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计算思维培养的研究综述

甘肃科技 2022年第12期38卷 45-50,58页

作者：常咏梅李怡灼西北师范大学教育技术学院甘肃兰州730070

计算思维被认为是逻辑思维、实证思维后的第三种科学研究的思维方式,近年来持续被人们所关注,而有关如何培养计算思维也成为重要的研究内容。本研究针对2006年以来有关计算思维培养的文献,运用文献研究的方法,从研究历程、研究现状、研... 详细信息

计算思维被认为是逻辑思维、实证思维后的第三种科学研究的思维方式,近年来持续被人们所关注,而有关如何培养计算思维也成为重要的研究内容。本研究针对2006年以来有关计算思维培养的文献,运用文献研究的方法,从研究历程、研究现状、研究领域等多个角度进行梳理分析,并提出今后计算思维培养的建议,以期满足智能时代对学生计算思维培养的社会需求。

关键词：计算思维计算思维培养研究综述

面向计算思维培养的微课设计及应用研究——以中学信息技术课程为例

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面向计算思维培养的微课设计及应用研究——以中学信息技术课程为...

作者：王鑫湖北大学

学位级别：硕士

21世纪以来,国际教育变革频发,各国都致力于培养符合时代要求及社会发展需要的人才,创新精神与实践能力被提高到前所未有的高度。同时,伴随着社会的信息化的快速发展,信息技术已经使人们的生活和学习方式发生巨大变化,新时代的青年不懂... 详细信息

21世纪以来,国际教育变革频发,各国都致力于培养符合时代要求及社会发展需要的人才,创新精神与实践能力被提高到前所未有的高度。同时,伴随着社会的信息化的快速发展,信息技术已经使人们的生活和学习方式发生巨大变化,新时代的青年不懂利用信息技术,不具备计算思维是很难立足于社会,而创新精神与实践能力的培养也需要以计算思维的依托。鉴于此,计算思维便引起国家、专家学者、学术研究者以及社会公众的重视。计算思维是一类专注于解决问题的思维方式,它的形成能够帮助人们更加高效的进行问题的解决,因此其重要性不言而喻,但由于我国教师与学生的压力普遍较大,教师在完成当前的教学内容之后,再对学生进行计算思维的培养具有一定的难度,而学习者的学习压力导致其进行其他思维的培养时间受到一定的限制,这使得学生的主体性、主动性遭到禁锢,他(她)们往往更加看重短时利益,而忽视了长时利益。即在追求分数的题海战术中迷失自我,这种机械、呆板的训练使学生的学习热情被消耗殆尽,使计算思维能力的提升培养没有着力点,从而导致计算思维培养的效果不佳,进而不利于教育教育质量的提升与学生的发展。如今不断革新的信息技术与教育理念的结合催生了微课教学这种新型的教学方式,能够使学生的主体性能较好地发挥,有利于培养学生解决问题的能力及计算思维的提升。因此,本研究欲探寻教师借助微课教学设计与应用来提升学生的计算思维能力。本文从以下几个方面开展了研究:首先,本研究使用文献调查法对计算思维和微课的理论和发展做了系统的梳理和分析,并对微课和计算思维的概念做了合理的阐述,其次文章对微课的设计要素和计算思维的各个维度的契合性做了具体的描述,并对两者进行了融合分析,然后在情境教学理论,认知负荷理论等教学理论的指导下,设计了微课的教学流程并完成了面向计算思维培养的微课的制作。最后为确保本研究的微课设计能够发挥其自身的作用,本研究还对微课的应用教学过程做了相应设计。研究选取了成都市的某所学校的两个班级来开展对比实验,通过问卷、访谈的方式来验证本研究对学习者计算思维的培养效果。开展对比教学实验之后,本研究得到了以下的实验结论:从总体来看,本研究提出的面向计算思维培养的微课设计以及面向计算思维培养的微课教学过程设计能够提升学习者的计算思维能力。具体通过对实验班前后测数据对比分析,发现学习者的合作能力、算法思维能力以及创造力都得到了一定的提升,而通过对比对照班发现,合作能力提升较大,这在一定的程度上也说明了该研究提升了学习者学习自主性。最后,本研究通过访谈发现所参与的学习者对面向计算思维培养的微课学习产生了极大的兴趣。

