武建鑫 宋 雨

（陜西科技大學(xué) 教育學(xué)院，陜西 西安 710000）

一、引言

當(dāng)今社會正在加速進入人工智能時代，大數(shù)據(jù)、智能機器、云計算等技術(shù)及其產(chǎn)品的更新迭代，使人們的生活方式和思維方式發(fā)生了深刻變革（于穎等，2020）。具體來看，大數(shù)據(jù)向人們提供了看待世界的前所未有的新視角；智能機器正在部分地取代勞動力，智能系統(tǒng)也被用于增強和擴展人類能力；更強大的云計算和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，允許人們超越時空限制開展協(xié)作。顯然，能夠應(yīng)對這些挑戰(zhàn)的不再只是擁有專業(yè)知識與技能的工作者，而是能夠參與計算世界并解決復(fù)雜問題的勞動者，即具備計算思維的時代新人。除了工程和科學(xué)領(lǐng)域，藝術(shù)設(shè)計、教育、法律、醫(yī)療、新聞等行業(yè)的很多工作也需要具備“計算能力”的專業(yè)人員，這是一個必然的發(fā)展趨勢（武建鑫，2020）。當(dāng)今時代的職業(yè)技能需求再次印證了聯(lián)合國教科文組織的判斷：計算思維已經(jīng)成為使學(xué)習(xí)者在人工智能驅(qū)動的社會中蓬勃發(fā)展的關(guān)鍵能力之一（Francesc et al.，2019）。在未來充滿不確定的社會，青年一代有必要系統(tǒng)學(xué)習(xí)并掌握計算思維，特別是在學(xué)校教育中接受科學(xué)有效的訓(xùn)練。研究表明，計算思維適用于整個教育和勞動力系統(tǒng)，它是解決復(fù)雜問題的技能，是學(xué)習(xí)任何學(xué)科的方法，也是適應(yīng)智能時代的必要條件，我們應(yīng)首先在K-12學(xué)科課程中整合計算思維（Angevine et al.，2017）。當(dāng)然，計算思維的培養(yǎng)并非某一學(xué)科或某一階段的教育能夠完成，還需要探索計算思維教育的協(xié)同發(fā)展路徑：一是統(tǒng)籌考慮信息科技課程與其他學(xué)科課程之間協(xié)同培養(yǎng)；二是為K-12教育和高等教育之間搭建計算思維銜接培養(yǎng)機制。

“計算思維”在國際上也引起廣泛而深入的探討。國際第三方組織相繼發(fā)布了若干份重量級計算思維研究報告。比如，歐洲學(xué)校網(wǎng)（European Schoolnet，2015）發(fā)布了《計算我們的未來：歐洲計算機編程及編程優(yōu)先項、學(xué)校課程和行動》報告，指出計算思維在一些國家已變得越來越重要，被視為將編程融入課程的關(guān)鍵能力之一。國際教育技術(shù)協(xié)會（ISTE，2018）發(fā)布的《教育工作者標(biāo)準(zhǔn)：計算思維能力》報告，是首個以“計算思維”命名的能力標(biāo)準(zhǔn)，提出的計算思維與學(xué)科教學(xué)的融合觀點，在國內(nèi)學(xué)術(shù)界引起了熱議，對指引計算思維教學(xué)有重要的實踐價值（于穎等，2020；胡科等，2019）。更值得關(guān)注的是，美國“數(shù)字承諾”（Digital Promise）教育技術(shù)國家中心2021年12月發(fā)布的《面向包容性世界的計算思維：教育工作者學(xué)習(xí)和行動的指南》（以下簡稱《報告》）（Mills et al.，2021）將計算思維置于包容性世界，對其內(nèi)涵和外延作了界定，并從計算思維融入學(xué)科學(xué)習(xí)和如何培養(yǎng)教育工作者的計算思維能力層面提出了培養(yǎng)計算思維的行動路徑。因此，了解《報告》的核心內(nèi)容，歸納梳理計算思維與學(xué)科學(xué)習(xí)的整合框架與具體建議，為我國計算思維教育實踐提供行動指導(dǎo)，具有重要價值。

二、內(nèi)涵重塑和整合框架

目前，學(xué)界對計算思維內(nèi)涵的界定，差異很大。《報告》的研發(fā)團隊分別闡述了2017年與2021年計算術(shù)語的內(nèi)涵、關(guān)系和變化，提出有必要將計算思維理解為一系列相互關(guān)聯(lián)的技能和實踐，構(gòu)建使這些技能和實踐一體化的計算思維整合框架。

