跨學科主題學習活動培養(yǎng)小學生計算思維能力的實施路徑及調查

摘要：本文依據(jù)《義務教育信息科技課程標準（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)合校開展了跨學科主題學習活動應用于信息科技課堂的實踐研究，同時對計算思維能力展開調查，驗證了跨學科主題學習活動對計算思維培養(yǎng)的有效性。關鍵詞：跨學科主題學習；計算思維能力；調查引言《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）明確要求要提倡素養(yǎng)導向的評價體系，信息科技課程學生核心素養(yǎng)包括信息意識、計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新、信息社會責任，計算思維是評價體系中的核心素養(yǎng)之一，如何正確理解它的含義并將其滲透到平時的教學中，以及有效評價學生計算思維能力，是一線教師面臨的難點問題。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科主題學習活動研究，形成了一部分跨學科主題學習活動設計案例，并在課題組成員所在的聯(lián)合校中進行推廣應用，希望能夠促進跨學科主題學習活動對計算思維的培養(yǎng)?？鐚W科主題學習活動實施背景本研究主要從轉變學生的學習方式入手，通過在信息科技課堂中開展一系列跨學科主題學習活動來提升學生的計算思維。從這個問題出發(fā)，課題組主要想解決以下兩個具體的問題：一是如何基于新課標，結合學情分析，從主題、目標、內容、活動和評價方面構建指向計算思維培養(yǎng)的跨學科主題學習活動設計，并將跨學科主題學習活動應用到信息科技的課堂學習中？二是從實驗研究視角出發(fā)，驗證本課題組設計的跨學科主題學習活動對小學生計算思維能力培養(yǎng)是否有效？目前，對跨學科主題學習的研究主要分為理論研究和實踐研究兩個層面：理論研究主要是探討跨學科主題學習的概念、分類以及模型；實踐研究主要集中在跨學科主題學習的設計與實施路徑兩方面。從已有研究來看，對跨學科主題學習的研究還比較分散，但也為本研究厘清跨學科主題學習的內涵奠定了基礎。另外，計算思維培養(yǎng)的相關文獻表明，我國對計算思維的培養(yǎng)從幼兒階段就已開始，在幼兒階段采用可編程的教育機器人進行培養(yǎng)，這種教育機器人的編程非常簡單，起到計算思維啟蒙與初步培養(yǎng)的作用；小學階段多用圖形化編程工具培養(yǎng)學生的計算思維，也有利用實物編程進行計算思維培養(yǎng)，在鍛煉動手操作能力的同時培養(yǎng)計算思維；在初高中以及大學階段多采用Python、C語言、C++等進行思維訓練，進而培養(yǎng)學生的計算思維?；莨Ы〉热嘶趪鴥韧?4種評價工具的比較分析，將計算思維的評價工具分為基于試題的評價、基于量表的評價、基于編程任務的評價以及基于系統(tǒng)環(huán)境的評價四類，為本課題計算思維能力的測評提供了有力依據(jù)。因此，課題組開展了學生計算思維能力的調查，旨在為整個課題研究提供數(shù)據(jù)支撐，同時這是對跨學科主題學習活動運用于信息科技課堂教學以及計算思維培養(yǎng)有效性的實踐驗證。通過對搜集到的數(shù)據(jù)進行分析整理，找出了跨學科主題學習活動存在不足，便于及時修改調整。跨學科主題學習活動實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，設計跨學科主題學習活動應用于信息科技課堂的教學，在每一個跨學科主題學習結束后教師們一起總結與反思，針對本次需要改進的地方提出改進策略，進而應用于下一個跨學科主題學習中。具體的跨學科主題學習活動實施路徑包含兩個方面。一是從實施跨學科主題學習活動的教師出發(fā)，以信息科技教師為主、其他學科教師為輔，實施跨學科主題學習活動。例如，在蘇科版信息科技三年級上冊“用好數(shù)字設備”單元中，首先，教師設計生活中一個又一個用到數(shù)字設備的場景，引入主題，讓學生在感受數(shù)字設備給生活帶來便利的同時認識數(shù)字設備；其次，讓學生歸納出這些數(shù)字設備的特征，在歸納分析的過程中培養(yǎng)學生的計算思維；再次，讓學生選擇一種數(shù)字設備，從使用方法、適用場景、注意事項等方面進行探究并分享；最后，以介紹“我最愛的老師”為例，要求學生分小組自主選擇數(shù)字設備進行介紹，在團隊合作的過程中培養(yǎng)學生的計算思維。在該實施路徑中，信息科技教師在整個跨學科主題學習活動中占據(jù)主導地位，會跨越其他學科的內容，但其他學科的內容也是由信息科技教師在課堂上講授指導。二是從跨學科主題學習活動的形式出發(fā)，以項目式學習為主，在規(guī)劃好項目活動方案的前提下跨越其他學科的知識內容。各科教師首先確定跨學科主題跨越學科的種類，然后在各自的學科教學中融入跨學科主題學習的內容，分工完成本跨學科主題學習的任務，最終在規(guī)定時間內完成主題的教學。例如，在開展有關“空氣”的跨學科主題學習活動時，教師首先要根據(jù)主題確認學習的方向，如“空氣的性質”“空氣的作用”“空氣污染”等，確定之后分析可能涉及的其他學科的知識，其他學科的教師再進行任務分工。在這種實施路徑中，信息科技學科與其他學科的關系是平行關系，并在各個學科的課堂教學中滲透跨學科主題“空氣”的相關知識，如：地理教師結合地理知識，引導學生深化對“空氣的作用”“空氣的性質”的理解；勞動教師圍繞“空氣”主題制作相關作品，在信息科技課堂中通過最后結題展示的PPT進行講授……當各學科的課堂教學內容完成后，這個跨學科主題學習也就完成了，最后進行的跨學科主題學習的結題匯報，則標志著學生們完成了“空氣”這個跨學科主題的學習。