譚翔緯 黃耿生

【摘要】 ? ?隨著我國(guó)高校對(duì)學(xué)生計(jì)算思維能力培養(yǎng)的日益重視，如何有效地評(píng)價(jià)高校學(xué)生計(jì)算思維發(fā)展?fàn)顩r，逐漸成為高等教育教學(xué)研究的熱點(diǎn)。針對(duì)高校教師在教學(xué)實(shí)踐中缺乏評(píng)估學(xué)生計(jì)算思維發(fā)展?fàn)顩r的測(cè)量工具這一棘手問(wèn)題，本文提出了由7個(gè)維度的計(jì)算思維評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并通過(guò)兩輪在線問(wèn)卷調(diào)查采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，構(gòu)建了具有較好信效度的計(jì)算思維評(píng)測(cè)量表。綜合研究結(jié)果表明，本文提出的研究結(jié)論可以為高校軟件工程專業(yè)計(jì)算思維能力培養(yǎng)的教學(xué)實(shí)踐，提供有效的測(cè)量工具支持。

【關(guān)鍵詞】 ? ?軟件工程 ? ?計(jì)算思維 ? ?評(píng)價(jià)體系 ? ?構(gòu)建

引言：

隨著我國(guó)科教興國(guó)、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展的國(guó)家戰(zhàn)略不斷深入實(shí)施，以人工智能、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等為代表的高新信息技術(shù)行業(yè)需要大量具備良好計(jì)算思維能力的高素質(zhì)人才，因此加強(qiáng)高校學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)成為了高校教育的重要內(nèi)容。本文對(duì)計(jì)算思維培養(yǎng)的相關(guān)理論梳理并總結(jié)，通過(guò)對(duì)調(diào)查問(wèn)卷、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行量化分析，得出符合高校軟件工程專業(yè)學(xué)生計(jì)算思維能力構(gòu)成的關(guān)鍵指標(biāo)，并形成相關(guān)的評(píng)價(jià)體系，為驗(yàn)證各種教學(xué)模式對(duì)計(jì)算思維能力的培養(yǎng)有效性提供理論支持。

一、計(jì)算思維能力的內(nèi)涵

卡內(nèi)基-梅隆大學(xué)的周以真教授2006年在《Computational Thinking》文中提出，計(jì)算思維是一系列思考活動(dòng)，能夠使用基本的計(jì)算機(jī)概念系統(tǒng)解決問(wèn)題與理解人類的行為[1]。這一說(shuō)法認(rèn)為計(jì)算思維能力是問(wèn)題形成及尋求問(wèn)題有效解決方案時(shí)的必備思維能力之一，屬于對(duì)計(jì)算思維能力的廣義定義范疇[2];狹義上的計(jì)算思維能力定義是指在不同學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)通過(guò)計(jì)算機(jī)編程、專業(yè)算法和數(shù)據(jù)分析來(lái)解決問(wèn)題的能力，突出強(qiáng)調(diào)計(jì)算思維能力與具體學(xué)科之間的關(guān)系 [3]。無(wú)論是廣義還是狹義，計(jì)算思維的本質(zhì)都是問(wèn)題的抽象與尋求問(wèn)題最優(yōu)化解決方案的思維過(guò)程，區(qū)別只是在實(shí)踐中是以去計(jì)算機(jī)化為側(cè)重點(diǎn)，還是依托計(jì)算機(jī)工具為側(cè)重點(diǎn)。

二、計(jì)算思維能力關(guān)鍵指標(biāo)設(shè)計(jì)

2017年土耳其學(xué)者Korkmaz等人編制了可以量度大學(xué)生計(jì)算思維能力的量表CTs，該量表從創(chuàng)造能力、批判思維能力、問(wèn)題解決能力、算法思維能力、協(xié)作能力等五個(gè)維度來(lái)量度高校學(xué)生的計(jì)算思維水平 [4]。但CTs量表中的部分題項(xiàng)與我國(guó)高校教育背景不符，且計(jì)算機(jī)思維能力在高校不同專業(yè)、不同年級(jí)階段會(huì)具有獨(dú)特的表現(xiàn)，故本研究采納了CSTA（美國(guó)技術(shù)科學(xué)教師協(xié)會(huì)）和ISTE（美國(guó)國(guó)際教育技術(shù)協(xié)會(huì)）共同發(fā)布的《CSTA計(jì)算機(jī)思維教師資源手冊(cè)》中的部分觀點(diǎn)[5]，對(duì)CTs的五個(gè)維度進(jìn)行分解，確定更具體的7個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，如圖1所示。

