郁曉華 王美玲

(華東師范大學(xué) 教育學(xué)部教育信息技術(shù)學(xué)系，上海 200062)

一、引 言

人工智能的新一輪興起推動人類社會各領(lǐng)域向智能化轉(zhuǎn)變。為確保人工智能時(shí)代的競爭地位，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能課程成為提高全民人工智能整體認(rèn)知和應(yīng)用水平的重要保障措施(國務(wù)院，2017)。在這一新的形勢下，計(jì)算思維因能夠幫助學(xué)生理解計(jì)算的世界，有效地使用和創(chuàng)造技術(shù)，不僅被視為人工智能時(shí)代智慧型人才的必備素質(zhì)(鄭旭東，2018)，更被視作讀、寫、算之外的又一項(xiàng)基本素養(yǎng)(Wing，2006)。

盡管目前還沒有公認(rèn)的定義，但計(jì)算思維已深入人心，相關(guān)理論和實(shí)踐不斷涌現(xiàn)。在理論層面，已有研究較好地揭示了計(jì)算思維的內(nèi)容和本質(zhì)(Wing，2006)，細(xì)化計(jì)算思維發(fā)展的過程和環(huán)節(jié)(ISTE & CSTA，2011a)，同時(shí)將計(jì)算思維的概念具體化，從而貼近教學(xué)實(shí)際(Brennan & Resnick，2012；CAS，2015)。伴隨著理論研究的百花齊放，實(shí)踐層面也取得了不少進(jìn)展。首先，計(jì)算思維發(fā)展重心向基礎(chǔ)教育階段轉(zhuǎn)移的號召得到了世界各國的響應(yīng)，英國的計(jì)算(computing)課程(Brown et al.，2014)、美國的計(jì)算科學(xué)課程(K-12 Computer Science，2016)等都直接或間接地在K-12實(shí)施。計(jì)算思維測評方面，柯爾克瑪茲(Korkmaz et al.，2015)、羅曼·岡薩雷斯(Román-González et al.，2017b)等開發(fā)了用于評估學(xué)生計(jì)算思維的工具；沃納(Werner et al.，2012)、奧爾索普(Allsop，2019)嘗試通過測試和評價(jià)證明計(jì)算思維的發(fā)展。但是，計(jì)算思維理論框架中的哪些思維和能力的發(fā)展得到了實(shí)踐的有效驗(yàn)證？哪些尚未開展？未開展的原因是什么？教學(xué)方式以及測評方法的使用與理論間的對應(yīng)關(guān)系如何？存在怎樣的差距？現(xiàn)有實(shí)踐結(jié)論能夠?yàn)樾吕碚撆c實(shí)踐的開展提供怎樣的啟示和引導(dǎo)呢？

測評既是教學(xué)活動的組成環(huán)節(jié)，也是教學(xué)成效驗(yàn)證的重要依據(jù)。測評具有診斷性、針對性、客觀性、嚴(yán)格性和發(fā)展性等特點(diǎn)。測評內(nèi)容可以幫助我們準(zhǔn)確掌握計(jì)算思維培養(yǎng)的內(nèi)容，測評結(jié)果又可客觀地反映培養(yǎng)實(shí)踐的真實(shí)效果，揭示可能的發(fā)展方向。本研究將測評作為切入視角，梳理現(xiàn)有K-12階段計(jì)算思維測評實(shí)踐案例，分析當(dāng)前計(jì)算思維培養(yǎng)理論與實(shí)踐之間的差距。

二、理論層面：K-12計(jì)算思維培養(yǎng)框架

計(jì)算思維培養(yǎng)框架的建構(gòu)首先要明確“教什么”。計(jì)算思維常被概述為解決問題的思維方式，實(shí)際上它包含從思維習(xí)慣到編程概念等一系列要素(Corradini et al.，2017)。因此，梳理歸納、統(tǒng)籌分類這些要素是指導(dǎo)培養(yǎng)活動開展的先決條件；其次，合適的課程載體和教學(xué)活動可確保計(jì)算技能和觀念在課程中的傳遞；最后是計(jì)算思維“如何測”的問題。測評作為教學(xué)活動的最后環(huán)節(jié)，是深入持續(xù)開展培養(yǎng)活動的依據(jù)，也是評判培養(yǎng)成效的證據(jù)。計(jì)算思維實(shí)踐成熟有賴于標(biāo)準(zhǔn)化的測評(Buffum et al.，2015)。

