陳鵬　黃榮懷　梁躍　張進寶

摘要：計算思維是當(dāng)前國際計算機領(lǐng)域廣為關(guān)注的重要概念，也是信息技術(shù)教育中的研究熱點。計算思維是思維方式的一種，是利用計算科學(xué)的基本概念和方法，結(jié)合工程思維、數(shù)學(xué)思維等多種思維方式和特點，進行問題求解、系統(tǒng)建構(gòu)和人類行為理解的思維過程。關(guān)注問題解決方案的形成過程，培養(yǎng)學(xué)生像計算機科學(xué)家那樣去思考問題，是計算思維培養(yǎng)的宗旨。計算思維的培養(yǎng)不等同于程序設(shè)計或編程教學(xué)。從國際上的經(jīng)驗來看，可以通過多學(xué)科整合和不同教育階段共同關(guān)注，將計算思維融入學(xué)生知識學(xué)習(xí)和問題解決過程，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生計算思維的目的。目前美國及歐洲各國的研究中，計算思維受到國家政策與項目支撐較多，亞洲各國在計算思維領(lǐng)域重視程度相對較低。計算思維教育的測評是現(xiàn)階段研究的薄弱環(huán)節(jié)，是未來研究的重點內(nèi)容。我國計算思維教育實踐和研究剛剛起步，需要國家和相關(guān)研究機構(gòu)更多重視和支持，在借鑒國外經(jīng)驗基礎(chǔ)上，構(gòu)建符合我國教育實踐需求的計算思維培養(yǎng)課程體系、評價方法和教師專業(yè)發(fā)展策略。

關(guān)鍵詞：計算思維教育；信息技術(shù)教育；培養(yǎng)體系；評價方式；教師發(fā)展

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-5195（2018）01-0098-15 doi10.3969/j.issn.1009-5195.2018.01.011

計算機技術(shù)發(fā)展日新月異，不僅影響著我們的生活、思維方式和習(xí)慣，也深刻影響著我們的思維能力。當(dāng)前，計算的觀念正滲透到宇宙學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)乃至社會科學(xué)等諸多領(lǐng)域。計算不但已經(jīng)成為人們認(rèn)識自然、生命、思維和社會的一種普遍方法，而且正在試圖成為一種全新的世界觀。面對世界各國遭遇的各種環(huán)境、生態(tài)、能源、安全、經(jīng)濟、政治等諸多復(fù)雜問題，培養(yǎng)跨領(lǐng)域思考、具有高度理性與客觀、以問題解決為導(dǎo)向的復(fù)合型人才已經(jīng)是大勢所趨。2006年美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)周以真教授定義“計算思維”是“一種運用計算機科學(xué)基本概念求解問題、設(shè)計系統(tǒng)和理解人類行為的方式”，并闡述其不僅僅屬于計算機科學(xué)家，而是每個人的基本技能（Wing，2006）。計算機科學(xué)與電信委員會（Computer Science and Telecommunications Board，CSTB）認(rèn)為，計算思維是21世紀(jì)學(xué)生的核心能力，與閱讀、寫作與算術(shù)等基本技能同等重要（CSTB，2010；Qualls & Sherrell，2010），是學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的重要組成部分，其教育重視程度決定了各國未來創(chuàng)新競爭力的水平。2017年7月，首屆以計算思維教育為主題的國際性會議（International Conference on Computational Thinking Education 2017，CTE2017）在香港教育大學(xué)召開，來自全球的教育者和研究者分享了在不同教育語境下系統(tǒng)進行計算思維教育的實踐研究經(jīng)驗。我國在新一輪普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)中，也將計算思維列為信息技術(shù)課程和核心學(xué)科素養(yǎng)。計算思維教育已是當(dāng)前國際計算機領(lǐng)域廣為關(guān)注的一個重要概念，也是當(dāng)前信息技術(shù)教育研究的一個重要課題。為了解當(dāng)前國際計算思維政策和研究現(xiàn)狀，筆者對近10年（2006-2016年）國際上有關(guān)計算思維的研究文獻(xiàn)以及首屆計算思維教育國際會議的論文（CTE2017）進行分析，重點探討當(dāng)前情境下計算思維教育的實踐現(xiàn)狀和未來發(fā)展，為我國計算思維的理論研究和實踐探索提供參考。

一、計算思維的概念及內(nèi)涵

“計算思維”是思維方式的一種，不同專家對計算思維的關(guān)注點和側(cè)重有所不同。周以真教授2006年提出“ 計算思維是一種運用計算機科學(xué)基本概念求解問題、設(shè)計系統(tǒng)和理解人類行為的方式” （Wing，2006） ；2011年，她對計算思維進行重新定義，認(rèn)為“計算思維是一種解決問題的思維過程，能夠清晰、抽象地將問題和解決方案用信息處理代理（機器或人）所能有效執(zhí)行的方式表述出來”（Wing，2011）。與此同時，隨著對計算思維研究的不斷深入，一些學(xué)者及研究機構(gòu)對計算思維也進行了定義。Denning（2009）認(rèn)為計算思維最重要的是對于抽象的理解、不同層次抽象的處理能力、算法化的思維和對大數(shù)據(jù)等造成的影響的理解。Aho（2012）提出計算思維是問題界定的一種思維過程，它可以使解決方案通過計算步驟或者算法來表示。我國學(xué)者董榮勝等認(rèn)為計算思維是運用計算機科學(xué)的思想與方法去求解問題、設(shè)計系統(tǒng)和理解人類的行為，它包括了涵蓋計算機科學(xué)之廣度的一系列思維活動（董榮勝等，2002）。

2011年，美國國際教育技術(shù)協(xié)會（International Society for Technology in Education，ISTE）與計算機科學(xué)教師協(xié)會（Computer Science Teachers Association，CSTA）聯(lián)合提出了計算思維的操作性定義，將運用計算思維進行問題解決的過程進行了表述。此定義將計算思維界定為問題解決的過程。在這個過程中，先形成一個能夠用計算機工具解決的問題，然后在此基礎(chǔ)上邏輯化組織和分析數(shù)據(jù)，使用模型和仿真對數(shù)據(jù)進行抽象表示，再通過算法設(shè)計實現(xiàn)自動化解決方案；同時，以優(yōu)化整合步驟、資源為目標(biāo)，分析和實施方案，并將解決方案進行總結(jié)，遷移到其他問題的解決中（ISTE & CSTA，2011a）。英國皇家科學(xué)院將計算思維定義為“識別我們周圍世界中有哪些方面具有可計算性，并運用計算機科學(xué)領(lǐng)域的工具和技術(shù)來理解和解釋自然系統(tǒng)、人工系統(tǒng)進程的過程”（Royal Society，2012）。這一定義的核心在于發(fā)現(xiàn)各種不同類型、不同層次計算問題，以及通過計算機技術(shù)和工具對人工和自然系統(tǒng)進行剖析和理解。

