錢松嶺，董玉琦

(1. 吉林師范大學(xué) 教育科學(xué)學(xué)院，吉林 四平 136000；2. 上海師范大學(xué) 教育技術(shù)系， 上海 200234)

美國中小學(xué)計算機(jī)科學(xué)課程發(fā)展新動向及啟示 *

錢松嶺1，董玉琦2①

(1. 吉林師范大學(xué) 教育科學(xué)學(xué)院，吉林 四平 136000；2. 上海師范大學(xué) 教育技術(shù)系， 上海 200234)

該文聚焦美國中小學(xué)計算機(jī)科學(xué)教育發(fā)展新動向，介紹與評析其計算機(jī)科學(xué)課程政策，通過選取包括中小學(xué)計算機(jī)科學(xué)專業(yè)組織CSTAK-12階段計算機(jī)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)、地方層面的印第安納州初中計算機(jī)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)、大學(xué)計算機(jī)科學(xué)專業(yè)組織美國大學(xué)委員會的大學(xué)預(yù)修課程等主要代表性計算機(jī)科學(xué)課程來說明美國計算機(jī)科學(xué)課程目標(biāo)、課程內(nèi)容以及培養(yǎng)計算思維的學(xué)科核心素養(yǎng)，同時詳細(xì)介紹美國中小學(xué)計算機(jī)科學(xué)課程實施現(xiàn)狀及存在的問題，在此基礎(chǔ)上提出對我國中小學(xué)信息技術(shù)課程發(fā)展的啟示。

美國；計算機(jī)科學(xué)；課程

自2015年底奧巴馬總統(tǒng)簽署“每位學(xué)生都成功法案(ESSA，Every Student Succeeds Act)”以來，一場自上而下的計算機(jī)科學(xué)教育運動在美國拉開了序幕。該法案強(qiáng)調(diào)計算機(jī)科學(xué)與數(shù)學(xué)、英文等必修學(xué)科地位相同。美國計算機(jī)協(xié)會CEO Bobby Schnabel評論：“將‘計算機(jī)科學(xué)’寫入“每位學(xué)生都成功法案(ESSA，Every Student Succeeds Act)”是重要的里程碑[1]”。一些美國學(xué)者更是將2016年稱為“計算機(jī)科學(xué)元年”。美國中小學(xué)計算機(jī)科學(xué)課程發(fā)展的新動向值得我們引起重視，分析其發(fā)展背景與趨勢對我國中小學(xué)信息技術(shù)教育發(fā)展具有重要的理論與實踐意義。

一、政府層面上的計算機(jī)科學(xué)課程政策

(一)每位學(xué)生都成功法案(ESSA，Every Student Succeeds Act)

2015年12月，奧巴馬總統(tǒng)簽署“每位學(xué)生都成功法案(ESSA，Every Student Succeeds Act)”，其中關(guān)于計算機(jī)科學(xué)的描述包含在STEM的規(guī)定當(dāng)中，此法案將計算機(jī)科學(xué)明確為與閱讀、寫作一樣重要的中小學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科，強(qiáng)調(diào)計算機(jī)科學(xué)與其他課程領(lǐng)域的聯(lián)系以及盡早開展計算機(jī)科學(xué)教育將會給美國社會、經(jīng)濟(jì)、勞動力等方面帶來極大利益。

更為重要的是，“每位學(xué)生都成功法案”為計算機(jī)科學(xué)教師的培訓(xùn)與專業(yè)發(fā)展提供有力支持，主要體現(xiàn)在：

1.法案規(guī)定在州或?qū)W區(qū)層面，可以利用Title IV資金(一項聯(lián)邦政府的學(xué)生資助項目)資助非正式計算機(jī)科學(xué)教育，同時也資助應(yīng)用技術(shù)支持的教師專業(yè)發(fā)展；

2.為美國“STEM優(yōu)秀教師組織(STEM Master Teacher Corps)”與STEM教師專業(yè)發(fā)展建立新基金與新途徑(該組織目標(biāo)是在2021年之前培訓(xùn)100000名教師，美國政府預(yù)計為該計劃投入十億美元)；

3.國家教師質(zhì)量一攬子撥款(State Teacher Quality Block Grants)支持STEM教師專業(yè)發(fā)展[2]。

(二)為了全體學(xué)生的計算機(jī)科學(xué)(Computer Science For All)

2016年1月，奧巴馬總統(tǒng)宣布了一項名為“為了全體學(xué)生的計算機(jī)科學(xué)(Computer Science For All)”的計劃，旨在使美國年輕一代學(xué)生掌握所需要的計算機(jī)科學(xué)技能，在數(shù)字經(jīng)濟(jì)的社會中更具競爭力。奧巴馬指出：“我們應(yīng)通過為每一位學(xué)生提供可動手實踐的計算機(jī)科學(xué)與數(shù)學(xué)課程，使他們在出生的第一天就為未來工作做好準(zhǔn)備[3]”。

此項計劃主要包括：

1.預(yù)算中要求40億美元資助各州以及1億美元資助學(xué)區(qū)用來推進(jìn)K-12計算機(jī)科學(xué)教育，其中包括教師培訓(xùn)，提供高質(zhì)量的學(xué)習(xí)資源以及建立有效的區(qū)域合作。

