【摘 要】

信息技術(shù)的快速發(fā)展與普及深刻改變著人們的行為方式與思維特征，計算思維成為中小學(xué)信息技術(shù)教育的一項重要內(nèi)容。本文通過概念分析法，從“信息技術(shù)學(xué)科領(lǐng)域思想方法”和“計算思維+其他領(lǐng)域應(yīng)用創(chuàng)新”兩個層次界定計算思維的應(yīng)用特征；通過比較計算思維教育與程序設(shè)計教育的差異，確定計算思維教育在“培養(yǎng)數(shù)字公民”“提升學(xué)科核心素養(yǎng)”“促使學(xué)生動腦思考與動手實踐相結(jié)合”等方面的超越與發(fā)展；針對中小學(xué)生計算思維發(fā)展需要，提出指向計算思維教育的STEM課程設(shè)計策略與結(jié)構(gòu)框架，以案例方式進行解釋和說明。

【關(guān)鍵詞】 計算思維；STEM課程；中小學(xué)信息技術(shù)教育；程序設(shè)計教育；數(shù)字公民；學(xué)科核心素養(yǎng)

【中圖分類號】 G40-057 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 1009-458x（2018）2-0044-7

信息技術(shù)的快速發(fā)展創(chuàng)造出一個全新的社會生存環(huán)境，現(xiàn)實空間和虛擬空間的相互交織重塑了人們溝通交流的時間觀念與空間觀念，改變著人們的行為方式與思維特征。在這種全新的社會環(huán)境下，發(fā)展學(xué)生的計算思維，提高他們利用計算思維解決問題的能力，成為信息技術(shù)教育的一項重要內(nèi)容。

一、計算思維：數(shù)字化生存的一項普適能力

近十年來，移動通信、大數(shù)據(jù)和云計算等新技術(shù)的革新與普及，使得以“程序驅(qū)動”為特征的信息技術(shù)工具廣泛應(yīng)用于社會各領(lǐng)域，其所隱含的“計算方法”也潛在地融入人們的實踐應(yīng)用中。隨著信息技術(shù)與人們生活結(jié)合得日趨緊密，計算思維作為一種獨特的解決問題的思維方式，正逐步走出其學(xué)科專業(yè)領(lǐng)域，成為數(shù)字化生存的一種普適能力。

2006年，卡內(nèi)基—梅隆大學(xué)周以真教授（Jeannette M. Wing）明確提出計算思維的概念，強調(diào)“計算思維代表著一種普遍的認識和一項普適的技能”（Wing， 2006）。在隨后的研究中她指出，計算思維作為人們解決問題的一種思維方式，其主要特征表現(xiàn)為“抽象（abstraction）、分解（decomposition）、遞歸（recursive）和自動化實現(xiàn)（automation）”。這些特征不僅可以幫助人們把復(fù)雜系統(tǒng)模型化，還可以幫助人們分析所獲取和生成的大數(shù)據(jù)，從中得到相應(yīng)的知識（Wing， 2008）。顯然，人們想實現(xiàn)利用計算機自動解決不同領(lǐng)域的問題（如生物、化學(xué)、經(jīng)濟等），就需要理解計算機解決問題的一般過程與方法，并能將現(xiàn)實問題轉(zhuǎn)化成適合計算機解決的問題的形式。此外，還需要將這種思維方式與其他領(lǐng)域相結(jié)合，在創(chuàng)造性解決問題的過程中形成新的知識，促進個人發(fā)展。

2010年，英國學(xué)者塞爾比和伍拉德（Selby & Woollard， 2010）通過文本分析方法比較關(guān)于計算思維概念的各種代表性觀點，給出計算思維的發(fā)展性定義。他們認為計算思維作為人們在解決問題過程中綜合思考的能力，其特征主要表現(xiàn)為：①抽象（abstraction）出問題的一般原理；②把數(shù)據(jù)、過程或問題分解（decomposition）成小的、可管理的部分；③設(shè)計解決問題的算法（algorithmic design）；④評價解決問題的過程并能將解決問題的方法一般化。這些特征反映出人們利用數(shù)字化工具解決問題的一般過程與方法，同時強調(diào)評價（或反思）對于培養(yǎng)人們信息技術(shù)應(yīng)用及遷移能力的重要性，以更好地將信息技術(shù)應(yīng)用于其他領(lǐng)域之中。