（一）內(nèi)涵重塑

在計算思維的話語體系中，人們通常將其與編程、計算、計算機科學(xué)等概念混淆使用，不區(qū)分它們之間的區(qū)別與聯(lián)系。這嚴(yán)重影響了計算思維教育實踐?；诖耍皵?shù)字承諾”教育技術(shù)國家中心2017年提出了由計算機科學(xué)、計算思維和編碼三個概念組成的關(guān)系圖，認為計算機科學(xué)（computer science）是一門學(xué)科，計算思維是計算機科學(xué)七個核心實踐中的重要內(nèi)容，編碼（coding）是開發(fā)一組計算機可以理解和執(zhí)行指令的實踐，這三個概念之間存在交叉和包含關(guān)系。米爾斯等（Mills et al.，2021）在2021年《報告》中更新了三者之間的概念關(guān)系，增加了“計算”（computing）概念，將原來的“編碼”更新為“編程”（programming）：1）計算機科學(xué)研究計算機和算法過程，包括原理、硬件和軟件設(shè)計、應(yīng)用及其對社會的影響；2）編程是開發(fā)一組計算機可以理解和執(zhí)行的指令以及調(diào)試、組織和應(yīng)用這些代碼解決問題的實踐；3）計算思維是一種解決問題、設(shè)計系統(tǒng)和理解人類行為的方法，它借用計算機科學(xué)的基本概念，是每個人應(yīng)具備的基本技能；4）計算是利用計算方法、模型或系統(tǒng)的活動或研究領(lǐng)域，如信息管理、計算機工程、人工智能、數(shù)據(jù)科學(xué)、娛樂媒體等。各概念之間的關(guān)系是：計算思維與計算機科學(xué)有交集；編程包括在計算機科學(xué)中，且與計算思維有交集；計算是含義最廣的概念，涵蓋計算機科學(xué)和計算思維（見圖1）。

圖1 計算思維相關(guān)概念的關(guān)系及其變遷

（二）整合框架

為將計算思維整合到K-12教學(xué)和學(xué)習(xí)中，教育工作者必須界定學(xué)生的能力結(jié)構(gòu)及其實現(xiàn)方式?！秷蟾妗氛J為可將計算思維轉(zhuǎn)化為一系列相互關(guān)聯(lián)的技能、實踐和教學(xué)法，構(gòu)建具有可操作性的計算思維整合框架（見圖2）。

圖2 計算思維整合框架

1. 計算思維技能層

“計算思維技能”處在最外層。它是使用計算工具解決問題所必需的認知過程，包括抽象、算法思維、調(diào)試、分解、模式識別、選擇工具六種技能。抽象指突出問題或現(xiàn)象的最重要方面；算法思維指按順序組織步驟；調(diào)試指反復(fù)測試，發(fā)現(xiàn)并修正錯誤；分解指將問題分解成更小的部分；模式識別指識別重復(fù)出現(xiàn)的特征、數(shù)據(jù)或關(guān)系；選擇工具指選擇具有適當(dāng)功能的計算設(shè)備完成任務(wù)。

2. 計算思維實踐層

“計算思維實踐”處在次外層。它指結(jié)合多種計算技能解決應(yīng)用問題的過程，包括自動化、計算建模和數(shù)據(jù)實踐三類。自動化指為計算機開發(fā)一套系統(tǒng)的指令，使其能夠比人類更頻繁、更有效和更準(zhǔn)確地執(zhí)行任務(wù)；計算建模指使用計算工具表示復(fù)雜系統(tǒng)內(nèi)的關(guān)系，特別是可用來表示由于時間、大小和可見性的限制而無法徹底檢查的現(xiàn)象；數(shù)據(jù)實踐指利用計算模型和方法收集、分析和可視化數(shù)據(jù)。

3. 包容性教學(xué)法層

“包容性教學(xué)法”處在中心層，包括：1）設(shè)計無障礙的教學(xué)指導(dǎo)，指教師應(yīng)使用恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略讓所有學(xué)生參與計算；2）教學(xué)設(shè)計要與學(xué)生的興趣、家庭和社區(qū)聯(lián)系起來，利用學(xué)生的經(jīng)驗設(shè)計與他們的家庭、社區(qū)和興趣相關(guān)的學(xué)習(xí)機會，突出計算與生活的相關(guān)性；3）承認不公平并與其斗爭，指教師支持學(xué)生認識并抵制社會邊緣群體在計算機領(lǐng)域受到的不公正對待。