2.2016 年，美國國家科學(xué)基金會(NSF)與國家與社區(qū)服務(wù)公司(CNCS)要為計算機(jī)科學(xué)研究提供可用資金1.35億美元。

3.通過“計算機(jī)科學(xué)10k計劃(CS10k Initiative)”優(yōu)先加入美國國家科學(xué)基金會(NSF)支持的項目與專業(yè)發(fā)展學(xué)習(xí)社區(qū)，此計劃倡導(dǎo)在其他學(xué)科中提供更多計算機(jī)科學(xué)課程學(xué)習(xí)的機(jī)會并進(jìn)行計算機(jī)科學(xué)課程創(chuàng)新，其中包括“探索計算機(jī)科學(xué)(Exploring CS)”“大學(xué)計算機(jī)科學(xué)預(yù)修課程(Advanced Placement)”。

4.吸引更多的政府與地方管理者、教育領(lǐng)導(dǎo)者共同在州級領(lǐng)導(dǎo)層面上推動計算機(jī)科學(xué)教育，如特拉華、夏威夷、華盛頓、阿肯色以及超過30個校區(qū)已經(jīng)開始為學(xué)生學(xué)習(xí)計算機(jī)科學(xué)課程提供支持。

5.發(fā)動企業(yè)CEO、慈善家、創(chuàng)新媒體、技術(shù)專業(yè)人員與教育人員共同為致力于計算機(jī)科學(xué)教育承擔(dān)責(zé)任。目前為止，已有50多個專業(yè)組織加入此行列。

(三)2015年STEM教育法案(STEM Education Act of 2015)

2015年10月，美國總統(tǒng)奧巴馬簽署“2015年STEM教育法案(STEM Education Act of 2015)”，該法案修正了以往的STEM教育的定義，明確將計算機(jī)科學(xué)包括在內(nèi)：“術(shù)語‘STEM’意指包括計算機(jī)科學(xué)在內(nèi)的科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)學(xué)科中的教育[4]”。

該法案還從政府資助與經(jīng)費使用兩方面提出對于非正式STEM教育的規(guī)定，指出國家科學(xué)基金(NSF)要繼續(xù)支持校外STEM創(chuàng)新學(xué)習(xí)，大力改善STEM學(xué)習(xí)環(huán)境，提高STEM學(xué)習(xí)效果，還要支持STEM領(lǐng)域中的前沿研究。各項STEM教育活動應(yīng)包括獨立學(xué)科，多學(xué)科綜合以及融合于其他學(xué)科內(nèi)等方式，改善非正式環(huán)境STEM學(xué)習(xí)的研究與資源開發(fā)，提高對非正式環(huán)境下學(xué)生參與STEM學(xué)習(xí)作用的認(rèn)識；為學(xué)生、教師以及普通大眾設(shè)計STEM創(chuàng)新學(xué)習(xí)、評價的模式、課程及資源。

該法案還提出加強(qiáng)對數(shù)學(xué)、科學(xué)老教師培訓(xùn)及研究的經(jīng)費支持，鼓勵社會專業(yè)組織開展STEM教育。

(四)STEM教育系列計劃

2016年4月，奧巴馬又在白宮宣布一系列計劃，旨在深入開展STEM教育。奧巴馬指出：“不論學(xué)生出身如何，我們要讓每一位學(xué)生獲得可以親自動手實踐的STEM教育，這樣才能使他們成功并保持我們國家在21世紀(jì)的競爭力。……正如我先前所說，新經(jīng)濟(jì)中計算機(jī)科學(xué)不是可選擇的，是與3R(Reading，Writing，Arithmetic)并重的[5]”。

在這個一系列計劃中包括來自甲骨文公司2億美元的投資，用于加強(qiáng)全美125,000名學(xué)生的計算機(jī)科學(xué)教育；一直致力于改善計算機(jī)科學(xué)教育的非盈利組織Code.org為已決定推進(jìn)計算機(jī)科學(xué)教育的500多所學(xué)校提供支持；另一個非盈利組織US2020也正在為開發(fā)全新在線課程提供支持并為STEM專業(yè)人員成為志愿者或任教提供機(jī)會；同時聯(lián)邦政府、學(xué)校以及其他組織都對提升STEM培訓(xùn)的問題給出了一系列承諾。

作為推進(jìn)STEM教育的部分計劃，2016年4月13日，美國教育部發(fā)布了給各州、學(xué)區(qū)、學(xué)校的STEM教育指南，其目的是幫助州、地方教育機(jī)構(gòu)及其合作伙伴了解如何使用聯(lián)邦資助進(jìn)行STEM教育創(chuàng)新[6]。該指南還提及了“每位學(xué)生都成功法案(Every Student Succeeds Act)”中對STEM教育的相關(guān)描述，以幫助州、地方教育機(jī)構(gòu)及其合作伙伴更好地從“不讓一個孩子掉隊(No Child Left Behind Act)”法案向“每位學(xué)生都成功法案(Every Student Succeeds Act)”轉(zhuǎn)變。

