基于计算思维能力培养的高职信息技术课程教学设计方案的开发研究

[摘           要]  以高等职业学校计算思维能力培养为研究范围，在信息技术课程中探索计算思维的路径和方法，以提高学生计算思维的能力。

[关    键   词]  信息技术;计算思维;教学设计

[中图分类号]  G712                    [文献标志码]  A                  [文章编号]  2096-0603（2022）20-0116-03

一、计算思维的概念和意义

1996年，计算思维（Computational Thinking）最早由人工智能的先驱——西蒙·派珀特提出。他认为通过学习计算机编程，可以改变学生学习的方法和习惯、提高学习的能力，因此这是增强学生思维能力的有效途径。

2006年3月，美国卡内基·梅隆大学教授周以真在美国权威期刊Communications of the ACM上第一次专业化地定义了计算思维：是利用计算机科学的基础理论进行问题探究、宏观规划和人类行为等包涵计算机科学广度的一系列思维活动。认为解决问题的方法是模仿和重现，对计算思维的理解停留在认知的表层，带有显著的计算机学科特征，容易陷入机械思维的误区，并且这种思维方式也不具备普遍性和借鉴性。

2018年，美国国际教育技术协会（ISTE）发表了首个以计算思维命名的文本——ISTE Standards for Edu-cators：Computational Thinking Competencies（教育者计算思维能力标准）。文章阐述了以培养学生计算思维为目标的教师，需要扮演好五种角色：计算思维学习者、教育公平的领导者、围绕计算的协作者、创新者与设计者、计算思维与课堂教学融合的促进者。该标准倡导教师与学生共同学习的教育理念，强调计算思维不仅对于学生成长，而且对教师自身的专业发展都具有非常重要的作用。特别是在如何跨学科融合计算思维能力方面，为教师和学生提供指导和帮助。

计算思维是指个体运用信息技术的思想方法，在分析处理信息、解决问题过程中产生的一系列思维活动。因而，教师要引导学生利用现代化信息技术手段，运用计算思维的理念剖析问题。通过概念重组、举一反三，完成知识和技能的迁移。课程标准将计算思维作为核心素养，明确了针对不同层次水平的学生分为水平一、水平二两个等级，其计算思维能力应该达到相对应的具体标准和要求。

综上所述，计算思维越来越引发教育界的热点讨论。在高职信息技术课程中，应以培养学生计算思维能力为核心，精心设定教学目标、设计教学过程，完善教学评价，迁移教学成果，为实现跨学科的深度融合提供策略参考。

二、基于计算思维能力培养的教学设计方案

（一）设定教学目标

高职学校信息技术课程是各专业必修的公共基础课程，也是培养学生计算思维能力的重要载体。教师在教学中，努力培养学生的计算思维意识，运用现代化信息手段解决生产、生活中存在的问题，提高学习能力，增强社会责任感，为今后就业和未来发展奠定基础，努力成为高素质劳动者和技能人才。

基于课程标准，信息技术课程具体教学内容涵盖：计算机硬件知识、办公软件的应用（Word、Excel、Power-Point）、编程、数学媒体、信息安全、人工智能等六个单元。针对不同的单元教学内容，与之相关的核心素养也各有侧重。将知识体系分解细化，每个教学单元又由若干由浅入深的项目组成。既要兼顾项目之间的能力衔接，又要统筹规划每个单元的计算思维能力目标。以计算思维能力培养为核心，以不同的项目为载体，将计算思维的训练融入实际教学中，引导学生学会独立思考，实现“项目分解—项目设计—项目实现—项目融合”，提高学生分析并解决问题的能力，提升职业竞争力。

（二）设计教学过程

1.培养学生分析性思维能力：创设情境、分解问题

教师依据课程目标和计算思维的特点，制订符合学生能力发展的教学目标，设计有利于提高计算思维能力的教学方案。每一个项目的选择都要具有真实性、可操作性，以提高学生计算思维能力为主线，教学环节的设计符合学生的兴趣爱好和已有的知识储备，使学生能很快融入其中，引发深层次思考。教师提出的问题要具有连贯性和逻辑性，能够促使学生新、旧知识相互整合、重建结构，形成更加适应自身发展的思维体系。教师引导学生将复杂问题分解细化，利用已经掌握的学科知识，对细小问题进行分析和判断，从而达成教学目标。教学中可以采取合作学习的方式，师生共同探索新知，寻找突破点，激发学生的求知欲和进取精神。