(一)培養(yǎng)內(nèi)容

探索K-12計(jì)算思維培養(yǎng)內(nèi)容實(shí)質(zhì)上是對其概念的深入解讀。早期對計(jì)算思維概念的認(rèn)識主要是抽象理解其普遍特征，現(xiàn)在，我們已能將這一混合概念分解為一系列定義明確且可衡量的技能、概念或?qū)嵺`(Weintrop et al.，2016)。佩珀特(Papert，1972)最早指出計(jì)算是教育創(chuàng)新的基本要素，并提出計(jì)算思維術(shù)語(Papert，1980)。2006年，周以真規(guī)范化地提出計(jì)算思維的基本定義，認(rèn)為計(jì)算思維是指運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和人類行為理解等一系列思維活動(Wing，2006)。但這一定義將計(jì)算思維融入課程以及如何觀察學(xué)生的能力發(fā)展方面顯得籠統(tǒng)而抽象(Deng et al.，2009)，之后更多細(xì)化、可操作的定義相繼被提出。2011年，美國教育技術(shù)協(xié)會與計(jì)算機(jī)科學(xué)教師協(xié)會指出，計(jì)算思維的特征包括：對問題的建構(gòu)能用計(jì)算機(jī)及相關(guān)工具加以解決；能用邏輯的方式組織和分析數(shù)據(jù)；能以抽象(如模型和模擬)的方式表示數(shù)據(jù)；能用算法思維(即一系列有序步驟)自動化解決方案；能識別和分析可行的解決方案，實(shí)現(xiàn)步驟和資源的有效組合；能概括問題解決過程并遷移到其他各類問題解決中。他們還指出計(jì)算思維技能的提升依靠解決復(fù)雜問題的信心，處理棘手問題的恒心，對多種意見的包容心，處理開放式問題的能力及與他人溝通和一起工作以實(shí)現(xiàn)共同目標(biāo)或解決方案的能力(ISTE & CSTA，2011a)。此外，這兩家協(xié)會還聯(lián)合提出計(jì)算思維九大詞匯：數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)表示、問題分解、抽象、算法和程序、自動化、模擬、并行化(ISTE & CSTA，2011b)。2012年，布倫南等(Brennan & Resnick, 2012)提出計(jì)算思維三維框架包括三個(gè)關(guān)鍵部分：計(jì)算概念(順序、循環(huán)、事件、并行、條件、運(yùn)算、數(shù)據(jù))、計(jì)算實(shí)踐(增加與迭代、測試與調(diào)試、再利用與再混合、抽象化與模塊化)和計(jì)算觀念(表達(dá)、連接、質(zhì)疑)。2013年，塞爾比等(Selby & Woollard，2013)提出計(jì)算思維應(yīng)關(guān)注問題的解決過程，包含抽象、分解、算法設(shè)計(jì)、評價(jià)和概念化五個(gè)環(huán)節(jié)。2015年，英國學(xué)校計(jì)算工作小組(Computing at School，簡稱CAS)指出，計(jì)算思維涉及概念層面(抽象、評價(jià)、算法思維、分解、概念化)與操作層面(反應(yīng)、編碼、設(shè)計(jì)、分析、應(yīng)用)，是識別我們周邊世界計(jì)算的過程，也是應(yīng)用計(jì)算工具和技術(shù)理解、推演自然和人工系統(tǒng)的過程(CAS，2015)。谷歌探索計(jì)算思維研究組(Exploring Computational Thinking，簡稱ECT)列出并重新提出了一系列計(jì)算思維概念，指出計(jì)算思維概念是與解決計(jì)算問題相關(guān)的心理過程和有形結(jié)果，包含抽象、算法設(shè)計(jì)、自動化、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)表示、分解、并行化、模式泛化、模式識別和模擬(ECT，2017)。我國普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)指出，具備計(jì)算思維的學(xué)生，在信息活動中可采用計(jì)算機(jī)處理問題的方式界定問題、抽象建模、組織數(shù)據(jù)；通過整合資源并運(yùn)用合理算法構(gòu)建問題解決方案；總結(jié)計(jì)算機(jī)解決問題的過程方法并遷移到相關(guān)問題解決(教育部，2018)。

綜上可見，數(shù)十年來，計(jì)算思維的內(nèi)涵不斷擴(kuò)充完善，除了普遍認(rèn)可的計(jì)算思維是解決問題的思維方式外，所有版本的定義都羅列了構(gòu)成要素。因此，建立對計(jì)算思維的系統(tǒng)化認(rèn)知，需要充分考慮已有研究，提煉出計(jì)算思維的核心與相關(guān)要素，還要梳理這些元素間的邏輯結(jié)構(gòu)，構(gòu)建層級關(guān)系。