這些課程政策為美國計算機(jī)課程發(fā)展指明了方向，在課程設(shè)置和實施方面做出決策和指示，從國家層面上為發(fā)展計算機(jī)科學(xué)教育提供資金支持，引導(dǎo)地方教育管理部門與社會各界利益相關(guān)者協(xié)同合作，鼓勵計算機(jī)科學(xué)課程創(chuàng)新。同時，也是2011年《美國創(chuàng)新戰(zhàn)略》掀起的“創(chuàng)新教育運動”推進(jìn)STEM教育的延伸與深入。當(dāng)前，美國有560萬工作崗位空缺，其中50萬是IT職位[7]。計算機(jī)科學(xué)課程在美國的發(fā)展是在全球化經(jīng)濟(jì)背景下，其經(jīng)濟(jì)發(fā)展的社會需求在學(xué)校課程中的直接反映，也體現(xiàn)了人們對于計算機(jī)科學(xué)學(xué)科價值的重新認(rèn)識。

此次美國從聯(lián)邦政府層面上明確指出計算機(jī)科學(xué)的地位，并要求各州自幼兒園到高中要為學(xué)生提供計算機(jī)科學(xué)必修課程，這一歷史性轉(zhuǎn)變，將對美國基礎(chǔ)教育產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

二、美國中小學(xué)計算機(jī)科學(xué)課程目標(biāo)、內(nèi)容

計算機(jī)科學(xué)作為一門學(xué)科在美國中小學(xué)開設(shè)，是基于這樣的理解：“計算機(jī)科學(xué)(CS)研究的是計算機(jī)和算法處理，包括其原理、硬件和軟件設(shè)計、應(yīng)用和對社會的影響[8]”。自2006年周以真教授明確計算思維的內(nèi)涵以來，作為計算機(jī)科學(xué)學(xué)科的基本學(xué)科素質(zhì)和學(xué)科專業(yè)思維，計算思維得到了廣泛的認(rèn)同。2011年，美國國際教育技術(shù)協(xié)會(ISTE)、美國計算機(jī)教師協(xié)會(CSTA)與高等教育、工商界以及K-12教育領(lǐng)導(dǎo)者共同形成了可操性的“計算思維”定義，即：“計算思維”是問題解決過程，包括如下特點：“以一種方式使問題公式化，并可以利用計算機(jī)或其他工具解決；邏輯組織與數(shù)據(jù)分析；通過模型與模擬等抽象方式進(jìn)行數(shù)據(jù)表達(dá)；通過算法思維(一系列有順序的步驟)進(jìn)行自動化求解；確認(rèn)、分析及實施可能的解決方案，以達(dá)到步驟與資源最優(yōu)化的目的；概括問題解決過程并將其應(yīng)用于各種問題解決[9]”。這些技能也對態(tài)度與能力有所要求，如下是計算思維的基本態(tài)度與能力維度。包括：“處理負(fù)責(zé)問題的信心；解決困難問題時的堅持；問題不確定時表現(xiàn)出來的耐心；處理開放性問題的能力；為實現(xiàn)共同目標(biāo)或形成解決方案；與他人溝通與合作的能力[10]”。

根據(jù)不同學(xué)段學(xué)生發(fā)展需求，圍繞計算思維這一學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)，美國中小學(xué)的計算機(jī)科學(xué)課程形成了地方性多元化的特征，我們選取其中在全國范圍內(nèi)容影響廣泛的以及地方的典型課程加以介紹，包括：最具影響力的美國計算機(jī)科學(xué)教師協(xié)會(CSTA)的計算機(jī)課程標(biāo)準(zhǔn)，其最大特點是小、初、高一體設(shè)計；高中與大學(xué)銜接的AP(Advanced Placement)課程(大學(xué)預(yù)修課程)，主要滿足高中學(xué)生打算在大學(xué)繼續(xù)進(jìn)行計算機(jī)科學(xué)專業(yè)學(xué)習(xí)的需求，有近8成的高中選用；專業(yè)組織Code.org的計算機(jī)科學(xué)課程，主要滿足高中學(xué)生升學(xué)和就業(yè)需求；地方的計算機(jī)科學(xué)課程我們不能一一列舉，僅以印第安納州為例。

(一)美國計算機(jī)科學(xué)教師協(xié)會的“CSTA K-12計算機(jī)科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)(2011)”

2011年，美國計算機(jī)科學(xué)教師協(xié)會公布了“CSTAK-12計算機(jī)科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)(2011)”，此標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)設(shè)計小學(xué)(K1-6)、初中(K6-9)、高中階段(K9-12)三個不同水平階段，其總體目標(biāo)為：學(xué)生應(yīng)了解計算機(jī)科學(xué)的本質(zhì)及其在現(xiàn)代世界中的地位；學(xué)生應(yīng)理解計算機(jī)科學(xué)的概念并掌握相關(guān)技能；學(xué)生能運用計算機(jī)科學(xué)技能(尤其是計算思維)解決問題；計算機(jī)科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)可作為當(dāng)前學(xué)校中IT和AP課程的補(bǔ)充[11]。

其課程內(nèi)容包括“計算思維”“合作”“計算實踐與編程”“計算機(jī)與通信設(shè)備”“社區(qū)、全球與倫理的影響”為主線的五個方面。

1.計算思維：計算思維包含的問題解決、系統(tǒng)設(shè)計、知識創(chuàng)新等可以應(yīng)用于大多數(shù)學(xué)科中。培養(yǎng)計算思維可以讓學(xué)生合理選擇處理，恰當(dāng)應(yīng)用工具分析、解決現(xiàn)實世界中的復(fù)雜問題，還要使學(xué)生理解現(xiàn)代世界中計算的優(yōu)勢和局限；