2.培养学生实践性思维能力：理论讲授、操作演示

在教学内容的传授上，根据不同的知识结构，选取不同的计算思维方法指导学生学习。针对学生现有的认知水平和思维特点，教师在设计学案时，要注意适当留白，鼓励学生利用信息化手段查阅资料。通过小组讨论，激发思维的碰撞，逐步达到提高计算思维能力的目标。通过教师讲解，培养学生把复杂的理论知识转化为解决实际问题的能力，把抽象的思维方法转化为内在的核心素养。

3.培养学生创造性思维能力：模仿创新、自主探究

教师在每一个教学环节都要精心设计计算思维能力点，学生运用现有的知识和技能，把问题进行分解、转化、归纳、总结，引导学生运用这些思维方式探究每一个具体问题，通过不断深入和尝试，迸发出新的思维火花，推导出解决类似问题的有效途径。

（三）完善教学评价

教学评价是对学生学习情况的评估和量化。教学评价按照形式可以分为过程性评价和总结性评价;根据评价者的不同，分为教师评价、学生自评、同学互评。基于计算思维的教学评价方式，没有统一的衡量标准，大多采用传统课程的评价体系。

伴随着计算思维内涵的不断扩大，多样化的评价量表也应运而生。细化为：基于试题的评价、基于量表的评价、基于编程任务的评价、基于系统环境的评价等。基于试题的评价量表，以课堂测试的形式当场反馈学生上课情况。比对课程标准，评价学生是否达到本项目所规定的计算思维能力，达到哪一级水平等级。基于量表的评价侧重于从创造力、算法思维、协作、批判性思维、问题解决等五个方面呈现量化数据。基于编程任务的评价主要针对计算机程序类课程，通过完成给定的编程任务，考查学生从项目分解、设计、编制、调试、运行、总结等环节的计算思维能力。基于系统环境的评价借助于智能系统，根据学生操作过程、操作结果，结合过程性测试等方式，自动分析学生的思维能力，并给出有效反馈。

计算思维评价量表对学生能力的评价，不仅可以反映学习者计算思维能力演变的过程，而且为设计教学方案的教师提供反馈和依据，通过不断修改和调整量表框架，从而保证评价工具的针对性和有效性，最终促进学生计算思维的形成。

然而，任何一种评价都有其局限性，计算思维的抽象性和复杂性使得任何一种工具都很难准确、全面、客观地反映学生的计算思维能力。因此，教师需要根据项目中计算思维能力目标，选择适合的多种评价工具。

此外，通过教学评价环节强化学生计算思维能力的具体方案构建过程中，信息技术课程教师可以充分利用多元评价模式对学生进行引导和培养，这样不仅可以强化学生学习效果，而且可以帮助学生在不同角度评价模式辅助作用下进一步完善掌握认知，结合教师的引导作用完善学习效果，强化学习能力。对此，教师可以充分利用学生自我总结、互相评价以及教师评价三种方式完善教学评价环节，突破传统的单一化评价方法，同时可以帮助学生从不同角度提高自我认知水平。其中学生自我总结方式的运用，目的在于引导学生根据学习流程和学习成果进行分析，梳理整体学习过程，主动探索其中的不足，以此提高学习效果，同时培养自我总结能力，养成良好的学习习惯。同学互相评价方式的运用，目的在于强化学生的互动沟通能力，促使学生积极交流和互动。一方面为了在沟通期间探索其他同学的计算思维模式与学习方法，丰富学生自身思维能力;另一方面可以通过互动沟通模式强化学生交流意识，使其善于与他人进行交流互动，推动实现发展学生综合学习能力的教育目的。而教师的总结评价可以作为收尾环节，将学生的学习流程进行总结，根据学生的优势及不足进行针对性引导，继而利用鼓励作用激发学生的学习信心，帮助学生改善学习不足，提升学习水平。因此，完善设计教学评价环节，对于学生计算思维能力的培养有着一定的促进作用。

（四）迁移教学成果

计算思维能力的培养，必须通过大量的系统教育和后天训练获得。学生在掌握项目实操后，还需通过相应的练习，把单一的理论知识转化为内在能力。布置的课后作业应符合学生认识规律，循序渐进，跨学科的相互合作使每个人都能在潜移默化中形成一种利用计算机科学基础概念解决问题的意识，从而形成有效的计算思维方式。与此同时，以迁移教学成果为主要策略的计算思维能力发展目标实现过程中，教师可以将教学成果通过信息技术直观展现，使学生充分感受学习成果在不同学习内容中的应用方式，提升学生知识应用意识和应用能力，从而强化学生计算思维发展效果，进一步提高学生信息技术学习水平。