(二)教學(xué)方式

計(jì)算思維在K-12階段的培養(yǎng)活動表現(xiàn)為三種形式。一是編程教學(xué)，如美國發(fā)起的編程一小時(shí)活動(Code.Org，2013)，旨在通過編程教學(xué)實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)計(jì)算思維的核心目標(biāo)。K-12學(xué)校大多以計(jì)算科學(xué)/信息技術(shù)課堂為載體開展編程教學(xué)活動。二是將計(jì)算思維嵌入數(shù)學(xué)、科學(xué)、歷史等跨學(xué)科課堂活動，實(shí)現(xiàn)學(xué)科能力和計(jì)算思維的雙重發(fā)展。例如，英國學(xué)校計(jì)算課程工作小組(Brown et al.，2014)、馬來西亞國家教育部(Ismail，2016)等倡導(dǎo)將計(jì)算思維融入更廣泛的學(xué)科，以提高學(xué)生解決問題的能力。三是專門設(shè)立計(jì)算思維學(xué)科，如澳大利亞(Falkner et al.，2014)和我國香港地區(qū)(CoolThink@JC，2016)打造全新課程框架教授計(jì)算思維。計(jì)算思維與編程教學(xué)相輔相成，一方面編程教學(xué)是培養(yǎng)計(jì)算思維的有效手段，另一方面培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維是編程教學(xué)的高階目標(biāo)，幫助他們從技能操作層面轉(zhuǎn)向創(chuàng)新創(chuàng)造層面。計(jì)算思維是一項(xiàng)通用技能，不僅關(guān)于計(jì)算，更是跨越了課程邊界，為理解和改變世界提供了強(qiáng)有力的途徑(Teaching London Computing，2017)。因此，只有在豐富的跨學(xué)科環(huán)境中培養(yǎng)計(jì)算思維，才能打破認(rèn)知和應(yīng)用的壁壘，使其真正為學(xué)生提供思考世界和解決問題的新視角。但在與其他學(xué)科結(jié)合時(shí)，計(jì)算思維的培養(yǎng)目標(biāo)要與課程目標(biāo)協(xié)調(diào)，要結(jié)合學(xué)科特色開展，這往往有難度。將計(jì)算思維列為獨(dú)立學(xué)科，最大的優(yōu)勢是能全面地兼顧計(jì)算思維多方面的培養(yǎng)內(nèi)容，更加靈活。

(三)測評方法

教育工作者需要有適當(dāng)?shù)拇胧?yàn)證學(xué)生所學(xué)知識，如果不注重評估，計(jì)算思維就無法成功進(jìn)入K-12課程(Grover & Pea，2013)?，F(xiàn)階段常用的K-12學(xué)生計(jì)算思維測評方式主要有六種：1)題目測試法，如計(jì)算思維技能轉(zhuǎn)移測試題(Bebras，2004)；2)編程測試法，如程序故障的測試調(diào)試(Zhong et al.，2016)；3)作品分析法，如編程成品自動化分析工具Dr.Scratch(Moreno-León et al.，2015)；4)調(diào)查法，如計(jì)算思維水平量表(Korkmaz et al.，2015)；5)圖文分析法，如流程圖評價(jià)法(Berland & Wilensky，2015)；6)觀察訪談法，如基于項(xiàng)目的訪談法(Brennan & Resnick, 2012)。這些方法各有側(cè)重點(diǎn)，題目測試法和編程測試法傾向于考察基本概念和局部操作；作品分析法和圖文分析法常作為對問題解決與作品開發(fā)整體的綜合考量；調(diào)查法和觀察訪談法是評價(jià)計(jì)算思維非認(rèn)知因素的主要手段。由于計(jì)算思維由多元能力組成，其復(fù)雜的內(nèi)容結(jié)構(gòu)決定了不可能用一種單一的方法評估，因此在實(shí)際操作時(shí)組合多種方法才能提供關(guān)于學(xué)生對計(jì)算概念理解的更多更深入的信息(Allsop，2019)。此外，計(jì)算思維培養(yǎng)強(qiáng)調(diào)關(guān)注學(xué)生經(jīng)歷的思維發(fā)展過程而不僅僅是編程制品的結(jié)果，因此多元評估還需體現(xiàn)在評價(jià)類型的多元化，形成性與總結(jié)性評價(jià)缺一不可。

總體而言，計(jì)算思維這一復(fù)雜概念目前仍然是定義不清的心理結(jié)構(gòu)(Román-González et al.，2017a)，其名詞網(wǎng)絡(luò)尚未完全建立起來。在這種情況下，要建立計(jì)算思維培養(yǎng)的框架，只靠單一版本的定義或做法尚不足以完全支撐起對計(jì)算思維培養(yǎng)的立體化理解。在諸多定義中，計(jì)算思維三維框架(Brennan & Resnick, 2012)基于可視化思維和過程思維，在教育實(shí)踐中有較強(qiáng)的可操作性(Zhong et al.，2016)，而且計(jì)算概念、計(jì)算實(shí)踐和計(jì)算觀念也能很好地對照教學(xué)的三維目標(biāo)(王旭卿，2014)。因此，本研究在計(jì)算思維三維框架的基礎(chǔ)上，界定了計(jì)算概念(編程過程中形成的可遷移至不同情境的技能或知識)、計(jì)算實(shí)踐(在計(jì)算學(xué)習(xí)或編程練習(xí)中形成的解決問題的策略)和計(jì)算觀念(具備以計(jì)算的視角洞察與理解自身和周圍世界的良好品質(zhì))的范疇，然后根據(jù)其他權(quán)威定義的文本，依次補(bǔ)充每個(gè)維度下的二級、三級指標(biāo)；同時(shí)，由于計(jì)算思維作為非獨(dú)立存在的概念，容納了不同思維模型，并且在實(shí)踐測評中常與邏輯、算法、創(chuàng)造性思維等交匯融合(Hu，2011)，因此本研究還添加了計(jì)算思維的第四維度，即與計(jì)算思維相關(guān)的思維模型。最終整合形成的計(jì)算思維四維內(nèi)容體系(見表一)全面考慮了計(jì)算思維的內(nèi)涵與外延以及各要素的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所搭建的計(jì)算思維培養(yǎng)內(nèi)容體系使得K-12培養(yǎng)活動不論從哪些能力組合的角度出發(fā)都能有據(jù)可循。表一還呈現(xiàn)了內(nèi)容指標(biāo)與教學(xué)方式、測評方法間的對照關(guān)系，可有效指導(dǎo)教師針對不同培養(yǎng)目標(biāo)開展教學(xué)與測評實(shí)踐。