2.合作：計算機(jī)科學(xué)是合作的學(xué)科。一個項目設(shè)計需要很多計算機(jī)專業(yè)人才共同協(xié)作設(shè)計、編碼、測試、派出錯誤、描述并維持程序；編程方法中的結(jié)對編程就是強(qiáng)調(diào)共同工作的重要性；能使擁有不同特長的專家進(jìn)行團(tuán)隊合作才能保證正確、恰當(dāng)和有效的辦法[12]。

3.計算實踐與編程：包括創(chuàng)建與組織網(wǎng)頁的能力、編程解決問題的能力、為解決特殊計算問題選擇恰當(dāng)?shù)奈募?shù)據(jù)庫格式的能力以及使用合適的程序接口、軟件工具以及圖書館等解決算法與計算問題的能力。

4. 計算機(jī)與通信設(shè)備：學(xué)生應(yīng)了解計算機(jī)、交流設(shè)施和網(wǎng)絡(luò)的基本組成。理解互聯(lián)網(wǎng)如何促進(jìn)全球范圍內(nèi)的交流，如何做一個合格的數(shù)字公民。在交流關(guān)于技術(shù)的問題時，能使用合適的、準(zhǔn)確的專業(yè)術(shù)語。

5.社區(qū)、全球與倫理的影響：學(xué)生應(yīng)該學(xué)習(xí)遵守互聯(lián)網(wǎng)的道德規(guī)范，學(xué)習(xí)個人隱私、網(wǎng)絡(luò)安全、軟件許可證和版權(quán)的基本原則，成為負(fù)責(zé)任的公民。應(yīng)了解私有或開源等軟件類型，理解使用協(xié)議與許可的重要性。能評估互聯(lián)網(wǎng)上信息的準(zhǔn)確性與可靠性。應(yīng)了解什么是恰當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)行為，理解計算機(jī)對人際交流的重要意義[13]。

“CSTAK-12計算機(jī)科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)(2011)”正在修訂中，將于2016年9月公布新版。

(二)AP(Advanced Placement)課程(大學(xué)預(yù)修課程)

美國大學(xué)委員會(College Board)為高中學(xué)生設(shè)計了大學(xué)預(yù)修課程考試，其中AP計算機(jī)科學(xué)課程有計算機(jī)科學(xué)A與計算機(jī)科學(xué)原理兩種課程供學(xué)生選擇。計算機(jī)科學(xué)A以JAVA語言為基礎(chǔ)學(xué)習(xí)計算機(jī)編程，學(xué)習(xí)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的思想以及簡單的算法，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生計算機(jī)操作能力、分析問題能力、代碼理解能力和程序設(shè)計能力。

另一門AP計算機(jī)科學(xué)原理課程是作為計算機(jī)科學(xué)A的補(bǔ)充，其目的是擴(kuò)大學(xué)生學(xué)習(xí)計算機(jī)科學(xué)的參與度，簡要介紹計算機(jī)科學(xué)學(xué)科的一般基礎(chǔ)領(lǐng)域，強(qiáng)調(diào)恰當(dāng)進(jìn)行交流的重要性以及與當(dāng)前社會需求相關(guān)的一些內(nèi)容。為了響應(yīng)“為了全體學(xué)生的計算機(jī)科學(xué)”計劃，大學(xué)委員會也重新修訂了計算機(jī)科學(xué)原理課程，計劃與2016年秋季開始實施。

修訂后的AP計算機(jī)科學(xué)原理課程內(nèi)容或大概念(Big Idea)包括：

1.創(chuàng)造力：計算是一個創(chuàng)造性的活動。創(chuàng)造力與計算是創(chuàng)新的突出推動力，以計算驅(qū)動的創(chuàng)新已經(jīng)推動并將持續(xù)其深遠(yuǎn)影響。

2.抽象：抽象是把信息與細(xì)節(jié)簡化為相關(guān)概念。就是將細(xì)節(jié)轉(zhuǎn)換成可理解并能解決問題的相關(guān)概念的過程、策略以及結(jié)果。

3.數(shù)據(jù)與信息：數(shù)據(jù)與信息促進(jìn)知識創(chuàng)新。計算能促進(jìn)發(fā)現(xiàn)信息處理的新方法，并能促使從藝術(shù)到商業(yè)到科學(xué)等許多學(xué)科之間發(fā)生巨大變化。

4.算法：我們利用算法形成并表達(dá)計算問題的解決方案。將算法在軟件中實現(xiàn)將會對世界產(chǎn)生深遠(yuǎn)、持久的影響。

5.編程：編程有助于問題解決、人類表達(dá)以及知識創(chuàng)新。編程與軟件創(chuàng)新已經(jīng)改變了我們的生活，編程結(jié)果即軟件的創(chuàng)新，它能促進(jìn)包括音樂、圖像及可視化等計算藝術(shù)品的創(chuàng)造。

6.互聯(lián)網(wǎng)：互聯(lián)網(wǎng)是現(xiàn)代計算發(fā)展的成就?；ヂ?lián)網(wǎng)及所建立的系統(tǒng)已經(jīng)對社會產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)能支持交流與合作。