以“計算思維”為關(guān)鍵詞在Web of Science、ScienceDirect、 ERIC、ACM Digital Library數(shù)據(jù)庫進行搜索，共獲得2006-2016年285篇SSCI論文。排除沒有涉及計算思維定義、概念和研究范圍的文章，最后獲取相關(guān)文章134篇。對其中的概念、定義、特征和要素等進行分析發(fā)現(xiàn)：學(xué)者們對計算思維定義的描述中所使用的詞匯頻率從高到低為：問題解決（Problem Solving，25%）、抽象（Abstraction，12%）、過程（Process，11%）、計算機（Computer，10%）、算法（Algorithm，7%）、數(shù)據(jù)（Data，7%）、科學(xué)（Science，6%）、有效（Effective，5%）、概念（Concepts，5%）、能力（Ability，5%）、分析（Analysing，4%）和工具（Tools，3%）；對計算思維特征的描述中最常使用的詞匯為抽象（Abstraction，22%）、算法思維（Algorithm Thinking，15%）、問題解決（Problem Solving，14%）。這個結(jié)論與Ioannidou等人（2011）的研究發(fā)現(xiàn)一致：在計算機科學(xué)研究中，計算思維最常見的特征是抽象、算法思維和問題解決。

綜上所述，目前關(guān)于計算思維的定義雖然并沒有形成較為統(tǒng)一的定義，但在進行計算思維的闡釋時，很多學(xué)者都描述了計算思維的主要構(gòu)成元素。學(xué)者們對要素的意見都較為一致，綜合來看，主要包括抽象、概況、分解、算法、調(diào)試等（Angeli et al.，2016）。同時，關(guān)于計算思維的內(nèi)涵，大部分學(xué)者較為認(rèn)可周以真教授的觀點，即“概念化，不是程序化；根本的，不是刻板的技能；是人的，不是計算機的思維方式；數(shù)學(xué)和工程思維的互補與融合；是思想，不是人造物；面向所有的人，所有地方” （Wing，2006）。

二、計算思維的教育價值

根據(jù)CSTA 2013年的一份研究報告，美國信息與計算機行業(yè)面臨著人才短缺的局面；2020年，將有920萬與STEM有關(guān)的工作，其中一半需要掌握計算機科學(xué)知識和技能。計算機人才的培養(yǎng)與國家的經(jīng)濟命運息息相關(guān)。當(dāng)下中國的信息技術(shù)教育著重在教會學(xué)生如何利用現(xiàn)有軟件與工具，完成日常生活中的信息瀏覽、加工與表達(dá)，對學(xué)生創(chuàng)造能力和實際解決問題能力培養(yǎng)的關(guān)注度不夠。

開展計算思維教育有助于提高學(xué)生信息技術(shù)知識與技能，培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科、綜合應(yīng)用學(xué)科知識解決問題的能力，提高學(xué)生的內(nèi)驅(qū)力和創(chuàng)新力。美國麻省理工學(xué)院的Hal Abelson教授在CTE2017會議上指出，教育者越來越強調(diào)計算思維對年輕人的重要性。計算思維包括的不僅僅是技能知識，對計算思維的支持也使賦予數(shù)字化世界生命的計算理念得到尊重，對計算理念的認(rèn)同也使得計算活動成為可能，年輕人也可以由此通過計算思維來改善他們的生活、家庭與社會。作為教育者，我們有責(zé)任讓學(xué)生意識到這些可能，并去幫助他們成為不斷變化的信息時代的合格公民（Abelson，2017）。香港溢達(dá)集團董事長楊敏德女士也在CTE2017會議上從整個社會和企業(yè)的發(fā)展、創(chuàng)新與創(chuàng)造力的角度談到計算思維教育。她認(rèn)為創(chuàng)新與創(chuàng)造是驅(qū)動各地區(qū)向知識型社會轉(zhuǎn)型的重要理念與策略，也是當(dāng)前社會和企業(yè)發(fā)展的核心要素。如何將每個人尤其是年輕一代培養(yǎng)成為更具創(chuàng)造力與創(chuàng)新能力的人是這個社會的重大責(zé)任和關(guān)鍵問題。楊女士認(rèn)為計算思維不僅僅是一種技術(shù)型的技能，更是一種分解與整合不同思想、針對某問題形成實際解決方案的基本能力（Yang，2017）。

三、計算思維教育政策及投入

加強以計算思維為核心的計算機科學(xué)教育，提升全民的數(shù)字素養(yǎng)，面向未來提升國家在信息技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域的實力，已經(jīng)成為世界主要發(fā)達(dá)國家的共識。美國、英國、新西蘭、新加坡、澳大利亞等國家和地區(qū)對計算思維培養(yǎng)十分重視，不僅在人才培養(yǎng)計劃和課程體系中納入了計算思維，同時也從國家層面啟動了多種計算機科學(xué)教育研究項目，并加大資金投入支持計算思維教育的實踐和研究。

2016年1月，美國推出“為了全體的計算機科學(xué)”（Computer Science for All，簡稱CS for All）計劃，預(yù)計投入40億美元和1億美元分別資助各州以及學(xué)區(qū)推進K-12計算機科學(xué)教育①。同年，美國自然科學(xué)基金委（National Science Foundation，NSF）與國家與社區(qū)服務(wù)公司（Corporation for National and Community Service，CNCS）宣布為計算機科學(xué)教育研究提供可用資金1.35億美元。2016年11月，最新版的美國《K-12計算機科學(xué)框架》發(fā)布，提出新時期美國K-12計算機科學(xué)教育的發(fā)展愿景及實現(xiàn)路徑，明確了計算系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)和分析、算法和編程、計算的影響等五大核心概念，提出了創(chuàng)建全納的計算文化、通過計算開展合作、識別和定義計算問題、發(fā)展和使用抽象思考、創(chuàng)造計算產(chǎn)品、測試和改善計算產(chǎn)品、計算的溝通等七大核心實踐，以及計算機科學(xué)和學(xué)前教育重要理念的整合途徑（盧蓓蓉等，2017）。2018年，NSF將以支持CS for All為依據(jù)，單獨為計算機科學(xué)教育設(shè)置支出項目，每年投入2000萬美元（NSF， 2018）。

英國政府2013年11月發(fā)布了國家計算課程的目標(biāo)框架，以計算思維的核心概念和主要內(nèi)容為基礎(chǔ)，提出課程培養(yǎng)的四段目標(biāo)；在基礎(chǔ)教育階段，發(fā)展學(xué)生的分析問題、解決問題、設(shè)計和計算思維技能，并使其能應(yīng)用這些技能（U.K.，2013）。同年，英國對計算機協(xié)會（BCS）投資1100萬英鎊，幫助其發(fā)展一項提高小學(xué)教師計算機能力的項目，以確保小學(xué)計算機教師的授課能力。2016年12月，在歐洲委員會和布魯塞爾Digital Europe推出的數(shù)字技能和工作聯(lián)盟的推動下，Oracle公司提出將在三年內(nèi)投入14億美元，用于支持歐洲的計算機科學(xué)教育②。

