“双减”背景下面向小学生计算思维培养的 创客教育实施路径

马宗兵 郭恒武

[摘   要]在“双减”背景下，通过合理规划和引导学生利用课余时间，可以更好地实施创客教育。文章从科技教育的视角出发，在厘清面向小学生的计算思维含义的基础上，基于一线教育实践，探索基础教育阶段培养小学生计算思维的“STCCS”创客教育实施路径，促进学生面向未来“技术驱动型社会”的适应能力的提升。

[关键词]双减;创客教育;计算思维;全面发展;科技教育

一、问题的提出

党的十九大以来，全国人民上下一心，坚持以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，全面贯彻党的教育方针，落实立德树人根本任务。为全面贯彻党的十九大和十九届历次全会精神，切实提升学校育人水平，持续规范校外培训，有效减轻义务教育阶段学生过重作业负担和校外培训负担，中共中央办公厅、国务院办公厅于2021年印发了《关于进一步减轻义务教育阶段学生作业负担和校外培训负担的意见》（以下简称《意见》），明确强调要“进一步减轻义务教育阶段学生作业负担和校外培训负担”，要“提升学校课后服务水平，满足学生多样化需求”“学校要充分利用资源优势，有效实施各种课后育人活动，在校内满足学生多样化学习需求”。[1]

随着大数据、物联网、人工智能、元宇宙等技术的逐渐成熟与广泛应用，世界将愈加成为“技术驱动型社会”[2]，培养学生面对未来社会的适应能力已是大势所趋。计算思维在未来社会将成为与“听说读写”同等重要的技能，是每个孩子都应具备的21世纪核心素养。计算思维作为一种认识世界及解决问题的思维方式，可被所有人学习和掌握。[3]目前，全球范围内很多国家和地区从小学起就开始培养学生的计算思维。[4]在“双减”背景下，我国如何规划和引导学生合理利用课余时间——使其回归“全面发展”的育人轨道，更好地应对未来世界的挑战——成为研究的重要逻辑起点。为此，本文将从科技教育的视角出发，结合一线教育实践，讨论面向小学生计算思维培养的创客教育实施路径。

二、如何理解面向小学生的计算思维

对计算思维的界定可分为一般性（通用）定义、操作性定义及教育与课程定义三类。[5]一般性定义以周以真（2011）为代表，认为计算思维“是形成问题及制定问题解决方案所涉及的思维过程，计算思维可以让问题的解决方案以信息处理代理（information-processing agent）有效执行的形式表示”。操作性定义以计算机科学教师协会和国际教育技术学会提出的定义为代表，认为计算思维是一个问题解决的过程，包括以下六个步骤：一是形成可以借助于计算机等工具解决的问题;二是按照逻辑组织及分析数据;三是通过模拟、仿真等抽象的方式表现数据;四是利用算法思维制定问题的解决方案;五是综合现有资源和方案，筛选出最优方案;六是推广以及迁移该问题的解决方案。这一操作性定义为计算机科学K-12相关的教育工作者提供了通用计算思维框架，具有较强的实践指导意义。除了以上严格意义上的定义，一些学者还在课堂和其他教育环境中开发了计算思维的框架。如英国一个叫作“学校计算”（Computing At School，简称CAS）的组织认为，计算思维涉及六个概念：逻辑、算法、分解、模式、抽象及评估;在课堂上学生具有五种表现：修正、创建、调试、坚持、开展合作。[6]此外，美国的布伦南（Brennan）和雷斯尼克（Resnick）提出了一个包含计算概念、计算实践和计算意识三个关键维度的计算思维框架（见表1），[7]并被国际上众多学者认可和采用。

在以上计算思维三维框架基础上，可对面向小学生的计算思维三维分类做出如下界定。其一，计算知识/概念维度表示开发者或学习者使用的概念，如对象、指令/命令、序列、循环、条件、运算符、变量等。其二，计算实践维度是指利用计算思维解决真实问题的实践能力，因此还可以称为计算（思维）能力。计算能力可分解为问题解决、抽象和算法实现三大子能力，其中三大子能力又可以分解为问题分解、重新定义问题、形成解决策略，建模、模式识别、模块化，算法设计、算法改进等具体内容。其三，计算意识/态度维度表示个体在综合运用计算知识和计算能力时体现出来的潜在能力，表现为個体对技术世界的理解。在钟柏昌等人[8]的研究中，计算意识维度主要包括创造与表达、交流与协作、理解与质疑三项内容。由此，计算思维即为计算知识、计算能力以及计算意识的有机组合体（见表2）。

三、“双减”背景下面向小学生计算思维培养的创客教育实施路径

基于以上分析，为全面培养小学生的计算思维，本研究构建了面向小学生计算思维培养的“STCCS”创客教育实施路径。其中的英文字母组合分别代表学习空间（Space）、教师团队（Teacher）、课程（Curriculum）、学习形式（Classroom）和支持服务（Service）。

1.建设专门学习空间

学校要建设适合开展小组协作学习的专门的创客空间或创客实验室，给学生提供一个“造物车间”（见图1）。创客空间可外包给专业公司团队设计打造，也可由师生共商共建。一般来讲，中小学创客空间的建设，需要考虑硬件和软件两方面的配备需求。硬件方面，需要配备上网设备（如笔记本电脑、平板电脑或一体机等）、互动演示屏（如希沃白板）、灵活移动组合的桌椅（以每组4至6人，6至9个小组为宜）、创客造物套装（如乐高、盛思科创赛事套装、Arduino套装等）、便携的充电设施（如天空电源）等;若资金充足，还可配备3D打印设备、激光切割机、VR演示设备、各类机器人和工业模拟演示系统等。在软件方面，主要应用图形化编程软件（如LEGO Education SPIKETM App、Scratch、mPython、Mixly等）、3D建模软件（如3D One）、激光切割模型设计软件（如LaserMaker）等比较常用的编程与造物软件，在学习过程中不断补充替换即可。

