翟學(xué)坦 王素娥

（1.首都師范大學(xué) 教育技術(shù)系，北京 100048； 2.中央財經(jīng)大學(xué) 外國語學(xué)院，北京 100081）

引言

周以真教授[1]在美國計算機權(quán)威雜志提出計算思維的概念，并指出:計算思維應(yīng)成為每個人的必備技能。吳文虎（2008）提出:計算思維是信息社會創(chuàng)新的需要。為了系統(tǒng)、全面地了解國內(nèi)學(xué)界對計算思維研究的發(fā)展趨勢與研究熱點，更直觀地把握國內(nèi)計算思維研究動向，本文以1991年1月1日至2017年7月31日中國知網(wǎng)（CNKI）的計算思維研究為信息源，借助文獻(xiàn)計量的研究方法和社會網(wǎng)絡(luò)分析，對國內(nèi)計算思維的研究進行詳細(xì)的文獻(xiàn)梳理與分析。

一、數(shù)據(jù)來源與研究方法

本文以CNKI作為數(shù)據(jù)源，內(nèi)容檢索條件：主題=計算思維 (模糊匹配)；檢索控制條件：發(fā)表時間從1991年1月1日到2017年7月31日。題錄數(shù)據(jù)包括標(biāo)題、作者、作者單位、摘要、年代、關(guān)鍵詞、來源出版物。以“計算思維”文獻(xiàn)題錄數(shù)據(jù)檢索，共檢索到有效文獻(xiàn)2921篇。

本文采用文獻(xiàn)計量的研究方法和社會網(wǎng)絡(luò)分析，對數(shù)據(jù)進行定量與定性分析。首先，通過書目共現(xiàn)系統(tǒng)（Bibliographic Item Co-occurrence Matrix Builder，簡稱BICOMB）對收集的數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)庫。在此基礎(chǔ)上，統(tǒng)計了計算思維研究文獻(xiàn)在知網(wǎng)中的時間分布、學(xué)科類別分布、研究機構(gòu)分布、權(quán)威作者分布、高被引文獻(xiàn)，旨在了解計算思維研究的發(fā)展趨勢。其次，通過SPSS 19.0統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)庫中提取的高頻關(guān)鍵詞進行詞頻分析、聚類分析、多維尺度分析，旨在得出計算思維相關(guān)領(lǐng)域的研究方向與研究熱點，進一步得出研究結(jié)論與啟示。

二、研究結(jié)果與分析

（一）文獻(xiàn)年度分析

為了研究計算思維每年的變化趨勢，本文對近18年(2000—2017)計算思維研究文獻(xiàn)總量進行了統(tǒng)計分析，國內(nèi)關(guān)于計算思維的研究數(shù)量整體呈現(xiàn)上升趨勢。在2006年以前，國內(nèi)計算思維的研究相對較少，本文把這段時期稱為肇始期。2006—2011年，計算思維研究數(shù)量相較之前呈逐年上升趨勢，但增長并不是很明顯，本文把這段時間稱為緩慢增長期。在2011年以后，計算思維研究進入爆發(fā)期。通過對文獻(xiàn)的深入研究，筆者發(fā)現(xiàn)了產(chǎn)生這種變化趨勢的原因：周以真教授提出“計算思維”,在國內(nèi)外教育界引起了很大的反響[2]。

（二）學(xué)科類型分布

依據(jù)CNKI的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，本研究發(fā)現(xiàn)以計算思維為主題的研究分布在40個研究方向，其中計算思維的跨學(xué)科研究發(fā)展迅猛，已深入到教育、計算機、數(shù)學(xué)等多個領(lǐng)域。排名前三位的學(xué)科為高等教育、計算機硬件技術(shù)、計算機軟件及計算機應(yīng)用。在教育領(lǐng)域注重對計算思維的培養(yǎng)以及計算思維在計算機領(lǐng)域的應(yīng)用。從初等教育到高等教育對計算思維都有涉獵，并且隨著教育層次的提高，關(guān)注程度也在提升。尤其在高等教育階段，發(fā)文量在所有學(xué)科中位居榜首。