新西蘭當(dāng)前的“技術(shù)背景知識和技能”（Technological Context Knowledge and Skills）計劃中強調(diào)了包括“編程與計算機科學(xué)”在內(nèi)的五項數(shù)字技術(shù)核心培養(yǎng)內(nèi)容，這一計劃從2011年開始在中學(xué)課程中實施（Ministry of Education of Newzealand，2009）。

新加坡政府推動“Code@SG運動”發(fā)展全民計算思維，實現(xiàn)計算思維的常態(tài)化。新加坡與其他國家不同之處在于，計算課程非必修，主要面向有編程興趣的、適齡的學(xué)生（Singapore Government，2014）。

澳大利亞于2012年推出“中小學(xué)技術(shù)學(xué)科課程框架”（The Shape of the Australian Curriculum： Technologies），將“數(shù)字素養(yǎng)”納入學(xué)生基本能力要求。框架指出數(shù)字技術(shù)課程的核心內(nèi)容是應(yīng)用數(shù)字系統(tǒng)、信息和計算思維創(chuàng)造滿足特定需求的解決方案（ACARA，2012）。

我國香港地區(qū)，由香港賽馬會慈善信托基金設(shè)立，香港教育大學(xué)、美國麻省理工學(xué)院及香港城市大學(xué)合作進行為期4年的CoolThink@JC計劃，開展計算思維教育相關(guān)的研究和實踐③。該計劃預(yù)期在香港培訓(xùn)100名小學(xué)教師，為32所學(xué)校的16500名小學(xué)生提供計算思維教育，啟發(fā)學(xué)生在日常生活中的數(shù)字創(chuàng)意，幫助學(xué)生超越單純的計算機技術(shù)使用，轉(zhuǎn)變?yōu)槔眉夹g(shù)來解決問題、進行創(chuàng)造和創(chuàng)新。

總的來說，在計算思維教育的政策支持方面，美國、英國和亞洲地區(qū)具有相對明顯的差異。美國及歐洲各國的研究，受到國家政策支持、項目支撐較多。中國、新加坡等亞洲國家和地區(qū)雖然在政策中略有提及，但是具體的政策支持和項目立項較少。美國政府及相關(guān)機構(gòu)對于計算思維研究的支持力度最大，政策關(guān)注度和資金投入度都高，研究方向最廣，研究成果也相對豐富。

四、計算思維教育的研究與實踐

雖然計算思維的研究始于1980年，但從2006年起，計算思維在教育中的應(yīng)用研究才逐漸增多，其研究領(lǐng)域從計算機學(xué)科到人文學(xué)科，從基礎(chǔ)教育到高等教育，從個人實踐到政府政策，從單個學(xué)校到整個地區(qū)或國家。

1.計算思維教育等同于編程教育嗎

作為一個全新的專業(yè)術(shù)語，計算思維教育的實施引發(fā)了學(xué)界爭論。雖然程序設(shè)計是發(fā)展學(xué)生計算思維的一種重要載體，但計算思維教育不僅僅是編程教育，其關(guān)注的是利用信息技術(shù)解決問題的能力，強調(diào)學(xué)生信息化認(rèn)知方式的發(fā)展，強調(diào)在真實體驗與實踐應(yīng)用中發(fā)展學(xué)生利用信息技術(shù)思考與解決問題的獨特能力。

信息技術(shù)課程是計算思維教育的一種重要方式。通過信息技術(shù)課程，學(xué)生可以了解計算思維運作的屬性與法則，建立計算思維的概念結(jié)構(gòu)等，但是計算思維的培養(yǎng)不僅僅局限于信息科學(xué)課程。2015年，美國總統(tǒng)奧巴馬簽署《STEM教育法令》（擴展版）（U. S.，2015），將計算機科學(xué)納入美國教育的發(fā)展戰(zhàn)略。美國計算機教師協(xié)會（CSTA）定義的中小學(xué)計算機科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)在小學(xué)、初中、高中三個階段均倡導(dǎo)了計算思維與社會、語言藝術(shù)、數(shù)學(xué)與科學(xué)等課程的整合。

美國范德堡大學(xué)的Gautam Biswas教授（2017）認(rèn)為，盡管目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)計算思維與STEM教育之間的協(xié)同效應(yīng)，但對計算思維的領(lǐng)域共性與科學(xué)表示的領(lǐng)域特性之間的互換協(xié)調(diào)與探索，是教育領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)。為了在STEM與計算思維學(xué)習(xí)中縮減這一差距，他們開發(fā)了基于計算機的學(xué)習(xí)環(huán)境——CTSiM，采用計算思維的仿真與建模方法，開展K-12的科學(xué)教育。CTSiM為構(gòu)建具有可執(zhí)行性的計算模型提供了一個基于主體、特定領(lǐng)域的可視化編程界面，同時能讓學(xué)生使用模型進行模擬操作，并與專家模型進行比較。通過對田納西州中部公立學(xué)校六年級學(xué)生的初步研究證明，CTSiM能夠幫助學(xué)生克服困難，同時讓學(xué)生在此環(huán)境中對科學(xué)現(xiàn)象進行學(xué)習(xí)并獨立建模（Basu et al.，2013）。

Swanson等人在NetLogo模型支持的、具備豐富計算環(huán)境的科學(xué)課程中，研究該類課程對于發(fā)展學(xué)生計算思維能力的效果（Swanson et al.，2017）。課程由3名9年級的生物教師講授，133名高中學(xué)生持續(xù)一個學(xué)年參與課程。在課程中對學(xué)生進行前后測，并根據(jù)評價量規(guī)進行編碼和評分，以評價他們在建模和仿真實踐兩個學(xué)習(xí)目標(biāo)上的知識掌握程度和目標(biāo)實現(xiàn)情況。研究結(jié)果表明，這類具有豐富計算環(huán)境的科學(xué)課程能有效地提升學(xué)生的模型識別能力。

Pollack等人基于Equation-Based Model（EBM）開展通過計算機仿真描述物理現(xiàn)象的課堂教學(xué)（Pollack et al.，2017）。研究對課程的期末項目進行了分析，并認(rèn)為該教學(xué)法對于學(xué)生的意義學(xué)習(xí)以及掌握課程中所涉及的計算思維具有一定潛力。

Hutchins等人以在物理課堂中完成一個Scratch項目為任務(wù)，通過前后測來分析40名高中學(xué)生在計算思維學(xué)習(xí)過程中的自信水平（Hutchins et al.，2017）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在計算思維的“抽象、控制流、分解和條件邏輯”這四個維度上男生較女生的自信水平高，但這種自信水平的差異對完成建模任務(wù)并沒有顯著性影響。

