关于培养中小学生计算思维能力的课程设计初探

ＤＯＩ：１０．１６７０７￣．ｃｎｋｉ．ｆｊｐｃ．２０１７．０８．０２５　……　冀…一薰…皇…一壁……　～…一…．．一…一　……　一一……～…　…　鼹ＵＪｌＡＮ　Ｃ０ＭＰＵＴ靛　

关于培养中小学生计算思维能力的课程设计初探　

曾艺卿　，王娜　

（１厦门双十中学福建厦门３６１０００；２厦门双十中学漳州分校福建漳州３６３１００）　

【摘要】随着数字化进程的不断推进，计算思维也悄然风靡全球，计算思维能力是分析问题，研究方法，提出解决方　

案的一种能力，从苹果之父倡导大家通过学习编程来学会思考，到奥巴马号召全体美国人学习编程，并将编程纳入了小　学课程中，都是通过编程来学习计算思维。目前我国在计算机基础教育方面更侧重于应用，只有极少数的信息学奥赛选　

手才会深入的接受计算思维的学习，而计算思维应该像阅读、写作、算术一样普及，所以我们致力于开发一套面向中小学　

生适用于普通课程使用的计算思维入门课。　【关键词】计算思维；计算思维能力；课程设计　

计算思维（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ　Ｔｈｉｎｋｉｎｇ）概念的风靡，肇始于２００６　