（三）研究機構(gòu)分布

為了呈現(xiàn)研究機構(gòu)分布圖譜，筆者使用社會網(wǎng)絡(luò)分析軟件（UCINET）得出研究機構(gòu)中心度排名，教育部高等學(xué)校大學(xué)計算機課程教學(xué)指導(dǎo)委員會中心度最高（degree=5.000），分別與北京理工大學(xué)計算機學(xué)院、哈爾濱工業(yè)大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院、東北農(nóng)業(yè)大學(xué)電氣與信息學(xué)院保持合作關(guān)系。

（四）權(quán)威學(xué)者分布

計算思維研究已涌現(xiàn)出一大批學(xué)者，對1991—2017年刊發(fā)的有關(guān)計算思維研究文獻(xiàn)的權(quán)威學(xué)者進行統(tǒng)計與分析，按照發(fā)布論文的數(shù)量以及發(fā)表論文的被引頻次綜合考慮，可以發(fā)現(xiàn)，在計算思維研究領(lǐng)域做出卓越貢獻(xiàn)的學(xué)者包括陳國良、戰(zhàn)德臣、董榮勝、蔣宗禮、牟琴、馮博琴、王榮良等。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的陳國良教授發(fā)表的《計算思維與大學(xué)計算機基礎(chǔ)教育》一文在被引頻次中位居榜首。

為了進一步探究不同科研機構(gòu)學(xué)者在計算思維研究領(lǐng)域中的合作關(guān)系，筆者使用UCINET對學(xué)者間的合作關(guān)系進行了知識圖譜可視化分析，如圖1所示。

依據(jù)圖1可以看出，國內(nèi)計算思維研究形成了三個主要的學(xué)者合作派系。分別是以杜晶、韓秋楓等學(xué)者為中心的學(xué)者派系圖譜，以常小紅、盧虹冰等學(xué)者為中心的學(xué)者派系圖譜，以徐奕奕、唐培和等學(xué)者為中心的學(xué)者派系圖譜。除此之外其他學(xué)者之間聯(lián)系并不是十分密切。需要指出的是，國內(nèi)計算思維的研究中尚未出現(xiàn)中心度特別高的學(xué)者。因此除了加強學(xué)者間的合作，還有待學(xué)者進行突破性研究。

圖1 研究學(xué)者合作圖譜

（五）高被引文獻(xiàn)分布

文獻(xiàn)的被引頻次反映了該文獻(xiàn)被其他研究者關(guān)注的程度以及對于其他研究者相關(guān)研究的影響程度[3]。筆者統(tǒng)計了計算思維領(lǐng)域的高頻被引文獻(xiàn)，剔除了2篇九校聯(lián)盟計算機基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明，按照被引頻次排序，陳國良等撰寫的《計算思維與大學(xué)計算機基礎(chǔ)教育》、龔沛曾等撰寫的《大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)中的計算思維培養(yǎng)》、李廉等撰寫的《計算思維概念與挑戰(zhàn)》，被引頻次位居前三。其中被引頻次最高的是教育部高等學(xué)校計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會與中國科學(xué)院院士陳國良教授等撰寫的《計算思維與大學(xué)計算機基礎(chǔ)教育》，文章探索了一種計算思維能力培養(yǎng)的新路徑[4]。董榮勝等撰寫的《計算思維與計算機方法論》《計算思維與計算機導(dǎo)論》被引頻次與下載量也很高?！队嬎闼季S與計算機方法論》一文從方法論、學(xué)科認(rèn)知理論角度闡述了與計算思維的關(guān)系[5]。

