智能时代乡村学生计算思维培养:内生逻辑、现实困境与实践进路

付卫东 汪 琪

一、引言

数字技术的强势崛起推动大国教育博弈焦点的转变,计算思维培养为未来数字时代大国人才竞争提供了新视点和着力点。在2017年和2022年两次义务教育信息科技(信息技术)课程标准修订中,计算思维均被纳入学科核心素养,而且还要求计算思维实践活动围绕抽象、分解、建模、算法设计四个表征维度展开〔1〕。《义务教育科学教育课程标准(2022年版)》也要求学生通过对客观事物进行抽象和概括,进而建构模型,并运用模型分析、解释现象和数据,描述系统的结构、关系及变化过程。其中隐含的科学素养表征也与计算思维有着契合之处〔2〕。显然,将计算思维嵌入或内化于基础教育的发展逻辑之中,旨在培养学生在数字时代的全球胜任力,体现了党的二十大“实施科教兴国战略,强化现代化建设人才支撑”的战略部署,也为计算思维教育在基础教育阶段的全国性普及提供了重要依据。

当前围绕区块链、云计算、大数据、人工智能、元宇宙等新兴技术形成的产品不断涌现在乡村场域,正加速乡村社会步入智能时代。智能技术重塑乡村生活场景,深刻变革思维方式。具体而言,大数据为乡村产业兴旺和社会治理提供了多元、科学、精准的数据耦合,智能农业机器帮助农民脱离手工劳作,以云计算为核心构筑的网络服务模式更是拓宽了乡村与外界的协作空间。显然,仅仅拥有专业知识和技能的劳动者已无法满足乡村社会发展需求,亟需培养适应智能化乡村社会并具备复杂问题解决能力的时代新人,即运用计算思维开展人机协同探索与实践的智能化人才。近年来,随着教育扶贫政策的落实,越来越多的乡村学子步入高等教育殿堂,然而,乡村学子踏入社会所处的实际地位却远远低于大众期望,并衍生出“文化屌丝”“小镇做题家”“当代孔乙己”等污名化标签,因此,乡村教育迫切需要重新审思应该培养“什么样的人”的问题。乡村学生计算思维的培养不仅为瞬息万变的智能化乡村社会提供了“新农”人才支撑,而且也有利于突破污名化的桎梏,提升其适应未来社会可持续发展的数字化生存力。本研究聚焦智能时代下乡村学生计算思维培育的逻辑起点,深入探讨当下乡村学生计算思维培养面临的现实困境,并进一步提出突破路径,以期帮助乡村教育实践主体系统审思教育改革,并为乡村人才振兴改革、智能时代乡村教育发展、数字化乡村建设、智能时代思维鸿沟等研究领域觅求镜鉴。

二、智能时代乡村学生计算思维培养的内生逻辑

(一)历史逻辑:计算思维教育的缘起与着力点

计算思维于1980年由麻省理工学院教授西摩·派珀特(Seymour Papert)首次提及,但是直到2006年,美国卡内基·梅隆大学教授周以真才首次对计算思维概念作出界定,即运用计算机科学的基础概念解决问题、设计系统以及理解人类行为的思维过程〔3〕。随着计算思维概念研究与实践的深入,对计算思维逐渐呈现出不同视角的解读,其大致可归结为四类:一是基于计算科学视角的工具技能应用〔4〕〔5〕。二是基于思维过程视角的程序化思维方式〔6〕。三是基于问题解决能力培养视角强调计算思维的附属性〔7〕。四是基于智能时代数字素养培育视角的计算思维多元要素〔8〕,此种解读越来越为教育研究者关注,其原因在于趋于数字化、网络化、智能化的社会生态变迁,推动人类的生产、生活、学习与思维方式发生深层次变革,数字素养也越发成为未来社会数字公民的关键素质指标。传统计算思维以问题分解、算法、抽象和自动化等为核心要素,显然不足以支撑大众数字化生活的需要,而融入数据思维、可视化理解、数字情感与伦理等多元要素适切时代所需。尽管国内外众多学者理解计算思维的角度不尽相同,但不可否认的是面对智能化、普及化、大众化的多维度社会发展事实,计算思维教育蕴含着适应多维度社会发展教育需求的内在价值意蕴。计算思维的内在价值是数据抽象、模型建设、自动化实现和解决问题,是一种兼具数学思维、工程思维、科学思维的跨学科性的思维〔9〕。通过计算思维教育个体能够将多种科学思维活动互补融合,形成动态的、综合性思维架构,其中蕴藏着提升解决问题能力的重要价值,将融入不同学科、场景乃至生活各方面。计算思维教育从娃娃抓起逐渐成为世界各国人才培养的共识,计算思维也因此成为了经济发达国家义务教育课程计划的重要内容,其中的典型表征为政府和科研机构率先发布了计算思维教育的相关标准框架、落实政策及研究报告,使其共同承载着国家意志、社会发展以及个体发展的要素基点,力求以计算思维教育契合培养国家战略新型人才的时代所需。譬如,2018年,美国国际教育技术协会(ISTE)颁布了国际上首个冠以计算思维名称的标准文本《计算思维能力标准(教育者)》(Computational Thinking Competencies Standards for Educators),对于开展计算思维教育实践具有里程碑意义。2022年,欧盟委员会发布了《义务教育计算思维研究》(Reviewing Computational Thinking in Compulsory Education),指出在所调查的29个欧洲国家中,有25个国家将计算思维纳入国家法定义务课程,并且其他4个国家都正在试点或拟定方案,不久将在国家战略规划中融入计算思维〔10〕。