三、培養(yǎng)策略

為使計算思維教育更具包容性，教育工作者應(yīng)優(yōu)先考慮計算思維學(xué)習(xí)機會的公平?！秷蟾妗诽峁┝藘纱蟛呗裕?）將計算思維融入K-12階段學(xué)科，如藝術(shù)、英語語言藝術(shù)、數(shù)學(xué)、科學(xué)和社會研究；2）開發(fā)專業(yè)的教師培訓(xùn)系統(tǒng)，提高教師將計算思維融入學(xué)科教學(xué)的能力。

（一）將計算思維融入學(xué)科學(xué)習(xí)

《報告》認為，計算思維與其他學(xué)科問題的解決存在互補性，計算思維與學(xué)科學(xué)習(xí)具有協(xié)同作用。兩者融合，有助于擴大計算思維的學(xué)習(xí)機會，學(xué)生能在不同環(huán)境中學(xué)習(xí)和應(yīng)用計算思維；可將計算視為理解其他學(xué)科的工具，用計算方法創(chuàng)造性地解決學(xué)科問題，有助于深化學(xué)科學(xué)習(xí)。計算思維融入學(xué)科學(xué)習(xí)的策略如下：

1. 利用學(xué)科學(xué)習(xí)和計算思維之間的協(xié)同作用

實現(xiàn)學(xué)科學(xué)習(xí)和計算思維之間的有效協(xié)同，關(guān)鍵在于教師的教育理念和教學(xué)設(shè)計。教師必須意識到學(xué)科教學(xué)中，他們已在部分地發(fā)展學(xué)生的計算思維（Waterman et al.，2020），要注意計算思維與學(xué)科學(xué)習(xí)之間的協(xié)同作用因教育階段和學(xué)科目的不同而有差異。小學(xué)低年級著重培養(yǎng)學(xué)生的計算思維技能，設(shè)計的任務(wù)可以簡單且有趣，如分解橡皮泥、設(shè)計串珠項鏈、對食物進行歸類等。小學(xué)高年級著重培養(yǎng)學(xué)生的計算思維實踐，開始接觸許多計算工具和數(shù)據(jù)，如使用Scratch創(chuàng)作歌曲，使用Alice編程軟件編寫故事。中學(xué)階段繼續(xù)強化學(xué)生的計算思維實踐訓(xùn)練，要求學(xué)生能選取生活實際問題并采用計算的方法解決，如讓學(xué)生統(tǒng)計分析自己的健康習(xí)慣數(shù)據(jù)，使用電子紡織物設(shè)計正方形的藝術(shù)品，開發(fā)能夠抽取文獻題錄信息的算法。

《報告》聚焦計算思維教育的數(shù)據(jù)實踐、自動化、計算建模等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過綜合課程示例呈現(xiàn)了計算思維整合到小學(xué)低年級、小學(xué)高年級和中學(xué)的核心學(xué)科學(xué)習(xí)的基本做法。其中比較典型的示例為“將計算建模集成到中學(xué)雙語學(xué)生的科學(xué)課程”。教師席爾法發(fā)現(xiàn)班上超一半學(xué)生是多語言學(xué)習(xí)者，都經(jīng)歷過五級颶風(fēng)的破壞性影響。教師將此視為將計算思維整合到科學(xué)課程學(xué)習(xí)的機會。課程整合不僅能鍛煉學(xué)生語言表達和溝通能力，還能通過科技作品與他們的家庭和社區(qū)建立聯(lián)系。教師由此設(shè)計了以下問題：什么是跨語言學(xué)習(xí)？是否有機會讓學(xué)生在課堂上使用跨語言？學(xué)生有哪些機會與他們的家庭和社區(qū)建立聯(lián)系？學(xué)生是否可以在課堂上用Scratch自動化處理主題、過程或現(xiàn)象？席爾法的教學(xué)過程如下：首先，教師為學(xué)生提供西班牙語和英語資料，以便學(xué)生從多種視角了解“瑪麗亞”颶風(fēng)，鍛煉新語言的使用。其次，學(xué)生參與調(diào)查颶風(fēng)對居民的影響，在充分考慮建模的目的和模型創(chuàng)建方法后，用圖文結(jié)合的方式設(shè)計颶風(fēng)模型，該模型能夠預(yù)測颶風(fēng)的路徑和嚴(yán)重程度。接下來，教師組織學(xué)生創(chuàng)建Scratch計算模型，使用教師提供的多語言任務(wù)清單跟蹤和保證進度。最后，學(xué)生向父母、教育工作者和專業(yè)人士展示成果。該課程不僅讓學(xué)生結(jié)合親身經(jīng)歷掌握了七年級科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)要求的科學(xué)模型和氣候相關(guān)概念，還將計算思維技能、實踐和包容性教學(xué)法整合到課堂中。