2011年，美國國際教育技術(shù)協(xié)會（International Society for Technology in Education， ISTE）和計算機教師協(xié)會（Computer Science Teacher Association， CSTA）在聯(lián)合研究的基礎(chǔ)上，從操作層面對計算思維進行界定，指出計算思維的特征主要表現(xiàn)在（但不限于）：①能針對具體問題構(gòu)想出利用計算機或相關(guān)工具解決問題的方案；②有邏輯地組織和分析數(shù)據(jù)；③通過抽象的方式（例如模型或模擬）表示數(shù)據(jù)；④通過算法形成自動化解決方案；⑤針對達到目標結(jié)果的效率和效能，判斷、分析和實施可行性方案；⑥將解決問題的過程一般化（generalization），并應(yīng)用于更寬泛的問題解決中（ISTE & CSTA， 2011）。從上述特征可以看出，在數(shù)字化環(huán)境下人們不僅需要具備計算思維方式，還要能將這種思維方式應(yīng)用于寬泛的問題解決之中，并能將這種解決問題的方式一般化。

綜上所述，計算思維的提出超越了傳統(tǒng)信息技術(shù)工具論的觀點，從強調(diào)“信息技術(shù)工具的普適性”發(fā)展到強調(diào)“信息技術(shù)學(xué)科領(lǐng)域思想方法的普適性”，以幫助人們更好地理解與適應(yīng)信息社會；從強調(diào)“信息技術(shù)工具與其他領(lǐng)域結(jié)合的普適性”發(fā)展到強調(diào)“將信息技術(shù)學(xué)科領(lǐng)域思想方法與其他領(lǐng)域結(jié)合的普適性”，幫助人們更好地創(chuàng)新與推進信息社會發(fā)展?；谶@樣的理解，計算思維作為信息社會公民的一項普適性能力，其應(yīng)用特征主要表現(xiàn)為：

其一，掌握信息技術(shù)學(xué)科領(lǐng)域的思想方法，即在與信息相關(guān)的活動中能夠采用數(shù)字化工具可處理的方式界定問題、抽象特征、建立結(jié)構(gòu)模型、合理組織數(shù)據(jù)，通過判斷、分析與綜合各種信息資源，運用數(shù)字化工具可處理的方法設(shè)計解決問題的方案。

其二，將信息技術(shù)學(xué)科領(lǐng)域的思想方法與其他領(lǐng)域相結(jié)合，創(chuàng)新解決問題的模式，也可稱為“計算思維+”，即將信息技術(shù)學(xué)科領(lǐng)域的思想方法與其他領(lǐng)域的內(nèi)容相結(jié)合，使得人們發(fā)現(xiàn)和解決問題的方式從“基于觀察”到“基于實驗”再到“基于數(shù)據(jù)”持續(xù)發(fā)展。

其三，依據(jù)學(xué)科領(lǐng)域思想方法合理選用信息技術(shù)工具，利用信息技術(shù)工具解決問題，并能實現(xiàn)這種解決問題能力的遷移。通過培養(yǎng)計算思維，人們不會因為技術(shù)工具發(fā)展或問題情境變化而“茫然無措”。

二、計算思維教育：

超越傳統(tǒng)的程序設(shè)計教育

當(dāng)信息技術(shù)工具廣泛應(yīng)用于人們?nèi)粘；顒拥姆椒矫婷鏁r，計算思維走出了信息技術(shù)學(xué)科專業(yè)領(lǐng)域，融入社會各領(lǐng)域問題解決之中。計算思維教育也就超越了傳統(tǒng)的程序設(shè)計教育，在聚焦計算思維自身特征的同時更強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生利用計算思維解決問題的能力。

