蔡榮華 賀璇 高蓉 吳明霜

摘 ?要 ?采用Citespace，采集CNKI中核心期刊計算思維相關(guān)文獻數(shù)據(jù)，繪制國內(nèi)計算思維知識圖譜，通過文獻計量法和可視化分析法對文獻進行分析，從研究現(xiàn)狀、研究熱點與前沿、研究內(nèi)容三個方面，對國內(nèi)計算思維研究進行分析。同時，給出進一步的研究結(jié)論與思考，以期為國內(nèi)計算思維研究提供參考。

關(guān)鍵詞 ?計算思維；研究熱點；Citespace

中圖分類號：G40-013 ? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2023）05-0012-07

0 ?引言

2006年，美國卡內(nèi)基·梅隆大學周以真教授[1]對計算思維定義進行界定，認為計算思維（Comput-ing Thinking）是通過利用計算機科學的基本概念來解決問題、設(shè)計系統(tǒng)和理解人類行為。她提出應(yīng)該將計算思維這種新能力添加到每個孩子的分析能力中[1]。隨后，計算思維在越來越多研究者、教育工作者還有決策者的推動下，得到國內(nèi)外廣泛關(guān)注，并公認計算思維是21世紀必備技能。國內(nèi)關(guān)于計算思維的研究已有十余年，近幾年國內(nèi)計算思維研究發(fā)展迅速，新時代背景下計算思維研究取得哪些進展。本文結(jié)合可視化分析軟件Citespace5.8.R1版本，對我國2006—2021年的計算思維研究文章進行相關(guān)綜述。

1 ?研究設(shè)計

本研究主要聚焦于我國計算思維研究現(xiàn)狀、研究熱點與前沿、研究內(nèi)容三個方面。借助可視化軟件Citespace，繪制國內(nèi)計算思維的知識圖譜，通過文獻計量法和可視化分析法對檢索篩選后的文章進行分析，從而對國內(nèi)計算思維研究進行詳細梳理和闡述。

1.1 ?數(shù)據(jù)來源

本研究主要是對國內(nèi)計算思維相關(guān)文獻進行梳理，將CNKI學術(shù)期刊全文數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)來源，選擇“高級檢索”，來源為核心期刊，檢索主題為“計算思維”，時間范圍為2006年1月1日至2021年7月31日，共檢索出426篇相關(guān)文獻。通過人工篩選，剔除相關(guān)性不強、年會綜述、無關(guān)鍵詞等無關(guān)文章，最終得到有效文獻375篇。

1.2 ?研究步驟

本研究采用的工具是由美國德雷塞爾大學陳超美教授研發(fā)的文獻分析軟件Citespace5.8.R1版本。在軟件中設(shè)置時間跨度為2006—2021年，時間切片為1年，分別按照Author、keyword等不同節(jié)點類型進行統(tǒng)計分析。本研究主要采用文獻計量法和可視化分析法。文獻計量法用于統(tǒng)計國內(nèi)計算思維發(fā)文時間、年度發(fā)文量及作者發(fā)文量，分析國內(nèi)計算思維研究現(xiàn)狀；可視化分析法用于分析通過軟件生成的作者共現(xiàn)圖譜、關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜、關(guān)鍵詞聚類圖譜及突現(xiàn)詞時序圖譜，總結(jié)國內(nèi)學者合作情況以及計算思維熱點、前沿與研究內(nèi)容。

2 ?研究結(jié)果

2.1 ?計算思維的研究現(xiàn)狀分析

2.1.1 ?研究文獻的發(fā)布年度趨勢分析

研究文獻的發(fā)布時間與發(fā)文量可知研究領(lǐng)域在特定的時間內(nèi)論文的產(chǎn)出數(shù)量，這是衡量該領(lǐng)域研究熱度的重要指標。本文統(tǒng)計了2006—2021年計算思維各年份發(fā)表的文獻量，如圖1所示。國內(nèi)第一篇計算思維文章發(fā)表于2009年，是董榮勝的《計算思維與計算機方法論》。2010—2014年和2017—2019年兩個時間段上升梯度較大。2010年《九校聯(lián)盟（C9）計算機基礎(chǔ)教學發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》發(fā)表，把計算思維能力培養(yǎng)作為計算機基礎(chǔ)教育的核心任務(wù)；2017年教育部制定了《普通高中信息技術(shù)課程標準（2017年版）》，將計算思維納入高中信息技術(shù)學科核心素養(yǎng)。