2.配备科技教师团队

与建设创客空间软件和硬件同等重要的，是“潜件”的储备，即组建科技辅导教师团队。科技教师团队要具有扎实的现代教育技术理论基础，了解创新教育的内容及特点，熟悉项目式学习的开展流程，具备跨学科教学理念和较高的信息素养。

3.开发创客培养课程

创客课程的开发一定要以计算思维的三维度素养为课程目标，尤其是重视计算能力和计算意识的培养。按照“分析、设计、开发、应用、评价、改进”六个步骤来开发创客课程。“分析”即为分析教学目标、学习者特征（知识起点、学习特征、信息素养）、学习内容等;“设计”则包括对团队人员分工、开发项目流程管控、开发工具、教学核心环节、课程内容和脚本、课程评价等部分进行设计;“开发”环节包括对教案、课件、作业以及微课等拓展资源（如源程序、搭建手册等）进行统一开发;“应用”可按照“兴趣班小班试课—社团班常规教学—公开课师范推广”三步骤实施课程;紧接着，根据课程应用效果对课程的“教育性、科学性、技术性、艺术性、实用性”实施“评价”，评估课程是否达到预期效果;最后则根据评价结果“改进”课程。课程经历这样的两三轮迭代后，将会形成绩效较好的创客课程，真正面向学生计算思维的培养。

4.灵活组织学习形式

目前在小学阶段，大部分学校并没有规定正式的创客课时，这就需要科技教师团队灵活组织创客学习形式。其中最常见的就是每周一两节社团课，但这样的课时量明显不足，学习的间断性也会让创客学习效果大打折扣。对此，以笔者所在学校为例，在中午留校“午托”的学生中，以自愿报名的方式组建“创客午托班”，这些学生往往精力旺盛，不肯在教室午睡，教师便可试着组织他们参加创客活动，在帮助他们合理安排时间的同时，还学习了新知。“双减”政策实施后，学生的作业负担和课外培训负担大幅降低，课余时间大量增加，这也成为开展创客教育的绝好时段。此外，组织学生参加丰富多彩的科技创新活动和竞赛也是很好的学习形式。这些活动和竞赛可以极大地激发学生的创客活动热情和投入程度，也能让创客成果及时得到鼓励和肯定，从而正向刺激他们在创客活动中保持积极性和持续度。

5.提供学习支持服务

科技教师团队中要有一位较有责任心的教师负责经营学校的“创客教育品牌”。积极打造和运营家校创客教育的“线上社群”（如微信群），开通专门的微信公众号和视频号来记录和展示小创客们的成果及成长反思，让学习真正留下痕迹。还可以利用网络学习空间拓宽师生的学习和创造时空领地，让学习和创造泛在地发生。

由此，围绕以上五条路径，形成了面向小学生计算思维培养的“STCCS”创客教育实施路径（见图2），各校可基于具体情况，参考这一实施路径开展面向小学生计算思维培养的创客教育活动。

四、总结与展望

“双减”背景下，学生的课业负担大幅度减轻，教育可以回归“培养全面的人”的“非急功近利轨道”。面对未来科技社会的呼吁和挑战，一线教师，尤其是基础教育阶段的教师有责任引导学生以积极的心态“拥抱”科技，用心体验生活，培养他们用信息科技的方法来观察生活、思考生活、解决生活问题的知识、能力和意识，为学生适应未来社会并取得成功奠基。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部. 中共中央办公厅 国务院办公厅印发《关于进一步减轻义务教育阶段学生作业负担和校外培训负担的意见》[EB/OL].[2021-07]. http：//www.moe.gov.cn/jyb_x xgk/moe1777/moe1778/202107/t20210724_546576.html.

[2]Manovich L. Software takes command[M]. New York： Bloomsbury Publishing USA，2013：6-7.

[3]Wing J M. Computational thinking[J]. Communications of the ACM， 2006，49（3）：33-36.

[4]Bers M U， Flannery L， Kazakoff E R， et al. Computational thinking and tinkering： Exploration of an early childhood robotics curriculum[J]. Computers & Education， 2014，72（1）：145-157.

[5]Román-González M， Pérez-González J C， Jiménez-Fernández C. Which cognitive abilities underlie computational thinking？ Criterion validity of the Computational Thinking Test[J]. Computers in Human Behavior， 2017，72（7）：678-691.

[6]Barefoot， C. A. S.. Computational thinking [EB/OL]. http：//barefootcas.org.uk/barefoot-primary-computing-resources/concepts/ computational-thinking/.

[7]Brennan K， Resnick M. New frameworks for studying and assessing the development of computational thinking[C]//Proceedings of the 2012 annual meeting of the American Educational Research Association， Vancouver， Canada. 2012：1-25.

[8]Zhong B， Wang Q， Chen J， et al. An exploration of three-dimensional integrated assessment for computational thinking[J]. Journal of Educational Computing Research， 2016， 53（4）： 562-590.

（責任编辑 郭向和   校对 姚力宁）