2021年,联合国教科文组织面向全球发布《共同重新构想我们的未来:一种新的教育社会契约》,强调世界仍广泛存在着不平等现象,教育的力量尚未足以建设一个公正、公平和可持续的世界。智能时代的热潮下,各行各业依托计算机纵深发展,计算机网络更是无处不在,计算思维已然不是计算机专业人员所特有的,更不能单一归属于计算机学科,每位受教育者都应享有接受计算思维教育的机会,计算思维教育理应落点于教育公平。教育公平是社会公平的支点,不但是国际社会共同追求的教育应然之态,也是我国教育改革过程中的实然价值取向。新时代的教育立足于教育高质量发展的目标,兼顾发展的高效率和追求高质量教育公平,乡村教育作为我国教育高质量发展的“神经末梢”,秉持教育公平的价值准绳,推动乡村学生计算思维培养符合乡村教育高质量发展的内在要求,也是促进教育公平的重要方式。同时,依据经济学长板理论,乡村教育的高质量发展势必推动乡村整体振兴,把乡村学生培养成为具备计算思维能力和现代理念的时代新人,为乡村振兴铸造新引擎的同时也彰显了乡村学生计算思维培养独特的意蕴和张力。因此,基于计算思维发展及教育公平,推动乡村地区学生计算思维培养得以建构起逻辑闭环。

(二)时代逻辑:催生乡村数字公民培养新诉求

新一轮数字革命以信息化、智能化为典型特征,正成为推动中国乡村社会高质量发展的新引擎,人工智能、大数据、5G通信技术、云计算、区块链、元宇宙等智能技术的交叠集聚激活出乡村场域的内生潜能,催生出乡村社会的新图景、新业态与新模式。如基于深度学习和神经网络算法技术的自动化农业机器人的推广应用,依托大数据开发的病虫害监测与治理系统。当一系列类似于智能系统、AI机器人等智能软硬件设备融入乡村民众生产生活时,其潜藏的智能化理念与问题解决方式,在呈现形式、工具应用方法等维度与传统的乡村社会形态存在较大的差异,当乡村居民被淹没在数字技术的浪潮中,必然会出现人机协同的“水土不服”,以计算思维为代表的公民数字素养水平则成为其适应和享受数字化乡村社会的关键要素。然而,面对以自动化和智能化为特征指向的数字化社会,身处其中的异质化群体间本身就在数字技术资源的“享有”和“使用”上存在数字鸿沟。2021年3月,中国社会科学院信息化研究中心发布调研报告《乡村振兴战略背景下中国乡村数字素养调查分析报告》,相关数据显示农民数字素养得分仅为18.6,比全体人群均值低57%〔11〕。由此可见,我国城乡数字鸿沟问题正在发生矛盾转向,即由应用鸿沟转向素养鸿沟。