（一）計算思維教育旨在培養(yǎng)合格的“數(shù)字化公民”

早在1981年，蘇聯(lián)計算機教育專家葉爾肖夫就提出“程序設(shè)計是第二文化”的觀點，他指出“人們生活在程序設(shè)計的世界里，善于還是不善于編排與執(zhí)行自己工作的程序是人們能不能有效地完成各種任務(wù)與能不能得到一種有條理生活的重要影響因素，而教計算機程序設(shè)計可以幫助人們從小培育一種程序設(shè)計意識與能力”（轉(zhuǎn)引自王吉慶， 2000， p.118）。但是，受當(dāng)時計算機功能條件的限制，這種觀點還局限于“人們要想吩咐計算機做事，就必須要懂一種計算機程序設(shè)計語言”（全國中學(xué)計算機教育研究中心， 1991， p.50）的認識。當(dāng)時的計算機教育希望像培養(yǎng)“程序員”那樣幫助學(xué)生掌握程序設(shè)計語言，以此實現(xiàn)人們與計算機的有效交流。

當(dāng)今，人們確實生活在葉爾肖夫所言“程序設(shè)計的世界”之中，信息技術(shù)的發(fā)展也突破了“程序設(shè)計是第二文化”的認識。事實證明，生活在信息社會中的大多數(shù)人用不著編寫計算機程序，依然可以流暢地使用計算機，并能通過計算機解決問題。但是，我們也應(yīng)注意到自20世紀80年代以來，信息技術(shù)沿著個人計算機—網(wǎng)絡(luò)—大數(shù)據(jù)的脈絡(luò)持續(xù)發(fā)展，信息技術(shù)學(xué)科領(lǐng)域的思想方法也通過數(shù)字化工具深深影響到人們的生活、工作與學(xué)習(xí)。因此，數(shù)字時代的信息技術(shù)教育應(yīng)幫助學(xué)生掌握信息技術(shù)學(xué)科領(lǐng)域的一般方法，形成利用數(shù)字化工具解決問題的獨特思維和交往方式。而這種思維和交往方式也正是當(dāng)代信息社會每位公民必須具有的基本素養(yǎng)。計算思維教育不是把所有學(xué)生都培訓(xùn)成“程序員”，而是發(fā)展學(xué)生利用信息技術(shù)工具與學(xué)科方法解決問題的能力，使其成為合格的“數(shù)字化公民”。

（二）計算思維教育提升學(xué)生的“學(xué)科核心素養(yǎng)”

受“程序設(shè)計是第二文化”觀點的影響和計算機功能條件的局限，早期中小學(xué)計算機教育內(nèi)容主要還是“程序設(shè)計語言”。例如，20世紀80年代初英國政府就制定了《微電子教育計劃》（The Microelectronics Education Programme），要求所有學(xué)生都接受新技術(shù)教育。在《微電子教育計劃》的指導(dǎo)下，一些中小學(xué)將計算機課作為選修課，安排11～12歲學(xué)生每周上2小時計算機課，主要內(nèi)容是學(xué)習(xí)LOGO語言；15～16歲學(xué)生每周上4小時計算機課，學(xué)習(xí)BASIC語言（全國中學(xué)計算機教育研究中心， 1991， p.50）。1983年，我國教育部（當(dāng)時稱“國家教委”）制定的《普通中學(xué)電子計算機選修課教學(xué)大綱（試行）》也要求學(xué)生掌握基本的BASIC語言，初步具備讀、寫程序和上機調(diào)試的能力（全國中學(xué)計算機教育研究中心， 1991， p.298）。學(xué)習(xí)內(nèi)容除簡單的計算機基本工作原理以外，主要是BASIC程序設(shè)計語言。但是脫離了學(xué)生的生活情境，將枯燥的程序設(shè)計語言強加給沒有任何計算機應(yīng)用背景的中小學(xué)生，這不僅無法實現(xiàn)“程序設(shè)計”與學(xué)生生活經(jīng)驗的對接，反而會因為對機械的編碼步驟和大量編程術(shù)語的記憶而降低學(xué)生學(xué)習(xí)計算機的興趣。