年卡内基・梅隆大学计算机科学系主任周以真（Ｊｅａｎｎｅｔｔｅ　Ｍ．　Ｗｉｎｇ）的界定：“计算思维是一种运用计算机科学基本概念求解　

问题，设计系统和理解人类行为的方式，涵盖了计算机科学领　

域广度的一系列思维工具”。她指出，计算思维是每个人的基本　

技能，不仅仅属于计算机科学家。我们应当使每个孩子在培养　

解析能力时不仅掌握阅读、写作和算术，还要学会计算思维，犹　

如印刷出版促进３Ｒ的普及，计算和计算机也以类似的正反馈　促进了计算思维的传播。她认为，这种思维在不久的将来，会成　

为每一个人的技能组合，而不仅仅限于科学家，普适计算之于　今天就如计算思维之于明天，而普适计算是已成为之日现实的　

昨日之梦，而计算思维就是明日之现实。　

作为一种解决问题的方法，计算思维可以提供一种能够广　泛应用于工作、学习和生活中的组织和分析问题的新视角；同　

时，它可以连结计算机科学与其他学科知识领域，提高人们对　

计算能力和局限性的理解。２１世纪是知识经济与信息技术高速　

发展的时代，计算机早已走出计算学科，甚至与其他学科形成　

新的学科。例如，社会计算、计算物理、计算化学、计算生物学等　等。计算思维也随之走出计算学科。所以，广义的计算思维是指　

“走出计算学科之计算思维”。适应更大范围的广大人群的研　

究、生产、生活活动，甚至追求在人脑和电脑的有效结合中取长　补短，以获得更强大的问题求解能力。　

随着数字化进程的不断推进，社会信息化程度进一步提　

高，计算思维的应用越来越广泛，必须像“阅读，写作，算术”一　样普及，成为人类学习知识和应用知识的基本组成和基本技　

能。　

一、计算思维能力培养现状　信息技术环境的变迁与学生素质的提高，对中小学信息技　

术教育提出了挑战，各国政府纷纷推出基础教育改革政策，以　

适应信息时代社会与人类自身发展的需要。从各个国家的教育　

改革中发现英国、美国等国家均已认识到技术应用取向信息技　

术课程的落后性，开始积极推动项目计划，将“计算科学”纳入　

中小学学科体系。数字素养与计算思维能力培养成为中小学信　

息技术教育的新趋势。　２０００年以来，我国已经初步形成了以信息技术课程为主干　

的中小学信息技术教育体系。信息技术教育硬件条件逐步改　善，教研队伍整体素质与能力持续增强，学生信息技术基础不　

断提升，为计算思维教育在中小学信息技术课程的开展奠定了　基础。因此我们致力于探讨出一套适用于中小学生计算思维培　

养的课程方案，采用边设计边教学的模式，随时根据学生反馈　

的学习效果调整课程进度和内容。　二、计算思维能力的校本课程开发　

目前我国的中小学计算机教育主要偏向于应用，较少涉及　计算思维的培养，涉及计算思维的培养仅仅面向极少数的信息　

学奥赛选手，计算思维是计算机科学的本质核心，更是一种解　

决问题的能力，它应该像语文、数学一样向中小学生普及，而不　应仅仅是局限于信息学奥赛课程中。编程是培养计算思维能力　

的有效途径之一，乔布斯曾说过：“人人都应该学习编程，因为　

它教会你如何思考”。前美国总统奥巴马在任期间也号召所有　

美国人都应该学习编程，并发起“编程一小时”的运动，旨在让　全美小学生开始学习编程。因此本研究致力于开发一套可以让　大多数学生接受的计算思维入门课程，若采用信息学奥赛课程　

内容，直接采取编程教学，效果肯定差强人意，于是我们设计了　

一套课程方案，面向小学高年级对计算机有兴趣的学生开设校　

本课程，在我们的课程设计内容中没有枯燥的信息学奥赛的编　

程语言的教学，让学生从生活中的问题出发，思考问题，观察问　题，探讨方法，最终解决问题。在不知不觉中，理解并践行着计　

算思维过程。下面是我们课程设计的框架与结构、内容的编排　

依据及选取问题时的考量。　

１．框架与结构　

我们的校本课程的内容以ｌ０个专题展开教学：计数与进　

制、进制的应用、找数值规律、找图形规律、逻辑、逻辑判定应　用、循环的应用、随机思维、统计类思维、排列组合。根据１１－１３　

岁的认知发展规律，及已有知识经验，以与程序设计中常用的　数学知识为主线，引导学生分析问题、解决问题、总结问题，不　

断生成并强化计算思维的思考过程与思考习惯。　

第一个专题为计数与进制，计数是我们了解计算思维的第　

一步，也是每一个人从会说话起，家长就会教他们如何计数，关　

于进制，生活中的数学主要是采用十进制，但是同时也不乏其　

它进制，如：７进制（一周７天）、１２进制（１年１２个月），２４进制　

（一天２４小时）等等。通过本专题的学习让学生从本质理解进　

制与数字的关系。　

该论文为福建省教育科学“十二五”规划２０１５年度立项课题（《初等教育中计算思维培养的课程设计研究》立项批准号ＵＪＫ１５—５２８）研究成果。　

・５８・　福建电脑ｌ　２０１

７年第８期　一…………　…………一　萼　彳器…～…　

第二个专题为进制的应用，通过学习进制的转换，深入理　解生活中的种种进制的意义，了解二进制与计算机的关系，并　

可以学会如何巧妙利用进制解决实际问题（如天平放砝码问　

题）。　第三个专题为找数值规律，引导学生学会观察现象、发现　

规律，进而总结出数学表达式来表示数值之间的规律，是培养　

抽象逻辑思维的重要环节，更是计算思维的基础。如：通项公　

式、递推式的表达，让学生学会精准的表达发现的规律，为今后　

学习精准表达自己的思维打基础。　第四个专题为找图形规律，在学生学会了找数值规律的基　础上，再引入观察图形规律，加入方向感的锻炼，还有“重复”的　

概念，通过ｃｏｄｅ．ｏｒｇ平台和ＬＯＧＯ语言，让学生学会通过简单命　

令，绘制图形。　第五个专题为逻辑，生活中处处充满选择，让学生理解选　择过程实际是做逻辑判断的过程，并学会“与”、“或”、“非”的用　

法，让学生理解逻辑思维过程，是计算思维的重要组成部分。　

第六个专题是逻辑判定应用，理解了逻辑思维过程，就可　

以运用它来解决问题，如：判定数字关系、判定闰年、判断质数　

问题、甚至一些更为复杂的问题。　第七个专题是循环及其应用。人类最不擅长做枯燥乏味、　又一成不变的事情，在一定的重复次数后，我们做事情的正确　

的就得不到保障。这正是人类与计算机最大的区别，计算机最　

擅长做重复的事情，而且保证无论重复多少次，都可以完成的　

跟第一次一样的效果。所以我们要学会让计算机帮助我们做这　

类事情，循环思维的核心，其实是使复杂的问题简单化，在前几　

节内容的基础上，学生已经学会了观察现象，归纳总结、进行逻　辑判断，通过循环的学习，引导学生将循环的过程分析为两点：　重复的次数，重复的内容。分析清楚这两个关键点，再复杂的循　

