內(nèi)外相關(guān)研究的梳理發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)實(shí)踐性的研究過度聚焦于微觀教學(xué)要素的設(shè)計(jì)與干預(yù)，例如教學(xué)情境創(chuàng)設(shè)、機(jī)器人程序設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)等，這些微觀研究雖然具有參考價(jià)值，卻也缺乏一定的宏觀高度，對(duì)后來研究者的指引性不足。因此，本研究通過對(duì)國內(nèi)外實(shí)踐研究的梳理與分析，總結(jié)出以下幾種對(duì)計(jì)算思維培養(yǎng)較為有效的宏觀教學(xué)策略。

（一）基于游戲化理念的教學(xué)策略

　　游戲化是使用游戲機(jī)制和游戲化體驗(yàn)設(shè)計(jì)，數(shù)字化地鼓勵(lì)和激勵(lì)人們實(shí)現(xiàn)自己的目標(biāo)。[14]游戲化是一種數(shù)字化的激勵(lì)方式，這意味著與用戶交互的是電腦、手機(jī)等數(shù)字設(shè)備，其目標(biāo)是激勵(lì)人們改變行為、發(fā)展技能或者驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新，進(jìn)而使用戶達(dá)成自己的個(gè)人目標(biāo)及團(tuán)隊(duì)目標(biāo)。個(gè)人計(jì)算思維的發(fā)展受到思維發(fā)展規(guī)律的支配。在思維類教學(xué)活動(dòng)中，宜采用游戲化的教學(xué)方法進(jìn)行思維培養(yǎng)，在寓教于樂的自由、寬松環(huán)境中，學(xué)生往往敢于大膽猜測(cè)、思維多向發(fā)散，能夠較大限度發(fā)揮想象力，以達(dá)到思維培養(yǎng)的目的。[15]國際上對(duì)此已有不少成功的案例證明游戲化教學(xué)對(duì)學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)具有不俗的效果，例如，Berland通過大型的桌面網(wǎng)絡(luò)游戲來進(jìn)行學(xué)習(xí)者群體計(jì)算思維的培養(yǎng)，通過對(duì)定性樣本的分析發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)游戲能夠有效促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展。[16] Anton通過開設(shè)的游戲設(shè)計(jì)課程讓學(xué)生學(xué)習(xí)智益小游戲的設(shè)計(jì)與開發(fā)，將計(jì)算思維的內(nèi)容融入課程之中，在游戲設(shè)計(jì)的過程中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，研究結(jié)果也證明了該方法的有效性。[17]總體而言，利用游戲化教學(xué)策略培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的方式有兩種形式，第一種是將計(jì)算思維的內(nèi)容理念等融入游戲中，在學(xué)生的游戲過程中進(jìn)行計(jì)算思維的培養(yǎng)；第二種，通過教會(huì)學(xué)生游戲設(shè)計(jì)或編寫指令的方式，讓學(xué)生自己在游戲設(shè)計(jì)過程中提升計(jì)算思維。讓學(xué)生參與設(shè)計(jì)的方式能夠較好地培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維，也是當(dāng)前相關(guān)研究關(guān)注的焦點(diǎn)。

（二）基于問題解決理念的教學(xué)策略

基于問題解決的教學(xué)理念是指以現(xiàn)實(shí)問題的解決作為教學(xué)活動(dòng)開展的主線，通過設(shè)置系統(tǒng)、復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)問題情境，讓學(xué)習(xí)者在復(fù)雜的問題解決過程中進(jìn)行知識(shí)、技能習(xí)得，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)學(xué)生高階思維能力的培養(yǎng)。[18]問題解決作為計(jì)算思維的核心要素，兩者之間具有諸多的相似相通之處，首先，兩者都是為學(xué)生更高層次的思維培養(yǎng)、現(xiàn)實(shí)問題解決為歸宿；其次，計(jì)算思維與問題解決能力的培養(yǎng)都為新時(shí)代的技術(shù)及知識(shí)創(chuàng)新提供了基礎(chǔ)；最后，從教學(xué)過程來看，兩者基本都遵循情景創(chuàng)建、問題分析、方案建構(gòu)、解決問題的基本理路。而事實(shí)上，已有研究者對(duì)問題解決與計(jì)算思維之間的關(guān)系進(jìn)行了探索，例如，Silapachote[19]和Standl[20]的研究都證明計(jì)算思維與問題解決之間存在眾多相關(guān)性，且學(xué)習(xí)者問題解決能力顯著影響學(xué)習(xí)者的計(jì)算思維發(fā)展。在以上基礎(chǔ)上，我們認(rèn)為通過問題解決的教學(xué)方法能夠較為有效地提升學(xué)生的計(jì)算思維。

（三）基于可視化理念的教學(xué)策略

計(jì)算思維是人們認(rèn)識(shí)世界、改造世界的一系列高級(jí)思維活動(dòng)，仍然屬于思維的范疇。而從思維訓(xùn)練及培養(yǎng)的方法來看，可視化技術(shù)在人的高階思維培養(yǎng)過程中有不俗的效果，其有利于個(gè)體主動(dòng)地進(jìn)行知識(shí)建構(gòu)，構(gòu)造自身的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，更加有利于表征個(gè)體的思維過程，促進(jìn)其思維能力的發(fā)展。例如，蘋果公司已經(jīng)成熟地使用思維實(shí)時(shí)可視化工具來對(duì)程序員思維進(jìn)行高效的訓(xùn)練。從計(jì)算思維在信息技術(shù)教學(xué)活動(dòng)中的培養(yǎng)及應(yīng)用狀況來看，“簡(jiǎn)化”“抽象”“建?！钡刃袨槎寂c思維可視化脫不開關(guān)系，集中表現(xiàn)為“概念表征圖示”“問題解決流程圖”“邏輯圖示”等?？梢暬夹g(shù)對(duì)計(jì)算思維培養(yǎng)方式基本遵循了“隱性思維顯性化—顯性思維工具化—高效思維自動(dòng)化”的規(guī)律。[21]從國際計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)（Association for Computing Machinery ，ACM）2015及2016年會(huì)所提交的學(xué)術(shù)論文研究來看，有不少研究者對(duì)可視化工具技術(shù)促進(jìn)學(xué)習(xí)者計(jì)算思維培養(yǎng)的研究進(jìn)行了實(shí)證探索，從而說明可視化技術(shù)提升學(xué)習(xí)者計(jì)算思維不僅理論上可行，而且具有實(shí)踐可行性。

計(jì)算思維是信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的核心議題，將計(jì)算思維融入中小學(xué)信息技術(shù)課程，對(duì)于提升信息技術(shù)課程的“思維性”及“基礎(chǔ)性”具有重要價(jià)值。通過對(duì)相關(guān)概念的科學(xué)界定，能夠幫助我們更加理性、客觀地認(rèn)識(shí)計(jì)算思維的本質(zhì)，有利于我們認(rèn)識(shí)其在信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)體系中的地位。然而，科學(xué)地認(rèn)識(shí)計(jì)算思維僅僅是“萬里長(zhǎng)征一小步”，通過設(shè)計(jì)有效的課程體系，開展教學(xué)實(shí)踐，構(gòu)建有效的評(píng)價(jià)體系，將計(jì)算思維貫穿于教育活動(dòng)全過程，提升學(xué)生的思維品質(zhì)，將是計(jì)算思維研究的核心內(nèi)容。

【參考文獻(xiàn)】