可見，在非信息技術(shù)學(xué)科課程中，將培養(yǎng)計算思維作為課程的重要目標(biāo)之一已經(jīng)被越來越多的教師和研究者們所認(rèn)可，他們也紛紛通過實踐來驗證這一目標(biāo)的可行性和意義。顯然，計算思維教育雖然需要信息技術(shù)課程進行專業(yè)支持，但不能限制于信息技術(shù)課程之中，整合學(xué)科、綜合課程同樣是發(fā)展學(xué)生計算思維的重要途徑。

2.從什么階段開始培養(yǎng)計算思維

（1）高等教育階段的計算思維培養(yǎng)

國外高等教育階段的計算思維培養(yǎng)研究主要采用實驗研究和案例研究，大部分引入計算工具，采用游戲化教學(xué)方式，在計算機學(xué)科、STEM教育中進行研究，通過融入計算思維來輔助學(xué)生的知識學(xué)習(xí)和問題解決，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生計算思維的目的。如Kose等人（2013）采用實驗研究的方法，在e-Learning環(huán)境和傳統(tǒng)教師主導(dǎo)的課堂環(huán)境下進行對比教學(xué)實驗，并進行相關(guān)數(shù)據(jù)分析；Hung（2012）在課堂教學(xué)中采用實驗研究的方法，運用圖解、類比等方法進行教學(xué)并與傳統(tǒng)的講解式教學(xué)進行對比；Ismail等人（2010）在教學(xué)中運用思維導(dǎo)圖工具、協(xié)作學(xué)習(xí)等方式來進行教學(xué)實踐，并與傳統(tǒng)的教師主導(dǎo)型課堂進行對比，驗證其對于學(xué)生學(xué)習(xí)效果的促進作用以及對學(xué)生計算思維培養(yǎng)的效果。

我國《九校聯(lián)盟（C9）計算機基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》中將計算思維能力培養(yǎng)作為計算機基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)④。我國高等教育階段對于計算機思維的培養(yǎng)以理論研究為主，實踐研究為輔，且主要在計算科學(xué)學(xué)科課程中進行。理論研究方面主要探討計算思維的培養(yǎng)對于大學(xué)基礎(chǔ)計算機教育的改革有怎樣的價值和意義（王移芝等，2012；戰(zhàn)德臣等，2013；李廉，2013），以及如何在計算思維的理念之下進行大學(xué)計算機課程設(shè)計（姚天昉，2012；任艷霞，2016）。在實踐研究方面，大部分學(xué)者以高等教育計算機課程為研究載體，在課程中融入計算思維，并通過實踐數(shù)據(jù)分析來檢驗教學(xué)效果以及是否實現(xiàn)了培養(yǎng)學(xué)生計算思維的目標(biāo)。例如，計算思維在程序設(shè)計基礎(chǔ)課程中的運用與實踐、計算思維與C語言程序設(shè)計課程的結(jié)合等（陸漢權(quán)等，2012；汪紅兵等，2014）。

總的來說，目前關(guān)于高等教育計算思維培養(yǎng)的研究中，研究者主要關(guān)注三個問題：計算思維的定義、計算思維在計算科學(xué)課程中的應(yīng)用問題以及在除計算科學(xué)課程以外的學(xué)科中運用計算思維的策略等（Israel et al.，2015）。

（2）K-12教育階段的計算思維培養(yǎng)

國外對于K-12階段的計算思維培養(yǎng)十分重視，很多國家都在其人才培養(yǎng)計劃和課程體系中納入了計算思維。在國家政策支持和機構(gòu)研究的基礎(chǔ)上，很多專家學(xué)者對于K-12階段計算思維的培養(yǎng)進行了多維度的探索。2011年，CSTA和ISTE在NSF支持下聯(lián)合出版了“計算思維教師資源”第二版（ISTE & CSTA，2011b）。這份報告不僅規(guī)范了K-12教育中計算思維培養(yǎng)的研究，同時還為廣大教師和學(xué)校進行計算思維教育教學(xué)實踐提供了可信度較高的培養(yǎng)目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)、豐富的支持資源和參考性較強的課程方案。2014年，Linda Mannila等面向K-9教育階段的計算思維進行了一個跨國、跨地區(qū)的政策分析和教師實踐研究，分析了芬蘭、意大利、立陶宛、荷蘭、瑞士以及美國等國家在K-9階段計算思維教育的基本情況，發(fā)現(xiàn)在這些國家中，雖然大部分國家對于計算科學(xué)和編程教育十分重視，但是教育中對于結(jié)果的關(guān)注大于對過程的關(guān)注。對教師的問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大部分教師已經(jīng)嘗試在課堂中融入計算思維教學(xué)，并通過一些編程工具和軟件來支撐教學(xué)，但是在目前的實踐中，教師們對于學(xué)生計算思維的培養(yǎng)主要針對數(shù)據(jù)表示、收集和分析這一初級層次，對于抽象、算法、并行以及建模和仿真這些中、高級計算思維技能的培養(yǎng)較少涉及（Mannila et al.，2014）。

我國在K-12教育階段計算思維培養(yǎng)的研究中，理論研究與實踐研究所占比例較為相近。在理論研究中，一些專家學(xué)者主要探討了在計算思維理念和培養(yǎng)目標(biāo)之下，基礎(chǔ)教育階段信息技術(shù)課程的核心價值和主要任務(wù)以及在中小學(xué)信息技術(shù)教育中引入計算思維、培養(yǎng)學(xué)生計算思維的重要性。任友群等（2016）指出，“中小學(xué)信息技術(shù)課程是信息技術(shù)教育的基本途徑，應(yīng)當(dāng)順應(yīng)時代特征，承擔(dān)起發(fā)展學(xué)生計算思維的重要任務(wù)。”信息技術(shù)基礎(chǔ)教育專家李冬梅認(rèn)為“中小學(xué)信息技術(shù)教育的學(xué)科價值除了讓學(xué)生掌握必要的知識與技能外，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生運用這些知識和技能解決實際問題的能力。而要做到這一點，就一定要讓學(xué)生逐漸熟悉信息技術(shù)學(xué)科的思維方式”（劉向永等，2013）。

在實踐研究方面，我國學(xué)者主要采用將計算思維融入現(xiàn)有課程中的方式，與某種特定的教學(xué)方法或教學(xué)模式結(jié)合，如PBL、合作學(xué)習(xí)、任務(wù)驅(qū)動等，創(chuàng)建計算思維教學(xué)的案例（牟琴等，2011；葛明珠，2014；生詩蕊，2016）。在高中信息技術(shù)課程中，研究者主要采用將計算思維與現(xiàn)存的Flash制作、程序開發(fā)基礎(chǔ)等課程相融合，改變原有的教學(xué)方式，重新設(shè)計教學(xué)活動和教學(xué)過程，以培養(yǎng)學(xué)生的計算思維（楊男才，2013；李靜，2015）；在小學(xué)階段，則較多的采用游戲化教學(xué)的方式，使用可視化編程工具如Scratch、App Inventor等，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生一些簡單的計算思維能力（趙蘭蘭，2013）。

（3）學(xué)前教育階段的計算思維培養(yǎng)

