基于计算思维培养的小学信息技术课程开发与实施研究

——以Scratch创意趣味编程为例

开题报告

广州市白云区教育发展中心  龙丽嫦

 

一、选题背景与研究意义

自我国实施中小学信息技术教育以来，学术界一直在讨论学科的价值和定位，近年来尤为激烈。作为长期在教学田野里耕耘的教研员和一线教师，关注学科课程研究发展的同时，更多的努力是寻求解决课程实施问题的方法，找到发展的突破口，使课程目标与课程载体内容和教学操作减少落差，才能实现学科课程提出的育人目标和价值所在。

信息技术课程是一门年轻的课程，其工具性和社会性极强，受技术的发展而产生的牵制和影响较大。同时，由于课程年轻，对其研究的广度、深度尚不足，以及实施过程中受师资水平、教材承载、课时设置、地区差异等各种因素影响，致使课程目标较多停留在软件操作层面，难以落实培养学生利用信息技术解决问题的意识和能力的目标。

随着信息技术课程实施及技术的发展表明，目前信息技术课程体系已不能适应社会的需要，也不能满足不同层次学校的学习需求，关于修改高中课程标准和制订义务教育信息技术课程标准的呼声很高。横观各地的教材和纵观多年来实施的信息技术课程情况，笔者认为，课程知识体系的逻辑框架及技术载体、教材组织呈现，作为课程体系外显的关键性问题，是影响我们多年来课程实施质量目标不达的主要因素之一。因此，我们在重新拷问学科课程核心价值定位的同时，也需要拷问承载学科课程的逻辑框架和载体方式，才有可能在课程自身建设层面首先将理念连接落地。

为寻求课程研究的突破口，笔者作为教研员先后引领区域开展过关于有效任务设计、虚拟机器人进课堂等研究。在这些专项研究中，笔者发现，缺乏学科课程的上位思考和顶层设计的研究，很容易又陷入软件教学、工具教学的境地，包括近2年逐渐热火的Scratch的教学实践。

计算思维概念最初是在大学公共计算机教育领域兴起的，是周以真教授提出的，认为计算思维就是像计算科学家一样思维。他提出计算思维，目的是希望一个人想出有效的算法来解决一个问题，或者想出数据抽象的模型来有效地处理信息。在接触计算思维理论之后，笔者认同引入计算思维作为信息技术学科课程的理论基础以及核心内在价值，以反映学科的核心性和稳定性，同时提升信息科学的不可替代性。但国内外对计算思维的研究仍然处于理论研究和实践的初步探索阶段，还缺乏一些具体的支持性实践成果。

Scratch作为一个短期内即被美国、台湾、香港等地广为欢迎的儿童编程软件，近两年也迅速被民间发烧者推崇为新热点。在华人地区只有台湾的组织推广具有面上带动力，国内的研究尚属于星星之火阶段。其中从网站上看到的台湾的一些活动，基本上以游戏与故事为主。香港青年协会与开发Scratch的美国麻省理工学院媒体实验室和香港中文大学联合开展的创意科艺工程计划致力于挖掘数码工具的潜力，提升青少年的数字化学习效益，鼓励家长和子女善用科技开创的无限空间，享受创作的乐趣。就香港经济环境与教育体制而言，他们开发和推进的创意科艺领域更为丰富而又切合学生的生活需要，其中，“Scratch创意程式设计”这个版块的发展中，已形成一些学习教材，例如，2009、2010、2011年先后出版了《Easy LEAD创意程式设计：Scratch魔幻森林》、《Easy LEAD创意程式设计：游侠传》和《Scratch 亲子•乐点子》等，都为国内推进Scratch的实践应用研究提供了借鉴与参考。国内出版的教材有王继华老师2012年编写出版的《Scratch创意动画设计》、李晓艳、毛爱萍老师编的《儿童数字文化创作课程:Scratch与创意设计》等，基于操作介绍和任务编程提供了一些范例。其中，国内官方尚未有组织地推广Scratch的应用，但是不少城市已经将其纳入到教材内容体系中去，例如广州、常州2013年编制的教材。在这些教材中，除王继华老师的书带有项目思维之外，笔者发现广州、常州的教材仍然沿袭了软件教学思维习惯，案例设置较为零散，教材体例呈现方式未能体现培养计算思维的目标，经本课题组初期实验，发现趣味性、思维性不强。而一些国内信息技术名教师，对普通学生群体缺乏了解，其教材研发时的用户视角不够宽，也有待其它研发视角的教材作补充。

