人工智能时代下中小学生计算思维的培养新思考

来源:《中小学教育》杂志2025年9月上旬刊 作者:维何幸 候新年 夏帆

  湖南省南县桂花园学校  何幸 候新年 夏帆 

摘要：人工智能技术在教育领域的应用为中小学生计算思维的培养开辟了新路径。为了设计具有县域特色的人工智能课程，达到培养全体学生计算思维和信息素养的目的，本次研究结合相关理论与实践经验，探讨在人工智能时代下培养中小学生计算思维的新策略。本文主要以研究过程中的无人驾驶主题教案“Scratch创意动画与编程设计”为例，提出跨学科课程重组、项目化任务设计、情境化工具开发、批判性思维引导及表现性数据追踪五项新策略。

关键词：人工智能；中小学生；计算思维培养

计算思维指的是个体运用计算机科学领域的思想方法，是《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称《标准》）中指明的四大核心素养之一[1]。人工智能时代的到来需要中小学生具备计算思维，能够借助技术工具、综合运用所学知识解决复杂问题，加强信息技术与其他学科的融合教学。本文旨在为教师设计与实施教学方案提供参考方向，提高利用人工智能培养学生思维的系统性与实效性。

一、跨学科课程重组，强化知识关联

《课标》在“教学建议”中指出，“从生活中的信息场景入手，引导学生发现问题、提出问题”，该项准则明确了信息科技需要与实际情境相结合，促进学生迁移运用[2]。教师要进行跨学科课程重组，将信息科技与其他学科进行有机融合，强化学科知识关联，建立系统性知识体系，设计连贯任务，帮助学生运用多学科知识解决问题，培养计算思维。

针对小学五年级至初中二年级学生设计的无人机驾驶课程，结合数学、科学和信息科技，通过“Scratch创意动画与编程设计”教案，让学生在解决实际问题中运用多学科知识，如使用数学方法计算红绿灯变化、小车速度和距离控制，物理知识理解小车运动和传感器使用，以及信息科技知识掌握Scratch软件和编程逻辑。这种跨学科教学有助于学生认识到计算思维的重要性，并加深对信息科技应用价值的理解。

二、项目化任务设计，关注难度分层

项目式学习是人工智能时代下培养学生计算思维的一种综合性学习方法，它强调学为中心，通过提供关键素材构建环境，让学生在此环境中解决开放式问题，完成体验学习。教师需要根据课程内容设计项目化任务，依据学生的认知发展规律，设计递进式的多层次任务，引导学生由浅入深、由易到难地开展综合性学习，提升计算思维能力。教师要关注任务难度分层，避免层次规划不清晰或跨越度较大。

以“Scratch创意动画与编程设计”教案为例，本项目涉及到跨年级教学，教师以最低年级学生的能力水平为出发点，划分基础层、提升层、拓展层三个层次的任务。提升层任务为场景扩展与项目设计，学生熟练掌握各项基础知识后，分组合作，设计一个无人驾驶的应用场景，并将分镜脚本绘制出来，该过程旨在加强学生实际应用，促进计算思维的养成。拓展层为调试、展示与伦理讨论，小组展示制作成果并进行讲解，在问题引导下进行反思与完善，深化计算思维能力。

三、情境化工具开发，降低操作门槛

计算思维需要学生具备抽象、分解、建模能力，并设计算法形成解决方案。然而实际的问题场景具有更强的抽象性与复杂性，部分软件工具操作难度较大，中小学生容易产生畏难情绪和挫败感，从而降低学习积极性，影响学习效果。教师在设计和实施课程方案时可以增加对情境化学习工具的开发，简化操作过程，降低学习和实践难度，使学生保持学习积极性，提高学习效率。

以“Scratch创意动画与编程设计”为例，教师可整合软件资源，设计“无人驾驶工具包”，分类存放资源，便于学生快速取用，专注于思考和分析，提高计算思维。将小车、行人等模块归类为“角色”，城市道路等为“背景”，刹车声等为“音效”。教师可编写传感器模拟积木，如“自动泊车”，节省编码时间。学生编程时可能出错，教师可在工具包内设置“逻辑追踪器”，高亮显示错误代码块，帮助学生自检。这种工具简化操作，促进学生计算思维提升。

四、批判性思维引导，提升责任意识

计算思维的提升需要学生具备一定的批判性意识，能通过模拟、仿真等方法对解决问题的方案进行反思和改进，同时关联社会生活，思考科技给人们带来的影响，不断提升自身道德标准和信息社会责任意识。人工智能时代下，教师要注重加强对学生的批判性思维引导，在教学中引入存在争议的话题，促进学生思考如何平衡技术的应用。

在“Scratch创意动画与编程设计”课程中，教师安排了一课时用于调试、展示和伦理讨论。学生测试动画流畅性，修复BUG，添加音效和字幕。展示动画后，学生讨论如何处理多个障碍物，并优化方案。教师提出无人驾驶的伦理问题，引导学生思考技术优势和潜在问题。这一过程培养了学生的批判性思维和责任感，促进了反思和优化习惯，加深了计算思维。

五、表现性数据追踪，优化评价体系

《标准》在“课程理念”中指出，“注重评价育人，强化素养立意[3]。”学生计算思维的培育离不开教学评价的反馈与调节作用。人工智能时代下，教师要打破“成绩至上”的传统评价方式，注重过程性评价，利用技术优势加强对学生表现性数据的追踪，全面了解学生的表现情况，优化评价体系。

以“Scratch创意动画与编程设计”为例，教师结合Scratch和Python进行编程行为分析，记录学生操作轨迹，生成分析报告，并根据报告提供个性化指导。例如，若发现学生在编程逻辑和代码编写上存在问题，教师可提供“半成品”脚本，让学生修改和调整，以适应不同学生的学习需求，促进其计算思维的发展。

结束语

综上所述，人工智能时代下中小学计算思维的培养要结合新课标要求，以学生为主体开展，通过跨学科课程重组、项目任务难度分层、开发情境化工具、引导批判性思维、追踪表现性数据等策略来提升培养效果。

参考文献

[1]魏铼. 指向计算思维培养的信息技术课堂教学策略探析 [J]. 成才之路, 2025, (07): 125-128.

[2]孙波. 基于计算思维培养的中小学信息技术课程教学模式构建 [J]. 中国新通信, 2025, 27 (04): 86-88.

[3]陈英琼,韩笑,刘凤娟. 人工智能时代中小学生计算思维的培养策略研究 [J]. 内江科技, 2021, 42 (09): 91-92+68.

本文系2024年度湖南省教育信息技术研究课题《人工智能条件下中小学生计算思维能力培养研究》（课题立项号：HNETR24128）的研究成果。