2. 發(fā)展低年級學(xué)生的計算思維技能

思維、素養(yǎng)與高階能力的培養(yǎng)不是一項階段性任務(wù)，不是等到高等教育階段才開始。相反，它是一項系統(tǒng)工程，是在社會環(huán)境和教育系統(tǒng)的密切配合下從基礎(chǔ)教育到高等教育整個教育鏈的系統(tǒng)性設(shè)計（武建鑫，2021）。計算思維的培養(yǎng)同樣如此，要考慮學(xué)習(xí)者的思維發(fā)展特點和發(fā)展連貫性問題，對低齡兒童開展計算思維教育，其教學(xué)效果更為持久且成本投入更低（Cunha et al.，2007）。根據(jù)經(jīng)濟合作與發(fā)展組織發(fā)布的《幼兒時期的計算思維教育現(xiàn)狀（2022）》可知，幼兒已具備掌握計算思維概念和技能的能力。幼兒期（3-8歲）是開展計算機科學(xué)教育和培養(yǎng)計算思維的關(guān)鍵期，早期接觸計算思維對于防止刻板印象和確保所有幼兒獲得數(shù)字素養(yǎng)發(fā)展平等機會很重要（Marina et al.，2022）。

低年級計算思維培養(yǎng)可聚焦抽象、分解、模式識別等技能層面，教師可將其作為解決問題的方法融入教學(xué)設(shè)計與教學(xué)過程中。教師教學(xué)設(shè)計需考慮以下問題：計算思維活動如何與學(xué)生的興趣、學(xué)校和家庭相聯(lián)系？幼兒如何恰當(dāng)?shù)貐⑴c“插電”（plugged）和“不插電”（unplugged）的計算思維技能活動中？《報告》介紹了系列“將與生活相關(guān)的計算思維融入幼兒園”的典型案例。1）“為上學(xué)做準(zhǔn)備”案例。教師讓學(xué)生根據(jù)可觀察的特征將食物分類，設(shè)計中突出重要信息、忽略不相關(guān)信息，以此培養(yǎng)學(xué)生的抽象技能。2）“橡皮泥工作室”案例。教師讓學(xué)生將日常生活分解為更細小的部分，并制成一本迷你書與同學(xué)分享，以此培養(yǎng)學(xué)生的分解技能。3）“雜貨店”案例。教師借助游戲幫助學(xué)生觀察顏色、形狀和大小等特征練習(xí)分類和標(biāo)記技能。上述案例可以為教師發(fā)展低年級學(xué)生的計算思維技能提供指導(dǎo)。針對低年級學(xué)生，設(shè)定游戲任務(wù)可以調(diào)動他們的好奇心、激發(fā)其探索問題尋求解決方案的潛意識并以此提高兒童的問題解決能力（孫立會等，2020）。設(shè)定任務(wù)需要生活化，營造良好的計算思維培養(yǎng)情景。

3. 激發(fā)學(xué)生的能動性和目的性

當(dāng)前指向計算思維教育的改革較多，但大部分資源和管理上的改進仍然無法惠及所有學(xué)生。面向包容性世界的計算思維教育還存在另一個增長極，那就是關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)的能動性和改進學(xué)科學(xué)習(xí)的方式。事實上，計算思維教育的重要轉(zhuǎn)向就是提供以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)體驗，讓學(xué)生決定使用什么工具、如何使用以及用于什么目的，為他們提供在課外獲得經(jīng)驗、自主權(quán)和信心的機會?；诖耍秷蟾妗诽岢鲆粋€從“增強”到“轉(zhuǎn)化”的譜系圖（見表一），“增強”即指導(dǎo)學(xué)生如何使用數(shù)據(jù)、程序和代碼；“轉(zhuǎn)化”即學(xué)生自己決定學(xué)習(xí)目標(biāo)及為實現(xiàn)目標(biāo)而自行操作計算工具的過程。在中間階段，學(xué)生可以在有限范圍內(nèi)修改教師提供的資源（Terada，2020）。