表一 K-12計(jì)算思維培養(yǎng)框架

三、實(shí)踐層面：K-12測評實(shí)踐案例分析

(一)案例收集

為了解現(xiàn)階段K-12計(jì)算思維培養(yǎng)實(shí)踐的開展情況，本研究收集了相關(guān)測評實(shí)踐案例。2019年2月，研究人員以“計(jì)算思維”(Computational Thinking)為關(guān)鍵詞在SAGE、ERIC、Springer Link、ACM、Science Direct、IEEE以及中國知網(wǎng)等數(shù)據(jù)庫中檢索相關(guān)文獻(xiàn)，然后結(jié)合文章摘要、關(guān)鍵詞和各層級標(biāo)題剔除綜述與理論類文獻(xiàn)、非K-12階段的文獻(xiàn)以及不包含計(jì)算思維測評環(huán)節(jié)的文獻(xiàn)，再從檢索到文獻(xiàn)的參考文獻(xiàn)中追蹤相關(guān)文獻(xiàn)，最終獲得有效文獻(xiàn)41篇(見表二)。

(二)案例編碼

研究人員依據(jù)K-12計(jì)算思維培養(yǎng)框架(見表一)對檢索到的41篇論文進(jìn)行編碼，重點(diǎn)關(guān)注這些研究的基本信息(開展時(shí)間、國家和實(shí)驗(yàn)對象等)、培養(yǎng)內(nèi)容、教學(xué)方式、測評方法與工具、研究結(jié)論等內(nèi)容。本研究對需要編碼的維度均進(jìn)行兩次編碼，最終編碼一致性達(dá)到100%。綜合來看，一篇文章可能圍繞多個(gè)維度針對多個(gè)階段的學(xué)生展開培養(yǎng)，并采用多種方式進(jìn)行測評，編碼的基本原則是各指標(biāo)出現(xiàn)一次就計(jì)數(shù)一次，因此最終的編碼結(jié)果往往會出現(xiàn)一對多的情況。

表二 案例檢索結(jié)果統(tǒng)計(jì)(截至2019年2月)

(三)案例分析

1. 基本情況

相對于計(jì)算思維理論和教學(xué)方面的研究，K-12計(jì)算思維測評實(shí)踐起步較晚，2010年起有跡可循。近年來隨著對K-12計(jì)算思維培養(yǎng)活動的普遍重視，越來越多的國家開始關(guān)注測評研究，研究數(shù)量呈上升趨勢(見圖1)。從地區(qū)看，美國走在發(fā)展的前列，研究數(shù)量占總數(shù)量的51%，其他國家和地區(qū)尚處于初步探索階段。從學(xué)段看，現(xiàn)有實(shí)踐已經(jīng)覆蓋K-12全學(xué)段，但主要集中在6-8年級(見圖2)。結(jié)合皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展理論，這一階段學(xué)生的抽象邏輯能力逐漸形成。抽象邏輯是計(jì)算思維的重要組成成分，因此在這一階段開展測評，可操作性強(qiáng)，測評效果也更明顯。其他學(xué)段研究的缺乏表明測評的實(shí)踐和研究還存在較多空白。

圖1 K-12計(jì)算思維測評實(shí)踐案例文獻(xiàn)發(fā)表時(shí)間分布注：因?yàn)槲墨I(xiàn)調(diào)研截至2019年2月，故圖1未呈現(xiàn)2019年數(shù)據(jù)。