三、高校軟件工程專業(yè)計(jì)算思維量表編制

為了明確定義高校軟件工程專業(yè)學(xué)生的計(jì)算思維能力，本研究將量表編制工作分為三個(gè)階段實(shí)施：

首先為問(wèn)卷設(shè)計(jì)階段，主要工作內(nèi)容為確定問(wèn)卷維度與題項(xiàng);

接著為預(yù)調(diào)研階段，通過(guò)發(fā)放與回收在線問(wèn)卷，進(jìn)行信度與效度分析，刪除不符合標(biāo)準(zhǔn)的題項(xiàng);

最后為正式調(diào)研階段，發(fā)放正式的在線調(diào)研問(wèn)卷，進(jìn)行反復(fù)的效度檢驗(yàn)，直到題項(xiàng)與維度對(duì)應(yīng)清晰且符合專業(yè)意義，得到具有較好效度的量表。

第一階段筆者依照?qǐng)D1所示的計(jì)算思維結(jié)構(gòu)圖，每個(gè)維度根據(jù)其關(guān)注點(diǎn)設(shè)計(jì)3到4道問(wèn)題。其中在抽象維度主要關(guān)注學(xué)生把事物的本質(zhì)與主要內(nèi)容提取形成可理解的概念的能力;算法維度主要關(guān)注學(xué)生是否具有將某一具體問(wèn)題的解決方案用于解決一系列類似問(wèn)題的能力;分解維度主要關(guān)注學(xué)生將問(wèn)題整體分解為若干部分進(jìn)行研究的能力;態(tài)度維度主要從學(xué)生的求真、開(kāi)放思想、認(rèn)知成熟度、自信心等角度進(jìn)行評(píng)價(jià);協(xié)作維度主要關(guān)注學(xué)生在團(tuán)隊(duì)合作完成任務(wù)時(shí)，所體現(xiàn)的人際交往社交能力;評(píng)估維度主要關(guān)注學(xué)生是否能選擇一個(gè)最恰當(dāng)?shù)姆桨竵?lái)解決問(wèn)題的能力;概括維度主要關(guān)注學(xué)生識(shí)別共性情景，可以根據(jù)不同情景進(jìn)行方案遷移的能力。依據(jù)以上七個(gè)維度，在經(jīng)過(guò)專家論證后，設(shè)計(jì)了包含23題預(yù)測(cè)問(wèn)卷，計(jì)分方式采用李克特五點(diǎn)計(jì)分法，選項(xiàng)分為從不、極少、有時(shí)、經(jīng)常、總是，分別計(jì)分為1-5，預(yù)測(cè)問(wèn)卷的題項(xiàng)如表1所示。

第二階段隨機(jī)挑選了軟件工程專業(yè)大一與大二的兩個(gè)班級(jí)的學(xué)生為研究對(duì)象，采用問(wèn)卷星進(jìn)行在線填答，回收有效問(wèn)卷97份。對(duì)回收的預(yù)測(cè)問(wèn)卷采用臨界比值法進(jìn)行分析，將所有被調(diào)查者的問(wèn)卷得分總和按高低順序排列，得分前27%者劃分為高分組，得分后27%者劃分為低分組，對(duì)高分組和低分組的總分進(jìn)行獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)，分析結(jié)果顯示各題項(xiàng)的相關(guān)系數(shù)在0.452—0.821之間，p<0.001，證明題項(xiàng)具有良好的鑒別力，故全部予以保留。