表一 計算思維實踐從增強到轉(zhuǎn)化的譜系

《報告》呈現(xiàn)了“數(shù)據(jù)實踐中激發(fā)學(xué)生主動性和能動性”的典型案例。教師?？怂乖谥袑W(xué)科學(xué)課程中設(shè)置了探究新冠病毒傳播數(shù)據(jù)的主題。他提出以下問題：哪里可以找到與學(xué)生興趣和生活相關(guān)的數(shù)據(jù)？如何支持學(xué)生提出可以用數(shù)據(jù)回答的問題？是否為學(xué)生留出考慮數(shù)據(jù)源中存在偏見的空間？福克斯首先讓學(xué)生根據(jù)他們對疫情的關(guān)注點提出問題，然后引導(dǎo)學(xué)生修改問題以便用數(shù)據(jù)作答。例如，學(xué)生最初提出“為什么冠狀病毒如此致命？”，后修訂為“與其他冠狀病毒相比，新冠病毒是否會導(dǎo)致更多的人死亡？”接下來，教師組織學(xué)生收集疾病預(yù)防和控制中心等平臺的數(shù)據(jù)并對其分析，要求學(xué)生考慮每個數(shù)據(jù)源的相關(guān)性、有效性及隱含的偏見。最后，學(xué)生利用通用在線數(shù)據(jù)分析平臺處理數(shù)據(jù)，生成原創(chuàng)性的信息圖表、公告或文章，將結(jié)果傳給社區(qū)。這次經(jīng)歷對學(xué)生非常寶貴，因為沒有現(xiàn)成答案，學(xué)生完全依賴自身的技能實現(xiàn)與現(xiàn)實世界的交互。

（二）提高教師計算思維教育能力

由上可知，計算思維融入學(xué)科學(xué)習(xí)的教改思路具有可行性，且在相當(dāng)多的案例中取得了成功。然而，這種由教師開展的教學(xué)實踐案例難以確保地區(qū)內(nèi)各學(xué)校之間、各班級內(nèi)計算思維教育實踐的一致性，由此會導(dǎo)致處于邊緣的學(xué)生學(xué)習(xí)計算思維的機會越來越少?；诖耍秷蟾妗酚懻摿藢W(xué)區(qū)和學(xué)校內(nèi)擴展和維持計算思維整合的策略，如促進學(xué)區(qū)和學(xué)校之間的共同領(lǐng)導(dǎo)，為職前和在職教師設(shè)計專業(yè)培訓(xùn)。

1. 促進地區(qū)、學(xué)校和教師之間的共同領(lǐng)導(dǎo)

美國各州計算思維教育政策存在脫離學(xué)校發(fā)展實際的情況，沒能按照教育工作者的需要提出實施建議。地區(qū)領(lǐng)導(dǎo)者也無法獨立完成各校一致、逐年進步、基于學(xué)生能力的發(fā)展目標(biāo)，他們必須與學(xué)校和教師配合，共同確定更具包容性的計算思維發(fā)展途徑。鑒于計算思維教育通常被視為課后活動或高級課程的延伸，地區(qū)領(lǐng)導(dǎo)者一直無法解決由此帶來的教育不公平問題?！皵?shù)字承諾”組織建議采用“地區(qū)賦能”的方式實施計算思維。地區(qū)教育管理部門向教師提供技術(shù)和項目，如Scratch、Code.org和Project Lead the Way；教師按照項目主題將技術(shù)工具嵌入創(chuàng)客學(xué)習(xí)或STEAM教育。最后，地區(qū)所有學(xué)?；趯W(xué)生的知識和能力開展教學(xué)，如算法、數(shù)據(jù)和計算建模的學(xué)習(xí)（Burke et al.，2019）。《報告》重點介紹了塔拉迪加縣公立學(xué)校設(shè)計的K-12計算思維整合案例。該縣處在農(nóng)村地區(qū)，有許多處于計算教育邊緣的學(xué)生。該地區(qū)管理部門利用現(xiàn)有的跨學(xué)校教師領(lǐng)導(dǎo)者組建了路徑開發(fā)團隊。該團隊通過夯實計算思維的教育基礎(chǔ)，開發(fā)K-12計算思維途徑，設(shè)計包容性學(xué)習(xí)機會三個過程，實現(xiàn)地區(qū)、教育管理者、教師的共同領(lǐng)導(dǎo)。首先，團隊成員闡明該地區(qū)K-12計算教育路徑愿景，即重視學(xué)生學(xué)習(xí)計算的機會，希望學(xué)生能在技術(shù)驅(qū)動的勞動密集社會中茁壯成長，進而能夠促進該地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展。然后，團隊成員參考本州的“數(shù)字素養(yǎng)和計算機科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)”等相關(guān)學(xué)科標(biāo)準(zhǔn)（DLCS，2017），確定符合當(dāng)?shù)氐挠嬎闼季S能力，并繪制學(xué)科標(biāo)準(zhǔn)和計算思維能力相聯(lián)系的“能力地圖”，方便教師參考。最后，塔拉迪加縣的教師和領(lǐng)導(dǎo)組成一個委員會，為計劃實施開發(fā)包容性評估工具，確保整合包容性教學(xué)法的實施效果。在塔拉迪加縣，這種合作已被認定是發(fā)展計算思維的強有力途徑。

