計算思維測量維度的探討

蔡榮華 喻梓樺

摘要：計算思維納入高中新課標后備受關注，但是有關計算思維測量方面的研究還比較薄弱，本文以計算思維概念界定為基礎，根據培養目標需要選用合適的計算思維培養方式，從而為計算思維的測量做出適應性的選擇。文中將計算思維測量分為技能測量和能力測量兩個維度，并給出了相應的測量方式。

關鍵詞：計算思維；測量；培養目標；培養方式

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2018）19-0090-03

引言

計算思維（Computational Thinking，簡稱CT）作為信息時代的一種基本素養及21世紀解決問題的一種關鍵能力，受到了越來越多的關注，國內外學者對計算思維的研究都投入了大量的精力，并從不同角度對計算思維給出了自己的定義及見解，但是，計算思維的準確定義仍舊存在模糊性。[1]

由于概念的不統一，且不同研究領域的學者了解計算思維的角度不同，因而在進行計算思維培養時，產生了多種分支，這就為計算思維的培養提供了多樣化的培養方式。目前，在對計算思維的研究中，如何對計算思維的培養結果進行有效的測量，是計算思維研究的薄弱點。通過不同的培養方式所得到的也許只是計算思維某一方面的能力，如何對計算思維進行測量，并且得到想要的培養效果呢？筆者建議根據計算思維不同的概念方向及每一階段所需達到的培養目標選擇合適的培養方式，最后根據培養目標來選擇測量方向。

計算思維概述

1.計算思維概念的界定

計算思維自從2006年由周以真教授再次提出后，重新受到了極大關注。此后，九校聯盟（2010）、計算機科學教師協會（The Computer Science Teachers Association）與計算機科學教師協會（Computer Science Teachers Association 2011）、Aho（2012）、英國計算機協會的計算機學院分部（the Computing at School subdivision of the British Computer Society 2015）、國際教育技術協會（International Society for Technology in Education 2015， 2016）、高中信息技術課程標準（2017）等都對計算思維進行了界定。通過整合與分析，張立國教授[2]提出了計算思維概念的五種歸納：問題解決說、系統說、過程說、活動及方法說、工具說。把計算思維概念進行分類，可以指導我們如何去運用計算思維。

例如，參照周以真教授提出的計算思維定義（計算思維就是運用計算機科學的思維方式及基礎概念進行問題解答和系統設計，像計算機科學家一樣思考問題、理解問題、解決問題等一系列涵蓋計算機科學的思維活動）[3]，以及我國高中信息技術課程標準中對計算思維的定義（個體運用計算機科學領域的思想方法，在形成問題解決方案的過程中產生的一系列思維活動）[4]，從中可以提取出關鍵詞思維方式以及思維活動，因而我們可以把它歸類于活動及方法說，把計算思維界定為一種思維上的表現。在明確我們所理解的計算思維是什么以后，則可以根據培養目標選擇適宜不同階段的計算思維的培養方式，及采用的計算思維測量方向，最后可以通過一段時間的培養后再次測試學習者的計算思維。計算思維的概念界定、培養目標、培養方式以及計算思維測量如下圖所示。

2.不同階段的計算思維培養目標及培養方式

對計算思維的培養，主要涉及學前教育階段的培養、中小學教育階段的培養、高等教育階段的培養。[5]

在學前階段，主要通過對計算思維的培養，發展學生的智力、語言、社會性、創造力，鼓勵兒童的學習、創新與探究性。[6-7]計算思維對兒童而言起到一種啟蒙的作用，通過文獻分析發現，在兒童階段目前多采用基于游戲、教育產品輔助的形式，即通過針對學前兒童所開發的一系列教育產品，包括APP及機器人等進行計算思維培養。在中小學階段，中學和小學又有細微的差別，但兩者的培養目標都是為了培養學生利用計算思維解決實際問題，把計算思維視為一種技能。[8-10]在小學階段多采用游戲化和可視化的方法進行培養；在中學階段普遍將計算思維融入某一課程（通常為信息技術課程或者是程序設計課程），與特定教學方法結合（如任務驅動法、合作學習法、基于問題的學習法等），改變原有的教學設計和教學活動，從而培養學習者的計算思維。在高等教育階段主要是為了培養學生的計算思維能力[11]，多采用計算工具輔助、游戲化教學形式，也與課程結合共同培養計算思維。

計算思維的測量維度

目前，有關計算思維的測量可以從技能與能力兩個維度考慮。[12]

1.計算思維的技能測量

大多數教師和教育研究者都認為計算思維是一種技能而不是特定的知識集合。但是目前在對計算思維的技能的組成以及評價指標的可靠性的認識上還未達成一致。因而對技能的測量也提出了多種方式。技能是一種隨實踐積累獲得的能力，而不是事實或信息的知識。大多數推薦的評估計算思維的方法都假定知識的主體是技能培養的關鍵驅動因素，因此，有的測試只是測量了學生的知識水平而忽視了對能力或情感的測量。但是知識并不能代表其能力，有的人知道但并不代表能做出某樣東西，有的人能做出某樣東西但他并不一定能清楚地表達出其中的原理。正如哲學家邁克爾波蘭尼對顯性知識和隱性知識的探討，他說：“我們知道的比我們能說的多。”而每一項技能都是隱性知識的表現，人們只有通過參與和練習才能學會一種技能。