2.1.2 ?研究文獻的發(fā)文學術(shù)團體分析

作者是領(lǐng)域研究的主體，學科研究的核心作者是推動該研究領(lǐng)域發(fā)展的重要動力，能夠帶動學科的發(fā)展與方向引領(lǐng)，形成重要的學術(shù)團體。軟件所得作者共現(xiàn)圖譜如圖2所示。李鋒是高產(chǎn)作者，發(fā)文9篇。牟琴和譚良在2010年、2011年合作發(fā)文4篇，韓秋楓、李瑛等作者在2014年合作發(fā)文3篇，唐培和、唐新來和徐奕奕形成了三角關(guān)系，在2016年合作發(fā)文2篇，李鋒和任友群在2018年之前合作發(fā)文3篇。以任友群為中心的華東師范大學學術(shù)團體比較明顯。以上作者合作均屬于同機構(gòu)合作，且多為師生或同事關(guān)系，跨校合作很少。

2.2 ?計算思維的研究熱點與前沿分析

摘要是文章內(nèi)容的概括，關(guān)鍵詞作為摘要的提煉，也是文章中心思想的體現(xiàn)。分析文獻關(guān)鍵詞能夠幫助探究國內(nèi)計算思維研究熱點與前沿。下面通過軟件得出的關(guān)鍵詞頻次及中心性表、關(guān)鍵詞突現(xiàn)強度表和突現(xiàn)詞時序圖譜來對計算思維的研究熱點與前沿進行分析。

2.2.1 ?研究熱點分析

關(guān)鍵詞頻次代表研究的頻繁程度，中心性代表它作為連接其他關(guān)鍵詞之間的重要程度。關(guān)鍵詞頻次越高中心性越大，代表它是所研究領(lǐng)域的研究熱點。所得頻次及中心性表如表1所示。

除研究主題計算思維外，高頻關(guān)鍵詞包括人工智能、教學改革、信息技術(shù)、大學計算機基礎(chǔ)。此外，編程教育、核心素養(yǎng)、K-12、STEM、人工智能教育、計算思維評價等是近幾年出現(xiàn)且具有一定頻次中心性。大學計算機基礎(chǔ)教學把“計算思維能力培養(yǎng)”作為核心任務(wù)，如何改革教學現(xiàn)狀及問題成為國內(nèi)計算思維的研究熱點[2]。中小學如何加強學生信息技術(shù)學科核心素養(yǎng)培育也備受關(guān)注。智能時代推動我國人工智能教育發(fā)展的一個重要方面，就是以培養(yǎng)學生計算思維等智能素養(yǎng)來促進人工智能思維培育。此背景下，K-12階段成為計算思維培養(yǎng)的主要抓手[3]，編程教育作為一種培養(yǎng)手段也日益受到重視[4]。而STEM課程擅長以問題導(dǎo)向來解決問題，也是計算思維的重要培養(yǎng)基[5]。培養(yǎng)問題突出的同時，計算思維評價這一教學環(huán)節(jié)也不可忽略。

2.2.2 ?研究前沿分析

突現(xiàn)詞能準確反映某個領(lǐng)域的研究前沿，適合探測某個新興領(lǐng)域的趨勢和突然變化。Citespace生成的關(guān)鍵詞突現(xiàn)強度表如圖3所示。按照突現(xiàn)年份排序，分別是：計算機基礎(chǔ)教學（2010—2014年）、大學計算機（2011—2015年）、大學計算機基礎(chǔ)（2012—2015年）、教學改革（2014—2016年）、核心素養(yǎng)（2017—2018年）、人工智能（2018—2021年）、編程教育（2018—2021年），其中人工智能（7.27）強度遠高于其他突現(xiàn)詞。這些都分別說明了不同時間段的研究前沿，目前國內(nèi)計算思維研究前沿主要體現(xiàn)在人工智能以及編程教育。