2. 開發(fā)可持續(xù)的、個性化的專業(yè)培訓(xùn)機會

大多數(shù)教育工作者沒有強大的計算機科學(xué)背景，且各類教育培訓(xùn)項目尚未納入計算方法課程或包含計算思維實踐，因此教師往往難以識別計算概念和核心內(nèi)容之間的聯(lián)系，對計算思維教學(xué)帶來諸多挑戰(zhàn)。因此，教師非常期望教育管理部門能夠提供計算思維的教育項目，獲取開展計算思維融入學(xué)科課程的操作方法，提升教學(xué)信心及教學(xué)效果（Rich et al.，2017）?！皵?shù)字承諾”團隊采訪了120位教師，得知教師們一致希望獲得的是持續(xù)的專業(yè)培訓(xùn)、概念清晰的術(shù)語、示范課例、評估學(xué)生的標(biāo)準(zhǔn)、教師計算能力的認知反饋。由此可知，教育管理部門應(yīng)為教師提供可持續(xù)的、個性化的培訓(xùn)機會和充足的輔助資源，以便提升教師的計算思維教學(xué)水平。

教育管理者頂層設(shè)計要考慮以下問題：所在地區(qū)的教師對計算思維的整合了解多少？教師需要學(xué)習(xí)什么？教師有無整合計算思維的專業(yè)學(xué)習(xí)社群？《報告》重點介紹了“針對小學(xué)教育者的差異化和準(zhǔn)備階段的專業(yè)培訓(xùn)”案例。2020年1月起，紐約市十所公立小學(xué)實施“明日計劃”（Project Tomorrow）。這些學(xué)校絕大多數(shù)學(xué)生被計算思維教育邊緣化，3-5年級教師多數(shù)沒參加過任何計算思維或計算機科學(xué)的專業(yè)培訓(xùn)。該計劃基于教師個人需求制定專業(yè)的學(xué)習(xí)模式，首先評估教師的準(zhǔn)備情況，然后根據(jù)評估結(jié)果為教師定制個性化的專業(yè)培訓(xùn)方案，還開放在線學(xué)習(xí)平臺方便教師學(xué)習(xí)交流。該項目實施六個月后，教師對計算思維概念的理解有所提升，個性化培訓(xùn)方案使教師更加了解班級的實際，對處于計算思維邊緣的學(xué)生群體提供更適切的教學(xué)方案。實踐證明，這是一個可持續(xù)、可復(fù)制的教師專業(yè)培訓(xùn)模式。新學(xué)年紐約市20所學(xué)校將復(fù)制該模式。

3. 將計算思維融入職前教師培訓(xùn)計劃

計算思維教學(xué)創(chuàng)新的可持續(xù)性還取決于新進教師是否具備良好的計算思維素養(yǎng)。可行的做法是在職前教師培訓(xùn)計劃中嵌入計算教學(xué)指南。新進教師剛步入教學(xué)崗位，就需具備利用計算思維進行學(xué)科教學(xué)的能力。然而，現(xiàn)有為中小學(xué)教師準(zhǔn)備的將計算機科學(xué)或計算思維整合到其他教學(xué)領(lǐng)域的課程培訓(xùn)并不多見（Vegas et al.，2020）。為解決這些問題，亞達夫等（Yadav et al.，2017）提出計算思維成功融入教師培訓(xùn)計劃的建議：1）建立計算機科學(xué)教育者和其他教師的伙伴關(guān)系，促進計算思維技能和實踐與各學(xué)科課程的融合；2）在教育技術(shù)課程中介紹計算思維；3）通過方法課程將計算思維實踐應(yīng)用于學(xué)科領(lǐng)域。

