程瑜 王興輝 莫永華

[摘 要]文章以CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)2014～2019年187條國(guó)內(nèi)K12計(jì)算思維教學(xué)研究論文為研究對(duì)象，利用CiteSpace對(duì)其進(jìn)行可視化分析。通過共引分析和共現(xiàn)分析，揭示了國(guó)內(nèi)K12計(jì)算思維教學(xué)研究領(lǐng)域的發(fā)文量、發(fā)文期刊、關(guān)鍵詞等，在此基礎(chǔ)上揭示了國(guó)內(nèi)K12計(jì)算思維教學(xué)研究前沿主題;分析了計(jì)算思維、核心素養(yǎng)、信息技術(shù)課程等研究熱點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，雖然國(guó)內(nèi)有關(guān)K12計(jì)算思維教學(xué)的文章數(shù)量在這幾年呈線性增長(zhǎng)，取得豐碩的成果，但同時(shí)也存在不夠重視K12階段計(jì)算思維教學(xué)、培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維側(cè)重于信息技術(shù)課程等不足，制約了K12計(jì)算思維教學(xué)進(jìn)一步發(fā)展。針對(duì)現(xiàn)階段存在的問題，提出了重視K12階段的計(jì)算思維教學(xué)、加強(qiáng)師資與改變教學(xué)模式、探索跨學(xué)科培養(yǎng)計(jì)算思維等建議。

[關(guān)鍵詞]K12;計(jì)算思維教學(xué);CiteSpace;現(xiàn)狀;建議

[中圖分類號(hào)]G434 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1008-7656（2021）04-0005-05

引言

計(jì)算思維是在計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念上，解決問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)、理解人類行為的思維和能力[1]。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算思維成為了學(xué)生應(yīng)具備的基本素養(yǎng)和能力。計(jì)算思維是信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力勢(shì)在必行，培養(yǎng)K12階段學(xué)生的計(jì)算思維能力主要是通過改變他們的思維方式，進(jìn)而培養(yǎng)他們解決問題的能力。而目前對(duì)K12計(jì)算思維教學(xué)研究還存在一些不足，如不夠重視K12階段計(jì)算思維教學(xué)、培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維側(cè)重于信息技術(shù)課程等。為了更好地了解K12計(jì)算思維教學(xué)研究的熱點(diǎn)和現(xiàn)狀，本研究采用科學(xué)知識(shí)圖譜方法、定性和定量分析法，利用CiteSpace軟件對(duì)檢索到的國(guó)內(nèi)K12計(jì)算思維教學(xué)研究相關(guān)文獻(xiàn)從整體研究趨勢(shì)、文獻(xiàn)期刊分布、研究熱點(diǎn)等內(nèi)容進(jìn)行多方面的可視化分析，以探測(cè)K12計(jì)算思維教學(xué)研究的熱點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)，為K12計(jì)算思維教學(xué)的后續(xù)研究提供參考和借鑒。

一、研究對(duì)象及分析工具

為了獲得所需要的研究數(shù)據(jù)，本研究使用國(guó)內(nèi)最大的資源平臺(tái)“CNKI”中的高級(jí)檢索功能，分別以“計(jì)算思維+教學(xué)+關(guān)鍵詞（例如小學(xué)、初中、高中、中小學(xué)、中學(xué)、基礎(chǔ)教育、K12）”進(jìn)行主題高級(jí)檢索，這樣檢索出來的文獻(xiàn)比較有針對(duì)性，更有利于分析與總結(jié)國(guó)內(nèi)K12階段計(jì)算思維教學(xué)的現(xiàn)狀，從而針對(duì)目前國(guó)內(nèi)K12階段計(jì)算思維教學(xué)研究存在的不足之處提出建議。本文所采用的主要分析工具是CiteSpace（5.6.R2版本）可視化分析軟件，檢索年限為2014～2019年，剔除與國(guó)內(nèi)K12計(jì)算思維教學(xué)相關(guān)不大的文獻(xiàn)，最后得到187篇文獻(xiàn)作為研究樣本。