圖2 K-12計(jì)算思維測評實(shí)踐研究學(xué)段分布

2. 培養(yǎng)內(nèi)容

實(shí)踐案例在計(jì)算概念維度主要集中于對控制的測評，聚焦在循環(huán)和條件兩方面。計(jì)算實(shí)踐維度對抽象建模、測試與調(diào)試的關(guān)注較多。相關(guān)思維維度較關(guān)注對算法思維的測評，這體現(xiàn)了實(shí)踐與理論的契合。計(jì)算思維在計(jì)算科學(xué)領(lǐng)域的最初原型就是算法思維(Denning，2009)，算法思維屬于計(jì)算思維的核心要素之一，備受關(guān)注。整體看來，有關(guān)計(jì)算觀念的測評最為欠缺，一方面在于課程培養(yǎng)中對非認(rèn)知要素關(guān)注不足，另一方面在于可選的測評手段有限，且受實(shí)操可行性限制。實(shí)踐案例還包含理論框架未涉及的培養(yǎng)內(nèi)容CS-4，即計(jì)算思維模式分析(Computational Thinking Pattern Analysis，簡稱CTPA)(Ioannidou et al.，2011)，這是為了評估學(xué)生提交的Agent Sheets游戲作品代碼意義而衍生的項(xiàng)目專用評價(jià)模式。綜合來看，表一中大部分的理論維度都已落實(shí)于實(shí)踐，但只有較少的維度受到廣泛關(guān)注，非認(rèn)知層面的實(shí)踐還較少，數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析、系統(tǒng)和問題識別等還存在空白(見圖3)。

圖3 K-12計(jì)算思維實(shí)踐測評維度頻次統(tǒng)計(jì)

3. 教學(xué)方式

41項(xiàng)K-12計(jì)算思維實(shí)踐案例研究中，71%的測評與教學(xué)直接相關(guān)，這其中約72%屬于編程教學(xué)范疇，24%涉及跨學(xué)科課堂計(jì)算思維的培養(yǎng)。在STEM等教學(xué)中，計(jì)算思維適用于其他領(lǐng)域和一般化問題的解決得到了有效證實(shí)(Arraki et al.，2014)。僅4%的案例發(fā)生在培養(yǎng)計(jì)算思維的專門學(xué)科中。目前看來，雖然跨學(xué)科的意識有所增強(qiáng)，但編程教育仍是K-12計(jì)算思維培養(yǎng)活動的主要形式，這也說明了為什么現(xiàn)階段針對算法思維和控制維度的測評較多，這是受整個(gè)培養(yǎng)實(shí)踐的影響。

具體到教學(xué)細(xì)節(jié)，這些教學(xué)大多在Scratch等豐富的計(jì)算環(huán)境下開展。這種環(huán)境可以檢查、操作和定制底層抽象和機(jī)制，輔助用戶發(fā)展計(jì)算思維并實(shí)現(xiàn)從消費(fèi)者向創(chuàng)造者的身份轉(zhuǎn)換(Lee et al.，2011)。與面向結(jié)果、注重技能培養(yǎng)的傳統(tǒng)程序教學(xué)不同，關(guān)注過程、構(gòu)建計(jì)算解決方案是計(jì)算思維教學(xué)的核心目標(biāo)，課堂中教師的角色相對被淡化，學(xué)生多通過合作完成問題解決或項(xiàng)目開發(fā)，整體上留給學(xué)生發(fā)揮的彈性空間較大。教學(xué)活動通常是開發(fā)一個(gè)游戲或者對科學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行計(jì)算建模。游戲開發(fā)不僅具有激勵(lì)因素，還可以幫助學(xué)生獨(dú)立思考，體現(xiàn)建構(gòu)主義思想(Munoz et al.，2018)。綜合來看，計(jì)算思維與成熟課程相整合的形式，能更快地促進(jìn)計(jì)算思維的普及教育。在與編程教育的結(jié)合過程中，雖然受課程性質(zhì)和工具使用的影響，實(shí)施測評更為自然，但也造成了對計(jì)算思維不同要素的關(guān)注分配不均。此外，課堂教學(xué)常用的合作學(xué)習(xí)雖有助于實(shí)現(xiàn)課堂主體向?qū)W生的轉(zhuǎn)移、增強(qiáng)學(xué)生計(jì)算協(xié)作能力，但如何關(guān)注小組成員個(gè)體能力的發(fā)展仍是問題。