（六）計算思維的高頻詞及研究熱點分析

1.高頻關(guān)鍵詞詞頻分析

高頻關(guān)鍵詞可以反映某一領(lǐng)域的發(fā)展脈絡(luò)、熱點前沿及發(fā)展趨勢等[6]。本文首先用BICOMB 2.0對收集的數(shù)據(jù)進行關(guān)鍵詞詞頻分析，共統(tǒng)計出10346條記錄。然后篩選出高頻關(guān)鍵詞，以頻次達(dá)到40%左右作為篩選標(biāo)準(zhǔn)[7]。因此，本文選用出現(xiàn)頻次大于30的高頻關(guān)鍵詞共計37個，累計百分比為36.3329%。這37個高頻關(guān)鍵詞可以反映出國內(nèi)計算思維的研究熱點，如表1所示。

表1 1991—2017年計算思維研究領(lǐng)域高頻關(guān)鍵詞表

除“計算思維”主題檢索詞外，排在前十位的高頻關(guān)鍵詞分別有：教學(xué)改革、計算機基礎(chǔ)、程序設(shè)計、大學(xué)計算機基礎(chǔ)、教學(xué)模式、計算機基礎(chǔ)教學(xué)、教學(xué)方法、能力培養(yǎng)。值得注意的是“教學(xué)改革”在除核心關(guān)鍵詞“計算思維”以外占據(jù)首位，與其相關(guān)的高頻關(guān)鍵詞還有教學(xué)方法、課程改革等。可以看出，培養(yǎng)計算思維的教學(xué)模式有待改進。從其他類相關(guān)高頻關(guān)鍵詞計算機基礎(chǔ)、程序設(shè)計、計算機、計算思維能力、計算機基礎(chǔ)教育等主題關(guān)鍵詞可以看出，計算思維與計算機教育有著密切的聯(lián)系。

2.高頻關(guān)鍵詞的相異矩陣分析

為了進一步探討高頻關(guān)鍵詞之間的內(nèi)部聯(lián)系，進而全面描述計算思維研究領(lǐng)域的熱點，需要采用相異矩陣分析來進一步研究關(guān)鍵詞之間的聯(lián)系。相異矩陣中的數(shù)值的大小表明關(guān)鍵詞間的距離遠(yuǎn)近[8]。本文把37個高頻詞兩兩配對，統(tǒng)計在文章中出現(xiàn)的次數(shù)，形成了37×37 的共詞矩陣。將共詞矩陣通過Ochiai系數(shù)轉(zhuǎn)為相關(guān)矩陣,用1減去相關(guān)矩陣中各對應(yīng)值,得到相異矩陣，如表2所示。

表2 高頻關(guān)鍵詞Ochiai系數(shù)相異矩陣（部分）

從表2可以看出，各關(guān)鍵詞與計算思維距離由遠(yuǎn)及近的順序分別為：教學(xué)模式（0.806）、程序設(shè)計（0.782）、大學(xué)計算機基礎(chǔ)（0.757）、計算機基礎(chǔ)（0.750）、教學(xué)改革（0.653）。這說明計算思維與教學(xué)改革的緊密程度大于教學(xué)模式。從整個關(guān)鍵詞相異矩陣分析來看，計算思維與計算機基礎(chǔ)教學(xué)、信息技術(shù)、計算機教育類的關(guān)鍵詞距離較小，說明計算思維與計算機基礎(chǔ)教學(xué)關(guān)系緊密。計算思維與計算機原理類關(guān)鍵詞距離較遠(yuǎn)，例如，C語言、算法、學(xué)習(xí)過程等，說明計算思維與計算機原理類研究關(guān)系相對不夠緊密。

3.高頻關(guān)鍵詞聚類圖分析

高頻關(guān)鍵詞間在聚類圖譜中的分布，可以揭示計算思維的研究熱點。關(guān)鍵詞聚類分析可以把分析對象之間復(fù)雜的網(wǎng)狀關(guān)系簡化為若干類群之間的關(guān)系[9]。本文使用SPSS 19.0把得到的相異矩陣進行聚類分析后，如圖2所示。