鑒于中小學(xué)校對精通計算思維教育的學(xué)科教師的需求，紐約市立大學(xué)一直致力于開發(fā)具有計算思維知識的教師隊伍，《報告》根據(jù)紐約市立大學(xué)—豪斯托斯社區(qū)學(xué)院的創(chuàng)新舉措，介紹了“在入門教育職業(yè)培訓(xùn)中的計算思維和通用學(xué)習(xí)設(shè)計”案例。豪斯托斯社區(qū)學(xué)院將計算思維和通用學(xué)習(xí)設(shè)計整合到教育技術(shù)課程中，為教師提供模擬包容性教學(xué)法和項目式學(xué)習(xí)的機會。在整合前，教師需要考慮以下問題：通用課程的學(xué)習(xí)設(shè)計和計算思維之間的協(xié)同作用是什么？兩者能否融合？為支持職前教師學(xué)習(xí)整合計算思維，高校教師需要具備哪些知識？豪斯托斯社區(qū)學(xué)院最終修訂的教育技術(shù)課程包括四個模塊：數(shù)字素養(yǎng)和公民身份、“不插電”的計算思維和教學(xué)設(shè)計、提高學(xué)生可訪問性和通用學(xué)習(xí)設(shè)計、計算思維與數(shù)字倫理的應(yīng)用。四個獨立模塊的教學(xué)采用項目式教學(xué)和翻轉(zhuǎn)課堂等方法，每個職前教師嘗試模仿包容性教學(xué)法并被鼓勵將其融入教學(xué)實踐，為學(xué)生提供更多了解包容性和計算思維的機會。

四、簡要反思

近年來，我國非常重視計算思維教育。教育部頒布的《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（中華人民共和國教育部，2018）和《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》均將“計算思維”作為核心素養(yǎng)之一（中華人民共和國教育部，2022）。但計算思維教育實踐尚處于起步階段，教師對計算思維缺少清晰的認知，缺乏落實計算思維培養(yǎng)的經(jīng)驗儲備?！秷蟾妗诽岢龅挠嬎闼季S整合框架，值得我國借鑒。

（一）確立計算思維融入課程的理念

盡管計算思維具有明顯的計算機科學(xué)特征，但作為一種高階能力，義務(wù)教育階段計算思維的培養(yǎng)不可能僅依托信息技術(shù)課程完成。《報告》“將計算思維融入學(xué)科學(xué)習(xí)”的理念擴展了教育工作者的思路。根據(jù)歐盟委員會（European Commission，2022）發(fā)布的《義務(wù)教育計算思維研究》可知，計算思維融入義務(wù)教育課程有三種方法：一是作為跨學(xué)科課程的一部分；二是作為獨立學(xué)科的一部分；三是包含在其他學(xué)科中。在我國，義務(wù)教育階段的計算思維教育仍以信息技術(shù)學(xué)科為主要載體，且在教學(xué)過程中主要圍繞Word、Excel、Powerpoint和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等基礎(chǔ)知識講授展開，學(xué)生開展思維反思和實踐探究較少。為扭轉(zhuǎn)我國義務(wù)教育階段計算思維教育遲滯不前的現(xiàn)狀，讓更多學(xué)生深度參與計算思維學(xué)習(xí)，有必要基于國情探索計算思維與各學(xué)科課程整合的措施。1）除信息技術(shù)學(xué)科教師外，其他學(xué)科教師應(yīng)充分關(guān)注本學(xué)科的本質(zhì)特征，對照計算思維整合框架，研讀本學(xué)科和信息技術(shù)學(xué)科的課程標(biāo)準(zhǔn)，挖掘?qū)W科中蘊含的計算思維技能和實踐。例如，對語文和英語的寫作模塊，教師可通過分解文章結(jié)構(gòu)鍛煉學(xué)生的分解和抽象技能；生物教師可讓學(xué)生收集水源數(shù)據(jù)探究身邊的水質(zhì)問題。2）教師依托STEM課程開展計算思維教育。STEM教育是培養(yǎng)計算思維的天然沃土（李幸等，2019），即將STEM課程視為計算思維培養(yǎng)的重要途徑，依托其高度的整合性和包容性，在解決真實問題的過程中跨越計算機科學(xué)邊界培養(yǎng)計算思維。