4. 測評方法

從表三可以看出，六種測評方法均有一定的實(shí)踐基礎(chǔ)，并在實(shí)踐中衍生更多的方法或工具。具體來看，題目測試法可操作性強(qiáng)，適用學(xué)齡段廣，是目前使用頻率最高的計(jì)算思維測評方式。題目測試法以客觀題為主，集中考察學(xué)習(xí)者計(jì)算概念、計(jì)算實(shí)踐以及相關(guān)思維的發(fā)展情況。編程教學(xué)是目前計(jì)算思維培養(yǎng)的主要手段，因此編程測試法也得到了廣泛使用，測試的主要形式是指定開發(fā)任務(wù)，以編程為媒介考察學(xué)生計(jì)算實(shí)踐的掌握情況。作品分析法是指結(jié)合編程成品或開發(fā)過程對計(jì)算實(shí)踐進(jìn)行評價(jià)。Dr.Scratch和Acrade是最常見的兩種自動化作品分析工具，能有效節(jié)省人工分析的時(shí)間成本且達(dá)到較高的準(zhǔn)確度(Moreno-León et al.，2015)，也是當(dāng)前常用的總結(jié)性評價(jià)手段。過程實(shí)時(shí)評價(jià)則通過即時(shí)捕獲每個(gè)學(xué)習(xí)者與系統(tǒng)交互的底層細(xì)節(jié)，通過對這些數(shù)據(jù)的分析幫助教師監(jiān)控學(xué)生學(xué)習(xí)情況，尤其是那些需要幫助但又保持沉默的學(xué)習(xí)者的實(shí)時(shí)發(fā)展情況。這一工具的出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了對計(jì)算思維進(jìn)行過程性評價(jià)的重大突破(Srinivas et al.，2018)，但目前較少被使用。調(diào)查法常使用李克特量表衡量學(xué)生計(jì)算觀念和相關(guān)思維發(fā)展情況，這種形式的測評結(jié)構(gòu)簡單易設(shè)置，實(shí)操性強(qiáng)，但由于評價(jià)主體變成了學(xué)生，若要深入了解學(xué)生的發(fā)展，還應(yīng)結(jié)合其他方式收集基于知識的評價(jià)數(shù)據(jù)(Weese & Feldhausen，2017)。圖文分析法主要基于學(xué)生的反思報(bào)告、創(chuàng)新設(shè)計(jì)報(bào)告中的偽代碼和流程圖等內(nèi)容，考察學(xué)生形成關(guān)系機(jī)制、建立結(jié)構(gòu)模型的能力，即計(jì)算思維的抽象建模。實(shí)踐證明，圖文形式可幫助教師發(fā)現(xiàn)學(xué)生的思維障礙，特別是在計(jì)算實(shí)踐方面(Zhong et al.，2016)。觀察訪談法常作為其它測評方式的補(bǔ)充，輔助說明測評結(jié)果，適合于計(jì)算品質(zhì)等難以用其他方式測評的計(jì)算思維。這種方法使用半結(jié)構(gòu)化訪談或課堂觀察記錄、田野筆記得出結(jié)論。

單一的評價(jià)方式無法展現(xiàn)學(xué)生理解的全部過程。然而，在41個(gè)測評案例中，僅37%的案例采用兩種及以上的多元評價(jià)方式，其余只采用單一的測評手段；僅20%明確整合了形成性評價(jià)與總結(jié)性評價(jià)。

5. 案例結(jié)論

本研究通過查看上述案例的研究結(jié)論，得到以下發(fā)現(xiàn)：1)同一學(xué)段學(xué)生不同維度計(jì)算思維的發(fā)展不均衡，例如，有研究指出七八年級學(xué)生的抽象和數(shù)據(jù)表示較弱，但同步和流控制表現(xiàn)較好(Lawanto et al.，2017)。因此，計(jì)算思維培養(yǎng)要結(jié)合學(xué)生的思維發(fā)展特點(diǎn)，有側(cè)重、針對性地開展教學(xué)，無需追求全部維度的發(fā)展。2)計(jì)算思維被認(rèn)為是讀、寫、算之外的一項(xiàng)基本素養(yǎng)，但計(jì)算思維的發(fā)展依賴于讀、算等基礎(chǔ)能力。研究表明，計(jì)算技能需要閱讀和數(shù)學(xué)技能的支撐，閱讀和數(shù)學(xué)技能低于標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)者往往無法完成計(jì)算思維的評估任務(wù)(Seiter，2015)。這一發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步解釋了為什么在低學(xué)齡段，較少培養(yǎng)計(jì)算思維培養(yǎng)，因?yàn)檩^低的認(rèn)知水平阻礙了培養(yǎng)活動的深入開展。3)在教學(xué)中，編程教育作為主要課程形式被廣泛使用，但要把握編程工具和機(jī)器人等硬件設(shè)備的使用度。在繁忙的環(huán)境中教授嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算概念會使學(xué)生分心，影響教學(xué)效果(Weese & Feldhausen，2017)。4)學(xué)生的計(jì)算思維技能水平發(fā)展不受互聯(lián)網(wǎng)、移動設(shè)備使用能力的影響(Korucu et al.,2017)。5)課程編排要考慮性別差異，特別要關(guān)注女生的參與程度和興趣。研究表明，男女能力發(fā)展不存在明顯差異，但女生不善于評估自我能力，導(dǎo)致其自我效能感比男生低，需要一定的干預(yù)措施幫助女生提高自我效能感(Duncan & Bell。2015)；對課程的感興趣程度是影響學(xué)生自我效能的重要因素，在傳統(tǒng)編程課上，女生的興趣度往往不如男生(Kong et al.,2018)。

四、實(shí)踐與理論的距離：可行的研究空間

綜上，計(jì)算思維培養(yǎng)內(nèi)容的實(shí)踐與理論差距較小，但教學(xué)方式和測評方法還存有較大的發(fā)展空間(見圖4)。兩者之間的差距也為今后的發(fā)展提供了研究空間。