二、研究發(fā)現(xiàn)與分析

（一）年度發(fā)文數(shù)量

下頁(yè)圖1顯示了2014～2019年國(guó)內(nèi)K12計(jì)算思維教學(xué)研究發(fā)表的文獻(xiàn)數(shù)量情況，從每年發(fā)表文章數(shù)量可以看出，從2014年開始，國(guó)內(nèi)K12計(jì)算思維教學(xué)研究相關(guān)的文章總體呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，說明國(guó)內(nèi)K12階段計(jì)算思維教學(xué)關(guān)注度越來越高。2017～2018年增長(zhǎng)迅速，到了2019年，國(guó)內(nèi)有關(guān)K12階段計(jì)算思維教學(xué)的文章已經(jīng)達(dá)到了56篇之多。

每年發(fā)表文章數(shù)量增長(zhǎng)快慢取決于外部和內(nèi)部?jī)煞矫娴囊蛩豙1]。從外部因素來看，國(guó)內(nèi)開始關(guān)注基礎(chǔ)教育階段計(jì)算思維的培養(yǎng)主要從2014年開始的，可能源于2014年6月學(xué)校計(jì)算機(jī)工作組對(duì)計(jì)算思維的定義、概念、框架進(jìn)行了分析，為K12階段的計(jì)算思維培養(yǎng)提供了理論指導(dǎo)[2]。從另外一個(gè)影響因素看，2014年12月，教育部全面啟動(dòng)實(shí)施的《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》修訂工作，給計(jì)算思維研究提供了新的指導(dǎo)依據(jù)[3]。我國(guó)2017新版普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)中，已將計(jì)算思維列為信息技術(shù)學(xué)科之核心素養(yǎng)[4]。由此可見，在K12階段培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力是很有必要的，也是每一個(gè)教育工作者需要面對(duì)的新話題。而計(jì)算科學(xué)的核心思維方式則是計(jì)算思維，對(duì)中小學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)已經(jīng)迫在眉睫，從而推動(dòng)了更多的教育工作者去探究如何培養(yǎng)中小學(xué)生計(jì)算思維以及運(yùn)用哪種教學(xué)模式，因此，這個(gè)時(shí)期文章發(fā)表的數(shù)量增長(zhǎng)幅度也較大。

（二）文獻(xiàn)期刊分布分析

為了解國(guó)內(nèi)K12計(jì)算思維教學(xué)發(fā)文期刊與機(jī)構(gòu)的情況，在中國(guó)知網(wǎng)選取了187篇研究樣本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。根據(jù)表1可知，在核心期刊發(fā)表的只有44篇，僅占24%，而普通期刊發(fā)表的143篇，占76%。根據(jù)國(guó)內(nèi)K12階段計(jì)算思維教學(xué)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展來看，核心期刊的發(fā)文量較少的原因：其一，對(duì)K12階段計(jì)算思維教學(xué)的重視還有待加強(qiáng);其二，國(guó)內(nèi)K12階段計(jì)算思維教學(xué)的發(fā)展受到許多因素的制約，比如K12階段教育界自身的計(jì)算思維能力也需要提升。

（三）研究熱點(diǎn)分析

關(guān)鍵詞是文中最能體現(xiàn)全文中心思想的系列概念或詞組，能夠在一定程度上反映研究者的關(guān)注與焦點(diǎn)。在關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜中，高頻關(guān)鍵詞至關(guān)重要，頻次的高低反映研究的熱點(diǎn)，中心性反映了重要性。該領(lǐng)域排名前20的關(guān)鍵詞如表2所示。由此可見，出現(xiàn)頻次和中心性較高的關(guān)鍵詞是計(jì)算思維、核心素養(yǎng)、高中信息技術(shù)、信息技術(shù)課程、教學(xué)模式、教學(xué)設(shè)計(jì)、學(xué)科核心素養(yǎng)等，這說明了計(jì)算思維教學(xué)在發(fā)展過程中的變化。