根據(jù)突現(xiàn)詞時序圖譜，如圖4所示，可以分析國內(nèi)計算思維研究前沿的演進過程。本研究將國內(nèi)計算思維的發(fā)展脈絡(luò)大致劃分為三個階段。

第一階段是起步期（2010—2014年）。這一階段主要涉及計算機基礎(chǔ)教學、大學計算機、大學計算機基礎(chǔ)，是該階段的研究前沿。2010年發(fā)布的《九校聯(lián)盟（C9）計算機基礎(chǔ)教學發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》把計算思維能力培養(yǎng)作為計算機基礎(chǔ)教學的核心任務(wù)。國內(nèi)學者對計算思維培養(yǎng)方式、大學計算機課程內(nèi)容及學生對計算思維的需求等方面進行探究。

第二階段是發(fā)展初期（2014—2016年）。這一階段主要涉及教學改革、MOOC、翻轉(zhuǎn)課堂。國內(nèi)學者經(jīng)過探索發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有大學計算機課程體系難以著力于計算思維培養(yǎng)，需要根據(jù)計算思維要素來對課程進行改革。并采用慕課、翻轉(zhuǎn)課堂等教學方式在大學計算機課程中培養(yǎng)實踐[6]。

第三階段是發(fā)展期（2016—2021年）。這一階段聚焦于核心素養(yǎng)、人工智能及編程教育。新課改背景下，計算思維成為信息技術(shù)學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的著力點。計算思維是人工智能時代需要關(guān)注的智能素養(yǎng)[7]，利用編程教育可以促進學生對計算思維的領(lǐng)悟[4]。

2.3 ?聚類分析

關(guān)鍵詞共現(xiàn)基礎(chǔ)上進行聚類分析，能夠更好地整理和歸納國內(nèi)計算思維的研究內(nèi)容。聚類效果通過參數(shù)Q值和S值來衡量，Q＞0.3且S＞0.7時，聚類結(jié)果是具有參考價值的[8]。本研究聚類分析所得Q=0.87，S=0.98，共得到18個聚類如圖5所示。并將聚類劃分為以下五大類。

2.3.1 ?面向計算思維能力培養(yǎng)的課程體系——6個聚類

#0信息技術(shù)課程聚類特征詞有信息技術(shù)、核心素養(yǎng)及編程教育。#2信息技術(shù)聚類特征詞有編程教育、課程標準等。這兩個聚類都圍繞著信息技術(shù)課堂中計算思維能力培養(yǎng)。計算思維是信息技術(shù)學科核心素養(yǎng)之一，張進寶[9]提出信息技術(shù)課堂應(yīng)當將促進計算思維和培養(yǎng)編程能力作為課程的核心目標。孫丹[10]認為需要開發(fā)相對規(guī)范的編程教育課程標準。

#3大學計算機聚類特征詞有翻轉(zhuǎn)課堂、SPOC等。#7計算機基礎(chǔ)教學聚類特征詞有分級教學模式、應(yīng)用能力等。這兩個都是圍繞在大學計算機課程中進行計算思維培養(yǎng)的教學改革探究。九校聯(lián)盟提出將計算思維培養(yǎng)作為計算機基礎(chǔ)教學的核心，戰(zhàn)德臣[11]提出在計算機課程中基于MOOC/SPOC等方式促進學生計算思維能力培養(yǎng)。何嘯峰[12]認為應(yīng)該在評價機制、資源建設(shè)、師資培訓(xùn)等方面來進行計算機基礎(chǔ)教學改革。

#8程序設(shè)計聚類特征詞有輕游戲、課程教學等。程序設(shè)計作為中高職和大學中的編程類課程，研究者以計算思維能力培養(yǎng)為切入點來進行程序設(shè)計課程教學改革。牟琴[13]將“輕游戲”教學方式引入程序設(shè)計課程教學中，來探究其對計算思維能力培養(yǎng)的影響。姚天昉[14]在程序設(shè)計課程中融入計算思維，對課程內(nèi)容及實踐環(huán)節(jié)進行改革和實踐。