大量的研究表明，只要合理設(shè)計與利用計算機科學(xué)，ICT 將有助于 3～6 歲兒童智力、語言、社會性、創(chuàng)造力等的發(fā)展（張炳林等，2014）。美國計算機教師協(xié)會（CSTA）定義的中小學(xué)計算機科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)中提到在幼兒園階段，主要是通過體驗活動，來激發(fā)、引導(dǎo)與幫助幼兒理解計算作為社會的重要組成部分，鼓勵其學(xué)習(xí)、創(chuàng)新與探究。最新的《K-12計算機科學(xué)框架》中特別關(guān)注學(xué)前教育中的計算機科學(xué)教育，并將此作為一個獨立的章節(jié)。其中指出，計算機科學(xué)不僅僅是一個開發(fā)技術(shù)能力和知識內(nèi)容的工具，它還可以嵌入基于游戲的早期學(xué)習(xí)實踐中（盧蓓蓉等，2017）。近些年出現(xiàn)了很多面向低齡兒童的計算思維教育產(chǎn)品，例如，Wondershare機器人、Google Blockly、Robot Turtles、Scratch Jr、Bee-Bot、Cargo-Bot、Daisy the Dinosaur等。其中，Cargo-Bot就是一款移動App應(yīng)用程序，通過設(shè)置指令指揮機器人移動木箱，內(nèi)容包括迭代、排序算法、分類、模式及執(zhí)行效率等概念。Leidl等人利用谷歌分析工具對趣味編程平臺Scratch Jr（面向5～7歲幼兒的編程工具）一年的用戶學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)和行為進行分析，發(fā)現(xiàn)對幼兒階段的計算思維發(fā)展起到了一定的促進作用（Leidl et al.，2017）。Sullivan等人利用KIBO機器人（一款專門為4～7歲幼兒設(shè)計的產(chǎn)品為工具），讓兒童在游戲中通過組裝和編程控制機器人的方式來學(xué)習(xí)計算思維（Sullivan et al.，2017）。

計算思維是現(xiàn)代社會中每個人應(yīng)該必備的技能，計算思維教育需要針對不同人群采用不同的教育方法，引導(dǎo)其體驗信息技術(shù)的應(yīng)用情境，理解信息社會生活方式，感受現(xiàn)實生活中計算思維的真實存在，逐步培養(yǎng)學(xué)生利用信息技術(shù)思考和解決問題的方式與能力。

3.如何評價計算思維

計算思維的評價對計算思維在實踐中的應(yīng)用效果研究有重要價值，同時也影響著計算思維領(lǐng)域研究的發(fā)展。Schwarz等人采用一系列的方法來評價計算思維，如前后測問卷、反饋性訪談以及學(xué)生課堂交互觀察等（Schwarz et al.，2009）；Repenning等人設(shè)計了基于搬運工游戲的五個問題情境來真實地評價學(xué)生的計算思維能力（Repenning et al.，2010）；Fields等人通過學(xué)生調(diào)試預(yù)先編輯的錯誤程序來檢驗他們的工程和編程技能水平（Fields et al.，2012）；Werner 等人在研究中使用了一個基于Alice平臺的“仙女評價”系統(tǒng)，通過學(xué)生自創(chuàng)的或者程序作品草圖設(shè)計來評價學(xué)生對于抽象、有條件限制的邏輯、算法思維以及其他用來解決問題的計算思維概念的理解和使用（Werner et al.，2012）；Dorling 和 Walker等人開發(fā)了一個“計算發(fā)展路徑”框架，闡述了學(xué)生在學(xué)習(xí)算法、信息技術(shù)等概念時的基本路徑，該框架所涉及的概念與計算思維的核心概念相一致（Dorling et al.，2014）。

綜上所述，常見的計算思維測評方式和工具有以下幾種：

（1）計算思維總結(jié)性評價測試

主要包括基礎(chǔ)編程能力測試（Mühling et al.，2015）和計算思維知識內(nèi)容測評，例如Meerbaum-Salant 等人提出的基于Scratch教學(xué)情境的評價工具（Meerbaum-Salant et al.，2013）；以及那些以計算思維為核心的計算機課程中，用于測試學(xué)生對計算概念理解程度的測評工具。

Román-González等人開發(fā)的計算思維測試（CTt）是一項由28道選擇題組成的可通過電腦或移動終端進行的線上測試（Román-González et al.，2017）。CTt的每題都以“迷宮”或“畫布的形式出現(xiàn)，每次答題時間不超過45分鐘，答案選項都為箭頭圖像或模塊圖像。測試題按照難易程度排序，包括基本方向和序列，循環(huán)-重復(fù)次數(shù)，簡單條件的if語句，復(fù)雜條件的if/else語句、while語句，簡單函數(shù)等。例如圖1中，通過迷宮的形式考查循環(huán)-重復(fù)次數(shù)（嵌套）的問題。

（2）計算思維形成性迭代測試

計算思維形成性迭代測試工具通過在特定的編程環(huán)境中，自動為學(xué)生提供反饋信息的方式來幫助學(xué)生提升計算思維技能。常見的計算思維形成性迭代測試有Scratch環(huán)境下的Dr. Scratch（Moreno-León et al.，2015）和Ninja Code Village（Ota et al.，2016），Grover等人（Grover et al.，2016）為Blockly研發(fā)的工具，以及適用于AgentSheets的計算思維模式CTP圖形（Koh et al.，2010）。

Dr. Scratch（http：//drscratch.org/）是一款免費、公開的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，通過分析Scratch作品中的源代碼來評估學(xué)生對計算思維能力的掌握程度。它能夠幫助教師和學(xué)生自動分析Scratch編程作品，同時給出反饋，幫助學(xué)生提高編程技能，發(fā)展計算思維能力。Dr. Scratch根據(jù)計算思維能力的“抽象與問題分解、邏輯思維、同步、并行、順序控制、用戶交互、數(shù)據(jù)表示”7個維度進行評價，每個維度給出1～3分的分值，細(xì)分“基礎(chǔ)、中等和熟練”三個等級。圖2展示了一項Scratch作品的源代碼，Dr. Scratch判定該作品得分為8分，判分原因為其包含了if-else語句，邏輯思維得2分；玩家使用鼠標(biāo)與精靈交互，用戶交互得2分；作品使用變量，數(shù)據(jù)表示得2分；作品中有兩個精靈，抽象與問題分解得1分；程序由無循環(huán)的序列指令組成，順序控制得1分；并行與同步得0分。

圖2 “捉迷藏”（“catch me if you can”）的源代碼⑤

可見，在此類針對程序進行評價的方式中，對程序復(fù)雜性的評價尤為關(guān)鍵。通過分析程序的復(fù)雜性，能反映出學(xué)生在計算思維中抽象、并行等多方面的理解和應(yīng)用水平。Ruan等人在現(xiàn)有的基于文本編程語言的程序復(fù)雜性評價方法中，選取了Halstead軟件復(fù)雜性度量法及其補充方法，在采用模塊化編程的App Inventor程序中進行應(yīng)用（Ruan et al.，2017）。通過對50名隨機用戶的App程序進行分析發(fā)現(xiàn)，這兩種方法對于App Inventor的程序復(fù)雜性分析都并不十分適用。研究者希望能有更多學(xué)者關(guān)注這一研究方向，開發(fā)出適用于模塊化編程語言的程序復(fù)雜性度量方法。