近十年來，隨著新技術(shù)的快速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，學(xué)界對中小學(xué)信息技術(shù)教育有了新的認識，更加強調(diào)數(shù)字時代學(xué)生利用信息技術(shù)解決問題的學(xué)科方法培養(yǎng)。2016年美國國際教育技術(shù)協(xié)會（ISTE）針對數(shù)字時代學(xué)生發(fā)展需要，重新修訂了《面向?qū)W生的教育技術(shù)標準》，其內(nèi)容增加了培養(yǎng)計算思維的要求，強調(diào)學(xué)生掌握“以數(shù)據(jù)分析、模型抽象、算法思考等方式確定利用技術(shù)工具解決問題的方案，通過分解問題、提取關(guān)鍵信息、形成理解復(fù)雜系統(tǒng)的關(guān)鍵模型促進問題解決”等利用信息技術(shù)解決問題的學(xué)科方法。2016年澳大利亞重新修訂《國家數(shù)字技術(shù)課程標準》，明確提出發(fā)展學(xué)生的計算思維，要求學(xué)生“掌握組織數(shù)據(jù)、分解問題、解釋模型、設(shè)計和實施算法等方法，具備設(shè)計和實施解決問題的方案，利用數(shù)字化工具實施方案，解決問題的能力”（Australian Curriculum Assessment and Reporting Authority， 2015）。

可見，為更好地適應(yīng)信息社會，計算思維教育不再局限于“程序設(shè)計的編碼操練”，而更注重通過適合學(xué)生學(xué)習(xí)的方式（當(dāng)然，這些方式也包括程序設(shè)計和編碼學(xué)習(xí)）引導(dǎo)他們理解與掌握利用信息技術(shù)解決問題的學(xué)科方法，提高學(xué)生解決問題的能力，發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

（三）計算思維教育是學(xué)生動腦思考與動手實踐的結(jié)合

從計算機的運行來看，程序是由編程語言來表達的一組操作的指令或語句的序列，是計算機執(zhí)行算法的操作步驟。在程序設(shè)計教育中，計算機語言的基本語法和語句結(jié)構(gòu)就成為學(xué)生學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容。例如：1986年美國加州《中學(xué)生計算機素養(yǎng)》教科書中的程序設(shè)計內(nèi)容就包括變量、計數(shù)、流程圖、初始化、判斷、輸入/輸出、循環(huán)、子程序、中斷等知識（Bitter， 1986 pp.194-198）。1987年，我國修訂的《普通中學(xué)電子計算機選修課教學(xué)大綱（試行）》在程序設(shè)計語言內(nèi)容中要求學(xué)生學(xué)習(xí)框圖、輸入/輸出、過程、條件分支、數(shù)據(jù)、循環(huán)、數(shù)組、圖形、函數(shù)等（全國中學(xué)計算機教育研究中心， 1991， p.62）。為便于學(xué)生快速掌握程序設(shè)計的知識與技能，早期中小學(xué)計算機教科書大多以“編程知識講解”方式呈現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容。事實上，忽視中小學(xué)生的認知能力與學(xué)習(xí)風(fēng)格，像培訓(xùn)“程序員”那樣向中小學(xué)生灌輸程序設(shè)計知識，這不僅不利于學(xué)生理解相關(guān)內(nèi)容，反而會因為過度記憶一些語法知識而增加學(xué)生的學(xué)習(xí)負擔(dān)。