(一)增強(qiáng)對計(jì)算思維內(nèi)容體系的系統(tǒng)化認(rèn)知及對非認(rèn)知層面的關(guān)注

人工智能時(shí)代人們對計(jì)算思維寄予了很高的期望，因而從理論層面賦予其豐富的內(nèi)容體系。但在實(shí)踐層面仍存在培養(yǎng)和測評不均衡以及不合理的操作。首先，尚未有研究對數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析、系統(tǒng)以及問題識別開展測評，前兩者是大數(shù)據(jù)的關(guān)鍵技術(shù)，是引領(lǐng)人工智能發(fā)展的必要條件；系統(tǒng)是考查學(xué)生將基本計(jì)算概念融會貫通后對系統(tǒng)架構(gòu)的整體認(rèn)知，是培養(yǎng)學(xué)生在計(jì)算實(shí)踐中解決問題和動手設(shè)計(jì)開發(fā)作品的基礎(chǔ)；問題識別則是問題解決的首要環(huán)節(jié)，這些指標(biāo)在計(jì)算思維中占重要位置。其次，41個(gè)實(shí)踐案例更多地是圍繞計(jì)算概念、計(jì)算實(shí)踐等認(rèn)知層面的計(jì)算思維進(jìn)行測評，而對計(jì)算觀念等非認(rèn)知評價(jià)較少。雖然計(jì)算思維主要是一種解決問題能力的認(rèn)知心理學(xué)構(gòu)造，但它同時(shí)也存在互補(bǔ)的非認(rèn)知因素。此外，計(jì)算思維包含問題識別、分解、抽象建模、問題解決與遷移等一系列步驟，這些步驟在實(shí)踐中以線性的方式相互跟隨，構(gòu)成閉環(huán)，循環(huán)往復(fù)。然而，現(xiàn)階段研究往往只聚焦某幾個(gè)環(huán)節(jié)，這就造成理論與測評實(shí)踐之間的斷層，未能全面呈現(xiàn)學(xué)生問題解決能力的發(fā)展情況，同理作品維度也是如此。造成上述問題的主要原因在于對計(jì)算思維概念的認(rèn)識不全面，遺漏了對部分重要維度的培養(yǎng)以及忽略了培養(yǎng)內(nèi)容指標(biāo)內(nèi)部的聯(lián)系，只關(guān)注局部信息，不能體系化。因此，后續(xù)研究首先應(yīng)注重對理論框架的全面解讀，在此基礎(chǔ)上補(bǔ)充對空白內(nèi)容指標(biāo)的培養(yǎng)和測評；提升對非認(rèn)知因素的培養(yǎng)和測評，實(shí)現(xiàn)對學(xué)生計(jì)算思維的全方位發(fā)展；在教與評的過程中注重內(nèi)容指標(biāo)間的內(nèi)部關(guān)聯(lián)，促進(jìn)測評的系統(tǒng)化，擴(kuò)大測評的涉及面。

表三 計(jì)算思維測評方法使用情況

圖4 實(shí)踐與理論差距對比

(二)探索在更多學(xué)科嵌入式培養(yǎng)計(jì)算思維

計(jì)算思維源于計(jì)算科學(xué)領(lǐng)域，與編程教學(xué)密不可分，理論上二者相輔相成，互相促進(jìn)，編程教學(xué)承載著發(fā)展計(jì)算思維的重任。在課程載體的選擇方面，K-12計(jì)算思維培養(yǎng)活動大多與編程教學(xué)結(jié)合，并取得了較好的階段性成果。然而，受編程課程特點(diǎn)的影響，僅算法思維和控制等維度受到較多關(guān)注，各分量間發(fā)展不均衡(見圖3)。為了促使計(jì)算思維測評全面發(fā)展，將計(jì)算思維列為單獨(dú)學(xué)科是最佳選擇，但在當(dāng)前中小學(xué)的課程設(shè)置情況下，大多數(shù)國家或地區(qū)并沒有時(shí)間或資源將計(jì)算思維列為一門獨(dú)立學(xué)科，跨學(xué)科整合不僅解決了培養(yǎng)陣地的問題，使擅長不同學(xué)科的學(xué)生都能從中收益，而且能夠幫助學(xué)生意識到計(jì)算思維可以應(yīng)用于許多領(lǐng)域，體驗(yàn)計(jì)算思維的應(yīng)用前景。雖然目前對計(jì)算思維與非計(jì)算科學(xué)學(xué)科整合的呼聲和資源支持在不斷增強(qiáng)，但從數(shù)據(jù)反饋看，跨學(xué)科培養(yǎng)計(jì)算思維的意識仍然不強(qiáng)，應(yīng)探索不同學(xué)科的計(jì)算思維培養(yǎng)。