2021年11月,中共中央网络安全和信息化委员会办公室在《提升全民数字素养与技能行动纲要》中明确指出,要培养具有数字意识、计算思维、终身学习能力和社会责任感的数字公民。可见,计算思维是公民数字素养培养的重要表征维度,其作为智能时代的产物,是一种运用计算工具与方法求解问题的思维活动,是智能社会中每个人都应掌握的思维方式。计算思维能够帮助乡村居民深入理解数字化产物和所处的数字化时代,联系计算机虚拟世界表征推理现实问题、现象和规律。同时,需发挥其他维度与数字素养的共鸣,构筑与数字技术良性互动的人机共生关系,以保证他们今后顺利适应高速发展的数字化社会。例如,计算思维教育中强调的算法分析可帮助学习者建构对个性化推荐算法的批判性认知,有效规避其在短视频娱乐或购物过程中的“算法黑箱”效应,以保护乡村数字弱势群体权利不受侵犯。所以,培养乡村学生计算思维切合提升公民数字素养的需要,为乡村社会培育下一代数字主体,学生以自身的计算思维认知和实践反哺乡村社会其他群体,能够为乡村智能生态培育更多的数字“基因”,亦能从源头阻断数字素养鸿沟的代际传递。

(三)技术逻辑:为乡村学生计算思维培养注入新动能

乡村教育高质量发展离不开数字技术的支撑引领作用。我国先后颁布《教育信息化2.0行动计划》《数字乡村建设指南2.0》《数字乡村发展行动计划(2022—2025年)》等文件,强调以教育数字化助力乡村教育高质量发展,促进智能技术深度融入乡村教育全要素和全过程。数字技术与乡村教育整合创新,可以突破学校、班级、学科的边界,在合理的教学秩序中不断增强教学活力,使得乡村教育得以发展和突破。数字技术作为重塑教育生态以及保障教育均衡和质量的有效工具〔12〕,随着在乡村教学实践中的深化应用,进而推动教学环境、资源和工具的全面重构升级,特别是在我国乡村教育优质资源短缺、师资结构薄弱、教育治理相对落后的当下,这些要素的跨时空深度融合与协同,赋予了乡村学校计算思维教学从设计、实施到评价的更多的可能性和更强的灵活性,为乡村学生计算思维培养带来了新动能。因此,智能技术的赋能图式使得乡村学生计算思维培养拥有广阔的赋能场域,其自身拥有的学生群体、教育需求、乡土特色等也源源不断地吸引着技术强势入场。

具体而言,乡村地区学生借助数字教育平台获得优质数字资源,并在虚拟数字人教师与智能学伴的辅助下完成计算思维学习任务,提高了独立解决问题的能力;基于知识图谱、数据分析等技术的自适应学习系统,实时跟踪获取乡村学生学情数据,精准诊断反馈乡村学生的学习状况和薄弱点;基于元宇宙、虚拟现实技术的计算思维虚拟实训平台,通过抽象现实场景创建虚拟生活问题场景、计算比赛和活动的场域,促进乡村学生抽象思维发展。可以说,无论采取何种技术动能,都不能否认智能技术是乡村学生计算思维培养的动因之一,故而必须认真把握技术语境下乡村学生计算思维培养实践的各个环节。

(四)人才逻辑:发掘厚植于乡土社会的人力资本

人才作为乡村振兴的第一资源要素,是全面推进乡村振兴战略的强大动力源。2021年,中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于加快推进乡村人才振兴的意见》,提出“坚持把乡村人力资本开发放在首要位置,大力培养本土人才”〔13〕。然而,中央财经大学主持发布的《中国人力资本报告 2022》显示我国农村人力资本总量为414.4万亿元,仅占全国人力资本总量的13.3%〔14〕。可见,我国乡村人力资本总体水平较低,仍然是制约乡村振兴的重要因素。乡村振兴人才是关键,乡村学生计算思维培养的根本旨归是为培养适应智能化乡土社会全面发展的人才,而教育则是人才培养的关键,乡村振兴战略从愿景到行动正推动着乡村教育和人才培养的提档升级。面对智能化乡村社会的演进,相对于传统知识与技能的掌握,学生更应当获得思维能力的动态匹配。而计算思维作为“人类科技创新的三大支柱”之一,是当代学习者应掌握的一项分析和解决问题的能力〔15〕,培养乡村学生计算思维切合乡村振兴的战略需要。例如,培育具有计算思维能力,懂农业、爱农村的乡土人才,使其理解机器的工作逻辑,提升人机协同能力,进而促进其与乡村智慧化基础设施和智能化机械设备的融合共生,最终实现运用计算机科学概念和数字化技术对乡村现实问题进行系统设计和求解的目的。换言之,基于乡村智能化情境,如果没有足够数量的拥有计算思维的人才作为支撑,就失去了未来乡村新技术、新产业、新理念孵化的思维认知基础,甚至还会制约现代化乡村振兴政策的落实与推广。