环情况，都化简为清晰的步骤。　

第八个专题是统计类思维：学会了循环解决问题之后，我　

们可以对较多的数据进行统计，如统计个数、求平均值、找最大　

值、最小值、求总和，还可以对不同的数据进行分类汇总等，做　

一些更为复杂的事情，在处理的过程中用到的都是计算思维。　第九个专题为随机思维，它是经典又奇妙的计算思维之　

一，它的基础用途是可以用来产生随机数进而解决随机发牌等　

类似的问题，它的高级用途跟概率问题相关联，如通过随机数　

求圆周率订，还有经典的高尔顿钉板。　第十个专题是排列组合问题。在实际生活中常遇到这样的　

问题，就是要把一些事物排在一起，构成一列，计算有多少种排　

法，这就是排列问题。同样的在日常生活中也有很多“分组”问　

题，例如，在体育比赛中，把参赛队分为几个组（这时分在同一　

组中的队友之间的位置顺序并不重要），这种“分组”问题，就是　传说中的组合问题。　

以上内容大纲的设置，是从学生实际学习能力角度出发，　只需学生具备基本的四则运算、乘方等数学基础知识和日常生　活中的基本逻辑判断即可。　２．内容的编排　课程内容从遇到的问题出发，分析问题，发现问题的本质，　

选择、设计相应的算法，通过程序设计语言的使用来编写程序，　

最终实现问题的解决。在整个程序设计的过程中，问题的解决　是按照一定的步骤，一定的思维方式和方法来进行的，其中正　

体现了计算思维的应用过程。　

３．选取的问题　问题来自自然科学、社会科学、？工程技术和日常学习与生　

活等各个方面，特别注意精选反映人类文明成果和能够激发学　

生学习兴趣的例子和问题，如：远古的结绳记事一历史上狄青　

将军利用概率问题鼓舞士气等等，力求用例子和问题内在的神　

秘感、创造性和独特力量吸引学生的参与，用例子和问题所蕴　藏的艺术感、文化性、道德责任打动学生的心灵，使教材体现技　

术、人文、生活三位一体，让学生在学到知识与技术的同时，也　受到人文精神的熏陶。　

三、课程设计实施过程遇到的问题及反思　

我们根据自己设计的教材，展开了教学实验，采用校本课　

的形式，每周一次，学生为小学五年级、六年级有兴趣的学生，　课程设计的初衷就是为了培养更多学生接受计算思维，所以我　

们先从一部分学生开始实验教学，寻求可以普遍展开教学的合　适教材及方法。　

根据我们目前设计的十个专题，展开教学实验的过程中，　从学生对自己课后总结中，可以得出他们在接触计算思维过程　

中，第一节课对他们来说冲击感最大，陌生感较强，但随着接下　

来的学习，逐渐适应了计算思维的思考方式。但是我们认为在　知识体系的建立过程中，还存在很多不足的地方，需要有更完　

善的知识体系，如何寻求数学基础知识与计算思维的关系，建　

构更加合理的知识体系结构。　此外，在教学实施过程中，练习的设计也需要有更强的趣　

味性、知识性，才能吸引更多得学生的学习兴趣，从而深入对计　算思维的了解学习。课堂评价方面也还需深入研究，除了作业　

评价，考试评价外，如何评价学生的思考过程更是～大难点，目　

前我们采用让学生自己做总结，他们每节课听懂了哪些，理解　

了什么，这是一种质性评价，如何制定科学合理的质性评价衡　

量标准，也还需要进～步研究。　

参考文献：　［１］蒋宗礼．计算思维之我见［Ｉ］．中国大学教学．２０１３　

［２］牟琴，谭良．计算思维的研究及其进展［Ｔ］计算机科学．２０１１　［３］谢忠新，曹杨璐．中小学信息技术学科学生计算思维培养的策略与方　法［Ｉ］．中国电化教育．２０１５　［４］任友群．数字土著何以可能　１］ｌ中国电化教育．２０１６　［５］朱鸣华，赵铭伟，赵晶，林鸿飞．计算机基础教学中计算思维能力培养　的探讨［『］．中国大学教学．２０１２　［６］李锋，王吉庆．计算思维：信息技术课程的一种内在价值［Ｉ］．中国电化　教育．２０１３