在乡镇学校教授编程：通过心理模型方法培养计算思维

《African Journal of Research in Mathematics, Science and Technology Education》：Teaching Programming in Township Schools: A Mental Model Approach to Developing Computational Thinking

计算思维在资源有限的小镇学校编程教育中面临挑战，教师通过分步算法教学、现实案例类比、同伴协作学习及实践训练等策略，促进学生的心理模型构建。研究基于心理模型理论，采用质性案例分析法，发现教师通过结构化问题分解、情境化概念教学、分布式协作学习及适应性脚手架支持，有效提升学生计算思维。关键影响因素包括基础设施不足、教师培训缺失及前知识差异，需结合本地化课程设计和技术资源整合进行改进。

　　在数字化时代，计算思维已成为解决复杂问题的重要能力，而编程教育作为计算思维培养的核心途径，其发展却面临诸多挑战。尤其是在资源分配不均、基础设施落后以及教师培训不足的背景下，乡镇学校的编程教学显得尤为艰难。这种不均衡不仅影响了学生的学习体验，还进一步加剧了数字鸿沟，阻碍了编程技能和问题解决能力的培养。面对这一现状，研究重点聚焦于乡镇学校教师如何在有限的资源和教学条件下，通过有效的教学策略促进学生的计算思维发展。

计算思维不仅限于编程本身，它是一套跨学科的思维方式，包括抽象化、分解问题、调试程序和设计算法等。这些技能在科技、工程、数学和科学等多个领域都有广泛应用，因此编程教育在提升学生综合素质方面具有重要意义。然而，许多学生在进入编程学习之前，缺乏基本的计算知识和数字工具使用经验，这使得他们对编程概念的理解和掌握更加困难。教师在这一过程中扮演着至关重要的角色，他们不仅是知识的传递者，更是学生认知结构的引导者。

在南非，计算思维的引入被视为提升数字素养和科技教育的关键举措。教育部门将编程纳入课程体系，并通过引入“编码与机器人”等科目，旨在为学生提供更全面的计算思维训练。然而，尽管政策层面有明确的规划，实际教学中仍存在显著的资源差异。资源丰富的学校通常配备完善的基础设施、稳定的网络环境和专业的教师团队，而乡镇学校则面临设备短缺、网络不稳定以及教师培训不足等问题。这种差异导致了编程教育的实施效果参差不齐，尤其是在乡镇地区，学生往往难以获得系统的编程训练，从而影响其计算思维的发展。

为了弥补这些差距，许多教师尝试采用不同的教学方法，以帮助学生更好地理解编程概念。其中，结构化的教学策略被认为是一种有效的方式。通过分步骤引导学生解决问题，教师可以帮助学生逐步构建计算思维模型。例如，有教师提出了一套六步教学法：首先明确问题，然后深入理解问题，接着进行问题分解，规划逻辑流程，使用工具如输入-处理-输出模型和流程图，最后形成算法。这种结构化的方法不仅有助于学生掌握编程的基本流程，还能促进他们从抽象概念到实际应用的转化。

此外，教师还注重将编程概念与学生的日常生活相结合，以增强学习的现实意义和可理解性。通过使用生活中的例子，如烹饪过程或投票系统，教师能够帮助学生建立直观的计算思维模型。这种方法不仅提高了学生的学习兴趣，还增强了他们对编程逻辑的理解。例如，有教师提到，在选举季节，他们会让学生编写程序来模拟在线投票的过程，这样学生可以在熟悉的场景中学习编程技能，从而更容易将抽象概念转化为具体操作。

合作学习也是教师在乡镇学校编程教学中常用的一种策略。通过小组合作，教师可以更好地适应不同学生的学习节奏，促进知识的共享与交流。在合作学习中，经验丰富的学生能够帮助理解较慢的学生，而教师则在其中扮演监督和指导的角色。然而，这种合作模式也存在一定的局限性，例如部分学生可能过度依赖同伴，而忽视了独立思考和解决问题的能力。因此，教师需要在合作与独立学习之间找到平衡，确保所有学生都能在学习过程中获得实质性的提升。

在教学实践中，教师还意识到学生在编程学习前的数字技能基础薄弱，因此他们通常会先教授基本的计算机操作技能，如打字、使用软件界面等。这些基础技能的掌握不仅有助于学生更顺利地进入编程学习，还能增强他们的自信心和学习兴趣。例如，有教师提到，他们会在课程初期通过游戏教学吸引学生的注意力，因为许多学生对游戏有较高的兴趣，而这种兴趣可以转化为对编程学习的热情。通过这种方式，教师能够逐步引导学生从游戏操作过渡到编程实践，从而建立更系统的计算思维模型。

然而，尽管教师采取了多种策略来应对教学中的挑战，他们仍然面临资源不足的现实困境。许多乡镇学校缺乏足够的计算机设备，网络连接也不稳定，这些因素限制了学生接触编程的机会。此外，教师自身在编程教学方面的专业培训也存在不足，导致他们在教学过程中难以有效应对学生的误解和认知负担。因此，如何在资源有限的情况下，提升教师的教学能力，成为改善编程教育质量的关键。

针对上述问题，研究提出了多项建议。首先，政策层面应推动编程教育的多样化发展，包括在课程设计中融入块状编程（block-based programming）等更易于初学者理解的教学工具。其次，教师需要接受系统的专业培训，以提升他们在计算思维教学中的能力。这不仅包括编程技能的培训，还应涵盖如何设计有效的教学策略、如何识别和纠正学生的误解，以及如何利用有限的资源优化教学效果。此外，学校和教育机构应加强合作，为教师提供更多的教学支持和资源，例如共享教学材料、组织教学研讨会等。

在教学实践层面，教师可以采用更加灵活和适应性的教学方法，以满足不同学生的学习需求。例如，在讲解编程概念时，教师可以根据学生的理解水平调整教学节奏，提供个性化的指导和支持。同时，教师还应注重培养学生的自主学习能力，鼓励他们在课后继续探索编程知识，以巩固课堂所学内容。此外，教师可以利用多媒体资源和互动工具，使教学更加生动有趣，提高学生的参与度和学习效果。

最后，研究强调了计算思维教学的长期价值。通过培养学生的计算思维，不仅可以提升他们的编程能力，还能增强他们的逻辑推理、问题解决和创新能力。这些能力在未来的职业发展和社会适应中具有重要意义。因此，编程教育不应仅仅关注技术技能的传授，更应注重学生思维能力的培养，使他们能够在面对复杂问题时，运用计算思维找到有效的解决方案。