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《ISTE教育者计算思维能力标准》解读

《ISTE教育者计算思维能力标准》解读

随着人们认识的深化,培养学生的计算思维成为世界教育的潮流和趋势。但计算思维不单是在信息技术课程中培养的,也不应只是学生要学习和掌握的内容,它同时也是教师应具备的一种基本技能,以帮助教师利用计算机科学的核心原则,通过实践来解决模糊、复杂和开放的问题。因此,提升教师的计算思维能力就显得格外重要。

2018年10月9日,美国国际教育技术协会(The International Society for Technology in Education,以下简称ISTE)发布了《ISTE教育者计算思维能力标准》(ISTE Standards for Educators: Computational Thinking Competencies)。

这是ISTE公布的第一版针对教育者的计算思维能力标准,也是ISTE有史以来公布的第一个将ISTE教育者标准、K-12计算机科学框架和计算机科学教师协会学生标准联系起来的标准。

本文主要介绍该标准的主要内容,并与2011年发布的《ISTE计算机科学教育者标准》(ISTE Standards for Computer Science Educators,以下简称2011版计算机科学教育者标准)进行比较分析,最后对我国教师如何跨学科整合计算思维提出建议。

借鉴ISTE,我国基础教育如何在学科教学中整合计算思维

一、标准的主要内容

《ISTE教育者计算思维能力标准》旨在帮助教师认识到他们需要哪些能力来整合教育环境中的计算机科学和计算思维。它涵盖了五个维度,赋予教育者五种角色,并对各种角色所需的能力用21个指标进行详细说明。

(一)计算思维(学习者)

教育者可以通过加深对计算思维及其作为跨课程技能的理解,来不断改进他们的实践方式。通过学习计算思维的核心组成(如分解、数据的收集与分析、抽象化、算法开发以及计算如何影响人与社会),教育者能够:

(1)拟定专业的学习目标,探索并应用有助于改善学生学科学习和计算机科学学习的教学策略,将计算思维实践整合到每个学科的教学中;

(2)知道什么时候使用以及如何使用计算思维来解决复杂的、开放的问题,并能够将其与基础的计算思维实践和基本的计算机科学概念联系起来;

(3)通过计算机科学专家、资源和专业学习网络,不断改进跨学科领域整合计算思维的实践;

(4)在计算机科学和计算思维学习中培养韧性和毅力,在模糊和开放的问题中建立舒适感,不断调整心态,并将失败视为学习和创新的机会;

(5)识别计算是如何与社会相互作用,从而为个人和团体创造机遇与职责或制造不公平和威胁的。

(二)公正领导者(领导者)

所有学生和教育者都有可能成为计算思维的践行者以及计算机科学的学习者。教育者要摒弃学生不能很好地利用计算的这一刻板印象,形成吸纳并尊重独特观点的课堂文化,提升学生的自我效能感和自信心,满足不同学生的学习需求,并矫正交互、设计和开发方法中的偏差。教育者要能够:

(1)培养每个学生对于计算的自信、能力以及积极的认同感;

(2)设计并实施与文化有关的学习活动以处理各种关于计算的道德、社会和文化观点,突出榜样的力量和团队的计算成果;

(3)选择有助于形成包容的计算文化的教学方法,保证所有学生公平参与;

(4)评价和管理课堂文化,以推动学生公平地参与,消除学生的内隐偏见;

(5)与学生、家长和领导者交流不同社会角色以及不同职业生涯中计算思维的影响,探讨计算思维对学生至关重要的原因。

(三)围绕计算协作(协作者)

围绕计算的有效协作,要求教育者能够吸纳不同的观点,并认识到必须向学生教授协作技能,以使学生的学习成效好于单兵作战。为促进学生协作,提高学习成效,教育者需要共同努力来确定教学工具,设计学习活动和学习环境。教育者要能够:

(1)与学生一起学习如何制订问题的计算解决方案,如何提供和接收二次反馈;

(2)应用有效的教学策略来支持学生在计算方面的协作,包括结对编程、团队协作、平均分配工作量以及项目管理;