根據(jù)圖2聚類分析圖中的關(guān)鍵詞連線顯示出關(guān)鍵詞直接的關(guān)系，將其分成四大類。種類1：包括信息技術(shù)、計算機科學(xué)、學(xué)習(xí)過程、思維能力、計算能力、計算機教育、計算機課程、計算機教學(xué)8個關(guān)鍵詞。種類2：包括計算思維、教學(xué)改革、大學(xué)計算機基礎(chǔ)、計算機基礎(chǔ)教學(xué)、能力培養(yǎng)、大學(xué)計算機、非計算機專業(yè)、課程改革、信息素養(yǎng)、計算機基礎(chǔ)課程10個關(guān)鍵詞。種類3：包括程序設(shè)計、算法、C語言、計算機、教學(xué)、實驗教學(xué)、C語言程序設(shè)計、實踐教學(xué)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計算思維能力10個關(guān)鍵詞。種類4：包括MOOC、翻轉(zhuǎn)課堂、教學(xué)模式、任務(wù)驅(qū)動、教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、計算機基礎(chǔ)、課程體系、計算機基礎(chǔ)教育9個關(guān)鍵詞。

圖2 計算思維研究領(lǐng)域關(guān)鍵詞聚類圖

4.計算思維研究領(lǐng)域知識圖譜

多維尺度分析是用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表示測量之間的距離[10]。用同樣的方式，將37×37的相異矩陣導(dǎo)入SPSS 19.0，進行多維尺度分析，將結(jié)果處理后，得到計算思維領(lǐng)域的研究熱點知識圖譜，如圖3所示。

圖3 計算思維領(lǐng)域的研究熱點知識圖譜

圖3中，點表示高頻關(guān)鍵詞在坐標(biāo)上的分布，高度相似性的對象聚集在一起，距離中心點近的代表熱門研究，趨向邊緣的說明研究主題狹小。整體來看圖3形成了五類團，參考圖2將計算思維領(lǐng)域研究熱點概括為五個研究主題。

（1）以計算思維與信息技術(shù)為核心的研究主題。這個主題包含的高頻關(guān)鍵詞有:“計算機科學(xué)”“計算機課程”“學(xué)習(xí)過程”“任務(wù)驅(qū)動”等熱點詞。信息技術(shù)一直是中小學(xué)教育關(guān)注的熱點。由于各地區(qū)信息化程度、教學(xué)環(huán)境的差異，目前信息技術(shù)一直沒有明確的目標(biāo)。有不少專家學(xué)者努力推進計算思維與信息技術(shù)的研究。例如，王榮良等[11]對中小學(xué)教師教育信息能力培訓(xùn)方法方面的研究，李冬梅[12]對信息技術(shù)教育與課程建設(shè)的探索與思考。

（2）以計算思維與信息素養(yǎng)為核心的研究主題。這個主題包含的高頻關(guān)鍵詞有：“計算能力”“思維能力”“計算機”“MOOC”等熱點詞。信息素養(yǎng)核心是信息能力[13]。信息素養(yǎng)與計算思維誰更應(yīng)該作為計算機培養(yǎng)的目標(biāo)，這一直是個很有爭議的研究問題。王榮良(2013)在一次采訪中提到，學(xué)界對信息素養(yǎng)內(nèi)涵理解存在差異。計算思維能否代替信息素養(yǎng)成為信息技術(shù)課程的授課目標(biāo)，這依然是個值得研究的話題。

（3）以計算思維能力培養(yǎng)為核心的研究主題。這個主題包含的高頻關(guān)鍵詞有：“C語言程序設(shè)計”“實踐教學(xué)”等熱點詞。計算思維能力的培養(yǎng)是計算思維研究中的核心內(nèi)容。第一屆計算思維與大學(xué)計算機課程教學(xué)改革研討會（2012）對于計算思維能力的培養(yǎng)，有學(xué)者做了實踐。牟琴[14]認(rèn)為輕游戲的方式可培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的計算思維能力，探索并構(gòu)建了程序設(shè)計課程教學(xué)中輕游戲?qū)τ嬎闼季S能力培養(yǎng)的教學(xué)模型和學(xué)習(xí)模型，并證實了其可行性。林旺等[15]闡明了計算思維過程是借助技術(shù)的問題解決，培養(yǎng)計算思維能力的軟件應(yīng)用教學(xué)可以從基于活動的問題解決角度進行設(shè)計。

