跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動培養(yǎng)小學(xué)生計(jì)算思維能力的實(shí)施路徑及調(diào)查

摘要：本文依據(jù)《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》要求，針對課題組研究需要，在南京江北新區(qū)幾所具有代表性的聯(lián)合校開展了跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動應(yīng)用于信息科技課堂的實(shí)踐研究，同時(shí)對計(jì)算思維能力展開調(diào)查，驗(yàn)證了跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動對計(jì)算思維培養(yǎng)的有效性。關(guān)鍵詞：跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)；計(jì)算思維能力；調(diào)查引言《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）明確要求要提倡素養(yǎng)導(dǎo)向的評價(jià)體系，信息科技課程學(xué)生核心素養(yǎng)包括信息意識、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會責(zé)任，計(jì)算思維是評價(jià)體系中的核心素養(yǎng)之一，如何正確理解它的含義并將其滲透到平時(shí)的教學(xué)中，以及有效評價(jià)學(xué)生計(jì)算思維能力，是一線教師面臨的難點(diǎn)問題。因此，本課題組通過聯(lián)合校教研合作的方式開展了一系列跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動研究，形成了一部分跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動設(shè)計(jì)案例，并在課題組成員所在的聯(lián)合校中進(jìn)行推廣應(yīng)用，希望能夠促進(jìn)跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動對計(jì)算思維的培養(yǎng)。跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動實(shí)施背景本研究主要從轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式入手，通過在信息科技課堂中開展一系列跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動來提升學(xué)生的計(jì)算思維。從這個(gè)問題出發(fā)，課題組主要想解決以下兩個(gè)具體的問題：一是如何基于新課標(biāo)，結(jié)合學(xué)情分析，從主題、目標(biāo)、內(nèi)容、活動和評價(jià)方面構(gòu)建指向計(jì)算思維培養(yǎng)的跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動設(shè)計(jì)，并將跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動應(yīng)用到信息科技的課堂學(xué)習(xí)中？二是從實(shí)驗(yàn)研究視角出發(fā)，驗(yàn)證本課題組設(shè)計(jì)的跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動對小學(xué)生計(jì)算思維能力培養(yǎng)是否有效？目前，對跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)的研究主要分為理論研究和實(shí)踐研究兩個(gè)層面：理論研究主要是探討跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)的概念、分類以及模型；實(shí)踐研究主要集中在跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)與實(shí)施路徑兩方面。從已有研究來看，對跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)的研究還比較分散，但也為本研究厘清跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)的內(nèi)涵奠定了基礎(chǔ)。另外，計(jì)算思維培養(yǎng)的相關(guān)文獻(xiàn)表明，我國對計(jì)算思維的培養(yǎng)從幼兒階段就已開始，在幼兒階段采用可編程的教育機(jī)器人進(jìn)行培養(yǎng)，這種教育機(jī)器人的編程非常簡單，起到計(jì)算思維啟蒙與初步培養(yǎng)的作用；小學(xué)階段多用圖形化編程工具培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，也有利用實(shí)物編程進(jìn)行計(jì)算思維培養(yǎng)，在鍛煉動手操作能力的同時(shí)培養(yǎng)計(jì)算思維；在初高中以及大學(xué)階段多采用Python、C語言、C++等進(jìn)行思維訓(xùn)練，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。