关键词：计算思维微课设计计算思维培养教学过程设计

面向计算思维培养的高中信息技术课程分组教学研究

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面向计算思维培养的高中信息技术课程分组教学研究

作者：路雅靖天津大学

学位级别：硕士

社会飞速的发展与技术迅速的进步使得问题充满复杂性,这也决定着人类所具备的解决问题的能力是多元的。伴随着计算机作为一种数字化技术方式渗透到生活的方方面面,每一个人不可能不应用计算思维去解决问题,满足生活中各式各样的需求。... 详细信息

社会飞速的发展与技术迅速的进步使得问题充满复杂性,这也决定着人类所具备的解决问题的能力是多元的。伴随着计算机作为一种数字化技术方式渗透到生活的方方面面,每一个人不可能不应用计算思维去解决问题,满足生活中各式各样的需求。这就显得计算思维对于当下的学习者而言是十分重要的思维能力,对于中小学来说,信息技术课程是培养计算思维最为便利有效的方式。2018年由中国教育部发布的《普通高中信息技术课程标准(2017年版)》提出了信息技术学科的四项核心素养,该标准指出计算思维在信息技术课程培养的重要地位,是新时代学习者不可缺少的四大核心素养之一。这不仅给信息技术课程人才的培育提供了明确的方向,更是表明计算思维对于学习者综合发展的重要作用。但在当前的高中信息技术课程的研究中,虽然与计算思维相关的教育实践与教学研究越来越丰富,但是少有研究真正从计算思维培养的角度关注学习者的计算思维水平现状及倾向,忽视以学生为中心开展教学。本研究围绕着高中信息技术课程开展了计算思维分组教学的研究,通过解构计算思维内涵、构建计算思维培养过程、开展学习者分组、实现教学内容的分析等四个步骤,最终达成面向计算思维分组培养的教学模式,并通过实际的教学实践和问卷调查法对本研究进行了验证。第一部分本文就研究主题——计算思维培养展开,论述研究目的、研究意义、研究现状进行文献研究,完成了研究路线的梳理,研究方法及研究工具的确定。第二部分本文利用文献研究法完成理论框架的梳理,完成设计核心概念和指导理论的综述,给开展研究提供了科学的理论基础。第三部分从计算思维的内涵入手,构建了计算思维的培养过程。第四部分设计了计算思维分组培养的教学模式,并阐释了教学模式的构建依据和具体内涵。第五部分在教学模型的指导下完成学生分组,开展逆向教学设计。第六部分开展教学实施与评价,借助观察法和问卷调查法完成教学评价,验证本研究教学模型的有效性。第七部分完成研究结论,并概述研究的不足与展望。本研究为计算思维培养的分组教学提供系统化的教学模式,为教学设计提供了可参考的项目范例。

关键词：计算思维计算思维培养分组教学

面向高中生计算思维培养的人工智能课程开发与实践研究——以iArm人工智能机械臂课程为例

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面向高中生计算思维培养的人工智能课程开发与实践研究——以iArm...

作者：叶薇薇华东师范大学

学位级别：硕士

近年来,人工智能技术的飞速发展使得不同类型的智能机器人不断走出实验室,走向企业、商店、校园,走进了我们的日常生活。如何更好地将人工智能技术与教育融合成为计算机领域和教育界共同关心的热门话题,培养能够适应未来时代的人才是人... 详细信息

近年来,人工智能技术的飞速发展使得不同类型的智能机器人不断走出实验室,走向企业、商店、校园,走进了我们的日常生活。如何更好地将人工智能技术与教育融合成为计算机领域和教育界共同关心的热门话题,培养能够适应未来时代的人才是人工智能时代下的教育使命。当人工智能技术广泛应用于人们的生活中时,只有我们在了解人工智能的基本原理与思维方式的基础上才能合理的运用技术造福于人类社会。这也对人们在面临复杂情境时解决问题的思维方式提出了新的要求——如何借助计算机等终端设备更有效地解决生活中的问题,即运用计算思维来解决问题。为促进人工智能教育在中小学落地,各国纷纷开设人工智能课程,以期培养学生适应未来智能时代的思维模式,为面向智能社会做好充分准备。尽管已有许多研究者开展了人工智能课程实践,但是在教学过程中仍遇到诸多问题。由于人工智能课程在教学内容、资源开发上存在一定的技术难度,以计算思维作为核心素养融入人工智能课程教学对于教师来说更是一种挑战。在此背景下,本研究以计算思维培养为核心要素,参考《高中信息技术课程标准》,以i Arm人工智能机械臂为教学载体,图形化编程和Python编程为学习平台,开发了面向计算思维培养的高中人工智能课程,并开展教学实践。笔者在梳理已有文献的基础上,首先分析了国内外计算思维与人工智能教育的研究现状,并对计算思维、基于机械臂的人工智能课程进行概念界定和理论基础阐述;其次通过课程需求分析确立了本课程的培养目标,并将计算思维培养要素融入到课程内容与教学模式的设计中,开发了相应的教学资源;基于计算思维培养的教学设计,笔者在上海市S中学开展为其三个月的i Arm人工智能机械臂课程教学实践,利用计算思维测量量表、小组项目测评表、学生与教师访谈、课程满意度调查问卷来证明本课程的有效性与对学生计算思维的培养效果。实践表明,本研究开发设计的i Arm人工智能机械臂课程能够有效提升高中生计算思维水平,为学生认识和体验人工智能技术提供了良好的学习平台。