经过以上文献查询和阅读、实践研究积累，笔者也认同将Scratch创意趣味编程引入小学信息技术课程，将是对我国目前少年儿童信息技术课程体系中所缺失的程序设计培养是一个有价值的补充。但是随着“Scratch”猫友群对Scratch越烧越热，大有只要是Scratch就能够拯救了中国的计算机编程教育、拯救了中国信息技术教育等过度倾向的苗头，而观其具体实践性研究能够支撑计算思维理念的尚少。口号大于实践，必然带来接地气不足的操作性缺失，笔者认为，需要更多有研究能力的团队加入到具体的开发和教学实验中去，创新教材编写、教学实施的方法去支撑Scratch教学与计算思维如何产生嫁接，使培养学生的计算思维的目标真正发生。同时，笔者结合计算思维理论与自己多年课程研究经验发现，实际上，计算思维思想也隐藏于我们现有的信息技术课程之中，只是我们的课程标准未能聚焦到它身上，我们的教材在呈现上未能将它凸显出来，我们的教师在教学上未能够抓住学科素养的关键。那么，我们应该如何改革我们的课程？使计算思维作为学科价值和核心素养能够凸显？笔者意图通过Scratch这个新生热点，也作为是计算思维培养的载体工具，开发小学信息技术的Scratch课程，形成其文本教材、课程实施计划、教学法和评价方法等，以寻求创新目前信息技术课程的一条路径，为当前的研究困境提供一种参考。

 

二、研究目标和内容

（一）研究目标

1．建立计算思维在小学信息技术课程中的实践性理论；

2．以Scratch为例，研究利用创作类软件培养计算思维的教学策略；

3．以Scratch为例，形成能够反映计算思维培养的教材编写结构、体例，并开发形成教材。

（二）研究内容

1．研究计算思维在小学信息技术课程的实践性特征，建立其实践性理论表述。

2．研究Scratch软件及编程积木块功能的知识体系，梳理成若干核心模块，分析其操作与创作之间的计算思维特征，提出形成思维品质的教学策略。

3．研究编制基于计算思维培养的项目案例，包括基于Scratch软件的创意编程，以及涉及传播器连接的软硬结合的项目编程，确定体例，编写为学生学习教材。

4．研究基于编制的项目案例开展的课程实施，包括教学计划、课时编排、教与学的模式；

5．研究基于Scratch项目教学的课程评价方式。

最终目标是形成在一套具有普适性的、基于计算思维培养的小学信息技术Scratch课程，成为支撑计算思维培养的具体操作材料。

 

三、研究方法和技术路线

1. 本研究拟采用文献研究法和内容分析法，对目前关于Scratch的、关于计算思维的文献进行分析研究，对已出版的Scratch教材的编辑编排与以往教材进行对比研究，寻找相关研究者已有观点和发现。

2. 本研究在梳理Scratch功能模块和程序编制主要方向的基础上，结合计算思维的理论，采用基于设计的研究，开发项目型案例，并通过行动研究的教学实验，不断优化，迭代逼近，形成进阶型的项目案例，最后形成为课程，包括教材文本、教学计划安排、教学法及课程评价。技术路线如图1：

http://s15/mw690/0026sg3xgy6Mft1UkOyfe&690

3．实验学校为课题组成员所在学校，分别是一所公办优质学校、一所民办优质学校、1所公办农村学校、1所公办城乡结合部学校，将根据2014学年广州市教育局教研室安排的在六年级小学信息技术课程中增加Scratch模块内容规定，结合学校课程安排实际，选取五年级、或六年级学生作为实验班开展教学实验。