(3)与其他教育者合作创建跨学科的学习活动,以提高学生对计算思维和计算机科学概念的理解和对所学知识在新情境中的应用。

(四)创造与设计(设计师)

具备计算思维的学生可以创造出充分表达个人见解的计算产品。教育者意识到设计和创造可以培养学生的成长型思维,他们努力创造有意义的计算机科学学习体验和学习环境,以激发学生提升计算技能并建立计算信心。教育者要能够:

(1)设计能够获取、分析和表征数据的计算思维活动,支持不同学科的问题解决和学习;

(2)设计真实的学习活动,要求学生利用设计流程来解决技术和人为约束的问题,并坚持他们的设计方案;

(3)引导学生认识到多元视角的设计和以人为本的设计在开发具备可用性产品中的重要性;

(4)构建重视和鼓励不同观点、激发学生的创造力和团队参与度、提升学生满意度的学习环境。

(五)整合计算思维(促进者)

教育者通过将计算思维实践与课堂整合来促进学生学习。计算思维是一种基本技能,教育者需要培养学生应用计算思维的能力。教育者要能够:

(1)评估和使用多种计算思维课程、资源和工具,以满足所有学生的需求;

(2)让学生选择对个人有意义的计算项目;

(3)使用多种教学方法引导学生提出可以表示为由计算机执行的计算步骤或算法的问题;

(4)建立使用多种形成性评价方法的评价标准,使学生能够展示自身对于与他们年龄相适应的计算思维词汇、概念和实践的理解。

二、与2011版标准的对比

ISTE推出的2011版计算机科学教育者标准,已成为计算机科学教育工作者开展教学的重要指南。计算思维反映了计算机科学的核心概念与核心实践,而计算机科学为学生发展计算思维提供了独特的机会。《ISTE教育者计算思维能力标准》则为教育者明确了具体的行为和角色。它鼓励教育者不断更新计算机科学工具和资源,同时构建更具包容性和创造性的课程。

与2011版计算机科学教育者标准相比,《ISTE教育者计算思维能力标准》有以下不同。

(一)标准思想

相较于重视技术发展对计算机科学教育者影响的2011版标准,2018版标准更侧重于计算思维能力,帮助学习者学会像计算机科学家一样思考,利用计算能力来创新和解决问题,更好地为他们在数字时代的生活做好准备。

(二)标准适用对象

2011版标准的适用对象是计算机科学教育工作者,而2018版标准不仅面向计算机科学教育工作者,还适用于所有学科的教育工作者。这在一定程度上反映了美国教育界对于计算机科学教育的认识在不断深入,即它不仅发生在计算机科学这一门学科中,也同样融合在所有学科的教学实践中。

(三)标准维度

2011版标准仅赋予了教师“教育者”一种角色,主要强调计算机科学教育者所应具备的能力,分别有内容知识、有效的教学和学习策略、有效的学习环境、有效的专业知识和技能。这些能力使教育者更具技术意识、技术熟悉度和技术素养。

而2018版标准主要描述跨学科整合计算思维的教育者作为某一种角色所需要的具体能力要求,依次是计算思维(学习者)、公正领导者(领导者)、围绕计算协作(协作者)、创造与设计(设计师)、整合计算思维(促进者)。

可见,新标准的内涵更加丰富,对于教育者能力的要求更加细化。

两版标准的维度名称虽有所不同,但大部分维度包含的内容大致相同,同时新标准在旧标准维度的基础上进行了整合、补充与扩展。

例如,“领导者”维度从2011版标准的“有效的学习环境”维度发展而来,2011版标准认为,计算机科学教育者通过为所有学生创造和维护安全、道德、支持、公平和有效的学习环境来应用他们的知识。新标准在此基础上,提出教师应摒弃对学生的刻板印象,营造公平参与、相互尊重、互相包容的课堂氛围。