（4）以計算思維與課程教學(xué)為核心的研究主題。這個主題包含的高頻關(guān)鍵詞有：“課程體系”“計算機基礎(chǔ)課程”“算法”“C語言”“大學(xué)計算機”“非計算機專業(yè)”“教學(xué)方法”“計算機基礎(chǔ)教學(xué)”等熱點詞。這個研究主題以計算思維教學(xué)為核心。戰(zhàn)德臣等[16]在多年教學(xué)實踐基礎(chǔ)上,結(jié)合計算學(xué)科對非計算機專業(yè)人員未來的影響,論證性地提出了大學(xué)計算機面向計算思維的課程內(nèi)容最小集合以及擴展集合。陳國良等[17]按計算思維主要內(nèi)容,即問題求解、系統(tǒng)設(shè)計和人類行為理解,探討了大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程設(shè)置,強調(diào)了課程結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要性。

（5）以計算思維與教學(xué)改革為核心的研究主題。這個主題包含的高頻關(guān)鍵詞有：“教學(xué)內(nèi)容”“教學(xué)模式”“計算機基礎(chǔ)”“程序設(shè)計”“能力培養(yǎng)”等熱點詞。在信息化促進工業(yè)化的環(huán)境下，以計算機應(yīng)用能力的培養(yǎng)為核心的教學(xué)目標(biāo)已經(jīng)不能適應(yīng)社會的需求。而把計算思維能力培養(yǎng)作為教學(xué)目標(biāo)，將帶來計算機教學(xué)方法、內(nèi)容的教學(xué)改革。

三、研究結(jié)論

本文采用文獻(xiàn)計量的研究方法和社會網(wǎng)絡(luò)分析，從文獻(xiàn)年度、學(xué)科類別、學(xué)術(shù)研究機構(gòu)、權(quán)威學(xué)者、高被引文獻(xiàn)、高頻詞及其研究熱點幾個角度進行了全面分析，整理出國內(nèi)計算思維的研究現(xiàn)狀與研究熱點。結(jié)論如下：（1）計算思維研究的年度分布大致分為三個階段，2006年以前，計算思維的研究處于肇始期。從2006年到2011年，計算思維的研究處于緩慢增長期。2011年至今，計算思維的研究呈現(xiàn)逐年迅速增長的趨勢，計算思維研究受關(guān)注程度越來越高。（2）計算思維研究的學(xué)科類別主要來源于高等教育、計算機軟硬件技術(shù)、計算機應(yīng)用。在職業(yè)教育、中等教育與初級教育中所占比重不高。這說明計算思維的研究雖在中小學(xué)以及職業(yè)學(xué)校有所提及，但并沒有得到普及。（3）我國計算思維研究的學(xué)術(shù)研究機構(gòu)與學(xué)者大部分來自計算機科學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域，而教育與學(xué)習(xí)科學(xué)領(lǐng)域參與計算思維研究的機構(gòu)與學(xué)者相對不多。另外，各研究機構(gòu)與學(xué)者間的合作程度不高。（4）研究主要圍繞著計算思維研究的高頻關(guān)鍵詞“信息技術(shù)”“信息素養(yǎng)”“計算思維能力的培養(yǎng)”“課程教學(xué)”“教學(xué)改革”這五個核心主題展開。

通過對國內(nèi)計算思維領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀與熱點進行系列分析，對計算思維的相關(guān)研究作了以下建議：

首先，跨越學(xué)科限制、加強學(xué)者合作。周以真（2013）在一次訪談中提到：“要把計算機科學(xué)與計算機編程區(qū)分開來?！币虼?，不應(yīng)該把計算思維狹義地理解為“程序思維”。計算思維的研究，不僅是計算機科學(xué)領(lǐng)域的研究，同時也是教育、學(xué)習(xí)科學(xué)領(lǐng)域的研究，這就需要計算機科學(xué)家與教育、學(xué)習(xí)科學(xué)家加強合作，把計算思維的抽象概念、原理具體化、形象化。