#13 STEM聚類特征詞有4c人才、科學教育等。STEM課程具有跨學科特性和問題解決導(dǎo)向，是培養(yǎng)學生計算思維的重要載體。陳鵬[15]認為STEM教育是培養(yǎng)4c人才的有效途徑，除了信息技術(shù)課程，也應(yīng)強調(diào)利用STEM培養(yǎng)計算思維。張屹[5]提出在STEM課程中通過基于設(shè)計的學習來促進小學生計算思維培養(yǎng)。

2.3.2 ?驅(qū)動計算思維培養(yǎng)的因素——2個聚類

#1人工智能聚類特征詞有計算學科、APP inventor等。董榮勝[16]認為計算思維培養(yǎng)可以通過計算學科得到更大的提升。郁曉華[17]在信息技術(shù)課堂當中利用APP Inventor進行計算思維培養(yǎng)實踐研究。陳凱泉[18]認為人工智能教育在中小學教育階段的發(fā)展要指向?qū)W生編程能力和計算思維能力培養(yǎng)。

#5教學改革聚類特征詞有計算機基礎(chǔ)課程、《大學計算機基礎(chǔ)》等。王移芝[19]提出了面向計算思維的計算機基礎(chǔ)課程教學改革思路并進行實踐探索。呂潔[2]認為《大學計算機基礎(chǔ)》課程是高校非計算機專業(yè)學生培養(yǎng)計算思維的主要途徑。各類高等院校都在積極探索面向計算思維培養(yǎng)的教學改革，多數(shù)從《大學計算機基礎(chǔ)》及編程課程進行探究。

2.3.3 ?計算思維能力培養(yǎng)對教育領(lǐng)域的價值——6個聚類

#6核心素養(yǎng)、#9信息素養(yǎng)、#11創(chuàng)新思維、#12人才培養(yǎng)、#15科學思維和#16思維能力這幾個聚類都是在教育領(lǐng)域中進行計算思維培養(yǎng)的價值。陳杰華[20]認為計算思維的教育價值體現(xiàn)在問題求解、創(chuàng)新思維和形式化描述三個方面。同時，計算思維作為三大科學思維方式之一，能將各種科學的思維進行整合，訓(xùn)練學生分析和解決問題的思維能力。王羅那[7]認為計算思維不僅是信息技術(shù)學科核心素養(yǎng)，更是整個智能時代的核心素養(yǎng)。

2.3.4 ?計算思維的國際視野——1個聚類

#4 K-12聚類特征詞有國際視野、計算思維核心知識等。邱美玲等學者[21]分析美國的K-12計算機科學框架、教育者標準以及計算機科學課程標準，提出我國信息技術(shù)教育的努力方向。郁曉華等學

者[3]從計算思維培養(yǎng)角度對計算思維概念、培養(yǎng)、測評等核心知識進行探究。

2.3.5 ?培養(yǎng)計算思維能力的指導(dǎo)方法——3個聚類

#10建構(gòu)主義聚類特征詞有拋錨式教學方法、支架式教學方法等。劉瑜[22]在建構(gòu)主義理論的指導(dǎo)下，采用拋錨式教學方法，培養(yǎng)計算思維能力。#19思維框架和#21案例教學也是面向計算思維，李雁翎[23]在數(shù)據(jù)庫教學中提出基于計算思維培養(yǎng)的課程思維框架，田緒紅[24]設(shè)計具有農(nóng)業(yè)專業(yè)特色的教學案例，開展基于案例的計算思維教學思路。

3 ?研究結(jié)論與思考

3.1 ?研究結(jié)論

本文通過對國內(nèi)計算思維研究現(xiàn)狀、研究熱點與前沿、研究內(nèi)容進行分析，得出以下結(jié)論。

從研究現(xiàn)狀來看：首先，國內(nèi)計算思維文獻量呈不斷上升趨勢，2010年研究投向大學計算機基礎(chǔ)教學改革，2017年研究擴向中小學階段的計算思維培養(yǎng)問題。其次，國內(nèi)計算思維學術(shù)團體以高校內(nèi)部或研究機構(gòu)內(nèi)部合作為主，一般是同事或師生關(guān)系，跨高?？珙I(lǐng)域合作較少，并且一些學術(shù)合作團體近幾年發(fā)文量有所下降。未來需要加強跨機構(gòu)合作，鼓勵學者合作聯(lián)系。