（五）拓展教学内容

以计算思维能力作为主要培养目标的高职信息技术课程教学设计期间，教师需要根据此目标为学生设计多元教学内容，这样不仅可以全面拓宽学生信息技术学习范围，促使学生掌握更加全面多元的学习元素，而且可以进一步强化学生学习效果，使学生在丰富的学习内容及学习体验中完成核心素养发展目标。为了保障拓展化教学内容设计的科学性特点，信息技术教师可以综合多角度进行分析，保障教学内容拓展设计效果的全面提升，同时强化学生综合学习能力。首先，信息技术课程教学内容拓展设计期间可以综合基础教学内容方向进行分析，保障拓展设计的针对性，使学生在多元学习内容探索过程中可以提高基础学习能力，强化基础学习效果。例如，高职信息技术课程计算机应用基础教学设计期间，教师即可通过拓展教学内容的方式促进提升教学效果。本课的教学重点为引导学生学会识别系统软件与应用软件，同时可以简单描述高级编程语言是如何被计算机识别的。教师需要结合基础教学内容拓展教学方向，利用问题引导的方式促使学生全面了解系统软件的基本概念。另外，为了进一步提升拓展教学内容的设计效果，信息技术课程教师可以在具体教学设计期间，以学生基础学习能力为核心引导学生自主拓展学习方向及学习内容，这种方式的运用对于学生自主意识的培养有着较强促进作用，同时可以充分体现学生计算思维发展目标，提升教学设计效果。因此，高职信息技术课程教学过程中的计算思维能力培养目标，可以通过进一步拓展教学内容及教学方向的形式对学生进行引导和培养，从而促进实现强化发展学生信息技术综合能力提升目标。

（六）完善课后作业

课后作业的完善设计是信息技术课程教学的重要环节所在。传统的信息技术课程教学过程中，课后作业的设计主要以基础教学内容与教学目标为核心，缺乏多元化作业布置形式及内容，导致学生的计算思维能力未能得到充分培养，无法达到较好的教学效果。针对此问题进行分析，高职信息技术课程教学设计过程中，教师可以通过进一步完善课后作业的方式帮助学生全面提升计算思维能力，强化信息技术学习效果。首先，信息技术课程教师可以通过开放性作业设计模式对学生进行引导和培养，这种作业布置模式可以涵盖多元教学目标，具有较强的灵活性，同时可以根据学生的实际学习情况制订针对性的作业方案。信息技术课程教师可以根据学生实际情况将生本理念进行充分体现，继而使学生在课后作业完成过程中掌握重点学习目标，利用开放性作业培养综合素质能力。例如，高职计算机应用基础课程中，“数制与编码单元”课后作业设计方案即可通过开放性作业布置模式对学生进行引导，使学生全面掌握计算机中二进制的基本目的，同时掌握数制的基本概念，完成进制之间的转换学习目标。开放性课后作业布置模式可以分别结合作业布置形式及内容两个方向进行探究，保障学生学习体验的丰富性特点，提升学生计算思维水平。另外，完善课后作业设计期间，教师可以设计针对性课后作业，对于不同基础能力水平的学生设计不同的课后作业，充分体现分层教育理念的根本意义，全面提升学生信息技术综合学习效果。因此，加强完善高职信息技术课后作业布置模式，是提升学生计算思维水平及信息技术综合学习效果的有效措施。

三、结语

随着时代的不断进步和发展，计算思维逐渐成为现代人的核心素养。同时，我们也应该认识到，作为教师，始终把计算思维理念和技术贯穿于课堂教学并不是一朝一夕的，学生计算思维能力的提升也并不是一蹴而就的，而是通过长期潜移默化的影响，是一个循序渐进的过程。我们要努力扮演好具有计算思维理念的教育者的多重角色，以计算思维为引领，变革教学方法，把对学生计算思维能力的培养落实在每节课的教学实践中，促进计算思维与计算机学科教学的深度融合。同时对学生计算思维的培养不应仅仅局限于计算机类学科教学中，而应该不断尝试与其他学科的合作，跨学科进行教学设计，推进计算思维在不同学科间的协同发展。

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编辑 王亚青