惠恭健等人基于國內(nèi)外14種評價(jià)工具的比較分析，將計(jì)算思維的評價(jià)工具分為基于試題的評價(jià)、基于量表的評價(jià)、基于編程任務(wù)的評價(jià)以及基于系統(tǒng)環(huán)境的評價(jià)四類，為本課題計(jì)算思維能力的測評提供了有力依據(jù)。因此，課題組開展了學(xué)生計(jì)算思維能力的調(diào)查，旨在為整個(gè)課題研究提供數(shù)據(jù)支撐，同時(shí)這是對跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動運(yùn)用于信息科技課堂教學(xué)以及計(jì)算思維培養(yǎng)有效性的實(shí)踐驗(yàn)證。通過對搜集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，找出了跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動存在不足，便于及時(shí)修改調(diào)整?？鐚W(xué)科主題學(xué)習(xí)活動實(shí)施路徑課題組通過聯(lián)合校教研合作的方式開展研究，課前教師一起協(xié)作備課，設(shè)計(jì)跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動應(yīng)用于信息科技課堂的教學(xué)，在每一個(gè)跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)結(jié)束后教師們一起總結(jié)與反思，針對本次需要改進(jìn)的地方提出改進(jìn)策略，進(jìn)而應(yīng)用于下一個(gè)跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)中。具體的跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動實(shí)施路徑包含兩個(gè)方面。一是從實(shí)施跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動的教師出發(fā)，以信息科技教師為主、其他學(xué)科教師為輔，實(shí)施跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動。例如，在蘇科版信息科技三年級上冊“用好數(shù)字設(shè)備”單元中，首先，教師設(shè)計(jì)生活中一個(gè)又一個(gè)用到數(shù)字設(shè)備的場景，引入主題，讓學(xué)生在感受數(shù)字設(shè)備給生活帶來便利的同時(shí)認(rèn)識數(shù)字設(shè)備；其次，讓學(xué)生歸納出這些數(shù)字設(shè)備的特征，在歸納分析的過程中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維；再次，讓學(xué)生選擇一種數(shù)字設(shè)備，從使用方法、適用場景、注意事項(xiàng)等方面進(jìn)行探究并分享；最后，以介紹“我最愛的老師”為例，要求學(xué)生分小組自主選擇數(shù)字設(shè)備進(jìn)行介紹，在團(tuán)隊(duì)合作的過程中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。在該實(shí)施路徑中，信息科技教師在整個(gè)跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動中占據(jù)主導(dǎo)地位，會跨越其他學(xué)科的內(nèi)容，但其他學(xué)科的內(nèi)容也是由信息科技教師在課堂上講授指導(dǎo)。二是從跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動的形式出發(fā)，以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為主，在規(guī)劃好項(xiàng)目活動方案的前提下跨越其他學(xué)科的知識內(nèi)容。各科教師首先確定跨學(xué)科主題跨越學(xué)科的種類，然后在各自的學(xué)科教學(xué)中融入跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)的內(nèi)容，分工完成本跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)的任務(wù)，最終在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成主題的教學(xué)。例如，在開展有關(guān)“空氣”的跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動時(shí)，教師首先要根據(jù)主題確認(rèn)學(xué)習(xí)的方向，如“空氣的性質(zhì)”“空氣的作用”“空氣污染”等，確定之后分析可能涉及的其他學(xué)科的知識，其他學(xué)科的教師再進(jìn)行任務(wù)分工。