（3）計算思維技能應(yīng)用測評

此類測試的目的是考查學(xué)生將計算思維技能應(yīng)用于不同問題中的能力。例如Bebras測試（Dagiene et al.，2008），評價學(xué)生將計算思維技能應(yīng)用于現(xiàn)實生活中的問題的能力；CTP-Quiz（Basawapatna et al.，2011），關(guān)注學(xué)生將計算思維技能應(yīng)用在科學(xué)模擬的情景中的能力。

近幾年，計算思維挑戰(zhàn)賽在世界各地紛紛展開，受到很多學(xué)者的關(guān)注，很多國家也積極參與賽事。計算思維挑戰(zhàn)賽主要是通過一系列的情境問題來考察學(xué)生的計算思維水平，不同的題目針對不同的計算機科學(xué)概念以及運用計算思維進行問題解決的能力。Bebras測試⑥是基于Bebras國際計算思維挑戰(zhàn)賽設(shè)計的一系列活動。該賽事2003年誕生于立陶宛，旨在從計算思維的角度出發(fā)推動世界中小學(xué)計算機科學(xué)教育領(lǐng)域的發(fā)展。大賽每年采用一套全新試題，通過現(xiàn)實生活中的問題以及一些熱點問題來反映學(xué)生的計算思維能力。Bebras測試不同于其他軟硬件，任何沒有編程經(jīng)驗的人都可以參加測試?；谶@些特點，Bebras測試可以說是未來計算機領(lǐng)域PISA（國際學(xué)生評估項目）測試的雛形。

（4）計算思維編程效能感測評

江紹祥教授（Kong，2017）將計算思維與心理學(xué)研究相結(jié)合，開發(fā)并驗證了一個面向小學(xué)高年級學(xué)習(xí)者的編程自我效能感量表。該量表適用于模塊化編程環(huán)境，由兩個分量表組成，分別針對學(xué)習(xí)者的兩方面能力：編程知識和編程技能。研究者通過對106名參與編程課程的小學(xué)生進行在線問卷調(diào)查，證明量表的信度良好、有效性高，能夠較好地測試小學(xué)高年級學(xué)生的編程自我效能感。

研究者認(rèn)為單獨使用上述任何一種測評工具，對學(xué)生計算思維能力發(fā)展的理解都會有所偏差。Brennan和Resnick提出，單看學(xué)生編寫的程序，并不能體現(xiàn)他們的計算思維能力。他們強調(diào)多種測評手段并用的必要性，并提出基于計算思維3D框架的三種評價學(xué)生計算思維發(fā)展水平的方法，即作品分析、基于作品的訪談以及基于情境的設(shè)計（Brennan & Resnick，2012）。同時，Grover等人（2014）也指出實現(xiàn)對學(xué)生計算思維的全方位理解，必須系統(tǒng)融合多種補充測評工具（也稱為“系統(tǒng)性測評”）。Román-González等人對三種不同視角和傾向的計算思維評價工具（CTt、Bebras和Dr.Scratch）進行了聚合效度分析，得出三種測試具有部分聚合度，整合三種測試方式能很好地對中學(xué)生的計算思維進行測評（Román-González et al.，2017）。

總的來說，當(dāng)前關(guān)于計算思維教育的評價，主要是通過對程序與學(xué)生學(xué)習(xí)的過程進行分析，方法包括計算思維知識測試、程序分析、自我效能感測試、針對問題解決過程的訪談等。計算思維評價不是單一的考查。如何綜合多種評價工具，進行計算思維系統(tǒng)性評價的研究將是未來該領(lǐng)域的研究重點。

4.計算思維教育需要什么樣的教師

雖然不同國家都強調(diào)計算思維教育，但在K-12教育中實施計算思維教育的重要挑戰(zhàn)之一是教師計算思維能力的短缺，這也是計算思維教育質(zhì)量的關(guān)鍵影響因素。教師對計算思維的理解程度、自身計算思維水平高低，以及針對以計算思維為核心的計算機課程的教學(xué)設(shè)計和教學(xué)實踐能力等，都直接決定了計算思維教育的質(zhì)量、學(xué)生學(xué)習(xí)的效果。有關(guān)研究表明，大量計算機教師的專業(yè)發(fā)展規(guī)劃雖然在計算思維和計算機科學(xué)知識的領(lǐng)域之內(nèi)，但即使教師修讀過計算機課程，其對于編程環(huán)境也是不熟悉的（Yadav et al.，2014）。Saeli等人提出，對于教師的計算思維能力培養(yǎng)和評價，除了有關(guān)計算思維或計算機科學(xué)的相關(guān)主題內(nèi)容外，計算機教育的實施還需要教師具有完備的教學(xué)內(nèi)容知識、他們對編程內(nèi)容的理解以及如何把內(nèi)容傳遞給學(xué)生、促進學(xué)生理解和應(yīng)用等（Saeli et al.，2012）。

黎巴嫩國際教育協(xié)會負(fù)責(zé)人Eliane Metni 15年來融合教師專業(yè)發(fā)展以及基于設(shè)計的研究，在黎巴嫩開展了“Code-Maker”計劃，以創(chuàng)新的教學(xué)方法和低成本的Raspberry Pi（樹莓派）技術(shù)為基礎(chǔ)，邀請教育工作者及其學(xué)生生成知識并構(gòu)建解決方案，以更廣泛地改善教學(xué)服務(wù)（Metni，2017）。

Fields等人對教師的教學(xué)過程進行了研究，分析一個為期30～40小時的高中電動紡織單元的教師課程開展全過程（Fields et al.，2017）。研究通過對研究者記錄的課堂觀察筆記、教學(xué)圖片、教學(xué)過程視頻、課程前后的教師訪談以及教師的日常教學(xué)反思等文本進行分析，從三個關(guān)鍵內(nèi)容，即問題解決策略、迭代以及抽象和具體的計算之間的銜接來分析教師是如何在課堂中引入計算思維的。研究認(rèn)為，教師的學(xué)科教學(xué)知識對于教師幫助學(xué)生將計算思維落地是十分重要的。