三、智能时代乡村学生计算思维培养的现实困境

(一)传统育人理念尚未转变,乡村学生计算思维培养缺乏协同支持

乡村教育应顺应智能化社会对人才培养的需要。当前,乡村教育面临教育数字化转型,为推进乡村教育发展提质升级,政府部门已然意识到智能技术对于乡村教育的重要作用,但传统的乡村育人理念尚未完全转变为智能化时代的育人理念,这主要表现为以下三个方面:一是受传统技术主义思想的影响,政府在乡村建设中重视智能工具的“技术凸显”,而缺乏对乡村本土居民的品格塑造和价值观养成,造成“生命凹陷”。如部分乡村学校前期主要将经费投入智能设施环境建设,而后才进行人的数字素养培训,这种“重技轻人”观念对人的存在的忽视间接导致了乡村学校思维教育的长期缺位。二是部分乡村学校强调教育只是为了高考升学的教育理念,重视功利性知识技能教育,忽视提升思维的素质教育。如部分学校领导认为计算思维是“虚”的,将计算思维教育视为乡村学校“锦上添花”的选项。三是家长的“离农”观念,认为上学是农村孩子的唯一出路,以单一的成绩指标要求孩子,导致孩子思维能力难以发挥。因此,受制于乡村传统育人中的陈旧理念,对乡村学生计算思维培养缺乏紧迫感和危机感,乡村学生计算思维教育很难获得协同支持的空间,其结果是愈来愈多的乡村学生被冠以“小镇做题家”“大学生农民工”等社会标签。

(二)信息科技课程迷失,乡村学生计算思维培养脱离立足之本

信息科技课程中所镶嵌的分治、递归、可视化和动态规划等以解决复杂问题为核心的策略性知识元素,使之成为学生计算思维培养的立足之本,相关实证研究也表明信息科技课程中开展的教学实践能够有效提升学生的计算思维能力〔16〕〔17〕。因此,乡村学生计算思维培养如若脱离信息科技课程的核心体验场,学生计算思维发展便是“无本之木”。然而,当前乡村教育依然面临着信息科技课程迷失的困境。一方面,在乡村信息课程建设上,教师队伍严重匮乏,乡村信息科技课程难以依据新课标要求独立开课,乡村学校面临信息科技课程“难开足”的问题。据调查,2020年,我国乡村小学信息技术教师共96376名,平均每个农村教学班仅拥有0.10名信息技术教师〔18〕。另一方面,乡村信息科技课程教学实践中,学科教学内容偏倚于“知识普及”和“工具应用”,这种应用导向型教学致使学生高阶思维素养被忽视,学生计算思维培养更是沦为教学的“荒地”。有针对23个省(市)的调查显示,65.9%的乡村学生反映自己不会认真学习信息科技课程〔19〕。除此之外,本研究在针对湖北省多所乡村学校的调研访谈中发现,由于信息科技课程的边缘化,乡村教师丧失自我发展内驱力,很难将新课标理念落实于实际教学,多数信息科技教师处于“失标”状态。与此同时,乡村学生长期受到主副科观念的驱使,缺乏对信息科技课程的学习意识,教师对课堂难以管理,进而阻滞了信息科技课堂发挥实效,乡村学校面临信息科技课程“难开好”的问题。