第三階段采取整群抽樣的方式，挑選修讀《面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)與編程》課程的軟件工程專業(yè)學(xué)生作為樣本實(shí)施正式調(diào)研。共回收有效問(wèn)卷314份，將樣本數(shù)據(jù)隨機(jī)平分為兩半，其中一半157份的樣本數(shù)據(jù)用于探索性因素分析，結(jié)果顯示KMO=0.914，Bartlett球形檢驗(yàn)達(dá)到顯著，采用成分分析法與最大方差法抽取各個(gè)維度的因子，總解釋方差計(jì)算值為62.014%，特征根大于1，說(shuō)明七個(gè)維度對(duì)應(yīng)的因子對(duì)于計(jì)算思維的影響力較大，說(shuō)明由評(píng)估、概括、抽象、算法、分解、態(tài)度、協(xié)作這七個(gè)維度因子構(gòu)成的計(jì)算思維指標(biāo)體系具備較好的結(jié)構(gòu)效度;

另外一半的157份樣本數(shù)據(jù)用于驗(yàn)證性因素分析，統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果表明：卡方自由度比值χ2/df小于5，標(biāo)準(zhǔn)化殘差均方根SRMR小于0.06，比較擬合指數(shù)CFI大于0.9，Tucker-lewis系數(shù)TLI大于0.9，近似誤差均方根RMSEA小于0.08，說(shuō)明量表的結(jié)構(gòu)模型擬合良好，設(shè)計(jì)合理，信度屬于可以接受的范圍。

綜上，本研究在編制預(yù)測(cè)問(wèn)卷的基礎(chǔ)上，通過(guò)兩輪在線問(wèn)卷調(diào)研，結(jié)合探索性因素與驗(yàn)證性因素的分析方法，最終確定了包含七個(gè)維度，適用于高校軟件工程專業(yè)學(xué)生計(jì)算思維能力評(píng)價(jià)體系，形成了包含23個(gè)題項(xiàng)的計(jì)算思維評(píng)價(jià)量表。

四、結(jié)論

本研究從廣義的計(jì)算思維概念出發(fā)，最終確立了包含評(píng)估、概括、抽象、算法、分解、態(tài)度、協(xié)作這七個(gè)維度的計(jì)算思維評(píng)價(jià)體系，并得出了具備較好效度與信度的量表。不過(guò)構(gòu)建準(zhǔn)確的計(jì)算思維評(píng)價(jià)指標(biāo)是復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，評(píng)價(jià)對(duì)象的知識(shí)水平、心理變量對(duì)計(jì)算思維的量度會(huì)產(chǎn)生較大影響，例如大學(xué)高年級(jí)的學(xué)生因其計(jì)算思維水平遠(yuǎn)高于低年級(jí)學(xué)生，導(dǎo)致這些樣本數(shù)據(jù)的測(cè)量結(jié)果的可靠性較高;另外本研究的樣本均來(lái)自工科學(xué)科軟件工程專業(yè)的學(xué)生，會(huì)導(dǎo)致研究成果在其他群體的適用性較差。因此，研究成果今后需要在高校不同專業(yè)與年級(jí)的樣本數(shù)據(jù)分析實(shí)踐中進(jìn)行進(jìn)一步的迭代優(yōu)化，以便為高校學(xué)生計(jì)算思維發(fā)展?fàn)顩r評(píng)估提供更準(zhǔn)確的判斷工具。

參 ?考 ?文 ?獻(xiàn)

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譚翔緯（1982-），男，碩士研究生，副教授，主要研究方向?yàn)榇髷?shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用、數(shù)據(jù)挖掘、web應(yīng)用開(kāi)發(fā)。

黃耿生（1984-）， 男，碩士研究生，講師，主要研究方向?yàn)殡娮由虅?wù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用

基金項(xiàng)目：2019年廣州大學(xué)華軟軟件學(xué)院教學(xué)研究和改革項(xiàng)目-“以學(xué)生計(jì)算思維能力培養(yǎng)為目標(biāo)的軟件工程專業(yè)核心課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐”（項(xiàng)目編號(hào)JYJG201908） 2019年廣東省普通高校青年創(chuàng)新人才類項(xiàng)目--“深度學(xué)習(xí)在應(yīng)屆生就業(yè)服務(wù)的應(yīng)用研究”（項(xiàng)目編號(hào)2019GKQNCX022）