新标准的制定顺应了时代的发展要求,教师不再处于课堂的中心,不只是知识的传授者和课堂的把控者,而应与学生“平起平坐”,充分发挥学生的自主权利。

三、对我国基础教育的启示

《ISTE教育者计算思维能力标准》将帮助教育者培养在课堂上实施计算机科学标准所需的技能,深化教育者的实践,促进教育者跨学科应用计算思维,让学生为未来学习做好准备。我国教育者需要结合我国国情有选择地吸收和借鉴,能够在所有的K-12学科中整合计算思维,帮助学生成为利用计算科学来创新和解决问题的计算思维者。

(一)教师需要深化对计算思维的理解

《普通高中信息技术课程标准(2017年版)》将计算思维纳入信息技术学科四大核心素养之一,指明计算思维致力于培养学生的问题解决能力。然而,现阶段我国计算思维教育存在着诸多误区,如信息技术教学等同于计算思维培养,编程教学是计算思维培养的唯一方式等。出现以上误区的主要原因是教师对计算思维的理解还不够深入,认为计算思维就是以计算机思考的方式来解决问题,这将直接影响教师开展计算思维教育的效果。

要切实推进我国计算思维教育,需要充分认同以下两种观点:第一,计算思维培养不等同于信息技术教学,也不仅是由信息技术教师独立教授的。培养学生的计算思维需要所有教师共同努力。第二,计算思维并不只存在于程序设计中。最优路径、选择结构、信息意识等具体方法中都存在着计算思维,因此很多学科中都可以教授计算思维。

(二)加强学科融合,跨学科整合计算思维

计算思维是一种解决问题的方法,它广泛适用于整个基础教育阶段,对于推进学科之间的融合有着重要作用。《ISTE教育者计算思维能力标准》强调通过日常课堂活动融合科学、技术、工程和数学技能的重要性,认为将STEM教学与常规课程相结合,会使学生有机会利用现实问题更好地理解和吸收学习材料。我们将计算思维整合进传统学科,可以帮助学生在自身的认知体系中建立起跨学科课程之间的联系,培养他们跨学科解决问题的能力。

对于我国基础教育阶段而言,为实现不同学科知识之间的有机融合,培养学生的综合思维能力,有必要在分科课程的基础上增大跨学科教学的比例。创客教育和STEM教育均采用了跨学科的学习方式,注重培养学生的综合实践能力和创新力。在《ISTE教育者计算思维能力标准》的指导下,教师可以帮助学生学习科学、技术、工程和数学技能。无论学生选择什么样的课程,教师均可以基于该标准找到将计算思维引入课堂的方法。

(三)变革教学方法,提高教师教学能力

将计算思维融入当前的中小学课程,无疑会给教师带来重大挑战。教师应该通过构建自己对计算思维的理解,为学生树立学习的榜样,通过向学生展示计算思维的“建模过程”,帮助学生了解计算思维中的学习、反思和修订过程。《ISTE教育者计算思维能力标准》鼓励教师在讲授式教学法的基础上,寻找创造性方法教授学生如何使用计算思维。教师应该通过思考特定学科的交叉点来将计算机科学融入课程。

教师要转变课堂角色,作为学习者、公平领导者、设计者、协作者和促进者,从直接教学转向指导活动,然后向学生提出开放式的挑战和问题,发展学生的计算思维。实施这项变革,教师是最重要的因素。教师不仅是教学计划的参与制订者,更是执行者。

政府和学校需要为教师提供更多的资源和支持,如提供更多关于如何教授计算思维的例子、活动和想法,为教师提供正式的专业发展和培训,以提高他们的教学能力。

随着时代发展,计算思维逐渐成为人的一种基本素养。但计算思维的培养不应仅局限在信息技术课程的教学中,而是应该广泛地在各学科教学中得到应用。但如何真正地让所有学科教师掌握计算思维并将计算思维教育融入学科教学中,仍然是一条漫长而曲折的道路。

注:本文为江苏省“十三五”教育科学规划重点资助课题“家长对青少年数字媒体使用的教养方式研究”(课题编号:B-a/2016/01/54)的研究成果。

(作者李媛系江南大学教育信息化研究中心硕士研究生;刘向永系江南大学教育信息化研究中心副教授)

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