(三)乡村教师专业发展孤岛效应,计算思维跨学科效能难以凸显

教师专业发展是教师知识技能更新和深化的动态过程。然而,由于乡村教师所处的特殊地域,加之受到自然环境、技术等因素的限制,导致乡村教师专业发展被搁置或延缓,乡村教师发展逐渐趋于静态封闭状态,最终形成孤岛效应。一方面,由于乡村学校师资结构性缺编问题〔20〕,其内部不同学科教师无法开展集体性的教研活动,繁重的教学任务致使教师跨学科教研难以持续,教学研究也因缺乏统筹规划、组织协作而寸步难行。另一方面,乡村区域间教师由于交流渠道单一狭窄,各自仅保留着师范教育阶段习得的学科知识和教育通识知识,教师对于新课标知识和新教学理念的获取途径相对闭塞。针对全国40所学校的调研数据显示,每月参与市级研修的乡村教师比例仅为14.42%〔21〕。尽管现阶段乡村教师研修途径不断拓宽,但仍然存在着研修内容吻合度低、知识体系陈旧等问题。例如,有调查显示,乡村教师信息化培训中93%的教师反映培训内容以操作技能为主,忽视新教育理念的普及和思维培养。当下,计算思维发展趋于大众化和普适化,开展学生计算思维培养跨学科实践已成为国际共识〔22〕,而我国乡村教师专业发展中显现出的孤岛效应,正钝化其对计算思维概念的理解、识别和探寻,乡村教师协同开展计算思维跨学科教育活动更是举步维艰。

四、智能时代乡村学生计算思维培养的实践进路

(一)顶层设计:助推乡村学生计算思维培养的理性接纳

智能时代乡村学生要实现计算思维发展,需要乡村教育内外部诸多要素的协调联动。其中,最为关键的是结合乡村教育的文化场域,积极引导校长、教师、学生、家长等利益相关者的观念转变。因此,需要以政府顶层设计为引领,推进乡村教育主体对计算思维教育理念的理性接纳,发挥“政府引导、学校支持、家长认同”的三方主体协同支持效应,为乡村学生计算思维培养构筑价值根基。

首先,乡村教育部门要转变传统的“技术主义”观念,注重学生数字化思维素养的培养,强化乡村学生计算思维教育的制度供给,完善落实政策保障,推动建立系统化、精细化和在地化的乡村计算思维育人机制。一方面,在国家相关总体方案的基础上,地方教育行政部门应重新建构计算思维教育与乡村教育宏观规划相结合的顶层设计,分层分类制定计算思维教育融入乡村教育的相关制度设计、实施保障体系以及常态化落地政策等实施规范,同时应重点考虑总体规划、融入方案、焦点任务、组织实施等内容,形成切合乡村实际场域、关联聚合、统筹推进的乡村学生计算思维培养体系。另一方面,凝聚多方智慧力量协同共商,统筹规划覆盖学前、小学和中学等学段的计算思维教育方案。教育主管部门应会同高校专家、一线教师和社会少儿编程培训机构共同制定各学段计算思维培养的教师要求和学生标准,包括教师实施计算思维教学的课堂规范和学生所需完成的具体实践活动。依据乡村学生各学段群体特征、思维认知水平,由浅入深、从点到面引入计算思维核心素养,构建一个系统连贯、衔接有效的乡村学生计算思维学习体系。

其次,乡村学校应当拓宽学生思维教育空间,打破“唯成绩”“唯升学”的桎梏。乡村学校作为学生计算思维培养的核心场域,应当建立起囊括计算思维教师“教”和学生“学”的活动系统。乡村学校可以将“以赛促学,以赛促教”作为动力机制,鼓励教师开发计算思维校本课程和开展计算思维跨学科教学竞赛,推动校域学生计算思维培养特色化和多元化,并将成果形成典型案例,以工作动态、活动简报、成果展示、经验借鉴等多种专题形式进行宣传,最大程度唤醒乡村教师计算思维教学的热情,从而带动更多的乡村教师更新教育理念。同时,鼓励乡村学生积极参加国际性或全国性计算思维竞赛,如Bebras国际计算思维挑战赛 、谷歌全国中小学生计算思维与编程挑战赛、全国蓝桥杯大赛中小学创意编程组,为学生计算思维学习成果提供输出渠道。此外,乡村学校应积极对接公益组织、民营机构、高校支教团队等社会主体,于线上线下混合开展计算思维讲座、机器人与编程学习训练营、计算机科普公益课堂、中小学生计算思维知识科普等活动,寻求乡村计算思维教育内源式发展与外援式增长的交叉点。例如,王康等人在湖北省宣恩县开展的为期3个月的学生计算思维“送培送展”活动,实践结果表明对乡村学生计算思维能力提升显著〔23〕。