跨學科主題學習活動實踐調查在開展了一段時間的跨學科主題學習后，課題組采用問卷調查的形式對實驗組和對照組進行調查，了解跨學科主題學習活動對計算思維培養(yǎng)的作用。課題組采用SPSS進行了前后測顯著性差異分析以及配對樣本t檢驗。經過前后兩輪問卷的發(fā)放進行數(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。調查問卷共設計了29個問題，從創(chuàng)造力、算法思維、合作學習、問題解決能力與批判性思維五方面了解學生計算思維的培養(yǎng)情況。其中創(chuàng)造力維度設置了對問題探究的好奇心等6個問題，算法思維維度設置了對數(shù)學運算過程的喜愛程度等6個問題，合作學習維度設置了對小組成員一起體驗合作學習的接受度等4個問題，問題解決能力維度設置了是否能將問題或任務分解成容易處理的不同部分等7個問題，批判性思維維度設置了是否愿意學習具有挑戰(zhàn)性的事情等6個問題。1.學生計算思維前后測配對樣本的描述統(tǒng)計分析為了判斷學生在進行跨學科主題學習活動后計算思維是否發(fā)生顯著變化，課題組對計算思維能力調查問卷前后測數(shù)據(jù)進行了配對樣本檢測。由前后測數(shù)據(jù)可知，計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，后測標準差為17.554，前測標準差為19.991，后測明顯低于前測。以上數(shù)據(jù)說明，在學生進行跨學科主題學習活動后，計算思維能力有所提升，內部離散程度有所降低。同時，學生計算思維前后測問卷之間的相關系數(shù)為0.93（P＞0.7），顯著性水平為0.0144（P＜0.05），說明學生問卷前后測之間有顯著相關性。另外，對學生計算思維前后測數(shù)據(jù)進行配對樣本t檢驗的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，學生前后測問卷均值為-11.736，標準偏差為1.609，標準誤差為25.348，顯著性為0.000（P＜0.05），說明學生在進行跨學科主題學習活動前后計算思維存在顯著差異。2.計算思維調查問卷前后測各個維度數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析可以看出，在學生進行跨學科主題學習后，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，說明學生經過跨學科主題學習活動后各個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。通過標準誤差的分析可以得知，每個維度后測的標準誤差均小于前測，說明數(shù)據(jù)的可靠性在跨學科主題學習活動實施后更高。3.計算思維各維度的配對樣本t檢驗數(shù)據(jù)顯示，創(chuàng)造力、合作能力、批判性思維、算法思維、問題解決能力五個維度的前后測配對樣本相關性分別為0.803、0.981、0.741、0.778、0.739，它們均大于0.7，表明計算思維的五個維度前后測間具有相關性。由問卷各個維度前后測數(shù)據(jù)的配對樣本t檢驗結果可知，學生在創(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，說明實施跨學科主題學習活動前后學生在計算思維的各個維度上已經發(fā)生了顯著變化。結論與建議1.結論（1）跨學科主題教學方式比傳統(tǒng)教學方式更受學生歡迎通過課堂觀察、課堂作品呈現(xiàn)、學習任務單以及學生課后的表現(xiàn)可知，學生在跨學科主題學習中能夠更大方地表達自己的想法，課堂發(fā)言也更積極，同時在調查問卷的填寫中也更加配合。調查問卷總分后測的均值比前測均值大，說明學生在進行跨學科主題學習后不僅提升了能力，而且更愿意學習了。同時，跨學科主題教學方式容易讓學生在課堂中展現(xiàn)出自己平時不易被發(fā)現(xiàn)的能力與知識，從不同角度提升了學生的自信心，從而讓學生更加喜歡跨學科主題教學方式，以此形成良性循環(huán)。（2）跨學科主題學習活動能有效促進小學生的計算思維培養(yǎng)從學生提交的作品以及調查問卷的數(shù)據(jù)分析可知，課題組設計的跨學科主題學習活動能夠有效培養(yǎng)學生的計算思維。同時，問卷數(shù)據(jù)也表明，在跨學科主題學習活動中，學生在每一個問題解決過程中都需要將問題進行抽象和分解，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）跨學科主題需要進行二級主題的細化分解本次行動研究中的跨學科主題均來自新課標，在實施的過程中我們發(fā)現(xiàn)，目前新課標中的跨學科主題內容跨度偏大，如“在線學習小能手”“自我管理小管家”。而“自我管理小管家”主題其實還可以細分成多個自我管理的小主題，如時間上的自我管理、學習中的自我管理、行為習慣上的自我管理等，在每一個小主題下再進行跨學科活動方案的設計，這樣不僅可以解決跨學科主題數(shù)量少的問題，而且還能對每一個主題進行深入學習。所以在后續(xù)的研究中，課題組需要對已有的跨學科主題學習進行深入研究，進行二級主題的細化分解，形成1～6年級完整的跨學科主題課程圖。（2）跨學科主題學習情境需要更小更細致在對已有跨學科主題進行二級主題細化的同時，需要將每次創(chuàng)設的真實情境再細化，方便學生能夠更好地將學到的知識與技能遷移到真實生活問題的解決中。例如，在“自我管理小管家”中，在將主題進行二級主題的細化后，在“學習中的自我管理”主題下，需要給學生提供各種各樣精確的學習場景，如在班級的學習場景下應如何自我管理，在學校自習時應如何自我管理，在學校圖書館學習時應如何自我管理，在聽講座、查找資料時或者小組合作學習時