关键词：计算思维培养人工智能机械臂课程开发

有效失败理论下面向计算思维培养的支架设计与应用研究——以初中图形化编程为例

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有效失败理论下面向计算思维培养的支架设计与应用研究——以初中...

作者：李想华东师范大学

学位级别：硕士

新发布的信息科技义务教育课标(2022年版)再次强调计算思维发展的重要性。计算思维培养往往通过编程实现,但现实教学一线中还存在着将两者视作完全等同的问题,使得计算思维培养成为脱离情境的、追求高正确率的、机械性的“编程训练”,... 详细信息

新发布的信息科技义务教育课标(2022年版)再次强调计算思维发展的重要性。计算思维培养往往通过编程实现,但现实教学一线中还存在着将两者视作完全等同的问题,使得计算思维培养成为脱离情境的、追求高正确率的、机械性的“编程训练”,同时这与计算思维中的问题解决体验和思维能力培养相脱节。有效失败理论因其重视学生自主探究的过程经验且对待失败的态度较为开放,为面向计算思维培养的编程学习提供了新思路。本研究针对有效失败理论指导下的初中图形化编程教学过程,探索学习支架的设计与应用,并验证其支架对学生计算思维水平的促进作用。首先,本研究在梳理有关有效失败理论、学习支架和计算思维的研究现状基础上,设计教学内容、确定教学目标、依据有效失败教学设计原则形成有效失败教学流程并初步构建出学习支架设计框架。其次,按照“计划-行动-观察与反思”的环节开展两轮行动研究的迭代,在图形化编程教学实践中发现教学环节与支架设计的问题并对其进行修改优化。通过对学生计算思维前后测结果、课堂作品解决方案多样性表现及期末作品完成情况的分析,结果表明,有效失败理论下图形化编程教学中使用学习支架能促进学生计算思维的提升;有效失败教学对学生多样化问题解决方案的生成具有一定效果,且对于学生的错误认知的暴露与价值问题的发现具有一定效果,有助于教师在教学中对问题进行识别与矫正。本研究对有效失败理念下的图形化编程的教学流程与学习支架设计提供了些许参考。

关键词：有效失败计算思维培养学习支架图形化编程

基于计算思维培养的高中VB任务驱动式教学模式的构建与应用

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基于计算思维培养的高中VB任务驱动式教学模式的构建与应用

作者：江玉山东师范大学

学位级别：硕士

在科技飞速发展的信息社会,计算思维(Computational Thinking)作为一种响应时代发展的思维方式渐渐得到重视。计算思维是一种解决问题的思维过程,能够清晰、抽象地将问题和解决方案以信息处理代理可有效执行的方式表述出来。培养计算思... 详细信息

