大任务驱动下信息技术教学的计算思维培养路径

摘      要：计算思维是高中信息技术学科的核心素养之一，但当前信息技术教学中存在学生计算思维培养缺位的问题。对此，可以“大任务”为高阶理念，引领信息技术教学的育人方向，厘清大任务驱动下的教学模式与计算思维培养模式的映射关系，总结提炼出大任务驱动下计算思维的培养路径。

关 键 词：大任务；计算思维；核心素养；信息技术教学；任务驱动

引用格式：周新.大任务驱动下信息技术教学的计算思维培养路径[J].教学与管理，2024（04）：51-54.

信息技术的迭代更新推动了社会的快速发展，也改变着人们的认知模式和思维逻辑。进入高中阶段，学生对信息技术与社会发展之间的逻辑关系有更清晰的认知，信息技术素质培养就显得尤为重要，而在这个阶段中计算思维是信息技术学科核心素养之一。计算思维具体表现为数据抽象与自动化运算这两种方式，它有利于帮助人们更好地适应数字新时代，解决在大数据社会中所面临的诸多问题。但在现实的高中信息技术课堂中却忽视或轻视了学生计算思维的培养，造成了学科素养与实际教学之间的割裂。

在传统的信息技术课堂教学中，教师通过布置相关任务，对任务中所学知识点、语法进行讲解，有序指导学生完成学习任务，最后教师加以反思与总结。信息技术教学过程中过于强调编程语言和语法等知识点，学生跟着教师的步骤来完成任务，教学目标停留在关注知识片段和孤立的训练技能，课堂教学缺乏整体意识，学生未经历整个思考过程，难以构建知识体系，使得思维锻炼流于形式，高中生的计算思维难以得到有效培养，从而造成了在信息技术课堂教学中学生的计算思维培养缺位的问题。因此，亟需一种高阶理念来引领高中生计算思维培养的发展方向，这个高阶理念就是“大任务”。“大任务”指将单元模块涉及的知识与技能、学科核心概念等有机融入到解决生活中的某一主题或活动问题中，由其来统领、驱动的一个“完整的学习事件”，强调知识点、操作技能、教学活动、探究问题的结构化。计算思维则是指人通过利用计算机学科的知识和概念来思考和分析问题、建立模型以及解决问题的思维方式和行为，主要包括抽象思维、算法思维、问题求解思维、创新思维。对此，亟需厘清两者之间的逻辑关系和契合之处，以“大任务”驱动学生计算思维的有效培养，探索信息技术课堂教学中学生计算思维培养的优化路径。

一、大任务驱动与计算思维培养的映射关系

结合大任务与计算思维两者之间的契合点，现将大任务驱动下的教学模式与计算思维培养的五个维度一一映射（如图1），构建以终为始的教学理念，将单元模块涉及的知识与技能、学科核心概念等有机融入一个活动或者主题之中。从学生思维发展的角度来分解大任务，引导学生自主探究，形成解决问题的具体方案。以项目完成的思维策略，将一个完整的大任务分解为多个系列子任务，经过分析与探究，借助解构、融合、集成等方式，形成一个完整的项目作品。如此，基于真实生活情境，学生经历了问题的分析、任务的分解、抽象与建模、算法调试、编程验证、总结反思、知识迁移等全过程，可以加深对旧知识的理解，使之内化为自身知识结构的一部分，再借助知识迁移来解决问题，提升复杂问题的解决能力，在“润物细无声”中培养学生的计算思维。

1.创新任务主题，渗透计算思维

根据皮亚杰的认知发展理论，中学生处于形式运算阶段，拥有较丰富的生活体验，具备一定的抽象思维能力，是学生计算思维形成的重要时期。因此，教师要树立为培养学生计算思维而教的育人理念，课堂上巧设能够引起学生认知冲突的大任务。首先，大任务主题的确定要与学生的生活背景相关联，唤起学生已有的感性认识，了解任务完成的实际意义，从而激发学生自主探究的兴趣，培养学生的学习内驱力。其次，大任務内容的确定要契合学生已有知识结构，贴近学生的最近发展区，引导学生展开头脑风暴，积极主动思考，并运用计算机的思维方式来完成大任务，在无形中渗透用计算思维解决问题的意识。