如圖2所示，在CiteSpace中進(jìn)行聚類分析，可以了解到該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。聚類結(jié)果表明，“信息技術(shù)課程”“項(xiàng)目學(xué)習(xí)”“翻轉(zhuǎn)課堂”“程序設(shè)計(jì)”“設(shè)計(jì)與開發(fā)”“教學(xué)改革”“案例設(shè)計(jì)”“算法思維能力”是國(guó)內(nèi)K12計(jì)算思維教學(xué)研究的熱點(diǎn)。

通過對(duì)研究熱點(diǎn)進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)K12計(jì)算思維教學(xué)研究的主要內(nèi)容：教學(xué)模式研究，包括“項(xiàng)目學(xué)習(xí)”“翻轉(zhuǎn)課堂”“案例設(shè)計(jì)”;信息技術(shù)課程研究，如“程序設(shè)計(jì)”“設(shè)計(jì)與開發(fā)”“算法思維能力”等，結(jié)合文獻(xiàn)，下面對(duì)國(guó)內(nèi)K12計(jì)算思維教學(xué)研究熱點(diǎn)進(jìn)行解讀。

（1）教學(xué)模式研究

正在修訂的高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)明確了信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)包括“信息意識(shí)”“信息社會(huì)責(zé)任”“數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新”及“計(jì)算思維”等核心內(nèi)容[5]，“計(jì)算思維”被列為新的核心內(nèi)容。因此，有許多學(xué)者對(duì)K12計(jì)算思維教學(xué)模式進(jìn)行了研究。蔡榮華、高薇認(rèn)為，可以采用項(xiàng)目學(xué)習(xí)的教學(xué)模式培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，項(xiàng)目學(xué)習(xí)是指學(xué)生在教師的引導(dǎo)下發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，開展具有創(chuàng)新性的學(xué)習(xí)活動(dòng)，項(xiàng)目學(xué)習(xí)要求學(xué)生積極主動(dòng)參與問題，可以與他人合作，通過提出問題、討論、觀察、實(shí)驗(yàn)、分析、得出結(jié)論，學(xué)生彼此協(xié)作，項(xiàng)目學(xué)習(xí)提高了學(xué)生的元認(rèn)知能力，創(chuàng)建了平等的學(xué)習(xí)環(huán)境[6]。吳憲辰、劉奎認(rèn)為，高中人工智能課程宜采用基于問題學(xué)習(xí)（PBL）的教學(xué)模式培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，PBL教學(xué)模式是基于問題的學(xué)習(xí)，與傳統(tǒng)的教學(xué)模式不同，PBL教學(xué)模式是以學(xué)生為主體，以小組討論的形式進(jìn)行的，教師是引導(dǎo)，輔助與幫助學(xué)生，人工智能領(lǐng)域的教學(xué)正需要這種教學(xué)模式，教師提出問題，然后學(xué)生分析、解決問題，最終一起得出結(jié)論[7]。李應(yīng)聰認(rèn)為，運(yùn)用問題求解策略的教學(xué)模式適合信息技術(shù)課堂，在信息技術(shù)課程中，教師不僅需要普及計(jì)算機(jī)科學(xué)概念，更需要培養(yǎng)學(xué)生體驗(yàn)計(jì)算思維求解問題的一般過程與方法，能夠在實(shí)際問題中應(yīng)用與遷移，教師應(yīng)多鼓勵(lì)學(xué)生思考可計(jì)算性問題，幫助學(xué)生逐步建構(gòu)信息技術(shù)知識(shí)體系，并讓學(xué)生主動(dòng)探究和實(shí)施[8]。