香港教育大學(xué)江紹祥等人在CoolThink@JC項目的支持下，和美國MIT的研究團隊共同開展了計算思維教育教師培訓(xùn)計劃（Kong et al.，2017）。該計劃開發(fā)了兩門教師發(fā)展課程：一門是由MIT的研究人員進行設(shè)計和實施的，為期5天，每天6小時，主要講授計算思維的基本知識以及一些基本的計算思維教學(xué)法知識。在課程前后分別設(shè)有3小時的前期課程和2小時的課程匯報，由香港教育大學(xué)的研究人員組織和講授。第二門課程在第一門課程的基礎(chǔ)上，主要關(guān)注教學(xué)法的講授和討論。第二門課程持續(xù)13周，每周一次課程，參加課程的教師一邊開展計算思維教學(xué)，一邊參與該課程，課程上通過反思和討論來完善教學(xué)，最終形成完整的課程單元講授方案。在該課程中，教師們分析自己的授課視頻、對學(xué)生的作品進行分析和評價，并探討如何利用這些來評價學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。課后評估數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，教師在參與第一門課程之后對于計算思維的內(nèi)容知識有所提升，但是有些教師對于講授計算思維仍沒有較高的信心，編程活動和計算思維概念及實踐的對應(yīng)性需要加強。

五、計算思維教育面臨的問題與挑戰(zhàn)

國際上關(guān)于計算思維的研究受到了越來越多的關(guān)注，并在相關(guān)領(lǐng)域不斷發(fā)展。我國目前關(guān)于計算思維的研究仍處于初級階段，雖然已經(jīng)得到了各領(lǐng)域?qū)W者的關(guān)注，但是研究內(nèi)容和方向較國外而言還比較有限，且研究類型和模式創(chuàng)新性比較薄弱，研究深度和研究價值有待進一步加強。

1.缺乏培養(yǎng)體系與教育標(biāo)準(zhǔn)

高新技術(shù)創(chuàng)新能力已經(jīng)成為衡量一個國家核心競爭力的重要指標(biāo)。世界主要發(fā)達(dá)國家在近些年的課程變革中，大都是站在國家和人才發(fā)展的高度，服務(wù)于社會和經(jīng)濟發(fā)展的需要，尤其是滿足信息行業(yè)和創(chuàng)新型產(chǎn)業(yè)對計算機人才的迫切需求，致力打造出世界高質(zhì)量的教育，以在激烈的全球競爭中取勝。政策上，美國、英國、澳大利亞、新西蘭等通過頒布基礎(chǔ)教育國家課程標(biāo)準(zhǔn)，將計算思維納入標(biāo)準(zhǔn)中，投入大量資金推動計算思維教育（或者是計算機科學(xué)教育）。我國新一輪的高中課程標(biāo)準(zhǔn)中，也已經(jīng)明確地將計算思維作為信息技術(shù)學(xué)科的核心素養(yǎng)之一。近日，國務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，提出逐步開展全民智能教育項目，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能（AI）相關(guān)課程、逐步推廣編程教育。

從國際上認(rèn)可度較高的中小學(xué)計算思維教育框架中發(fā)現(xiàn)，中小學(xué)教學(xué)中的計算思維主要有以下特點：（1）基礎(chǔ)性。中小學(xué)階段的計算思維內(nèi)涵較為簡單，包含的主要是一些基礎(chǔ)性內(nèi)容，符合中小學(xué)的學(xué)習(xí)情況和認(rèn)知特點。（2）階段性。由于中小學(xué)不同階段的學(xué)生具有不同的特點，因此現(xiàn)有框架大都根據(jù)不同年級的特點階段性地對計算思維的內(nèi)涵進行界定，并設(shè)計了階段性的教學(xué)目標(biāo)。（3）知識指向性。中小學(xué)階段的計算思維內(nèi)涵與廣義的計算思維內(nèi)涵不同。由于要面向教學(xué)實踐，所以大多數(shù)界定都具有一定的知識指向性，此有利于計算思維教育的落地。因此對于政策制定者和研究者而言，根據(jù)計算思維的核心內(nèi)容，結(jié)合我國實際國情和學(xué)生能力水平，制定不同學(xué)段的計算思維培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)框架和知識體系，為教育實踐提供完整的指導(dǎo)方案和操作內(nèi)容，是當(dāng)下首先要解決的問題。

2.缺乏計算思維培養(yǎng)的創(chuàng)新教學(xué)模式

相對國外大量的教育實踐研究來說，國內(nèi)目前對計算思維教育的研究以理論探索為主，專家學(xué)者主要探討在計算思維理念和培養(yǎng)目標(biāo)之下，基礎(chǔ)教育階段信息技術(shù)課程的核心價值、主要任務(wù)以及在中小學(xué)信息技術(shù)教育中引入計算思維、培養(yǎng)學(xué)生計算思維的重要性。

在實踐檢驗中，現(xiàn)有研究主要以高等教育為主，大部分面向高等教育中的程序設(shè)計課程，少部分研究針對基礎(chǔ)教育階段的信息技術(shù)課程，且學(xué)者主要采用將計算思維融入現(xiàn)有課程中，與原有特定的教學(xué)方法或教學(xué)模式結(jié)合，缺乏計算思維教育的實證研究檢驗，計算思維培養(yǎng)的效果不明顯。借鑒國外的大量實證研究，在計算思維培養(yǎng)的標(biāo)準(zhǔn)框架指導(dǎo)下，由理論研究轉(zhuǎn)向教學(xué)實踐研究，探索計算思維的教學(xué)模式和教學(xué)效果，采用準(zhǔn)實驗研究、行動研究以及觀察、訪談、個案分析、作品分析等研究方法，開展計算思維教育實踐活動、策略及評價的研究，是研究者們面臨的重要挑戰(zhàn)。

3.教師信息技術(shù)專業(yè)素養(yǎng)不夠

培養(yǎng)計算思維，教師的能力和素養(yǎng)起著關(guān)鍵性的作用。目前，我國高中100%開設(shè)了信息技術(shù)課程，且信息技術(shù)課的實施環(huán)境得以持續(xù)改善，高中信息技術(shù)課教師的規(guī)模和專業(yè)知識技能都有了大幅提升。但是隨著計算思維的納入和國務(wù)院《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》對中小學(xué)開設(shè)人工智能課的要求，如何進一步提高教師的專業(yè)素養(yǎng)也是當(dāng)前迫切需要解決的問題。因此，當(dāng)下應(yīng)完善教師培訓(xùn)制度，開發(fā)計算思維培訓(xùn)課程，通過在線課程的方式，根據(jù)不同地區(qū)差異，開發(fā)符合計算思維教育課程目標(biāo)與評價指南的教學(xué)單元，擴大教師培訓(xùn)的范圍；通過面授的方式進行深度教學(xué)，探討計算思維培養(yǎng)過程中的問題，幫助教師更好掌握如何開展計算思維培養(yǎng)的教學(xué)實踐。