計算思維反映的是個體利用信息技術(shù)學(xué)科領(lǐng)域思想方法解決問題的一系列思維活動。計算思維教育并不是要把學(xué)生培養(yǎng)成“信息技術(shù)專家”，而是希望他們像專家那樣去思考利用信息技術(shù)解決問題的方法與過程。從學(xué)習(xí)內(nèi)容來看，盡管“程序設(shè)計”依然是學(xué)生實現(xiàn)從“計算機學(xué)習(xí)”向“計算思維形成”過渡的重要橋梁，但是在通過這個“橋梁”的過程中，已不是簡單地為實現(xiàn)“吩咐計算機做事”而學(xué)習(xí)程序設(shè)計，而是為理解“程序驅(qū)動”下各類數(shù)字化工具完成任務(wù)的學(xué)科方法而去體驗和使用程序設(shè)計?？梢?，在計算思維教學(xué)活動中已不是單純地講授計算機語言的知識，而是更注重學(xué)生動腦思考與動手實踐的結(jié)合，強調(diào)通過項目活動還原學(xué)科思想方法的本質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生在真實情境中體驗“程序驅(qū)動”數(shù)字化工具解決問題的方法，從而內(nèi)化為一種適合數(shù)字化生存的思維方式。

三、計算思維教育：

基于STEM課程的實施

計算思維作為信息技術(shù)學(xué)科的一項核心素養(yǎng)，其教育內(nèi)容超越了傳統(tǒng)程序設(shè)計的代碼編寫，更強調(diào)在情境中通過跨學(xué)科的方式培養(yǎng)學(xué)生利用信息技術(shù)學(xué)科方法解決問題的能力。從課程組織來看，信息技術(shù)本身就融合了科學(xué)（S）、技術(shù)（T）、工程（E）和數(shù)學(xué)（M）等知識，是一門典型的STEM課程（UK Computing Research Committee， 2015）?；赟TEM課程是開展計算思維教育的重要方式。

（一）指向計算思維教育的STEM課程設(shè)計策略

STEM課程是以項目活動的方式，引導(dǎo)學(xué)生運用跨學(xué)科知識，合作、設(shè)計、建構(gòu)、發(fā)現(xiàn)、解決問題的體驗式課程（沙欣， 2016， p.3）。指向計算思維教育的STEM課程繼承了項目學(xué)習(xí)的特征，通過跨學(xué)科整合、基于學(xué)科標準和建立學(xué)習(xí)支架等方式科學(xué)設(shè)計課程，促進學(xué)生計算思維發(fā)展。圖1是指向計算思維教育的STEM課程設(shè)計策略結(jié)構(gòu)圖。

圖1 指向計算思維教育的STEM課程設(shè)計策略

1. 基于項目的跨學(xué)科整合

基于項目的學(xué)習(xí)（project-based learning， PBL）是“以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心”的一種教學(xué)組織方式。調(diào)查研究顯示，體驗式、實踐式和學(xué)生主導(dǎo)式的項目更容易激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)STEM課程的熱情，項目學(xué)習(xí)逐漸成為STEM課程的通用教學(xué)方法（沙欣， 2016， p.33）。STEM全球教育聯(lián)合會（Global STEM Alliance， 2010）在STEM課程理論框架研究中提出：“STEM課程作為一種基于項目的學(xué)習(xí)，其項目設(shè)計要體現(xiàn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)，把不同學(xué)科的學(xué)習(xí)內(nèi)容整合在項目任務(wù)之中?！被诖?，指向計算思維教育的STEM課程的項目設(shè)計應(yīng)突出兩個關(guān)鍵特征：一是跨學(xué)科，項目學(xué)習(xí)的重點放在特定問題解決上，跨越學(xué)科界限，利用科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等學(xué)科相互關(guān)聯(lián)的知識解決問題；二是整合性，按照各學(xué)科最基本的知識結(jié)構(gòu)，找到不同學(xué)科知識之間的連接點和整合點，將分散的學(xué)科知識以問題的方式邏輯結(jié)構(gòu)化，整合進學(xué)習(xí)情境，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。