7.全球化影響：計算的影響是全球化的。由于計算機(jī)所帶來的創(chuàng)新使得我們進(jìn)行交流、合作、解決問題以及做生意的方式得以改變且還在變化之中[14]。

(三)Code.org的計算機(jī)科學(xué)課程

專業(yè)組織Code.org也為高中學(xué)生開發(fā)了計算機(jī)科學(xué)課程，目的是為學(xué)生進(jìn)入大學(xué)獲得計算機(jī)科學(xué)專業(yè)學(xué)位或是從事與計算機(jī)科學(xué)相關(guān)的職業(yè)做好準(zhǔn)備[15]，其內(nèi)容主要包括：

1. JavaScript中的計算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論：主要教學(xué)計算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)與編程基礎(chǔ)，重點培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維與問題解決技能；

2. Python中的計算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論：主要教學(xué)計算機(jī)編程基礎(chǔ)以及Python語言高級特性，學(xué)生利用所學(xué)可以制作基于平臺的游戲；

3. AP計算機(jī)科學(xué)原理：主要教學(xué)計算機(jī)科學(xué)基本概念，探究計算機(jī)與技術(shù)對社會產(chǎn)生的影響；

4. AP計算機(jī)科學(xué)in Java：幫助學(xué)生掌握J(rèn)ava基本知識，以通過AP計算機(jī)科學(xué)A考試。

(四)地方的計算機(jī)科學(xué)課程

為了響應(yīng)“每個學(xué)生都成功法案”“為了全體學(xué)生的計算機(jī)科學(xué)”等一系列政策，各州教育管理部門積極行動，結(jié)合各自地方的實際情況制定自己的計算機(jī)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)。下面以印第安納州的計算機(jī)課程標(biāo)準(zhǔn)為例簡要說明。

2016年4月15日，印第安納州教育委員會批準(zhǔn)了新K-12科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)，第一次要求在小學(xué)、初中開設(shè)計算機(jī)科學(xué)課程，于2016-2017學(xué)年開始實施。新科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中含有自幼兒園至八年級的計算機(jī)科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。該課程標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)是在不斷變化的計算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域中為學(xué)生提供基于探究的、動手實踐的兩方面內(nèi)容：概念與實踐。該標(biāo)準(zhǔn)基于5個核心概念，也是課程內(nèi)容的五個方面，即“數(shù)據(jù)與信息”“計算設(shè)備與系統(tǒng)”“編程與算法”“網(wǎng)絡(luò)與交流”與“(社會)影響與文化”。

該計算機(jī)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)最大的特點就是從“具體標(biāo)準(zhǔn)”向“素養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)”(學(xué)生學(xué)習(xí)如何批判性地思考問題)轉(zhuǎn)變，它更加寬泛，不只是體現(xiàn)在科學(xué)課上，還可以體現(xiàn)在英語、數(shù)學(xué)、社會學(xué)習(xí)、音樂等其他學(xué)科中。學(xué)生通過在多學(xué)科領(lǐng)域中的學(xué)習(xí)實現(xiàn)該標(biāo)準(zhǔn)的要求。表1是印第安納州計算機(jī)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中的K6-8階段的“計算設(shè)備與系統(tǒng)”部分內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)。

表1 印第安納州計算機(jī)科學(xué)K6-8階段“計算機(jī)設(shè)備與系統(tǒng)”內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)[16]

如讓學(xué)生掌握“應(yīng)用檢修策略來確認(rèn)并解決計算機(jī)日常使用過程中常規(guī)的硬件、軟件問題?！睂W(xué)生不一定在計算機(jī)科學(xué)課上學(xué)，他們可以在任何科目中使用計算機(jī)軟件時掌握，這就是所謂的“素養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)”。

三、美國計算機(jī)科學(xué)課程的實施狀況

一直以來，美國中小學(xué)信息技術(shù)課程主要包括教育技術(shù)課程、信息素養(yǎng)課程或計算機(jī)科學(xué)課程等三種類型。在高中以計算機(jī)科學(xué)課程為主，有的以獨立學(xué)科設(shè)置，有的包含在數(shù)學(xué)、科學(xué)、技術(shù)、商業(yè)等學(xué)科之中，情況比較復(fù)雜。初中、小學(xué)則以教育技術(shù)課程、信息素養(yǎng)課程為主，多以整合于其他學(xué)科課程的方式設(shè)置，但自頒布“每位學(xué)生都成功法案(ESSA，Every Student Succeeds Act)”以來，一些地方初中、小學(xué)也發(fā)生了新變化。

(一)高中階段的計算機(jī)科學(xué)課程實施狀況

美國計算機(jī)教師協(xié)會(Computer Science Teachers Associate)的研究委員會于2015年春季對10182名將自己定義為計算機(jī)科學(xué)、計算機(jī)編程或大學(xué)計算機(jī)科學(xué)預(yù)修課程教師進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)問卷調(diào)查，回收了1354份(回收率為13.3%)有效問卷。

該調(diào)查結(jié)果顯示：89.4%的學(xué)校開設(shè)計算機(jī)科學(xué)課程，73.7%的學(xué)校課后開設(shè)計算機(jī)科學(xué)課程或俱樂部等活動，63.4%的學(xué)校把計算機(jī)科學(xué)作為必修課要求學(xué)生學(xué)習(xí)[17]。