在這種實(shí)施路徑中，信息科技學(xué)科與其他學(xué)科的關(guān)系是平行關(guān)系，并在各個(gè)學(xué)科的課堂教學(xué)中滲透跨學(xué)科主題“空氣”的相關(guān)知識，如：地理教師結(jié)合地理知識，引導(dǎo)學(xué)生深化對“空氣的作用”“空氣的性質(zhì)”的理解；勞動教師圍繞“空氣”主題制作相關(guān)作品，在信息科技課堂中通過最后結(jié)題展示的PPT進(jìn)行講授……當(dāng)各學(xué)科的課堂教學(xué)內(nèi)容完成后，這個(gè)跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)也就完成了，最后進(jìn)行的跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)的結(jié)題匯報(bào)，則標(biāo)志著學(xué)生們完成了“空氣”這個(gè)跨學(xué)科主題的學(xué)習(xí)?？鐚W(xué)科主題學(xué)習(xí)活動實(shí)踐調(diào)查在開展了一段時(shí)間的跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)后，課題組采用問卷調(diào)查的形式對實(shí)驗(yàn)組和對照組進(jìn)行調(diào)查，了解跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動對計(jì)算思維培養(yǎng)的作用。課題組采用SPSS進(jìn)行了前后測顯著性差異分析以及配對樣本t檢驗(yàn)。經(jīng)過前后兩輪問卷的發(fā)放進(jìn)行數(shù)據(jù)搜集，最終回收496份有效問卷，其中前測和后測均248份。調(diào)查問卷共設(shè)計(jì)了29個(gè)問題，從創(chuàng)造力、算法思維、合作學(xué)習(xí)、問題解決能力與批判性思維五方面了解學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)情況。其中創(chuàng)造力維度設(shè)置了對問題探究的好奇心等6個(gè)問題，算法思維維度設(shè)置了對數(shù)學(xué)運(yùn)算過程的喜愛程度等6個(gè)問題，合作學(xué)習(xí)維度設(shè)置了對小組成員一起體驗(yàn)合作學(xué)習(xí)的接受度等4個(gè)問題，問題解決能力維度設(shè)置了是否能將問題或任務(wù)分解成容易處理的不同部分等7個(gè)問題，批判性思維維度設(shè)置了是否愿意學(xué)習(xí)具有挑戰(zhàn)性的事情等6個(gè)問題。1.學(xué)生計(jì)算思維前后測配對樣本的描述統(tǒng)計(jì)分析為了判斷學(xué)生在進(jìn)行跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動后計(jì)算思維是否發(fā)生顯著變化，課題組對計(jì)算思維能力調(diào)查問卷前后測數(shù)據(jù)進(jìn)行了配對樣本檢測。由前后測數(shù)據(jù)可知，計(jì)算思維能力問卷前測的平均值為106.21，后測為117.95，后測比前測高出11.74，后測成績高于前測，后測標(biāo)準(zhǔn)差為17.554，前測標(biāo)準(zhǔn)差為19.991，后測明顯低于前測。以上數(shù)據(jù)說明，在學(xué)生進(jìn)行跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動后，計(jì)算思維能力有所提升，內(nèi)部離散程度有所降低。同時(shí)，學(xué)生計(jì)算思維前后測問卷之間的相關(guān)系數(shù)為0.93（P＞0.7），顯著性水平為0.0144（P＜0.05），說明學(xué)生問卷前后測之間有顯著相關(guān)性。另外，對學(xué)生計(jì)算思維前后測數(shù)據(jù)進(jìn)行配對樣本t檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生前后測問卷均值為-11.736，標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.609，標(biāo)準(zhǔn)誤差為25.348，顯著性為0.000（P＜0.05），說明學(xué)生在進(jìn)行跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動前后計(jì)算思維存在顯著差異。2.計(jì)算思維調(diào)查問卷前后測各個(gè)維度數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析可以看出，在學(xué)生進(jìn)行跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)后，各維度的均值相較于前測都有明顯提升，創(chuàng)造力維度后測平均值比前測平均值高出了1.785，合作能力維度后測平均值比前測平均值高出1.542，批判性思維后測平均值比前測平均值高出2.801，算法思維后測平均值比前測平均值高出2.542，問題解決能力后測平均值比前測平均值高出3.099，說明學(xué)生經(jīng)過跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動后各個(gè)維度的能力都得到提升，其中問題解決能力的提升效果更顯著。