2. 基于標準的內(nèi)容設(shè)計

國家課程標準是編寫教材、教學(xué)、評估和考試命題的根本依據(jù)。在教學(xué)實踐中，為提高STEM課程跨學(xué)科整合的“黏合度”，避免“為活動而活動的誤區(qū)”，美國馬里蘭州STEM教育助理蘭茲博士（Lantz， 2009）提出基于標準的STEM課程設(shè)計，依據(jù)課程標準中的學(xué)習(xí)要求，將各學(xué)科知識技能“錨入（anchor）”STEM課程內(nèi)容中。基于標準成為指向計算思維的STEM課程設(shè)計的一項重要策略，主要表現(xiàn)在：其一，通過分析信息技術(shù)與其他學(xué)科課程標準，確定學(xué)習(xí)目標，把STEM項目主題、活動內(nèi)容、活動過程和活動評價“黏合”為一個學(xué)習(xí)整體；其二，將課程目標細化為問題，梳理問題間的關(guān)系，形成問題鏈，以問題的方式將各學(xué)科知識和技能融入STEM項目中，提高STEM課程學(xué)習(xí)的深度與廣度。

3. 基于學(xué)習(xí)支架的探究過程

學(xué)習(xí)支架是對學(xué)生解決問題和建構(gòu)意義起輔助作用的概念框架。在解決問題的過程中，學(xué)習(xí)支架可以幫助學(xué)生實現(xiàn)認知不斷由實際水平提升到潛在水平。因此，在指向計算思維的STEM項目設(shè)計中，為引導(dǎo)學(xué)生在原有學(xué)習(xí)經(jīng)驗基礎(chǔ)上一步一步提升，實現(xiàn)知識的自我建構(gòu)，同樣需要在項目中融入一套促進學(xué)生認識發(fā)展的學(xué)習(xí)支架。設(shè)計學(xué)習(xí)支架的要點是：其一，要與學(xué)生原有的與計算思維相關(guān)的學(xué)習(xí)經(jīng)驗相吻合，提供的概念框架應(yīng)置于學(xué)習(xí)者的“最近發(fā)展區(qū)”，幫助學(xué)生在原有學(xué)習(xí)基礎(chǔ)之上進一步開展學(xué)習(xí)；其二，學(xué)習(xí)支架也要反映有經(jīng)驗的學(xué)習(xí)者（如教師）所經(jīng)歷的計算思維過程，為學(xué)生利用學(xué)科方法解決問題提供支架點的反饋，幫助學(xué)生領(lǐng)悟其中的要素關(guān)系，促進計算思維發(fā)展。

（二）指向計算思維教育的STEM課程設(shè)計框架

指向計算思維的STEM課程旨在通過項目活動為學(xué)生提供“做中學(xué)、學(xué)中做”的活動環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生在探究問題的過程中發(fā)展計算思維，提高利用計算思維解決問題的能力。項目結(jié)構(gòu)與內(nèi)容設(shè)計是STEM課程設(shè)計的關(guān)鍵部分。STEM課程專家埃爾多安（Niyazi Erdogan）針對STEM課程學(xué)習(xí)過程，提出STEM項目設(shè)計的四個要素，即：①投入，明確項目學(xué)習(xí)的目標和過程； ②管理，確定項目學(xué)習(xí)的方法和策略；③產(chǎn)生，形成學(xué)生項目學(xué)習(xí)的方案并取得結(jié)果；④評估，對學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)結(jié)果進行評價（沙欣， 2016， p.35）。美國跨學(xué)科整合專家萊莉（Riley， 2012， p.13）在案例研究的過程中提出STEM項目設(shè)計的內(nèi)容框架，包括明確項目主題、梳理核心問題、說明關(guān)鍵技能、設(shè)計學(xué)生項目活動進程、提供相關(guān)活動支持、組織活動評價等內(nèi)容。兩者分別從實施過程和內(nèi)容組織兩方面分析了STEM項目結(jié)構(gòu)，都強調(diào)項目目標、過程、結(jié)果與評價等內(nèi)容。借鑒已有研究成果，指向計算思維教育的STEM項目框架主要包括項目主題、項目目標、項目過程、項目資源和項目評價等內(nèi)容。圖2是指向計算思維教育的STEM課程框架圖。