其次，改變教學(xué)觀念，堅持面向應(yīng)用。譚浩強[18]提到：“學(xué)生計算思維能力的培養(yǎng)應(yīng)該注重實踐性、應(yīng)用性?！边@就需要教師轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，圍繞學(xué)生的實踐性、應(yīng)用性進行教學(xué)設(shè)計，把課堂真正還給學(xué)生。

最后，保持“量的研究”，鼓勵“質(zhì)的研究”。國內(nèi)計算思維研究目前正處于發(fā)展期，相關(guān)研究人員、教師應(yīng)該做進一步的實證研究，讓計算思維逐步融入到計算機基礎(chǔ)課程和信息技術(shù)課程，還應(yīng)該在基礎(chǔ)研究之上，進一步突破量的研究，走向質(zhì)的飛躍，做出對學(xué)科具有建設(shè)性意見的研究。

[1]WING J. M.Computational Thinking [J].Communication of the ACM (S0001-0782),2006,49(3)：33-35.

[2]劉琴.計算思維在“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)中的運用[J].計算機教育 ,2013，(5)：32-34.

[3]劉敏,李興保.移動學(xué)習(xí)領(lǐng)域的可視化引文分析[J].電化教育研究,2012，(11)：44-49.

[4][17]陳國良,董榮勝.計算思維與大學(xué)計算機基礎(chǔ)教育[J].中國大學(xué)教學(xué),2011，(1)：7-11.

[5]董榮勝,古天龍.計算思維與計算機方法論[J].計算機科學(xué),2009,36(1)：1-4.

[6]侯海燕,劉則淵,欒春娟.基于知識圖譜的國際科學(xué)計量學(xué)研究前沿計量分析[J].科研管理,2009,30(1)：164-170.

[7]陳瑜林.我國教育技術(shù)主要研究領(lǐng)域的歷史演進——基于CNKI“兩刊”關(guān)鍵詞、主題詞的類團分析[J].電化教育研究,2012，(8)：36-42.

[8]王佑鎂,陳慧斌.近十年我國電子書包研究熱點與發(fā)展趨勢——基于共詞矩陣的知識圖譜分析[J].中國電化教育,2014，(5)：4-10.

[9]鐘偉金,李佳,楊興菊.共詞分析法研究(三)——共詞聚類分析法的原理與特點[J].情報雜志,2008,27(7)：118-120.

[10]安源.2000—2009年圖書館信息服務(wù)領(lǐng)域研究現(xiàn)狀分析——基于詞頻分析法和共詞分析法[J].情報科學(xué),2012，(6)：873-878+892.

[11]王榮良,李鋒.中小學(xué)教師教育信息能力培訓(xùn)方法的研究[J].中國電化教育,2004，(11)：22-25.

[12]李冬梅.信息技術(shù)教育與課程建設(shè)的探索與思考[J].中國教師,2016，(1)：61-65.

[13]鐘志賢,汪維富.Web 2.0學(xué)習(xí)文化與信息素養(yǎng)2.0[J].遠(yuǎn)程教育雜志,2010,28(4)：34-40.

[14]牟琴.“輕游戲”對計算思維能力的培養(yǎng)——教育游戲?qū)Τ绦蛟O(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)的影響[J].遠(yuǎn)程教育雜志,2011,29(6):94-101.

[15]林旺,孫洪濤.基于軟件應(yīng)用的計算思維能力培養(yǎng)教學(xué)設(shè)計[J].中國電化教育,2014，(11)：122-127.

[16]戰(zhàn)德臣,王浩.面向計算思維的大學(xué)計算機課程教學(xué)內(nèi)容體系[J].中國大學(xué)教學(xué),2014，(7)：59-66.

[18]譚浩強.研究計算思維,堅持面向應(yīng)用[J].計算機教育,2012，(21)：45-49.