（2）信息技術(shù)課程研究

隨著我國(guó)課程改革的不斷推進(jìn)，越來越強(qiáng)調(diào)發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。“計(jì)算思維”作為核心素養(yǎng)中新的內(nèi)容，培養(yǎng)K12階段學(xué)生的計(jì)算思維能力已經(jīng)成為新的發(fā)展趨勢(shì)，而在這其中必不可少的是計(jì)算思維的教學(xué)，如何培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維？如何提高教學(xué)？這仍需要進(jìn)一步探索和實(shí)踐，也是未來研究的方向和趨勢(shì)。江榮娜、王觀玉提出要將Scratch引入信息技術(shù)課程中，Scratch是一種可視化編程語(yǔ)言，它的特點(diǎn)是直觀性強(qiáng)且充滿趣味性，不需要編寫代碼，只需拖拽指令進(jìn)行組合就能完成編程，在中小學(xué)階段，學(xué)生的理性思維不足，但具有想象力和創(chuàng)造力，運(yùn)用Scratch這個(gè)軟件平臺(tái)，不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)可以增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，將這些知識(shí)轉(zhuǎn)化為新知識(shí)與新技能，從而培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，提高學(xué)生對(duì)實(shí)際問題的解決能力[9]。楊莉莉提出將核心素養(yǎng)這一理念有效地融入到Python的教學(xué)中[10]。王榮良教授發(fā)表《計(jì)算思維對(duì)中小學(xué)信息技術(shù)課程的影響初探》一文，闡述了計(jì)算思維的基本概念，提出在中小學(xué)開展計(jì)算思維教育對(duì)信息技術(shù)課程目標(biāo)、內(nèi)容、方法和可能產(chǎn)生的有益影響。此外，他在《計(jì)算思維教育》著作中，詳細(xì)介紹了計(jì)算思維教育的教學(xué)原則：操作性與實(shí)踐性相結(jié)合原則、直觀性與思想性相結(jié)合原則、規(guī)整性與創(chuàng)造性原則，并在教學(xué)原則中展示相應(yīng)的活動(dòng)案例[11]。

三、結(jié)論與建議

（一）結(jié)論

文章借助CiteSpace分析工具，對(duì)國(guó)內(nèi)2014～2019年K12階段計(jì)算思維教學(xué)的研究成果進(jìn)行了可視化分析，并梳理了國(guó)內(nèi)K12計(jì)算思維教學(xué)的研究現(xiàn)狀和研究熱點(diǎn)。

1.K12階段計(jì)算思維教學(xué)研究相關(guān)的文獻(xiàn)從2014年開始總體呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，但研究的內(nèi)容在高等教育階段比較多，K12階段計(jì)算思維教學(xué)研究相對(duì)較少，這說明計(jì)算思維教學(xué)研究在K12階段的應(yīng)用有待進(jìn)一步普及。

2.K12階段計(jì)算思維教學(xué)研究核心期刊發(fā)表的文章數(shù)量較少，這說明計(jì)算思維教學(xué)研究成果的質(zhì)量有待進(jìn)一步提高。

3.計(jì)算思維教學(xué)研究的高頻關(guān)鍵詞有核心素養(yǎng)、高中信息技術(shù)、信息技術(shù)課程、教學(xué)模式、教學(xué)設(shè)計(jì)、學(xué)科核心素養(yǎng)等，這在一定程度上代表了國(guó)內(nèi)K12階段計(jì)算思維教學(xué)研究的關(guān)注點(diǎn)，通過對(duì)研究熱點(diǎn)進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維更多側(cè)重于信息技術(shù)課程。

4.國(guó)內(nèi)K12計(jì)算思維教學(xué)研究?jī)?nèi)容主要是教學(xué)模式研究與信息技術(shù)課程研究，這說明了計(jì)算思維研究由理論深入實(shí)踐，從實(shí)踐中探索出K12計(jì)算思維教學(xué)的有效途徑。