4．课程研发出来后，计划在2016年拟通过龙丽嫦老师工作室与外区工作室的学术联结，在越秀、海珠、天河、花都、增城等区进行移植实验，进一步优化、论证课程的普适性。

 

四、创新与应用价值

近几年关于要改革信息技术课程的呼声很高，理论思辨也较多，但是缺乏实践设计与实施的支撑。本研究并非以推翻原有知识体系为目的，而是以变革知识和方法在教材中呈现的方式，从而基于教材引导教师理解基于项目教学法循环迭代，促进学生认知和问题解决能力提升的目的，同时，培养学生将创意转化为现实的意识和能力。由于计算思维属于高阶思维，如果缺乏项目案例的分析和运作，不可能在零碎的操作任务实现学生计算思维的培养。因此，开发基于计算思维培养的信息技术课程，相对目前原有课程实施体系而言，极具创新价值。如果能够在教学计划、课时安排上具有现实挑战性，如果课程实验成功也将具有变革性意义。即使课时安排等未能如愿，其案例设计及教材呈现的逻辑也将具有较强的应用推广价值。

另外，基于计算思维培养的软硬结合的S4A（Scratch for Arduino课程），目前国内除了温州谢作如老师有中学课程的开发、北京景山学校吴俊杰老师有工作室小研发之外，尚未有可推广的成果，而本课题组关于传感器项目课程的开发，也将是极具眼球吸引力的创新性课程。

因而，本研究的预期成果极为可观。

 

五、研究团队成员及任务分配

课题组结构及任务分配如表1：

http://s1/mw690/0026sg3xgy6Mft8L5jqf0&690

六、研究工作进度和预期研究成果

已有研究、研究进度及预期研究成果如表2：

http://s6/mw690/0026sg3xgy6MftcJnFze5&690

*七、研究可行性及研究成员成果

（一） 课题负责人龙丽嫦老师的研究能力保证

课题负责人是广州市基础教育第三批名教师，具有较好的科研和写作能力。

1．主持完成的课题

(1)2003年至2006年，完成中央电教馆立项的课题《信息技术与学科课程整合研究》的子课题研究，课题研究成果作为主持人张嘉志成果提交中央电教馆；

(2)2007年至2013年，完成广州市教育科学“十一五”规划面上一般课题“农村地区中小学教师信息能力培训评价研究”，出版编著《用技术解决问题——教师信息素养88个情境实例》，论文发表9篇，其中中文核心期刊2篇、CSSCI 2篇 结题验收评价为“优秀”。

(3)2010年至2013年，完成广州市教育局教研室主持的“在教学领域进一步深化素质教育”专项课题之学科教研会课题：“基于Moodle的小学信息技术网络课程建设研究”，发表论文9篇，召开了成果推广交流现场会。