（二）構(gòu)建更具包容性的計算思維課堂

聯(lián)合國教科文組織（2021）面向全球發(fā)布《共同重新構(gòu)想我們的未來：一種新的教育社會契約》，強調(diào)世界正處于一個新的轉(zhuǎn)折點，知識和學(xué)習(xí)是革新和轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)，但世界上廣泛存在著不平等現(xiàn)象，教育尚未滿足人們建立一個和平、公正和可持續(xù)發(fā)展未來的需要。教育公平是社會公平的基礎(chǔ)，不僅是國際社會共同追求的教育理想狀態(tài)，也是我國政府推進教育改革的基本價值取向。新時代的教育追求公平與質(zhì)量的統(tǒng)一，更加關(guān)注人的發(fā)展，為每個人提供適合的教育（馮建軍等，2022）。在人工智能時代，計算思維已成為使學(xué)習(xí)者在人工智能驅(qū)動的社會中蓬勃發(fā)展的關(guān)鍵能力之一，每位公民都應(yīng)享有接受計算思維教育的機會。然而，當(dāng)前計算思維教育實踐因區(qū)域和學(xué)校之間計算資源配置的不均衡而存在受教育機會的差異。短期內(nèi)資源配置或許很難發(fā)生大的變化，但實現(xiàn)計算思維教育機會公平的目標(biāo)非常迫切。基于此，我們將改革的重心聚焦教育工作者的教學(xué)方式，教師通過創(chuàng)造合適的計算思維學(xué)習(xí)環(huán)境，在課程教學(xué)中充分體現(xiàn)包容性以突破現(xiàn)有資源的束縛。具體做法如下：1）教育工作者考慮不同年級學(xué)生的知識基礎(chǔ)設(shè)計教學(xué)。在低年級，教師通過設(shè)計“不插電”的計算機科學(xué)活動激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和培養(yǎng)學(xué)生對計算的理解；在中高年級，教師利用線上教學(xué)資源，如計算思維微課程、可視化編程軟件、在線學(xué)習(xí)社區(qū)和虛擬仿真實驗室等緩解資源不完備的不足，實現(xiàn)學(xué)生公平參與的愿景。2）教育工作者要基于同一班級不同學(xué)生計算基礎(chǔ)的差異，通過分組探究、分層教學(xué)等盡可能照顧每位學(xué)生，如盡量選擇與學(xué)生生活經(jīng)驗契合度高的項目，設(shè)置階梯型難度的任務(wù)滿足不同學(xué)生的需求。教師可以采用組內(nèi)異質(zhì)、組間同質(zhì)的分組方法，發(fā)揮學(xué)生之間的協(xié)同作用，營造和諧共進、互幫互助的課堂文化氛圍。必要時，教師可設(shè)計學(xué)習(xí)任務(wù)單，為學(xué)生提供學(xué)習(xí)支架，幫助學(xué)生實現(xiàn)計算技能的進階，提高學(xué)生對計算的自我效能感。

（三）提升任課教師計算思維教學(xué)能力

當(dāng)計算思維教育的改革聚焦如何教時，我們不能僅從學(xué)生角度考慮課程建設(shè)、教學(xué)設(shè)計和資源設(shè)備的供給。學(xué)生計算思維能力的培養(yǎng)還取決于教師對計算思維的基本認知、計算思維與學(xué)科課程之間的關(guān)系建構(gòu)、計算思維教學(xué)技能?！秷蟾妗窂奈磥韼熧Y隊伍建設(shè)的角度提出了職前教師計算思維的培養(yǎng)體系，這為我們提供了啟示。具體來說，計算相關(guān)專業(yè)的職前教師，可在專業(yè)課程中直接挖掘和擴展其蘊含的計算思維內(nèi)容，全面提升計算思維教學(xué)設(shè)計和實踐能力。其他專業(yè)的職前教師需分析所在學(xué)科的思維與計算思維的相似點，并將其發(fā)展為計算思維與學(xué)科融合的起點；還可以通過“計算機導(dǎo)論”“現(xiàn)代教育技術(shù)”等課程加強教師對計算機學(xué)科基本概念的理解，在STEM、創(chuàng)客等課程的研修中加入計算思維培養(yǎng)目標(biāo)。事實上，除了著眼于未來師資隊伍建設(shè)，我們更應(yīng)該立足當(dāng)下，通過完善現(xiàn)有計算思維培訓(xùn)體系，提升在職教師的計算思維教學(xué)能力。當(dāng)務(wù)之急是拓寬教師培訓(xùn)范圍，尤其要把學(xué)科教師納入培訓(xùn)體系。同時，教育管理部門要做好頂層設(shè)計，提供多元的培訓(xùn)項目、制度保障、經(jīng)費支持，創(chuàng)設(shè)有利于教師計算思維教學(xué)能力持續(xù)發(fā)展的共同體環(huán)境（張文蘭等，2020）。新進教師應(yīng)當(dāng)更加重視對計算思維內(nèi)涵與實踐邏輯的理解，實現(xiàn)計算思維融入學(xué)科教學(xué)的內(nèi)在認同，豐富可行的課程范例；教學(xué)經(jīng)驗豐富的教師，可通過案例分享的方式，探尋學(xué)科內(nèi)容與計算思維的契合點及計算思維融入學(xué)科課程的技術(shù)路線。當(dāng)然，培訓(xùn)效果還取決于教師主觀能動性的發(fā)揮，教師要注意靈活運用資源，主動學(xué)習(xí)適用于計算思維教育的編程軟件，與線上同行或?qū)＜医涣鲗W(xué)習(xí)。