(一)计算思维的内涵
卡内基·梅隆大学计算机科学系主任周以真教授于2006年首次提出计算思维的完整概念,将其定义为运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、以及理解人类行为的涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动,并指出计算思维将同阅读、写作、数学一样,成为学生必须具备的基本素养和能力。2011年,为支持K-12教育中的教师进行计算思维教学活动,ISTE与CSTA共同发布了一个关于计算思维的操作性定义,规定了计算思维的六个过程要素:提出问题、组合和分析问题、表征数据、设计算法、分析和实施与评估解决方案、迁移应用。此外,还包括计算思维观念和态度的五方面:1.解决复杂问题的信心;2.面对困难时的坚持;3.耐心;4.解决开放问题的能力;5.为达到目标或形成解决方案,与他人沟通协作的能力。这个操作性定义提供了关于计算思维的概念和应具备的观念态度,为中小学教育者开展计算思维教学提供了重要的指导意义。ISTE于2018年又进一步提出计算思维是利用计算机科学的核心原理和实践来解决复杂的问题,强调计算思维应该基于计算机科学相关知识,并注重通过实践操作进行问题解决。2012年,Brennan与Renick提出计算思维包括计算概念、计算实践和计算观念三维框架。2016年,Angelie等认为计算思维是使用抽象、一般化、分解、算法思维和调试的思考过程,据此提出了小学阶段计算思维培养的课程框架,主要内容是抽象、一般化、分解、算法和调试五部分。计算思维的内涵得以不断扩充和完善,对计算思维内涵的解读既有侧重于概念也有侧重于实践,但都普遍认为计算思维是一种问题解决的过程,启示本研究在对案例活动进行分析时应结合计算思维的内涵和要素,重点关注教师是如何引导学生基于问题的思考和学习,尤其是活动小结时,如何注重从活动实践本身上升为概念思维的总结。本次选取CSTA教学案例中的活动和Code.org课程案例活动依据的是ISTE和CSTA于2011年提出的操作性定义,并从计算思维概念与技能、计算思维观念与态度两大方面进行分析。
(二)计算思维教育培养研究现状
国外计算思维培养的实证研究相对较多,且多集中于青少年阶段 ,也较早地将计算思维教育纳入学校课程培养体系中,开发出具有参考价值的资源案例,如CSTA计算思维教学案例、Code.org、CS Unplugged课程案例等等,而我国计算思维的研究主要集中在高等教育阶段,基础教育层面的文献数量尚少,在2018年发布的《普通高中信息技术课程标准(2017年版)》将计算思维列入信息技术学科的核心素养,这一举措凸显了在智能时代国家对培养学生计算思维的重视,近两年在基础教育阶段关于计算思维实践研究的数量又再次迅猛增长,在实际教学中,计算思维的培养途径仍较为单一,主要依托编程教学进行计算思维的培养,经调研也发现,部分教师普遍反映可利用的资源案例少,无法有效指导教师的计算思维教学。因此,本研究将拓宽计算思维培养的视野,从信息技术的编程教学、语文、社会学等跨学科角度对小学阶段的计算思维课程案例中的教学活动进行深入地剖析,为不同学科的教师有效计算思维教学提供实践参考,进而加快常规课堂中的学生核心素养与21 世纪技能的有效提升。