基于可視化編程中學生計算思維的培養與評價研究

潘娟

一、引言

21世紀人們已經進入了信息時代，計算思維作為計算機科學的核心，其最早由美國卡內基梅隆大學周以真教授提出，認為計算思維是人們的一種思維方式。現行的教育體系更多關注計算機知識和基本技能的傳授，而忽略了對學生計算思維能力的培養，計算思維并不是單一的一種認知技能，而是不同能力維度的有機結合。

隨著信息技術的發展，計算思維的培養與研究在國內外持續升溫，博得了海內外學者的廣泛關注，并由最初的高等教育階段逐步跨入K-12基礎教育階段，美國、新西蘭、英國、澳大利亞等國家先后發布相應的政策文件，將計算思維培養納入自己的課程標準。我國2017年新版高中信息技術課程標準也將計算思維列為該學科核心素養之一，計算思維作為信息技術學科核心素養的核心議題。

二、中學階段對計算思維的認知與理解

（一）對計算思維的認知與理解

計算思維最早起源于20世紀下半葉，起初人們一直認為計算思維與計算機編程密切相關，幾乎等同于計算機編程中的程序思維、算法思維;隨著計算機技術的迅猛發展，人們開始對計算思維有了新的認識，周以真認為計算思維指運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。隨后，不同的學者表達了對計算思維不同的理解：董榮勝、蔣宗禮等人，他們認為計算思維是人類的一種思維方式，是人們在解決問題過程中，利用計算機程序的思想、設計和工具，不僅包含思考，更包含著一系列的活動（或者是方法與能力）;任友群等人，他們認為計算思維是一種解決問題的過程，是人們理解和分析復雜問題的思想方法，利用該方法形成一系列解決問題的方案。我國2017年普通高中信息技術課程標準中將計算思維界定為個體一系列的思維活動;即學習者在解決問題過程中產生的思維活動以及將該解決方法遷移到其他相關問題解決中的過程。

（二）計算思維與中學可視化編程

可視化編程作為一種全新的程序設計方法，以“所見即所得”為原則，規避了抽象、繁瑣的程序語言編寫符號，僅通過直觀的方式就能做出與程序相同的作品。可視化編程拉近了學生與程序之間的距離，同時降低了程序設計學習的門檻，讓每個學生都能體會到編程的樂趣。

中學信息技術課堂是培養學生計算思維的主陣地，中學信息技術課程中的可視化編程尤其能夠提高學生的計算思維。中學階段可視化編程主要以Scratch模塊化編程為主，Scratch是一款由MIT設計開發的編程工具，該程序不涉及編程語言，只需要學習者運用積木搭建的方法進行編程，因此成為了國內中小學階段學習編程的最佳選擇。

三、基于可視化編程計算思維的培養模式

我國許多學者對計算思維培養開展研究實踐，并且取得了一定得研究成果：牟琴結合任務驅動式教學和教學模式的特點構建出基于計算思維的任務驅動式教學模型，該模型以任務為教學主線，教學者運用計算思維的方式準備課程，以培養學習者的自我知識建構和創新思維能力;郁曉華等人以可視化編程可稱為例，圍繞主題/項目問題的解決，讓學生的計算思維在問題解決過程中得到充分表達和呈現，進而進行評價。借鑒國內學者的教學模式探究，筆者針對可視化編程課程，圍繞創造力、算法思維、協作學習、批判性思維和問題解決五個維度設計了適用于中學生可視化編程課程的教學模式。

四、計算思維在可視化編程課程中的評價

計算思維培養的核心內容是方法的訓練習得和思維的遷移養成，基于此，許多研究者創設問題情境、教學實證探究和基于真實數據進行考察和測量;計算思維是在學習者問題解決的思維過程，因此計算思維的評價應該滲透在教學的各個環節中，主要采用過程性評價和總結性評價。

目前國內外學者對計算思維的評價方式主要有作品分析和文本話語分析。作品分析就是利用Scrap、CTP等分析工具對學生已經做好的作品進行分析，Brennan和Resnick采用Scrape分析Scratch項目中所使用的模塊信息，依據學生對某些模塊的使用頻率來分析學習者計算思維能力的程度;Koh 等人以測試Blockly模塊化編程測試提出CTP圖，來檢測學習者計算思維能力的發展。立陶宛于2003年成立了Bebras測試，該測試主要通過一系列的情境問題來考察學生的計算思維水平 。

筆者基于中學生可視化編程課程內容，依據學生學習基礎，編制了計算思維的測試題目，主要針對計算思維五個維度進行設計，并于七年級兩個班學生為實驗班和對照班進行測試。結果表明，采用了上述教學模式的實驗班明顯高于對照班，如表1所示。

五、總結與展望

計算思維作為算法思維和工程思維的發展產物，不論將其作為一種思維技能還是思維過程，在當前中小學階段乃至高等教育階段教育教學中都有著不可磨滅的地位，計算思維的培養同時奠定了計算科學領域的發展基礎，在教育領域培養學生的計算思維能力仍是研究的主要內容。對于國內學者來說，如何在我國現有情況下提高中小學生的計算思維，并進行有效的評價，是當前研究者應該關注的重點。因此，我國研究者在借鑒國外計算思維理論和教學模式的基礎上，結合我國教學實際情況，進一步探究符合我國教育實踐的計算思維培養模式與評價方式。其次，計算思維的培養，需要更多的優秀且具有更高能力的教師，因此更要致力于教師專業發展體系，培養更多優秀教師，利用多種平臺和評價工具，為我國中小學生計算思維培養提供更加有針對性的指導。