最后,乡村学生计算思维教育的落地与家长的教育观念也息息相关,因此,要打破乡村家长“唯升学”“唯成绩”的固化思维枷锁,促使家长摒弃传统教育中的陈旧观念,唤醒其对孩子未来参与社会竞争的核心高阶素养的追求。一方面,大力宣传计算思维对于学生未来成长的重要作用,提升家长对于数字化教育理念的认知水平。通过让家长参与和体验学生计算思维教育实践过程,便于其真实客观认识学生计算思维培养的发生过程,深度体悟教育行为,进一步激发乡村家长对计算思维教育价值的接纳和探寻。另一方面,借助家校合作平台,融入学生计算思维培养内容。深化家长对培养学生计算思维的认同感和责任感,引导家长为乡村学生计算思维的长效化培养建言献策。

(二)技术重构:打造乡村学生计算思维泛在育人空间

以新一代人工智能为代表的数字技术正在成为推动乡村教育变革的重要因素。尤其是在我国乡村信息科技师资结构性短缺、教学质量水平不高、课程教育资源不足的当下,数字技术可有效促进乡村信息科技教学创新、丰富教育资源要素、提升课程评价科学性,帮助乡村学校信息科技课程开足开好,为乡村学生计算思维培养提供“立足之本”。同时,数字技术也为乡村学生计算思维培养创设了精准、智能、交互式环境,为其计算思维个性化、多元化发展提供培育路径。

首先,借助智能技术适配学生学习过程,为乡村教育主体计算思维教育泛在提供科学精准的技术支持。一是基于深度学习算法的学习分析技术为学生计算思维培养提供风险预测,通过定时集中收集学习者多模态数据,包括学习者情绪、表情、学习投入度等特征,综合研判、及时发现学习者计算思维发展的潜在风险,从而帮助乡村学生改进思维认知方式。二是融合知识图谱、深度知识追踪、强化学习、生成式人工智能(AIGC)等技术,构建乡村学生计算思维自适应学习系统,通过对学习者的原始特征、知识表征状态、动态人机交互数据进行分析,附着大语言模型提供的动态资源池生成切合学习者知识水平、学习需求的个性化计算思维学习资源序列。这种自我调节与机器调节相结合的个性化学习方式,为乡村学生计算思维迭代式、关联式、牵引式发展提供了技术保障。此外,依托云计算的虚拟化技术整合计算思维学习和教学实施、评价等常用干预工具,如Scratch、APP Inventor、Xmind,集成云端可视化软件平台适配手机、平板、电脑等多端系统,为乡村教师和学生提供“低地板、高天花板”的计算思维软件工具,以集约化、效益化的软件平台极大降低计算思维工具的使用门槛和高额费用。

其次,思维教育不可教条地被认为是知识的陈述,更需要学生借助现实场景开展实践活动进行思维的理解、体悟和摸索。由于乡村场馆资源匮乏,师生缺少计算思维体悟环境,可以借助虚拟现实、增强现实、混合现实等仿真技术创设环境资源,拓宽乡村学生计算思维育人场景。一方面,供给公共场馆资源及服务,赋予乡村学生无边界的计算思维场馆体验。创建虚拟数字图书馆、博物馆、科技馆和AR计算思维体验平台等社会公共资源,突破乡村地区资源和环境限制,为乡村学生提供从沉浸式感知知识到模拟问题解决的中介场和实习场,利用虚拟场馆资源融合真实场景,让学习者通过问题识别、资料收集、构建方案、模型设计等来全方位、全过程感知和体验计算思维实践价值。另一方面,推动乡村虚拟教研室建设,汇聚乡村教育领域中融合互促的共生力量,建成跨区域、跨学科或跨专业的泛在知识共同体,激励乡村教师开展常态化“云端”教研,缩短乡村教师先进知识理念的更新周期,促使不同的学科教育理念能够在乡村教师群体里迁移流动,使乡村教师能够体悟到不同学科知识理念,以便其更好地开展跨学科教学。

最后,集成计算思维评测工具链接大数据技术,构建乡村学生计算思维监测平台,实现全域学生监测数据的实时可视化、预判思维发展鸿沟风险、适时干预反馈以及全员计算思维发展精准化。通过对区域学生群体计算思维发展的动态监测,生成不同地域学生思维发展的“能力地图”,精准识别教育变革过程中的弱势地区和边缘化学生群体,强化教育资源投入,从而有效规避思维鸿沟的风险。另外,基于个体评测数据生成学生的计算思维画像,为乡村教师开展数据驱动式计算思维教学评价提供参考。