從研究熱點與前沿來看：研究熱點方面，國內(nèi)主要圍繞教學改革和人工智能進行探索實踐。教學改革包括基礎(chǔ)教育階段和高等教育階段。高等教育階段圍繞計算機基礎(chǔ)教學進行改革，從大學計算機基礎(chǔ)課程到程序設(shè)計等編程類課程改革；基礎(chǔ)教育階段主要在信息技術(shù)課程中，形式較多采用編程教育進行計算思維培養(yǎng)，內(nèi)容集中在探究不同教育階段的編程方式。其次研究前沿方面，包括人工智能、編程教育和核心素養(yǎng)。

從研究內(nèi)容來看：根據(jù)聚類將國內(nèi)計算思維研究分為五類：1）研究重心放在面向計算思維培養(yǎng)的課程體系中，主要圍繞信息技術(shù)課程和計算機基礎(chǔ)課程進行；2）分析驅(qū)動計算思維培養(yǎng)因素，智能時代人才需求，已有課程結(jié)構(gòu)與模式很難形成計算思維培養(yǎng)環(huán)境，需要進行教學改革；3）就計算思維培養(yǎng)對教育領(lǐng)域價值進行探究，計算思維作為學科和時代核心素養(yǎng)，能幫助培養(yǎng)智能人才所需的信息素養(yǎng)、創(chuàng)新思維和科學思維能力；4）從計算思維培養(yǎng)的國際視野來看，國內(nèi)學者探究國外計算思維培養(yǎng)案例及政策，以期為我國計算思維培養(yǎng)提供借鑒；5）關(guān)于計算思維教學的指導(dǎo)方法，學者們探索在建構(gòu)主義指導(dǎo)下采用拋錨式教學方法等手段來進行計算思維培養(yǎng)。

3.2 ?思考

雖然國內(nèi)計算思維研究發(fā)展十余年且研究熱度不斷高升，但理論和實踐仍處于發(fā)展探索階段。本研究對國內(nèi)計算思維研究現(xiàn)狀、熱點與前沿、研究內(nèi)容進行分析的同時，也進行一些思考。

擴大計算思維教育階段的范圍和教育對象類型。國內(nèi)計算思維研究先在高等教育階段探索，后逐漸步入中高職、中小學階段。計算思維作為人工智能時代素養(yǎng)之一，有必要關(guān)注如何在啟蒙階段融入計算思維。國內(nèi)培養(yǎng)研究對象基本面向大中小學生。雖然學習者課程培養(yǎng)是重點，但也不能忽略教育者的計算思維能力培訓(xùn)。如果教育者都不具備用計算思維來解決問題的能力，那么如何能培養(yǎng)學習者的計算思維能力。未來應(yīng)多關(guān)注教師以及師范生的計算思維素養(yǎng)培訓(xùn)。

拓寬計算思維培養(yǎng)的教學形式及教學內(nèi)容。雖然國內(nèi)重心放在教育形式及教學內(nèi)容改革上，但教育形式主要圍繞編程教育展開，未來需拓寬研究思路，探索利用不同手段培養(yǎng)學生計算思維能力。教育內(nèi)容方面，大學比較集中在大學計算機、程序設(shè)計等計算機相關(guān)課程，中小學主要集中在信息技術(shù)課堂，少數(shù)在數(shù)學、化學等課堂進行教學研究。未來需多關(guān)注跨學科計算思維培養(yǎng)問題，關(guān)注STEM領(lǐng)域中的計算思維培養(yǎng)。探索適合啟蒙階段計算思維的教學形式及內(nèi)容。挖掘人工智能特點，探究現(xiàn)代技術(shù)支持下的計算思維培養(yǎng)形式及內(nèi)容。

挖掘計算思維測評的深度。國內(nèi)計算思維研究主要關(guān)注教育內(nèi)容設(shè)計與活動實施，對計算思維評價研究還不夠重視。未來需探索計算思維能力測試平臺以及評價量表開發(fā)；多進行本土化評價效果研究；擴大評價對象的覆蓋面，不只針對普通大中小學生，還要面向?qū)W前兒童、職前教師及教師進行

探究。

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