其學(xué)分所屬學(xué)科情況比較多樣，如表2所示。

表2 美國高中計算機(jī)科學(xué)學(xué)分分布情況[18]

以上學(xué)分分布情況說明，計算機(jī)科學(xué)在現(xiàn)實中多數(shù)情況下是屬于商業(yè)課程的一部分內(nèi)容。同時也可以看出人們對于計算機(jī)科學(xué)課程的認(rèn)識與理解不盡相同，對學(xué)分處理方式也呈現(xiàn)出差別。這帶來的最直接問題是，想從事計算機(jī)科學(xué)教學(xué)的職前教師很難決定要申請哪個學(xué)科資格證書。

關(guān)于高中計算機(jī)科學(xué)的主要學(xué)習(xí)內(nèi)容如表3所示。

表3 美國高中計算機(jī)科學(xué)主要學(xué)習(xí)內(nèi)容[19]

美國計算機(jī)科學(xué)學(xué)科內(nèi)容主要集中在“編程、問題解決、信息技術(shù)與信息系統(tǒng)中的邏輯應(yīng)用、軟件、硬件以及社會與道德問題”。其中計算機(jī)科學(xué)教學(xué)中使用的編程語言或軟件工具類型與比例包括：Scratch(60.8%)、Python(54.3%)、C++(48.2%)、ECS(Exploring Computer Science)(48%)、Greenfoot(19.5%)、Java(17.6%)、Alice(10.5%)、AppInventor(9%)、Java Script(10%)、Visual Basic(7.1%)、Bootstrap(0.8%)、GUTS(0.1%)[20]。

在開設(shè)計算機(jī)科學(xué)課程的高中，有75%的學(xué)校采用CSTA的計算機(jī)課程標(biāo)準(zhǔn)，66.1%的學(xué)校采用Code.org課程。78.7%的學(xué)校開設(shè)大學(xué)預(yù)修課程計算機(jī)科學(xué)A，66.2%的學(xué)校開設(shè)計算機(jī)科學(xué)原理(CS Principles)課程[21]。

(二)初中、小學(xué)階段的實施狀況

在美國K-12計算機(jī)科學(xué)運動中，阿肯色州率先要求2017-2018學(xué)年，該州所有小學(xué)和初中學(xué)生將學(xué)習(xí)計算機(jī)科學(xué)課程。2016年4月初，弗吉尼亞州立法委員會通過一項法案，要求將計算機(jī)科學(xué)加入該州K-12學(xué)習(xí)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中。該法案將計算機(jī)科學(xué)、計算思維包括計算機(jī)編碼等內(nèi)容加入弗吉尼亞州學(xué)習(xí)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中，已通過眾議院與參議院全體無異議投票，將于今年7月份簽發(fā)。弗吉尼亞州很可能成為全美第一個將計算機(jī)科學(xué)融合其小、初、高核心課程學(xué)業(yè)要求當(dāng)中的州[22]。

包括羅德島在內(nèi)的一些州也開始行動推進(jìn)K-12計算機(jī)科學(xué)教育，佛羅里達(dá)州教育委員會將采用新計算機(jī)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)，以指導(dǎo)學(xué)區(qū)設(shè)計相應(yīng)課程，新計算機(jī)課程標(biāo)準(zhǔn)將包含在科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中，但還沒有提出相關(guān)教學(xué)要求[23]。一些大的學(xué)區(qū)如芝加哥、紐約、圣弗朗西斯科已經(jīng)決定2017年為學(xué)生提供計算機(jī)科學(xué)課程。

(三)課程實施中的問題

美國的中小學(xué)計算機(jī)科學(xué)課程實施中也面臨一些挑戰(zhàn)，如計算機(jī)科學(xué)與數(shù)學(xué)課程、教育技術(shù)課程、信息素養(yǎng)課程都有交叉，導(dǎo)致大家對于計算機(jī)科學(xué)的理解不夠清晰，并且表現(xiàn)出了一種將計算機(jī)科學(xué)與其他學(xué)科領(lǐng)域混同的趨勢：如技術(shù)教育/教育技術(shù)、工業(yè)或?qū)W習(xí)技術(shù)、信息系統(tǒng)管理、乃至計算機(jī)支持其他學(xué)科領(lǐng)域的應(yīng)用。

美國的計算機(jī)科學(xué)教師資格證書也存在相當(dāng)大的問題，在2013年CSTA發(fā)布名為“系統(tǒng)中的BUG：全美計算機(jī)科學(xué)教師資格證書”的一份調(diào)查報告說明各州的計算機(jī)科學(xué)教師資格證書體制存在著“裂痕”。例如佛羅里達(dá)州規(guī)定想要成為一名計算機(jī)科學(xué)教師必須學(xué)習(xí)K-8階段計算機(jī)科學(xué)教學(xué)法的課程，但事實上，相關(guān)職前課程并沒有提供相關(guān)課程。也有一些州有計算機(jī)科學(xué)教師資格認(rèn)證，但都是附加在其他學(xué)科教師資格證書上的。甚至有些州都沒有明確的計算機(jī)科學(xué)教師資格證書制度。全美只有14個州將計算機(jī)科學(xué)課程作為學(xué)生在數(shù)學(xué)學(xué)科、科學(xué)學(xué)科或計算機(jī)科學(xué)學(xué)科畢業(yè)要求[24]。