2.创新任务实施，培养计算思维

计算思维的培养是一个系统工程。学生在完成具有挑战性的任务过程中，通过分析任务并将其与生活实际相关联，激活已有认知，在发散性思维的基础上从多个视角来抽象问题的特征，用计算机科学领域的思想方法来聚焦和转换问题，并建立相应结构模型，然后通过算法来形成解决任务的方案，使用画程软件、Python等数字化资源来模拟、仿真和验证算法，最后交流、反思优化任务的解决方案，并将这个能力迁移到其他任务的完成。学生经历解决任务的螺旋式过程，在数字化的学习环境中主动构建知识，掌握知识之间的联系并形成知识链。学生自主合作探究，积极主动对任务完成进行检查、控制、调节和反馈，培养其批判思维和元认知能力，发展学生任务完成的创新力和实践力，从而提高课堂学习的质量，有效培养学生的计算思维。

3.创新任务评价，提升计算思维

评价是教学的重要组成部分，是促进知识应用与迁移，提升计算思维的重要途径。在大任务驱动下的信息技术教学中，每个阶段都要设计可以证明学生达成学习结果的证据，开展跟踪性评价。教师需要充分发挥评价的诊断和改进功能，注重情境与任务之间的关联，突出评价主体多元化，运用问卷星、腾讯在线等多样性的数字化资源，对学生的课前、课中、课后进行多元评价。教师还需要营造宽松、民主的评价氛围，鼓励学生评价个人和同学的学习情况，评价教师的教学，并提出自己的观点，以评促教；引导学生对自身认知结构和学习过程进行批判性审视，对学习过程进行有效调控，强化行动和结果之间的联结，以评促学，进而提升学生的计算思维。

大任务驱动下的信息技术教学使知识之间建立了有效联系，有利于学生的知识迁移和思维生成。从计算思维培养的五个维度来分析、分解大任务，在整体学习过程中学生经历了完整的问题解决过程，将问题解决的能力融入学生的自主意识，从而培养学生的创造力、逻辑思维能力，发展学生的计算思维。

二、大任务驱动下计算思维培养的实践路径

高中信息技术教学实践中，教师要以“大任务”作为重要武器，对信息技术教育内容进行逻辑梳理、综合考量和统筹兼顾，充分考虑高中生的现有知识结构和身心发展水平，以发展学生核心素养为导向，以学科逻辑主线为锚点来有效串联系列子任务中的知识点，以数字化学习资源作为问题解决的工具支架，从而使学生在自主完成大任务的过程中提升计算思维能力。

1.创新教学实施，构建学习平台

教师要立足教材内容，充分利用教育资源，不断创新教育教学方式，有效组织信息技术教育活动，指导学生熟练运用信息技术手段自主构建学习发展模型，培育学生的计算思维能力。教师在实践教学中，需要整合各类学习平台，广泛收集优秀的教学案例，提取和凝练有利于学生学习和发展的资源，搭建多元丰富的信息技术学习平台，借助平台共享和吸纳新知识、新思想和新方法，尊重学生的个性化发展与个性化需求，呼应新时代社会发展的迫切需要。新时代更加关注创新人才的培养，在高中阶段进行计算思维培养有利于学生创新思维、梳理逻辑。学生在教师搭建的多元学习平台中可以掌握知识体系、锻炼技能技巧，充分发挥自身潜能，科学规划未来的发展蓝图。换言之，教师搭建的学习平台要给予学生充足的时间和空间，使学生能够充分发挥自身的想象力、组织力和创造力，在厘清知识发展脉络和思维逻辑结构的动态发展过程中逐渐形成计算思维，构建计算思维的学习模型，解决真实问题。