在對技能的測試上，Stuart和Hubert Dreyfus兄弟在20世紀80年代提出了最著名也是最有用的模型之一——Dreyfus技能發展模型。這個模型把各領域的實踐者分為六個階段：初學者、高級初學者、勝任、熟練、專家和大師。一個人的進步需要時間、實踐和經驗。作為一個初學者，從基于規則的行為轉變為完全具體化、直覺和改變游戲規則的行為，需要針對不同技能水平的計算思維的指導方針（策略/方法）來支持技能測試。

其次，CAS和K12CS組織開發了用于定義計算思維的框架，以算法、編程、數據、硬件、通信和技術等各種軌跡來合成復雜的學習目標。這些知識獲得過程與技能獲取過程不同于Dreyfus模型。其提出七種實踐，其中識別和定義計算問題、形成并運用抽象、創造計算產品、測試與改善計算產品與設計計算能力直接相關，在相關機構給出的框架上開發出相關的測量標準，從而達到對計算思維的技能測量。

2015年ISTE把計算思維定義為創造力、算法思維、批判性思維、解決問題、合作性思維和溝通技巧的共同體現，并認為這五種技能為計算思維所包含的基本技能，從而設計了一個計算思維測量表來測量學習者的計算思維。

2.計算思維的能力測量

在高等教育中更加注重對學習者計算思維能力的培養，同時，與教育機構相比，企業也更注重對能力的測量。通過技術評估能力的想法在教育中是很常見的。例如，在體育、音樂、戲劇和語言部門，學生為了獲取相應的角色從而需要進行不同職位的試鏡，以此來證明自己是否有能力勝任這一職位。這同時也是企業對員工選拔的關鍵，如果申請人未能證明有能力解決企業提出的感興趣的問題，就不會被雇用。能力更重要的是體現在學習者是否能夠處理解決好具體的某件事，因此，對于能力的測試，可以從設計完整的產品或作品，并對其進行分析的角度出發，去構建測量方法及標準。此外，在現代科學心理學的基礎上，把能力分為穩定個性心理特征的能力與學習結果能力，在學習結果能力中有廣義及狹義之分，狹義能力僅指技能。[13]因而從一定角度而言，我們可以認為能力是大于技能的，因此，在發展能力測量方式時，可以基于技能的測量進行探討。

總結

通過對計算思維概念的梳理，為其選擇五種界定形式，并根據其概念的界定對每個階段的學習者確定培養目標，以培養目標為基準，介紹了各階段目前使用得較為廣泛的培養方式，并以此選擇計算思維測量的方向。本文認為計算思維的測量可分為技能測量與能力測量兩個維度，但針對學校教育，對技能方面的研究較多，并且對技能的測量提供了可參考的模型。在能力測量方面，還比較欠缺，有待研究。

參考文獻：

[1][9][12]Denning PJ.Remaining trouble spots with computational thinking[J].Communications of the ACM，2017，60（6）：33-39.

[2]張立國，王國華.計算思維：信息技術學科核心素養培養的核心議題[J].電化教育研究，2018，39（5）：115-121.

[3]J.M.Wing.Computational Thinking[J].Communication of the ACM， 2006，49（3）：33-35.

[4]中華人民共和國教育部制定.普通高中信息技術課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[5]陳鵬，黃榮懷，梁躍，等.如何培養計算思維——基于2006-2016年研究文獻及最新國際會議論文[J].現代遠程教育研究，2018（1）：98-112.

[6]張炳林，王程程.國外學前教育信息化發展與啟示[J].電化教育研究，2014，35（10）：29-35.

[7]ISTE & CSTA（2011b）.Computational Thinking Teaching in K- 12 Education： Teacher Resources （Second Edition）（2011） [DB/OL].[2018-06-20].http：//www.csta.acm.org/Curriculum/sub/CurriFiles/CSTA_K-12_CSS.pdf.

[8]劉向永，周以真，王榮良，等.計算思維改變信息技術課程[J].中國信息技術教育，2013（6）：5-12.

[10]Mannila，L.，Dagiene，V.，& Demo，B.et al.（2014）.ComputationalThinkinginK-9Education[C].Iticse-Wgr.2014：1-29.

[11]何欽銘，陸漢權，馮博琴.計算機基礎教學的核心任務是計算思維能力的培養——《九校聯盟（C9）計算機基礎教學發展戰略聯合聲明》解讀[J].中國大學教學，2010（9）：5-9.

[13]吳紅耘，皮連生.心理學中的能力、知識和技能概念的演變及其教學含義[J].課程·教材·教法，2011，31（11）：108-112.

作者簡介：蔡榮華，湖南師范大學副教授，研究方向為教育信息化系統工程；喻梓樺，湖南師范大學在讀碩士，研究方向為教育信息化系統工程。

本文得到教育部人文社會科學研究規劃基金項目（13YJA190001）以及湖南省自然科學基金項目（2015JJ2097）的資助。