4.缺乏對計算思維教育研究的支持

世界大部分發(fā)達(dá)國家在政策支持下，開展了計算思維教育的各類研究計劃和項目，并投入了大量的資金來支持以計算思維為核心的計算機科學(xué)教育及研究。為了推進我國計算思維研究以及不同教育階段計算思維的培養(yǎng)，不同研究機構(gòu)、教育機構(gòu)和部門需提升對計算思維研究的重視，并在政策和經(jīng)費上提供幫助和支持，以促進領(lǐng)域研究的發(fā)展和進步。當(dāng)前我國計算思維的研究大部分以個人項目為主，缺少國家機構(gòu)的立項支持。從國際上發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗和發(fā)展趨勢來看，國家相關(guān)部門可以從多維度、多層次、多主題出發(fā)，設(shè)立基于多種命題方式的有關(guān)計算機科學(xué)教育的研究基金和項目，支持開展相關(guān)實證研究，構(gòu)建以計算思維為核心的計算機科學(xué)基礎(chǔ)教育研究支持體系，探索可能的路徑，促進計算機科學(xué)教育的發(fā)展，落實以信息化帶動現(xiàn)代化的強國戰(zhàn)略。

六、計算思維教育的未來發(fā)展

1.創(chuàng)新學(xué)習(xí)方式，跨學(xué)科綜合培養(yǎng)計算思維

計算思維是利用計算科學(xué)的基本概念和方法，結(jié)合工程思維、數(shù)學(xué)思維等多種思維方式和特點，進行問題求解、系統(tǒng)建構(gòu)和人類行為理解的思維過程。關(guān)注于問題解決方案的形成過程，培養(yǎng)學(xué)生像計算機科學(xué)家那樣去思考問題，是計算思維培養(yǎng)的宗旨。計算思維的培養(yǎng)不等同于程序設(shè)計或編程教學(xué)。研究者可以根據(jù)計算思維培養(yǎng)的目標(biāo)和核心內(nèi)容，借鑒國際上的經(jīng)驗，面向高等教育、基礎(chǔ)教育的不同階段，構(gòu)建面向計算思維、設(shè)計思維、工程思維的創(chuàng)新課程。例如依托不同的學(xué)科，如信息技術(shù)類、STEM、文科類等學(xué)科課程，在課堂教育、獨立興趣小組、綜合實踐、創(chuàng)客活動等不同教學(xué)情境下，建設(shè)計算思維培養(yǎng)的數(shù)字化創(chuàng)新學(xué)習(xí)方式。通過基于項目的學(xué)習(xí)方式，引導(dǎo)學(xué)生參與真實問題情境的項目實踐，體驗從分析問題、程序創(chuàng)造到形成解決方案的完整流程，推進學(xué)生整體思維能力和問題解決能力的提升。

2.綜合多種評價工具，進行系統(tǒng)性評價研究

設(shè)計與課程內(nèi)容相適應(yīng)、可操作的能力評估方法和工具是實現(xiàn)課程目標(biāo)的重要保障。當(dāng)前我國計算思維還沒有完整的評價體系，也鮮有研究對計算思維進行評價，具體的培養(yǎng)效果不能很好地用量化方法來測量。教師在教學(xué)實踐過程中如何對計算思維進行評價，是計算思維教育未來研究的一大趨勢。

計算思維的培養(yǎng)是一個思維方式和問題解決方法內(nèi)化的過程。研究者可借鑒國際上計算思維測評的方式，從理論掌握和項目實踐兩方面構(gòu)建評價體系，綜合評估學(xué)生的思維水平。開發(fā)并利用多種評價工具，通過計算思維知識測試、計算思維挑戰(zhàn)賽（Bebras）、程序分析、自我效能感測試、針對問題解決過程的訪談等方式進行計算思維系統(tǒng)性評價，不僅考查學(xué)生對計算思維相關(guān)概念、知識和方法的理解程度，更強調(diào)學(xué)生參與項目實踐，通過設(shè)計、開發(fā)應(yīng)用軟件，分析數(shù)據(jù)，抽象真實問題，建立計算模型等，完成在真實情境中運用計算思維解決問題的過程，從多個方面和維度對學(xué)生進行系統(tǒng)性的評價。

3.利用平臺和工具，實施全民智能教育

在計算思維的培養(yǎng)過程中，教師通過合理的工具選擇和活動設(shè)計，能更好地支撐教學(xué)，實現(xiàn)計算思維培養(yǎng)的目標(biāo)。目前，國際上研究者通過一些工具和平臺開展計算思維教育，例如可視化編程工具、程序開發(fā)工具、圖像及繪圖工具等。在不同情境使用的開源軟硬件上，各種資源與產(chǎn)品也日漸豐富，甚至有些是專門為學(xué)校信息技術(shù)課程教學(xué)而開發(fā)，如硬件方面的樹莓派、 Swift Board 等，軟件方面的 Scratch、Python 等適合學(xué)生易學(xué)易用的編程工具和語言。這些平臺和工具使學(xué)生不必關(guān)注各種技術(shù)細(xì)節(jié)，而是集中精力進行問題解決方案的分析、設(shè)計與邏輯驗證，為實現(xiàn)計算思維的培養(yǎng)奠定了良好基礎(chǔ)。與此同時，《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》提出，實施全民智能教育項目，在中小學(xué)設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育，鼓勵社會力量參與寓教于樂的編程教學(xué)軟件、游戲的開發(fā)和推廣，實現(xiàn)全民計算思維的培養(yǎng)和全民智能教育。

七、結(jié)束語

計算思維已受到越來越多的關(guān)注，其涉及的領(lǐng)域也將越來越廣。在研究方面，計算思維教育仍是計算思維研究的核心內(nèi)容。世界各國對于計算思維研究的關(guān)注度正逐漸上升，在教育領(lǐng)域?qū)τ趯W(xué)生計算思維的培養(yǎng)仍是研究的主要內(nèi)容。從我國的基本情況來看，對于計算思維理論的探討將逐漸達(dá)成一致，國家教育部門、教育機構(gòu)的學(xué)者和專家正逐漸提升對計算思維教育的關(guān)注度和認(rèn)可度。雖然計算思維教育的實施還存在諸多困難和挑戰(zhàn)，但隨著國家信息化戰(zhàn)略發(fā)展的需要，計算思維已經(jīng)成為中小學(xué)計算機科學(xué)教育的核心目標(biāo)和內(nèi)容。對于研究者來說，可以在借鑒國外計算思維培養(yǎng)實踐中形成的理論、模式和經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國教師和學(xué)生的條件等因素，進一步研究并構(gòu)建符合我國教育實踐需求的計算思維培養(yǎng)體系、評價方法和教師專業(yè)發(fā)展策略，通過創(chuàng)新學(xué)習(xí)方式、綜合利用多種平臺和工具，為計算思維培養(yǎng)提供有針對性的指導(dǎo)。

注釋：

① 詳見：https：//obamawhitehouse.archives.gov/blog/2016/01/30/computer-science-all。

② 詳見：http：//www.digitaleurope.org/。

③ 詳見：https：//www.coolthink.hk/。

④ 發(fā)表于《中國大學(xué)教學(xué)》2010年第9期。

⑤ 詳見：https：//scratch.mit.edu/projects/142454426/。

⑥ 詳見：https：//www.bebras.org/。

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收稿日期 2017-11-27 責(zé)任編輯 汪燕