教师需要在教学实践中充分考虑学生的实际情况，科学规划和制定信息技术教育教学方案，立足学生的学习情况和社会的发展需要，更新和创设适合学生计算思维发展的教学内容，拟定有意义、有价值、有启发的学习问题，使学生经历发现问题、分析问题和解决问题的全过程，从而有效发展其计算思维，推动其思维的创新性发展，满足核心素养发展要求。大任务的分解应建立在学生的已有认知基础上，设置相应的活动任务，教师需要为学生完成任务提供恰当的支架型工具，引导学生主动探究、合作交流，实现知识的自主构建，从而超越当前的最近发展区而达到下一阶段的发展水平，不断提升自己的最近发展区。根据课程发展目标和学生核心素养培养来设置并分解大任务，将培养学生的数据分析、信息加工、算法设计和自动化编程等素养贯穿于任务的整体过程中，在提升学生问题解决能力的同时有效培养学生的计算思维。

2.立足生活实际，联结具体项目

大任务统领下的计算思维培养需要立足学生的生活实际，融入学生学习生活的每个领域，起到润物细无声的效果。教师需要联结具体的项目，以项目或任务驱动学生的学习发展，促使学生逐渐养成计算思维。在这个发展过程中教师要先对学生的具体情况进行仔细分析，在掌握学生大致情况的基础上，因材施教、对症下药，选择采用比较有利于学生发展的教学方式，推动教学工作的稳步发展；教师要选择符合学生发展的学习项目，与学生的实际生活相联系，精选适合学生发展的项目主题，梳理有利于学生发展的项目内容，严格把控项目准备、设计、实施、评估等发展过程，使得项目学习具有可行性，从而有效培养学生的计算思维。例如，Python课程数字化游戏教学能够显著改善高中生的计算思维态度，显著提升高中生的计算思维技能，这是因为游戏来源于生活，能够激发学生的学习兴趣。

在信息技术教育教学中还需要坚持循序渐进的原则，学习不是一蹴而就的，需要经历一定的发展过程才能发展计算思维。例如，在《高中信息技术·必修1·数据与计算》“编程计算”章节的教学时，其教学目标是学生需要掌握做出判断的分支、周而复始的循环、可以利用的代码以及计算机解决问题的全过程等知识，且能综合运用相应知识设计不同结构的代码程序来实现复杂问题的解决。这一章节的学习内容具有一定的复杂性，需要教师一步一步地引导学生学习知識，进行知识的衔接与运用，实现知识迁移。对此，教师可以在这个发展过程中设置具体的项目任务推动学生的学习、知识和思维进阶，将生活中的问题转换为运用数字化工具自动解决问题的方案。以“自动求解兔子数列”的Python教学为例，教师创设解决“兔子数列（斐波那契数列）”这个经典数学问题作为本单元大任务来统领，驱动目标设定、教学方法和教学内容的发展方向，促使学生在连贯性任务的完成中进行深度思考，从而持续地进行计算思维的培养和训练。

3.创建教学情境，借力实践任务

教师在开展信息技术教学时需要重视情境对于学生学习的重要性，积极创建有利于学生成长的教学情境，拉近课程与学生之间的关系，激发学生的认知冲突，培养学生探索未知的欲望。教师创设教学情境时可以借助数字化学习资源，采用问题、视频、游戏活动等多元化形式来帮助学生分析和理解信息技术知识，深入探索知识背后的逻辑结构和方法观念，从而在学习过程中形成计算思维。以问题创设情境，如以“学校每天上下课时间的自动打铃是怎样实现的？”这一问题导入与“循环”相联系的编程教学。不同的导入方式，可以创建不同的教学情境，发挥不同的教学效果，产生不同的教育影响。