在具體教學(xué)實(shí)施過程中，以小組合作為主的學(xué)習(xí)方式雖然實(shí)現(xiàn)了將課堂主動權(quán)交給學(xué)生的重要進(jìn)步，但同時(shí)也存在個(gè)別成員“一言堂”把控全局、部分成員合作過程中“劃水”現(xiàn)象嚴(yán)重、學(xué)生個(gè)性化發(fā)展受阻等隱患。為了避免這種情況，教師可嘗試增強(qiáng)個(gè)人設(shè)計(jì)解決方案的比重，讓每位學(xué)生都有充分的發(fā)揮空間；在必要的小組合作環(huán)節(jié)，教師可以通過給學(xué)生分配特定角色、獨(dú)立評估每位學(xué)生的表現(xiàn)等方式避免消極影響。

(三)踐行多元評價(jià)方式，加強(qiáng)形成性評價(jià)

針對計(jì)算思維的復(fù)雜構(gòu)成，理論研究提出了多種測評方式，并指出要將這些方式以多元組合的形式全面了解學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展情況。但實(shí)踐表明，僅37%的案例研究采用多元評價(jià)方式，20%的研究同時(shí)關(guān)注形成性與總結(jié)性評價(jià)?，F(xiàn)階段研究更偏重總結(jié)性評價(jià)，造成這一問題的主要原因有：1)受測評方式可操作性的影響，題目測試法、作品成品評價(jià)法簡單易操作，不占課堂過多時(shí)間，測評結(jié)果定量直觀，較受青睞，但測評結(jié)果僅能反映學(xué)生發(fā)展的片面情況；2)對學(xué)生解決問題的思考過程關(guān)注不足，評價(jià)依據(jù)更多來自靜態(tài)的程序代碼、測試結(jié)果，導(dǎo)致測評不能體現(xiàn)學(xué)生思維發(fā)展的細(xì)節(jié)變化。后續(xù)研究應(yīng)：1)優(yōu)化測評方式，細(xì)化每種方式的實(shí)施步驟并提高操作的可行性；2)結(jié)合培養(yǎng)內(nèi)容，組合適當(dāng)?shù)脑u價(jià)方式，踐行多元評價(jià)模式；3)同時(shí)關(guān)注過程與結(jié)果，讓評價(jià)貫穿教學(xué)始終，減輕學(xué)生負(fù)擔(dān)的同時(shí)使測評結(jié)果更加全面可靠。

五、結(jié)論與展望

計(jì)算思維測評作為計(jì)算思維培養(yǎng)的重要組成部分，能對實(shí)踐效果和理論價(jià)值起到重要的診斷作用，因此本研究將其作為了解計(jì)算思維培養(yǎng)實(shí)踐開展情況的重要立足點(diǎn)。在梳理國內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，本研究整合形成了計(jì)算思維培養(yǎng)框架，尤其在內(nèi)容體系上比較全面地考慮了計(jì)算思維的內(nèi)涵與外延以及要素間的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；然后，基于41個(gè)測評案例，從培養(yǎng)內(nèi)容、教學(xué)方式和測評方法三方面分析理論研究與實(shí)踐開展的差距，探討可能的原因，提出了未來的研究方向。

總的看來，目前實(shí)踐與理論相呼應(yīng)的地方有：絕大部分培養(yǎng)內(nèi)容在實(shí)踐中有所體現(xiàn)、三類教學(xué)形式均有一定的實(shí)踐基礎(chǔ)、六種測評方法在實(shí)踐中得到了使用和細(xì)化發(fā)展。存在的主要問題包括：培養(yǎng)內(nèi)容不全面、教學(xué)形式使用相對單一以及多元評價(jià)意識不足。未來研究可從以下三方面著手：結(jié)合我國的國情和發(fā)展目標(biāo)，構(gòu)建對計(jì)算思維的全面認(rèn)識，以信息技術(shù)教師為向?qū)Вㄟ^更豐富的課程設(shè)計(jì)與協(xié)同開啟算法思維、控制之外的培養(yǎng)維度，尤其是數(shù)據(jù)分析等研究維度，加強(qiáng)對問題維度的全面把握，加強(qiáng)對計(jì)算思維非認(rèn)知要素的關(guān)注；關(guān)注形成性評價(jià)，將測評納入教學(xué)各個(gè)環(huán)節(jié)，使得教有所依，實(shí)現(xiàn)從一刀切、籠統(tǒng)化的片面評價(jià)邁向客觀全面的評價(jià)；綜合應(yīng)用各種測評方法，全面展現(xiàn)計(jì)算思維，如通過徽章化的形式展現(xiàn)學(xué)生計(jì)算思維的個(gè)性化發(fā)展過程和差異。

在現(xiàn)今全球互聯(lián)的時(shí)代，要想有效理解、參與甚至改造周邊基于計(jì)算的世界，計(jì)算思維已然成為一項(xiàng)備受重視的關(guān)鍵素質(zhì)。隨著人工智能人才競爭的加劇，從低年齡階段就開始培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力顯得尤為重要(Haseski et al.，2018)，如何在K-12培養(yǎng)、推廣和評估計(jì)算思維仍是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)(Freeman et al.，2017)，這也將是今后較長一段時(shí)間的研究重點(diǎn)(Djurdjevic-Pahl et al.，2016)。