圖2 指向計算思維教育的STEM課程框架

（1）明確項目主題，描述活動情境。分析學(xué)生的學(xué)習(xí)經(jīng)驗和活動興趣，按照計算思維等跨學(xué)科知識技能學(xué)習(xí)需要，確定適合學(xué)生開展的項目主題，通過活動情境描述激發(fā)學(xué)生探究項目的欲望。

（2）界定項目目標，聚焦學(xué)習(xí)問題。列舉項目活動中所涉及的包括計算思維培養(yǎng)在內(nèi)的多學(xué)科課程標準內(nèi)容，確定項目活動后學(xué)生應(yīng)知、應(yīng)會、應(yīng)用的學(xué)習(xí)結(jié)果，確定達到學(xué)習(xí)目標所對應(yīng)的問題鏈。

（3）設(shè)計項目過程，細化活動任務(wù)。描述學(xué)生開展項目活動經(jīng)歷的關(guān)鍵步驟，將學(xué)習(xí)支架置于項目活動過程中，通過學(xué)習(xí)支架引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷高水平的思維過程，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維。

（4）提供項目資源，支持活動實施。按照項目活動需要，為學(xué)生提供解決問題可能需要的學(xué)習(xí)資源，如項目實施過程中應(yīng)用到的軟件工具、跨學(xué)科學(xué)習(xí)資料等，支持學(xué)生實施項目活動。

（5）開發(fā)項目評價工具，確定評價方式。按照項目活動結(jié)果，開發(fā)針對活動作品的評價工具，如小組活動評價標準、作品評價量表等，用以對學(xué)生的活動過程和結(jié)果給出一個準確判斷，促進學(xué)生更好地反思和改進。

四、計算思維教育：

一個基于STEM課程的項目案例

指向計算思維教育的STEM課程是把“學(xué)計算思維”與“用計算思維”結(jié)合起來，通過項目活動的方式發(fā)展學(xué)生的計算思維，提高他們綜合應(yīng)用跨學(xué)科知識的能力。下面提供了一個指向計算思維教育的STEM課程項目案例。

（一）案例背景

“計算思維與食物鏈”是融合了信息技術(shù)、科學(xué)等學(xué)科的STEM項目，反映了四年級學(xué)生的學(xué)習(xí)特征和學(xué)習(xí)需要。在利用信息技術(shù)學(xué)科領(lǐng)域的思想方法和工具解決食物鏈問題的活動中，學(xué)生一方面可以體驗計算思維在解決問題中的作用，如應(yīng)用抽象方法表達數(shù)據(jù)、利用技術(shù)工具自動運行設(shè)計方案等；另一方面可以通過“計算思維+食物鏈”方式理解和預(yù)測不同情境下食物鏈的發(fā)展變化，感受一種新的食物鏈學(xué)習(xí)方法；最后通過Scratch作品反映自己對食物鏈的理解和探究程度。

（二）案例簡綱①

1. 項目主題

計算思維與食物鏈。

2. 項目目標

學(xué)生能夠用Scratch語言創(chuàng)設(shè)一個動畫情境，表示一個真實食物鏈的發(fā)展特征。

該項目活動反映的課程標準要求：

（1）信息技術(shù)課程標準中計算思維能力要求：①通過抽象的方式（如模型、模擬）表示數(shù)據(jù)；②設(shè)計算法形成自動化解決問題的方案；③總結(jié)這種解決問題的方法，遷移至更寬泛的問題解決之中。

（2）科學(xué)課程標準要求：4年級學(xué)生生命科學(xué)標準的要求。

3. 項目過程

按照項目任務(wù)，活動過程包括頭腦風(fēng)暴、問題討論、動畫演示、分組拓展等環(huán)節(jié)。通過這些活動，學(xué)生能體驗和應(yīng)用計算思維認識食物鏈的特征。項目活動過程如表1所示。