根据具身认知理论，在开展高中信息技术课堂教学的过程中，教师创设多元且丰富的教学情境以激发学生对信息技术学科的学习兴趣，分配给学生有梯度的实践任务以完成不同选修模块的学习内容，在实践任务的完成过程中形成计算思维。例如，在《高中信息技术·必修2·信息系统与社会》“信息系统的集成”章节的教学时，教师可以借助“微信小程序”信息系统的设计等新颖方式吸引学生学习兴趣，激发学生学习动机，在发展学生知识、技能和思维的过程中联系生活实际，学生综合应用学科知识有效地解决生活实际问题。又如，在使用Python完成“汉诺塔”搬盘子这一具有难度的任务过程中，教师引导学生分析问题特征，将大的问题分解成规模较小的问题，建立结构模型，最后通过递归函数来解决问题，在层层递进的任务完成过程中，学生体会到成功的快乐，让学习在课堂真正发生，从而提升了学生计算思维的深度和广度。

4.培养逻辑能力，促进思维生成

根据皮亚杰认知发展理论，高中生处于形式运算阶段，教师在课堂教学中要加强学生逻辑思维能力的培养，从而使学生逐渐形成计算思维。计算思维并不是简单地指向编程思维，而是包含多层次、多维度的抽象性思维，教师可以在融合多学科领域的大任务中嵌入计算思维的教学，将计算思维作为有效解决现实生活实际问题的有力武器。计算思维的真正形成并不依赖于简单的知识传授，更倾向于长期的实践，与其他常见思维发展路径一致，都需要经历一定阶段的磨练与反思，才能最终形成计算思维。在这个发展过程中，编程教学是培养学生计算思维最便捷的方法，教师需要创新编程教学的内容与方式，更新编程教学的方法和过程，助力学生有效掌握编程知识，锻炼逻辑思维能力。学生在编程教学中通过发现、分析、解决编程问题，不断提升自身的逻辑思维能力和抽象思维能力，有利于帮助学生解决在不同学科领域中遇到的抽象问题，并将这些抽象的学科问题转化为对应的计算模型，运用计算思维有效地解决问题。比如，开展游戏化学习能够显著提高高中生计算思维，所以在开展具体的教学活动时，教师可以在学科教学中融入游戏化学习，深度开展跨科融合，有效激发学生的学习动机，從而提升学生学习的积极性。

学生在任务解决的过程中主动运用流程图来表示算法、编程验证，以解决学习中遇到的多元复杂问题，从而在问题的解决过程中提升逻辑思维能力，在提升问题解决能力的过程中自然生成计算思维。在分析问题的过程中，最重要的是要对问题进行抽象化分析，引导学生找出大任务共同的、主要的本质特征，并舍弃大任务非主要的特征，进而形成抽象能力。教师从培养学生抽象思维的角度设计课堂教学过程，将课堂教学抽象成一个问题求解模型，通过自然语言、电子表格等工具分析问题、探寻规律，构建问题解决的数学模型，提升学生的抽象思维能力。问题的抽象是计算思维最重要的特征，在高中信息技术课堂教学中，以培养学生的抽象思维能力为目标，引导学生多角度、多维度分析问题特征、建立问题结构模型，是学生胜任未来数字社会挑战的不可或缺的关键能力，这也是信息技术学科中抽象思维最独特、最核心的育人价值体现。

大任务驱动下的高中生计算思维培养，通过创设基于生活情境中的大任务进行单元教学，由一个贯穿始终的大任务来统领发展方向，并对大任务进行分析与分解，形成融合单元知识点及学科素养的系列子任务，再对任务进行抽象与建模、流程图表示算法、计算机编程自动实现。在解决问题的整体过程中不仅培养了学生的计算思维，同时计算思维也可以促进学生解决更深层次的问题，从而实现学生计算思维的有效培养，形成问题、知识、能力相互支撑、相互促进的良好稳定的知识结构。

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【责任编辑    郭振玲】

*该文为2023-2024学年江阴市教育科研专项资金项目（自主项目）“数字素养视域下的高中工程创客教育课程体系的建构”（JY2023B06）的阶段性研究成果