（二）发表论文情况（发表20篇）

(1)构建教师教育技术培训发展性评价体系  2006年，中小学信息技术教育，国家级期刊，中文核心期刊

(2)构建农村教育信息化发展性评估体系    2006年，中小学信息技术教育，国家级期刊，中文核心期刊

(3)教育信息化发展进程中农村信息技术教师专业发展探索    2007年，全球华人计算机文集

(4)学科网络社区的策略研究              2011年，教育信息技术，      省级期刊

(5)中小学教师ICT技能培训体系研究      2012年，中国电化教育，    全国中文核心期刊，引用2次

(6)小学信息技术学业评价模型构建       2012年，现代教育技术，     CSSCI，核心期刊，引用2次

(7)数字化校园教师信息能力培训研究     2012年，中国现代教育装备，国家级期刊

(8)虚拟机器人使机器人教育更丰盈       2012年，中国现代教育装备，国家级期刊

(9) 论教育信息化绩效评估之教师信息化应用评价 2013年，中国电化教育增刊，国家级期刊，中文核心期刊

(10)课例研修的现状分析与深度设计——以信息技术学科为例 2013年，中小学信息技术教育，国家级期刊

(11)教育信息化教师应用评价指标构建     2013年，教育信息技术，      省级期刊

(12)MOODLE网络课程的本土研究综述     2013年，中国现代教育装备，国家级期刊

(13)何为微课程——三类微课的对比分析     2013年，中小学电教，    省级期刊

(14)基于MOODLE的信息技术网络课程构建，2013年，中国现代教育装备，国家级期刊

(15)农村中小学教师信息能力培训评价研究   2013年，教育信息技术，      省级期刊

(16)基于MOODLE开发专题学习网站        2014年1月，中国现代教育装备国家级期刊

(17)“智造机器人”小学S4A课程实验      2014年4月，中小学信息技术教育国家级期刊

(18)演示文稿制作的有效性探析             2007年，广州教学研究        市级内部期刊

(19)有效任务设计的方法                   2010年，广州教学研究        市级内部期刊

(20)如何评估教师的培训效果              2012年，广州师训，          市级内部期刊

 (二)主要研究成员的研究能力保证

1．曾祥潘（发表论文8篇）：

龙丽嫦老师工作室团队成员，被认定为广州市基础教育第三批骨干教师，参与研究课题广州市教育科学“十一五”规划面上一般课题“农村地区中小学教师信息能力培训评价研究”，编著《用技术解决问题——教师信息素养88个情境实例》第二作者，参与研究“基于Moodle的小学信息技术网络课程建设研究”，是这两个课题排名第二的研究人员；发表论文8篇，如下：

(1)Moodle系统在小学信息技术课堂的应用 2009年，广州教学研究， 市级内部刊物 

(2)利用信息化工具开展课堂观察      2009年， 广州教学研究，市级内部刊物

(3)步入开源硬件智能机器人教育时代  2012年， 中小学信息技术教育，国家级刊物

(4)基于开源硬件Arduino的小学机器人微型课程内容设计，2012年，中国现代教育装备，国家级刊物

(5)基于Moodle的网络校本教研支持平台构建与应用研究  2013年， 教育信息技术，国家级刊物

(6)利用Moodle“互动评价”实施信息技术主题作品评价  2013年， 中国现代教育装备，国家级刊

(7)利用Moodle开发专题学习网站     2014年， 中国现代教育装备，国家级刊物

(8)使用OpenBSD构建安全校园网络   2006年，中小学信息技术教育，国家级期刊，中文核心期刊

2. 简子洋（发表论文5篇）：

龙丽嫦老师工作室团队成员，参与研究课题广州市教育科学“十一五”规划面上一般课题“农村地区中小学教师信息能力培训评价研究”，编著《用技术解决问题——教师信息素养88个情境实例》第三作者，参与研究“基于Moodle的小学信息技术网络课程建设研究”，是这两个课题排名第三的研究人员；发表论文5篇，如下：

(1)小学信息技术校本课程知识体系构建探究——以广州市白云区方圆实验小学为例    2010年6月，中小学电教，省级期刊
    (2)FLV视频在教学中的技术应用 2011年11月，中国现代教育装备，国家级期刊
    (3)Linux系统下Moodle2学习管理平台的搭建与优化 2013年3月，中国现代教育装备，国家级期刊

(4)3D仿真虚拟机器人课堂教学策略研究  2012年9月，中国现代教育装备，国家级期刊 

(5)基于WIKI的网络校本教研实践研究  2013年3月，教育信息技术，省级期刊

3．陈淑君（发表论文2篇）：

龙丽嫦老师工作室团队成员，被认定为广州市基础教育第三批骨干教师，参与研究课题广州市教育科学“十一五”规划面上一般课题“农村地区中小学教师信息能力培训评价研究”，参与研究“基于Moodle的小学信息技术网络课程建设研究”，是这两个课题排名第四的研究人员；发表论文2篇，如下：