在科技飞速发展的信息社会,计算思维(Computational Thinking)作为一种响应时代发展的思维方式渐渐得到重视。计算思维是一种解决问题的思维过程,能够清晰、抽象地将问题和解决方案以信息处理代理可有效执行的方式表述出来。培养计算思维,学生分析问题、解决问题的能力可以得到提高,对学生不断完善自我、适应社会具有现实的意义。高中信息技术的学业水平考试内容包括必修模块与选修模块,《算法与程序设计》模块作为五个选修模块中相对来说难度较大的模块,却非常适合培养学生的计算思维。《算法与程序设计》模块以Visual Basic(以下简称VB)程序设计语言为主要内容,但在目前高中信息技术课堂中教师往往侧重对语句的讲解而忽视了在学习过程中对计算思维的引导与培养。因此,有必要将计算思维的培养融入到高中VB教学中。本研究采用文献研究法、教育实验法、教育测量法等研究方法,在建构主义学习理论、认知-发现学习理论以及计算思维的相关理论的指导下,依据高中VB教学的特点,结合高中生的认知、思维及心理特点,以及计算思维特点,构建了基于计算思维培养的高中VB任务驱动式教学模式,并将该模式应用于高二信息技术《算法与程序设计》模块的教学中,目的在于加强对学生计算思维的培养,提高学生分析问题、解决问题的能力以及学生学习成绩。本研究通过教育实验来验证基于计算思维培养的高中VB任务驱动式教学模式的有效性。实验选取了山东省济南市某重点高中二年级23班、24班两个班级为被试,选择信息技术课程的《算法与程序设计》选修模块为教学内容,应用基于计算思维培养的高中VB任务驱动式教学模式。教学实验结束后进行后测,通过对前后侧数据统计分析,验证基于计算思维培养的高中VB任务驱动式教学模式的有效性。通过对研究数据进行统计量化分析,得出以下结论:本文提出的基于计算思维培养的高中VB任务驱动式教学模式能够提高学生分析问题、解决问题的能力,提高学生计算思维水平。

关键词： VB 任务驱动式教学计算思维计算思维培养教学模式

面向计算思维培养的高中《算法与程序设计》课程教学设计与实践

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面向计算思维培养的高中《算法与程序设计》课程教学设计与实践

作者：莫其叶乐东北师范大学

学位级别：硕士

计算思维在当今时代是每个人都需要具备的技能,在日常生活和工作中都起到了重要的作用。同时在我国信息技术学科课程标准中将其纳入了核心素养中,也在其他学科的教学标准之中,所以把计算思维加入到具体的理论教学过程中,通过多种教学模... 详细信息

计算思维在当今时代是每个人都需要具备的技能,在日常生活和工作中都起到了重要的作用。同时在我国信息技术学科课程标准中将其纳入了核心素养中,也在其他学科的教学标准之中,所以把计算思维加入到具体的理论教学过程中,通过多种教学模式与方法,优化计算思维培养的教学效果,培养学习者计算思维以及思考模式等是一件教育工作者需要去完成的工作。在短暂的时间内培养人的思维方式是一件具有挑战的事情,学习者在初高中阶段各方面的成长速度较快,因此不单要重点关心学生知识和能力的掌握还要去关注学生的计算思维水平提高。然而截至目前计算思维的发展还处于创新探索阶段,所以需要越来越多的研究者更深入的去剖析和研究如何将此目标更好的融入到实际教学工作中。根据上述的研究现状,本文拟定了本研究目标:在高中信息技术学科中通过《算法与程序设计》的教学去培养学生的计算思维能力。阅读和参考了国内现有的研究及国外学者的相关研究,使用文献研究法总结整理出了现阶段研究者对计算思维这一概念的准确描述以及目前对计算思维能力的测量方法等。在这个基础下通过行动研究以及课堂观察法等结合实际情况对学生初始的计算思维能力进行调查、对教学内容是否适合运用到计算思维能力培养中进行了思考和判断。探讨和分析计算思维的理论依据,对计算思维概念加以界定、分析计算思维以及《算法与程序设计》教学研究现状。为研究面向计算思维培养的高中《算法与程序设计》课程教学设计与实践提供了参考依据。通过实践,深入分析了高中阶段信息技术课程中的讲授经过,以及如何让学生形成计算思维能力。在实践过程中,遵循理论与实际相联系的原则,规范了具体的研究过程。通过本课程的教学,更好地完成在信息技术学科中培养计算思维能力的目标。教学实践中包括三个内容分别通过三次教学设计和实施进行教学。通过收集数据,对学生在实验前和实验后的成绩进行统计与分析,下一步进行了配对样本T检验,对教学满意度等进行了调查和分析,在此基础上对教学模式进行总结、分析整体的教学效果评价和教学实践的有效性。使用面向计算思维培养的高中《算法与程序设计》课程教学设计与实践对提高学生信息技术学科成绩及计算思维能力有正向影响。计算思维五个维度都有显著性提升,创造能力与问题解决能力两个维度的变化最显著,学生对于教学设计的满意度也较高。

