中小学计算思维培养课程设计与开发研究

中小学计算思维培养课程设计与开发研究随着计算机作为文化形态渗入生活的各个方面,储备计算领域的人才成为世界各国关注的焦点。计算思维应如何培养?课程应如何创新?对应的教育体系该如何变革?随着计算思维往普适能力方向发展,学校教育开始面临新的挑战,中小学阶段的培养目标以及课程设计均需要调整并有所革新。本文主要围绕三个研究问题,一是计算思维培养目标是什么;二是针对目标,计算思维的培养课程应如何设计与开发;三是所设计出的课程是否能够促进学习者计算思维的发展。本研究通过内容分析法构建了计算思维的教育框架和培养路径,从理论层面解构计算思维的本质内涵、教育内容和教学策略;通过德尔菲法确定了计算思维的培养目标体系,并设计和开发了初阶课程;采用基于设计的研究方法,在实验学校应用实践中不断修改和完善课程,以期为学校提供计算思维教育的可行方案,为教师提供实用的课程内容来源、行动路径及指导策略。

本研究主要内容分为六章,分别是绪论、理论基础、培养框架构建、目标设计与起点课程开发、课程案例实施与评价以及研究总结与展望。第一章绪论阐明了研究背景,提出研究问题,综述国内外发展和研究现状并说明本研究的主要内容、目的意义、研究计划、研究方法。第二章理论基础主要包括概念界定、内涵剖析和教学设计相关理论说明,系统地分析解释与“计算思维”相关的名词,就计算思维的结构、干预措施、评估方式和已有模型四个方面对相关文献进行内容分析和研究,并详细说明对本研究起指导意义的课程设计理论基础。第三章在理论研究的基础上构建了中小学计算思维培养的教育框架,从本质内涵、教育内容和教学策略三个方面搭建计算思维培养的总体思路并描述培养路径。

第四章通过内容分析法重新编码美英澳三个国家关于计算思维培养的有关标准和目标,通过德尔菲法收集专家意见,确定小学阶段的目标体系,并针对目标体系所确定的预期学习结果,设计开发适合零基础学习者的起点课程,为计算思维的培养提供案例参考。第五章检验课程质量并评价学习结果,通过在实验学校的具体实施,检验教学设计是否能够激发学习者的学习兴趣,以及是否能够促进学习者计算思维的发展。最后一章总结研究结论,反思存在的不足,并指出后续的研究方向。研究得出,计算思维从过程角度看,包含抽象归纳、解构分层、算法设计、调试优化、模式识别、泛化迁移六个要素;从行为角度看,计算思维解决问题

的系统性主要表现为确定问题、设计步骤、步骤实施、评估迭代、泛化推广和沟通协作六个方面。

计算思维的教育内容围绕基础认知、解决问题以及协作与安全等基本问题,分为五大模块,分别是“系统与软硬件”、“抽象与算法”、“编程与开发”、“网络、通讯与安全”以及“数据与信息”。计算思维的教学策略以“问题导向,高度容‘错’”、“聚焦素养,多维评估”、“包含设计与迭代思想”、“跨学科性和情境迁移”、“技术与人文艺术结合”和“协作学习,兴趣驱动”等六个教学特征为基准,从内容组织、教学方法、评估策略和媒体工具四个维度为“如何设计兼具吸引力和有效性的教学”给出了策略上的建议。本研究最终确定计算思维培养初阶、中阶和高阶目标共44条,核心概念共45项,并依据初阶13条目标设计和开发了适合零基础学生学习的计算思维培养起点课程。课程的教学设计和资源开发涵盖五大模块,共23节课程。

最后,实践数据分析表明课程实践应用效果颇佳,教学设计成果可以激发学

习者学习积极性,贴近生活实际的课程使学生的计算思维水平均得到了有效提升,在系统思维、算法思维和逻辑思维方面的提升都非常显著,在项目实践和活动过程中潜移默化地推进表达能力、迁移能力和设计能力的发展。