(1)基于Moodle平台小学信息技术课堂学生自主学习模式的设计与实践，2013年3月，中国现代教育装备，国家级期刊

(2)谈小学信息技术教学有效任务系列设计，2014年4月，中国现代教育装备，国家级期刊

4．黄永乐（发表论文2篇）：

龙丽嫦老师工作室团队成员，参与研究“基于Moodle的小学信息技术网络课程建设研究”，发表论文2篇，如下：

(1)3D仿真虚拟机器人专题学习网站的开发与实践，2012年9月，中国现代教育装备，国家级期刊

(2)基于网页型学案与MOODLE学习平台自主学习模式比较研究，2013年4月，中国现代教育装备，国家级期刊

（因工作调整，暂时退出本研究组，变更研究成员为：冯锦强）

5．王上飞（发表论文2篇）：

参与研究“基于Moodle的小学信息技术网络课程建设研究”，是这两个课题排名第四的研究人员；发表论文2篇，如下：

(1)仿真虚拟机器人软件在小学程序设计教学中的作用   2012年9月，中国现代教育装备，国家级期刊

(2)基于Moodle的小学信息技术教学模式的实践研究   2013年12月，中国现代教育装备，国家级期刊

6．冯锦强（发表论文1篇）

（1）其实每个孩子都是小画家，2007年，广州教学研究，广州市教研室内部刊物

    （三）完成本研究的科研条件保证

1．研究条件：课题负责人是学科教研员，课题主要参加成员是本区骨干教师培养对象，全部是一线的任教学研究者、任课教师，且该课题的选题基于学科课程建设与实施研究，研究内容与研究人员工作对口，研究时间保障；同时，由于广州市拟在2014年秋季入学将开设Scratch学习模块，为本研究提供了实验对象和实验时间的条件。

2．研究经费：关于Scratch的研究，课题负责人作为教研员，于2013年开始在本区内向区教育局设置Scratch项目竞赛，申请行政经费支持，本课题的研究经费拟在区教育局教育信息化应用成果建设、科技创新应用研究等专项经费中申请经费支持，研发的教材希望得到相关支持出版。

3. 阶段性成果：

本项目于2012年开始思考，2013年正式开始研究，目前研究进展：

（1）完成基础文献调研：2012年开始关注Scratch的研究动向，是国内最热Scratch群群友，收集了江苏、香港等地关于Scratch的教材，对中国知网上关于Scratch的文献进行检索和内容分析。

（2）开发Scratch教师培训课程：2012年开始，开发了“Scratch趣味编程”教师继续教育培训课程，2013年在区内已完成2期教师培训工作，2013年12月，该课程被评审为广州市优秀教师继续教育课程资源，已于2014年5月面向全市教师完成1401期培训课程，现正招收1402期 课程学员。

（3）组织了区域性诊断性比赛：于2013年6月组织了Scratch的区域性竞赛，对竞赛的试题设计和评价做了第一轮研究，目前完成了竞赛设计的方案和试题评价设计，在2014年6月11日组织第二届Scratch的区域性竞赛。

（4）参与了民间发起的两届Scratch研讨会的学习：通过观看网络直播的方式，参与了由民间Scratch研究者发起的2013年在温州、2014年在常州的全国Scratch研讨会的学习，了解一些研究动态，为研究提供了参考。

    （5）组织过3次市级以上Scratch研讨课：分别面向广州市12个区县教研员、广州市百千万人才名教师培养对象及中山市名教师刘杰、广州市第三批骨干教师等三批对象，展示了Scratch for Arduino的实验课，受认可和好评。

 

【注】：课题申报书写于2014年5月，在原方案申报书内容基础上，于2014年9月22日修改为开题报告书。