此外，在高中選修計算機(jī)科學(xué)課程的學(xué)生中，女生與少數(shù)民族參與比例極低，這也是美國計算機(jī)科學(xué)教育面臨的一個問題。奧巴馬也敦促相關(guān)部門采取行動解決計算機(jī)科學(xué)乃至STEM領(lǐng)域中的這種“結(jié)構(gòu)性偏見”的問題。

四、啟示

美國中小學(xué)計算機(jī)科學(xué)課程正發(fā)展到一個史無前例的高度，無疑這是以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為基本特征的數(shù)字時代發(fā)展需求，是科技創(chuàng)新、經(jīng)濟(jì)增長的現(xiàn)實呼喚。反觀我國中小學(xué)信息技術(shù)課程的發(fā)展，啟示如下。

(一)重認(rèn)信息技術(shù)課程價值

美國政府把計算機(jī)科學(xué)提高到與語文、數(shù)學(xué)相同的地位，這種轉(zhuǎn)變是隨社會發(fā)展，計算機(jī)科學(xué)課程價值凸顯出來，程序語言是未來科技創(chuàng)新的重要助推力，其相關(guān)課程不僅培養(yǎng)學(xué)生寫程序的能力，更是培養(yǎng)學(xué)生的組織能力、邏輯思維能力與獨立思辨解決問題的能力，培養(yǎng)計算思維，這是學(xué)生21世紀(jì)自主發(fā)展的核心素養(yǎng)之一。在我國，中小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科常常被認(rèn)為是“小科”，其重要性往往被人們忽視，我們應(yīng)該意識到信息技術(shù)課程培養(yǎng)計算思維的獨特性之于社會、個人發(fā)展價值非凡。

(二)教育管理部門推動，課程政策驅(qū)動

以總統(tǒng)身份強(qiáng)調(diào)計算機(jī)科學(xué)課程的重要性，這在課程發(fā)展史上也是少見的，這種自上而下的政府推動必然會引起社會各界高度重視。同時，多方位，多層次的課程政策也吸引了相關(guān)利益者的投入、參與，這對課程發(fā)展的重要作用毋庸置疑。我國2000年《中小學(xué)信息技術(shù)課程指導(dǎo)綱要(試行)》和2003年《普通高中技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)(實驗)》中的信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)，分別規(guī)定了義務(wù)教育階段與高中階段信息技術(shù)課程的性質(zhì)、目標(biāo)、內(nèi)容等。隨著時代發(fā)展，這些課程政策不盡完善，亟待更新。同時也要發(fā)揮地方、學(xué)校課程決策的主動性，合理調(diào)控各方利益需求，形成共贏、可持續(xù)發(fā)展的綜合性課程政策。

(三)合理選擇符合我國國情的中小學(xué)信息技術(shù)課程內(nèi)容

美國計算機(jī)科學(xué)課程精煉學(xué)科核心概念“抽象、數(shù)據(jù)與信息、算法、編程、互聯(lián)網(wǎng)、全球影響”等內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)動手實踐。我國中小學(xué)信息技術(shù)課程總目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生信息素養(yǎng)，其內(nèi)涵顯然超出計算機(jī)科學(xué)范疇。在我國教育水平地域、城鄉(xiāng)不均衡的現(xiàn)實背景下，中小學(xué)信息技術(shù)課程更要滿足多方面需求。伴隨當(dāng)前以大數(shù)據(jù)分析為特點的信息化進(jìn)程，來源分散，格式多樣的數(shù)據(jù)成為知識創(chuàng)新的基本內(nèi)核，多種復(fù)雜信息系統(tǒng)的綜合運用使虛擬與現(xiàn)實空間相互交織，在信息化生態(tài)環(huán)境中，利用計算機(jī)科學(xué)的基本概念與信息技術(shù)工具去解決問題是每個人必需的技能。同時，微課、MOOC、翻轉(zhuǎn)課堂、創(chuàng)客教育的出現(xiàn)也改變著學(xué)生的學(xué)習(xí)方式。因此，除了計算思維的培養(yǎng)，我國中小學(xué)信息技術(shù)課程內(nèi)容的選擇還要體現(xiàn)出數(shù)據(jù)處理、信息系統(tǒng)設(shè)計、數(shù)字化學(xué)習(xí)等方面的能力要求。

(四)平衡好“獨立開設(shè)”與“學(xué)科融合”的關(guān)系

美國政府明確要求中小學(xué)乃至幼兒園為學(xué)生開設(shè)計算機(jī)科學(xué)課程，并將其看做是STEM教育的重要組成部分。我國義務(wù)教育階段，在綜合實踐活動課程標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中含有與信息技術(shù)課程相關(guān)的要求。當(dāng)前，我國有50%的小學(xué)、95%的初中獨立開設(shè)信息技術(shù)學(xué)科，這說明“獨立開設(shè)”符合我國相當(dāng)部分的地方需求。同時，我們也要看到信息技術(shù)對于其他學(xué)科學(xué)習(xí)的意義，美國大力開展STEM教育，發(fā)揮綜合課程在促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展的作用。因此，我們也需要深入開展相關(guān)研究，既有“獨立開設(shè)”，又有“學(xué)科融合”，科學(xué)、系統(tǒng)設(shè)計中小學(xué)信息技術(shù)課程。