（二）建議

通過對(duì)國(guó)內(nèi)K12計(jì)算思維教學(xué)研究現(xiàn)狀和研究熱點(diǎn)的分析，K12階段計(jì)算思維教學(xué)研究還有一些待解決的問題，以下是筆者根據(jù)國(guó)內(nèi)K12計(jì)算思維教學(xué)現(xiàn)狀統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果，提出的幾點(diǎn)建議。

1.重視K12階段的計(jì)算思維教學(xué)

關(guān)于計(jì)算思維的培養(yǎng)，我國(guó)2017版《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》將計(jì)算思維納入信息技術(shù)新的核心素養(yǎng)[12]。在信息社會(huì)，需要培養(yǎng)計(jì)算思維，計(jì)算思維需要從小培養(yǎng)，需要重視基礎(chǔ)教育計(jì)算思維教學(xué)，K12階段正是計(jì)算思維養(yǎng)成的時(shí)期，教師應(yīng)抓住這一關(guān)鍵時(shí)期因材施教[13]。

2.加強(qiáng)師資與改變教學(xué)模式

目前，國(guó)內(nèi)關(guān)于K12階段計(jì)算思維教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的途徑主要是通過中小學(xué)信息技術(shù)課程培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維[14]。計(jì)算思維教學(xué)不應(yīng)該只限于Office、繪圖繪畫等工具的使用，而是要側(cè)重于學(xué)生的思考和解決問題的能力。要注重使用App Inventor等工具，利用可視化的編程軟件，進(jìn)行多樣化的編程教學(xué)。當(dāng)前的計(jì)算思維教學(xué)還不夠完善，應(yīng)多采用項(xiàng)目式教學(xué)[15]，基于學(xué)生的真實(shí)情境的問題出發(fā)，將問題轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能夠解決的問題模型，以此培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力[16]。

3.探索跨學(xué)科培養(yǎng)計(jì)算思維

計(jì)算思維的培養(yǎng)不能僅僅依靠信息技術(shù)課程來實(shí)現(xiàn)，在K12階段計(jì)算思維教學(xué)應(yīng)該注重與其他學(xué)科的融合與創(chuàng)新，教師在不斷提高自身計(jì)算思維能力的同時(shí)，還應(yīng)主動(dòng)探索如何把計(jì)算思維運(yùn)用到其他學(xué)科，培養(yǎng)學(xué)生在各個(gè)學(xué)科運(yùn)用計(jì)算思維來解決問題的能力。

四、結(jié)語(yǔ)

計(jì)算思維的應(yīng)用逐步像“閱讀”“寫作”“算術(shù)”一樣廣泛，計(jì)算思維已經(jīng)成為教育界近年來關(guān)注的研究熱點(diǎn)，學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)勢(shì)在必行。然而，在梳理有關(guān)國(guó)內(nèi)K12計(jì)算思維教學(xué)相關(guān)文獻(xiàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，我國(guó)K12階段計(jì)算思維教學(xué)研究相關(guān)文獻(xiàn)較少，尤其是在不同教育階段應(yīng)該如何開展計(jì)算思維教學(xué)，還需要更多專家、學(xué)者對(duì)K12階段進(jìn)行計(jì)算思維教學(xué)的研究，共同促進(jìn)計(jì)算思維教育在我國(guó)K12階段的普及與發(fā)展。

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[作者簡(jiǎn)介]程瑜，南寧師范大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院碩士研究生，研究方向：信息技術(shù)應(yīng)用;王興輝，廣西開放大學(xué)校長(zhǎng)，教授，博士，碩士研究生導(dǎo)師，研究方向：教育信息技術(shù)應(yīng)用和理論研究;莫永華，南寧師范大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院教授，碩士研究生導(dǎo)師，研究方向：教育技術(shù)基本理論、數(shù)字媒體技術(shù)。

[責(zé)任編輯 肖志明]