表1 項目活動過程

[活動 活動內(nèi)容 計算思維 頭腦風(fēng)暴 討論在食物鏈中草、兔子和鷹的關(guān)系，說明其中太陽與細菌分解的作用 抽象：畫出這些生物在食物鏈中的結(jié)構(gòu)圖 問題討論 針對問題（例如，如果讓生態(tài)系統(tǒng)更復(fù)雜些需要增加什么物種），討論哪些因素會改變草、兔子和鷹三者關(guān)系的平衡 動畫演示 每位學(xué)生用Scratch軟件創(chuàng)設(shè)一個簡單的動畫情境，能顯示兔子吃草、鷹抓兔子這一食物鏈場景，反映出個人對食物鏈的理解 模型與模擬：學(xué)生的作品能模擬食物鏈 分組拓展 學(xué)生分組利用Scratch軟件創(chuàng)設(shè)一個加入其他因素后對食物鏈產(chǎn)生影響的預(yù)期場景，用以預(yù)測相關(guān)因素的變化對食物鏈的影響 系統(tǒng)化：利用“計算思維+食物鏈”能對更復(fù)雜的系統(tǒng)進行更深入的探究 ]

4. 項目資源

相關(guān)項目資源包括有關(guān)食物鏈與習(xí)性的網(wǎng)站、食物鏈交互游戲的網(wǎng)站和Scratch支持網(wǎng)站。

5. 項目評價

作品1：學(xué)生創(chuàng)設(shè)的場景要能模擬不同級別的食物鏈。

作品2：學(xué)生要創(chuàng)設(shè)和保存多個場景，以顯示出生態(tài)系統(tǒng)中食物競爭的元素。

教師提供學(xué)習(xí)作品評價量表（略）。

（三）案例說明

“計算思維與食物鏈”STEM項目包括項目主題、項目目標、項目活動、項目資源和項目評價五部分。項目主題的設(shè)計反映了四年級學(xué)生的學(xué)習(xí)經(jīng)驗和學(xué)習(xí)內(nèi)容；項目目標基于信息技術(shù)和科學(xué)課程標準的學(xué)習(xí)要求進行界定；項目活動融合科學(xué)和技術(shù)的內(nèi)容，并將核心概念以支架的方式滲透到學(xué)習(xí)過程中；項目資源提供了學(xué)生在探究過程中可能需要的資源網(wǎng)站；項目評價給出了學(xué)習(xí)作品的要求和評價量表，讓學(xué)生明白他們的最終學(xué)習(xí)結(jié)果是什么和需要達到什么程度。在活動過程中，學(xué)生既可以感受應(yīng)用信息技術(shù)學(xué)科領(lǐng)域方法解決問題的過程，也可以體驗“計算思維+食物鏈”探究方式的意義，并能采用這種方式深入開展食物鏈研究。

五、結(jié)語

當(dāng)以“程序驅(qū)動”為特征的信息技術(shù)工具滲透到社會各個領(lǐng)域并改變?nèi)藗兊膶W(xué)習(xí)、生活和工作方式時，計算思維就成為人們的一種普適性能力。計算思維教育作為中小學(xué)一項重要的教育內(nèi)容，并不是要求每個學(xué)生都能應(yīng)用程序設(shè)計語言，而是要培養(yǎng)他們理解信息技術(shù)學(xué)科領(lǐng)域的思想方法，并將這種方法合理應(yīng)用于新領(lǐng)域中的能力，因此計算思維教育就超越了傳統(tǒng)的代碼操練式學(xué)習(xí)。基于STEM課程的計算思維教育課程希冀通過項目學(xué)習(xí)的方式，為學(xué)生提供體驗計算思維、應(yīng)用計算思維、實現(xiàn)計算思維與其他領(lǐng)域相結(jié)合的學(xué)習(xí)機會，發(fā)展學(xué)生在數(shù)字化環(huán)境中的適應(yīng)力和創(chuàng)新力。

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收稿日期：2017-08-24

定稿日期：2017-09-30

作者簡介：李鋒，博士，副研究員，華東師范大學(xué)開放教育學(xué)院（200062）。

責(zé)任編輯 單 玲