(五)加強(qiáng)信息技術(shù)學(xué)科師資培養(yǎng)

美國在推進(jìn)計算機(jī)科學(xué)教育進(jìn)程中，為解決師資嚴(yán)重短缺的問題采取了加大資金投入、吸引企業(yè)以及相關(guān)利益者資助、引導(dǎo)各種項目支持、加強(qiáng)教師培訓(xùn)、完善教師資格證書制度等措施。師資短缺同樣是我國推進(jìn)中小學(xué)信息技術(shù)課程改革進(jìn)程中的一大障礙，需要籌建區(qū)域教師培訓(xùn)中心等組織，完善相關(guān)教師專業(yè)發(fā)展制度等。

[1][2]ACM Hails New “Every Student Succeeds” Law Sweeping Legislation Will Bolster Computer Science in K-12 Education[EB/OL]. http://www.acm.org/media-center/2015/december/essa-epc, 2016-03-18.

[3]Computer Science For All [EB/OL]. https://www.whitehouse.gov/blog/2016/01/30/computer-science-all, 2016-03-18.

[4]H.R. 1020: STEM Education Act of 2015[EB/OL]. https://www.govtrack.us/congress/bills/114/hr1020, 2016-03-18.

[5]Obama announces computer-science-for-all initiative[EB/OL].http://www.cio.com/article/3057074/education/obama-announcescomputer-science-for-all-initiative.html, 2016-04-18.

[6]Stem colleagueltr[EB/OL].http://www2.ed.gov/programs/promiseneighborhoods/stemdearcolleagueltr.pdf,2016-04-18.

[7][11]CSTA_K-12_Computer Science Standard[EB/OL]. http://www.csta.acm.org/Curriculum/sub/CurrFiles/CSTA_K-12_CSS.pdf,2016-04-18.

[8][9][10]Computational Thinking[EB/OL]. http://www.csta.acm.org/Curriculum/sub/CurrFiles/CompThinkingFlyer.pdf, 2016-04-18.

[12][13]錢松嶺,董玉琦.美國中小學(xué)信息社會學(xué)課程與教學(xué)述評[J].中國電化教育,2013,(8):28-34.

[14]AP Computer Science Principles Course Overview[EB/OL].https://secure-media.collegeboard.org/digitalServices/pdf/ap/ap-computerscience-principles-course-overview.pdf,2016-04-18.

[15]Four Year Curriculum Pathway[EB/OL].https://codehs.com/info/curriculum,2016-04-18.

[16]Indiana’s New Science Standards Require Computer Science[EB/OL].http://indianapublicmedia.org/stateimpact/2016/04/18/sciencestandards/,2016-04-19.

[17]-[21]CSTA NATIONAL SECONDARY SCHOOL CS SURVEY 2015[EB/OL].http://www.csta.acm.org/Research/sub/Projects/ResearchFiles/CSTA_NATIONAL_SECONDARY_SCHOOL_CS_SURVEY_2015.pdf,2016-04-18.

[22]Virginia Could Be First State to Require All K-12 Students to Learn Computer Science[EB/OL].http://blogs.edweek.org/edweek/curriculum/2016/04/virginia_could_become_first_state_require_K12_computer_science.html,2016-04-18.

[23]Florida considers computer science standards for public schools[EB/OL].http://www.orlandosentinel.com/features/education/school-zone/os-computerscience-florida-schools-standards-20160413-story.html,2016-04-18.

[24]Bugs in the System: Computer Science Teacher Certification in the U.S. [EB/OL]. http://csta.acm.org/ComputerScienceTeacherCertificati on/sub/CSTA_BugsInTheSystem.pdf,2016-04-20.

The New Trends and Revelation of K-12 Computer Science Curriculum Development in the USA

Qian Songling1, Dong Yuqi2
(1.College of Education Science, Jilin Normal University, Siping Jilin 136000；2.Department of Educational Technology,Shanghai Normal University, Shanghai 200234)

The article focuses on the new trends of computer science curriculum development in the U.S., introduces and analysis its curriculum policies, indicates the curriculum goals and contents through the introduction of the typical curriculums including CSTA K_12 CS standards, K6-8 CS standard in Indiana, Advanced Placement CS principle from College Board, in addition, the current status and the challenges in the computer science curriculum implementation are introduced as well. Finally, the revelations to the IT curriculum development in schools in China are put forward based on the previous introduction.

U.S.; Computer Science; Curriculum

G434

A

錢松嶺：博士，副教授，研究方向為信息技術(shù)教育(qiansongling@sina.com)。

董玉琦：博士，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向為信息技術(shù)教育(dongyq@shnu.edu.cn)。

2016年7月3日

責(zé)任編輯：李馨 趙云建

1006—9860(2016)10—0083—07

* 本文系吉林省2016年度社科基金項目“吉林省高校教師教育技術(shù)能力現(xiàn)狀與提升策略”(項目編號：2016BS36)研究成果。

① 董玉琦為本文通訊作者。