元卓学堂｜基于STEM教育培养计算思维
发布时间：2024-03-20 11:21作者：admin来源：北师大智慧学习研究院点击量：
2024年3月17日上午，元卓学堂邀请北京教育学院人工智能和创客教育研究中心主任于晓雅老师，围绕其著作《STEM与计算思维》一书开展分享。
一、理解计算思维：从思维到素养
于晓雅老师首先详细解释了计算思维的概念及其在计算机科学中的重要性，并强调了培养计算思维对于培养新一代复合型人才的重要性。计算思维是一个问题解决过程，包括形式化阐述问题、逻辑组织与数据分析、通过模型与模拟等抽象方式进行数据表达、通过算法思维进行自动化求解、确认分析及实施可行解决方案等特征。而计算素养是指使用信息、信息处理代理、数字资产、网络组件、应用程序和系统的能力。因此，要培养学生成为未来的科学家、工程师和数学家，就必须懂得如何利用计算工具和方法来实现科学目标。
二、实践计算思维：构建计算世界的能力
实践计算思维的过程就是将计算思维应用于构建计算世界的具体能力，涉及的技术包括使用诸如算法、人工智能、编译器等计算机科学的核心技术来寻找和实现解决问题的方案。于晓雅老师通过引入八大实践领域，揭示了计算思维在各个领域的广泛应用。
在STEM教育中，实践计算思维可以通过项目式学习、问题式学习等教学形式被推广和应用，从而促进学生计算思维的养成，并成功地将其应用到实际中。于老师还提出了一种可供STEM课程中的学生和教师自我检查的计算思维实践流程，对于计算思维的落地执行提供了一种可行且有效的实践手段。
三、评价计算思维：多元多样的评价
于晓雅老师引用了《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》来展示计算思维在各个学段的特性以及其培养目标，并针对此提出了一种多维评价计算思维的策略：
（1）纸笔选择题/建构题评价
（2）技术增强评价
（3）作品集/作品分析评价
（4）调查和访谈评价
（5）其他评价方法：例如学生日记、学生演讲等
（6）量规
（7）工具的有效性
（8）情境与评价的关系：例如物理计算情境、学科整合情境、编程情境
（9）评估如何指导教学
最后，于老师阐述了计算思维评价所面临的挑战，如清楚评价的目的和要测量的构造、评价实践不等于评价知识、在其他学科情境下评价计算思维、要求教师有新的评价能力等。于老师指出教师需要具备新的评价能力，才能精确地评估学生的计算思维能力，明确评价的目的，有效地评估学生的表现。
提问交流环节
问: 在教学中，如果有了大模型生成代码回答问题的工具，那么老师应该是教学生编程语言，还是教学生直接使用AI生成代码来完成案例？
答：教育需要有前瞻性，也就是需要看到未来可能的发展情况，然后再做出决定。举个例子，如果你需要驾驶，你就得去学习如何开车，这就像我们需要学习现有的技术一样，因为这是我们眼下必须面对的现实。然而，对于我们面临的这个问题，我们需要思考的是教育的预见性，比如十年后或者五年后，学生还需要学习编程语言吗？在我看来，我们需要在了解足够多资讯后，给出一个定性的答案，然后做出合理的决策。以一个类似的问题为例，我相信在未来五年内，学生还需要使用键盘进行输入。按照目前的发展速度，学生会在一年级时开始接触键盘和鼠标，到五年级时仍然需要在计算机室里进行键盘输入和鼠标操作。那么，如果你没教他键盘输入和鼠标操作，孩子就无法正常使用计算机。然而，这不意味着我们的教学完全围绕键盘输入来构建。由于我预见到未来可能不再需要键盘，我会确保我们的孩子掌握的不仅仅是键盘输入的技能，并且会去培养他们关于输入和输出概念的系统化认知。此外，我认为更重要的是要将这些概念转变成学生手脑并用的一种跨学科学习方法。
获取本期课程回放请访问：
https://yuanzhuo.bnu.edu.cn/course/216
元卓学堂往期回放地址：
https://yuanzhuo.bnu.edu.cn/course/explore/xuetang
一、理解计算思维：从思维到素养
于晓雅老师首先详细解释了计算思维的概念及其在计算机科学中的重要性，并强调了培养计算思维对于培养新一代复合型人才的重要性。计算思维是一个问题解决过程，包括形式化阐述问题、逻辑组织与数据分析、通过模型与模拟等抽象方式进行数据表达、通过算法思维进行自动化求解、确认分析及实施可行解决方案等特征。而计算素养是指使用信息、信息处理代理、数字资产、网络组件、应用程序和系统的能力。因此，要培养学生成为未来的科学家、工程师和数学家，就必须懂得如何利用计算工具和方法来实现科学目标。
二、实践计算思维：构建计算世界的能力
实践计算思维的过程就是将计算思维应用于构建计算世界的具体能力，涉及的技术包括使用诸如算法、人工智能、编译器等计算机科学的核心技术来寻找和实现解决问题的方案。于晓雅老师通过引入八大实践领域，揭示了计算思维在各个领域的广泛应用。
三、评价计算思维：多元多样的评价
于晓雅老师引用了《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》来展示计算思维在各个学段的特性以及其培养目标，并针对此提出了一种多维评价计算思维的策略：
（1）纸笔选择题/建构题评价
（2）技术增强评价
（3）作品集/作品分析评价
（4）调查和访谈评价
（5）其他评价方法：例如学生日记、学生演讲等
（6）量规
（7）工具的有效性
（8）情境与评价的关系：例如物理计算情境、学科整合情境、编程情境
（9）评估如何指导教学
最后，于老师阐述了计算思维评价所面临的挑战，如清楚评价的目的和要测量的构造、评价实践不等于评价知识、在其他学科情境下评价计算思维、要求教师有新的评价能力等。于老师指出教师需要具备新的评价能力，才能精确地评估学生的计算思维能力，明确评价的目的，有效地评估学生的表现。
提问交流环节
问: 在教学中，如果有了大模型生成代码回答问题的工具，那么老师应该是教学生编程语言，还是教学生直接使用AI生成代码来完成案例？
答：教育需要有前瞻性，也就是需要看到未来可能的发展情况，然后再做出决定。举个例子，如果你需要驾驶，你就得去学习如何开车，这就像我们需要学习现有的技术一样，因为这是我们眼下必须面对的现实。然而，对于我们面临的这个问题，我们需要思考的是教育的预见性，比如十年后或者五年后，学生还需要学习编程语言吗？在我看来，我们需要在了解足够多资讯后，给出一个定性的答案，然后做出合理的决策。以一个类似的问题为例，我相信在未来五年内，学生还需要使用键盘进行输入。按照目前的发展速度，学生会在一年级时开始接触键盘和鼠标，到五年级时仍然需要在计算机室里进行键盘输入和鼠标操作。那么，如果你没教他键盘输入和鼠标操作，孩子就无法正常使用计算机。然而，这不意味着我们的教学完全围绕键盘输入来构建。由于我预见到未来可能不再需要键盘，我会确保我们的孩子掌握的不仅仅是键盘输入的技能，并且会去培养他们关于输入和输出概念的系统化认知。此外，我认为更重要的是要将这些概念转变成学生手脑并用的一种跨学科学习方法。
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