通過標(biāo)準(zhǔn)誤差的分析可以得知，每個(gè)維度后測的標(biāo)準(zhǔn)誤差均小于前測，說明數(shù)據(jù)的可靠性在跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動實(shí)施后更高。3.計(jì)算思維各維度的配對樣本t檢驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，創(chuàng)造力、合作能力、批判性思維、算法思維、問題解決能力五個(gè)維度的前后測配對樣本相關(guān)性分別為0.803、0.981、0.741、0.778、0.739，它們均大于0.7，表明計(jì)算思維的五個(gè)維度前后測間具有相關(guān)性。由問卷各個(gè)維度前后測數(shù)據(jù)的配對樣本t檢驗(yàn)結(jié)果可知，學(xué)生在創(chuàng)造力、合作能力、批判性思維、算法思維、問題解決能力五個(gè)維度的顯著性均為0.00（P＜0.05），表明前后測平均值具有顯著差異性，說明實(shí)施跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動前后學(xué)生在計(jì)算思維的各個(gè)維度上已經(jīng)發(fā)生了顯著變化。結(jié)論與建議1.結(jié)論（1）跨學(xué)科主題教學(xué)方式比傳統(tǒng)教學(xué)方式更受學(xué)生歡迎通過課堂觀察、課堂作品呈現(xiàn)、學(xué)習(xí)任務(wù)單以及學(xué)生課后的表現(xiàn)可知，學(xué)生在跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)中能夠更大方地表達(dá)自己的想法，課堂發(fā)言也更積極，同時(shí)在調(diào)查問卷的填寫中也更加配合。調(diào)查問卷總分后測的均值比前測均值大，說明學(xué)生在進(jìn)行跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)后不僅提升了能力，而且更愿意學(xué)習(xí)了。同時(shí)，跨學(xué)科主題教學(xué)方式容易讓學(xué)生在課堂中展現(xiàn)出自己平時(shí)不易被發(fā)現(xiàn)的能力與知識，從不同角度提升了學(xué)生的自信心，從而讓學(xué)生更加喜歡跨學(xué)科主題教學(xué)方式，以此形成良性循環(huán)。（2）跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動能有效促進(jìn)小學(xué)生的計(jì)算思維培養(yǎng)從學(xué)生提交的作品以及調(diào)查問卷的數(shù)據(jù)分析可知，課題組設(shè)計(jì)的跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動能夠有效培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。同時(shí)，問卷數(shù)據(jù)也表明，在跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動中，學(xué)生在每一個(gè)問題解決過程中都需要將問題進(jìn)行抽象和分解，先抓住解決問題的核心，然后再去解決問題，問題解決能力顯著提升。2.建議（1）跨學(xué)科主題需要進(jìn)行二級主題的細(xì)化分解本次行動研究中的跨學(xué)科主題均來自新課標(biāo)，在實(shí)施的過程中我們發(fā)現(xiàn)，目前新課標(biāo)中的跨學(xué)科主題內(nèi)容跨度偏大，如“在線學(xué)習(xí)小能手”“自我管理小管家”。而“自我管理小管家”主題其實(shí)還可以細(xì)分成多個(gè)自我管理的小主題，如時(shí)間上的自我管理、學(xué)習(xí)中的自我管理、行為習(xí)慣上的自我管理等，在每一個(gè)小主題下再進(jìn)行跨學(xué)科活動方案的設(shè)計(jì)，這樣不僅可以解決跨學(xué)科主題數(shù)量少的問題，而且還能對每一個(gè)主題進(jìn)行深入學(xué)習(xí)。所以在后續(xù)的研究中，課題組需要對已有的跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)進(jìn)行深入研究，進(jìn)行二級主題的細(xì)化分解，形成1～6年級完整的跨學(xué)科主題課程圖。（2）跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)情境需要更小更細(xì)致在對已有跨學(xué)科主題進(jìn)行二級主題細(xì)化的同時(shí)，需要將每次創(chuàng)設(shè)的真實(shí)情境再細(xì)化，方便學(xué)生能夠更好地將學(xué)到的知識與技能遷移到真實(shí)生活問題的解決中。例如，在“自我管理小管家”中，在將主題進(jìn)行二級主題的細(xì)化后，在“學(xué)習(xí)中的自我管理”主題下，需要給學(xué)生提供各種各樣精確的學(xué)習(xí)場景，如在班級的學(xué)習(xí)場景下應(yīng)如何自我管理，在學(xué)校自習(xí)時(shí)應(yīng)如何自我管理，在學(xué)校圖書館學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)如何自我管理，在聽講座、查找資料時(shí)或者小組合作學(xué)習(xí)時(shí)