关键词：计算思维培养《算法与程序设计》课高中信息技术

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面向高中生计算思维培养的项目式教学设计

面向高中生计算思维培养的项目式教学设计

作者：郭璐璐河南师范大学

学位级别：硕士

在数字时代,计算思维是未来创新型人才必备的能力之一,教育部对学生计算思维的培养越来越重视,要求从中小学学段开始实施。然而,目前在高中信息技术课堂教学中存在学生参与积极性不高、课堂教学评价不及时、创新能力不足的问题,导致学... 详细信息

在数字时代,计算思维是未来创新型人才必备的能力之一,教育部对学生计算思维的培养越来越重视,要求从中小学学段开始实施。然而,目前在高中信息技术课堂教学中存在学生参与积极性不高、课堂教学评价不及时、创新能力不足的问题,导致学生在信息技术课堂中计算思维培养效果不够理想,无法满足新课程标准对人才培养的要求。为了更好改善这一问题,本研究基于成功智力理论、多元智能理论和从做中学理论的研究成果,通过研究计算思维和项目式教学的相关文献,明确研究内容,提出了面向高中生计算思维培养的项目式教学模式。首先,对计算思维培养的项目式教学进行可行性分析之后,把计算思维能力的五个维度和项目式教学过程进行分析,找到两者之间支撑点。其次,明确构建模式要遵循的原则,为了符合新课程标准对核心素养的要求,应遵循主体性原则、指向性原则和反思性原则。最后,结合可行性分析结果和需要遵循的原则,构建了面向高中生计算思维培养的项目式教学模式。该模式有三个环节:前端分析环节,教师在备课前对教材进行分析,确定知识点、实践任务和对象;教学过程环节,教师要明确项目主题、创设真实情境、讲解项目需求、发布项目任务、组织交流讨论和组织多元评价;教学评价环节,笔者通过多元评价方式,不断解决教学中存在的问题。为检验该模式的有效性,本研究选取郑州市某高中两个班级的学生作为研究对象,应用到实践研究。结果表明:实验组在计算思维能力的五个维度方面显著提升,说明创新能力提高;满意度分析方面较对照组有显著提升,解决了学生课堂参与积极性低的问题;通过教师访谈分析,改善课堂教学评价方式。下一步可以扩大样本容量,丰富教学案例,对计算思维培养做进一步研究。

关键词：计算思维培养项目式教学高中信息技术

面向计算思维培养的初中信息技术DBL教学模式研究

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面向计算思维培养的初中信息技术DBL教学模式研究

作者：林玉珍天津大学

学位级别：硕士

计算思维是一种运用计算机基本概念进行问题求解、设计系统和理解人类行为的思维方式,掌握计算思维是当今科技时代对人才的要求。计算思维是与阅读、写作、算术同等重要的能力。2017年,新颁布的高中信息技术课程标准将计算思维列为信息... 详细信息

计算思维是一种运用计算机基本概念进行问题求解、设计系统和理解人类行为的思维方式,掌握计算思维是当今科技时代对人才的要求。计算思维是与阅读、写作、算术同等重要的能力。2017年,新颁布的高中信息技术课程标准将计算思维列为信息技术四大核心素养之一,可见计算思维在信息技术中的重要地位。但是,由于我们正处于计算思维研究的初级阶段,多数研究集中在高等教育领域,在基础教育领域研究尚少,一线教师对于如何培养学生的计算思维,从理论到实践都缺乏相应的指导,学生也缺乏兴趣,在学习中存在很多问题。由此,在建造主义理论和学习共同体理论的指导下,提出将DBL与计算思维的内涵和培养过程结合构建模式,运用到初中信息技术课程中。本研究旨在通过准实验研究,验证所构建的DBTMCT(Design-Based Learning on Computational Thinking)对初中生计算思维培养在创造力、问题解决能力、算法思维、合作交流能力、评估思维五个方面的影响,以期改变基础教育阶段计算思维培养理论和应用层面缺失的现状,为一线教师开展计算思维的教学提供一定的参考。准实验研究前期准备主要包括问卷编制和教材分析,准实验研究过程主要包括预测试、前测、确定研究对象、教学实施、后测和访谈。研究结果表明,构建的DBTMCT教学模式应用于初中信息技术课程后,实验班在问题解决能力、合作交流能力和评估思维方面均高于对照组,在创造力和算法思维上没有发生显著性变化。访谈结果表明学生认为这种模式下设计的教学对计算思维和创造力有提高。

关键词：计算思维计算思维培养 DBL 初中信息技术教学模式