(三)要素优化:探索乡村学生计算思维在地化教育生态

乡村教育蕴含丰富的乡土元素和独特的资源禀赋。把握乡村学生计算思维培养的乡土内生性,以乡村计算思维教育在地化为依托,统整乡村教育资源,融通在地化的计算思维课程内容,增强学生计算思维的在地化情境体验,可有效规避乡村教师专业发展的孤岛效应,形成融合培养不同学科计算思维的教育生态。

首先,优化乡村教师培养,为乡村计算思维教育实施提供源泉活水。一方面,优化乡村教师供给。依托“硕师计划”“特岗计划”“援教计划”“优师计划”等乡村教师定向培养政策,高校应当将教师计算思维理论和实践融入培养方案,并在不同学科教学课程中引导师范生将计算思维深度融合于本学科实践过程中,培养具备计算思维基本素养的乡村定向教师。如在“现代教育技术”必修课程或“STEM教育”“人工智能教育应用”等选修课中引入计算思维新单元,以供师范生研修实践。另一方面,优化乡村教师专业发展。构建乡村教师计算思维工作坊和校内跨学科教学实践“双端”共同体,为乡土场域内教师提供教学交流与分享平台。研究证明,通过计算思维工作坊开展教师培训,教师的计算思维教学能力在短期内能够显著提升〔24〕。

其次,优化乡村课程资源,充足可用的课程资源也是教师开展教学的支持条件,乡土课程和乡土教材可作为乡村计算思维教育在地化的重要资源载体。乡村学校可在在地化理念支持下,基于现有乡土课程将计算思维概念或实践活动嵌入课程设计方案,力求计算思维成为新乡土课程开发的基本评价维度。同时,整合隐性和显性的本土教育资源,结合对计算思维表征维度的分解开发乡土教材,重点关注不同维度与教材不同章节的契合性与各自的灵活性,在差异化的学科教材中采用隐性浸润式、单元化合式、活动嵌入式等多种融合手段,形成优质化与在地化的乡土教材。例如,STEM课程与培养学生计算思维互利共生〔25〕,并且乡村蕴含着开展STEM教育的学科资源〔26〕,乡村学校可以以学生计算思维发展为目标,促进STEM课程的乡土实践。在乡土元素和STEM课程加持下,乡村计算思维的教育价值将不断提升。另外,以乡村“双减”实施后的课后服务为契机,用好国家中小学智慧教育平台,有的放矢开展计算思维教育实践。平台现已建成10个育人资源的优质板块,同时覆盖国家博物馆以及清华大学、北京大学等知名高校线上博物馆资源。教师可以突破乡村教育资源匮乏的藩篱,利用平台的丰富资源开展课后服务,助力学生对科普知识和计算思维跨学科知识的学习。

最后,优化教学实施过程。除信息科技教师外,其他教师应关注本学科和信息科技学科的新课标,深刻体悟本学科核心素养,参考计算思维整合框架,结合乡土元素发掘学科教学过程中蕴藏的计算思维素养。例如,针对语文、英语、政治等学科的阅读写作模块,教师可鼓励学生解构文章,练习计算思维所蕴含的分解和抽象技能;地理教师可通过讲解本地区特有的地形地貌特征,让学生手绘地形图,锻炼建模技能;生物教师可结合当地水资源环境建设设置相应问题,锻炼学生问题解决能力。除此之外,还应关注乡村学生计算思维发展的学段差异,小学低年级侧重任务的趣味性和生活化,如分解动物身体部位、识别肢体特征、对动植物进行归类等。小学高年级学生可以利用相关计算思维工具开展实践,如教师课堂教学中使用思维导图总结课程知识、利用Scratch软件编写二十四节气小游戏等。中学生则可以借助乡村环境的真实案例,锻炼和发展学生的逻辑思维和创新能力,如让学生收集空气质量数据分析乡村生态环境保护问题、使用各种工具设计民俗产品等。另外,值得注意的是,以往城市地区计算思维教学实践中产生了大量支持工具和教学模式,如Tynker、Alice、ToonTalk、WPBL、APT教学模式、“轻游戏”教学模式等,教师在乡村计算思维教学实践中对工具的选取和模式的应用,应当避免“向城性”的价值取向,综合乡村学校现有基础设施和资源条件进行理性选择。