中學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)現(xiàn)狀

計(jì)算思維成為學(xué)生適應(yīng)未來(lái)數(shù)字社會(huì)的基本能力之一，中學(xué)階段是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的關(guān)鍵時(shí)期。本文從計(jì)算思維的概念以及構(gòu)成要素出發(fā)，對(duì)中學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前我國(guó)中學(xué)生的計(jì)算思維培養(yǎng)實(shí)踐中存在一些問(wèn)題、評(píng)價(jià)研究成果相對(duì)匱乏，在此基礎(chǔ)上，從中學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)的課程建設(shè)、師資建設(shè)以及教學(xué)評(píng)價(jià)方面提出相關(guān)建議。

計(jì)算思維作為21世紀(jì)學(xué)生必備素養(yǎng)之一，自其提出之后引起了世界各國(guó)的高度重視。高中及義務(wù)教育階段信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)先后將計(jì)算思維納入信息技術(shù)課程核心素養(yǎng)，并在基礎(chǔ)教育階段明確提出了學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)要求。因此，信息技術(shù)課程成為培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的主要途徑，其教學(xué)質(zhì)量關(guān)系到學(xué)生未來(lái)適應(yīng)社會(huì)的能力。本文運(yùn)用文獻(xiàn)分析法，通過(guò)研究國(guó)內(nèi)外計(jì)算思維相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)其研究可分為理論研究和應(yīng)用研究。理論研究主要是對(duì)計(jì)算思維概念的研究，應(yīng)用研究主要涉及計(jì)算思維教學(xué)問(wèn)題、培養(yǎng)策略以及評(píng)價(jià)方面。本文通過(guò)對(duì)已有研究的梳理，從中學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)中存在的問(wèn)題、計(jì)算思維的評(píng)價(jià)方式以及培養(yǎng)策略進(jìn)行分析，并給出促進(jìn)中學(xué)生計(jì)算思維能力發(fā)展的建議。

1 文獻(xiàn)分析

截至2024年6月，以中國(guó)知網(wǎng)（CNKI）依托，在中等教育范圍內(nèi)以“計(jì)算思維”為關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，共檢索到期刊論文以及碩博論文共3381篇。通過(guò)對(duì)檢索到的文獻(xiàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以看出近13年中等教育階段計(jì)算思維的發(fā)文量處于上升趨勢(shì)（見(jiàn)圖1）。國(guó)內(nèi)對(duì)計(jì)算思維的研究的發(fā)文數(shù)量仍處于較高水平，計(jì)算思維仍是當(dāng)前教育領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

2 計(jì)算思維的概述

2006年，周以真教授在文章《Computational Thinking》中正式提出了計(jì)算思維并給出了明確的定義，她認(rèn)為計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算科學(xué)的思維方式及基礎(chǔ)概念進(jìn)行問(wèn)題求解和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一系列思維活動(dòng)。隨后，國(guó)內(nèi)外學(xué)者從不同的角度對(duì)計(jì)算思維的概念進(jìn)行界定，但迄今為止尚未形成統(tǒng)一的定義。張立國(guó)運(yùn)用詞頻分析法對(duì)計(jì)算思維概念的核心詞匯進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，把計(jì)算思維概念的界定分為五類，分別是問(wèn)題解決說(shuō)、系統(tǒng)說(shuō)、過(guò)程說(shuō)、活動(dòng)及方法說(shuō)以及工具說(shuō)。

學(xué)者以及學(xué)術(shù)組織對(duì)計(jì)算思維構(gòu)成要素的研究是計(jì)算思維理論研究的一個(gè)重要方面。當(dāng)前，由于學(xué)者對(duì)計(jì)算思維的研究視角不同，因此對(duì)計(jì)算思維構(gòu)成要素的劃分標(biāo)準(zhǔn)也未達(dá)成一致。本研究對(duì)國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出的計(jì)算思維構(gòu)成要素進(jìn)行了梳理和總結(jié)，如表1所示。

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出的計(jì)算思維概念以及對(duì)構(gòu)成要素的分析，本文將計(jì)算思維定義為運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法解決真實(shí)情境中存在的問(wèn)題，在明確問(wèn)題、分解問(wèn)題、抽象建模的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)合理的算法形成解決問(wèn)題的方案，并且能夠?qū)Ψ桨高M(jìn)行評(píng)估優(yōu)化、遷移到相似的問(wèn)題情境的思維過(guò)程。

3 中學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)現(xiàn)狀

中學(xué)階段的學(xué)生處于行為習(xí)慣養(yǎng)成的關(guān)鍵時(shí)期且已具備抽象與分析問(wèn)題的能力，為進(jìn)一步發(fā)展學(xué)生的計(jì)算思維創(chuàng)造了條件。我國(guó)普通高中以及義務(wù)教育階段的信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)先后將“計(jì)算思維”納入信息技術(shù)課程核心素養(yǎng)，因此，信息技術(shù)課程成為基礎(chǔ)教育階段培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的主要途徑。

3.1 計(jì)算思維能力培養(yǎng)中存在問(wèn)題的現(xiàn)狀研究

自新課程標(biāo)準(zhǔn)頒布以來(lái)，我國(guó)義務(wù)教育階段與高中階段信息技術(shù)課程教學(xué)實(shí)踐在取得顯著進(jìn)展的同時(shí)，也存在一些短板。

馬文敏提出信息技術(shù)課程在課程設(shè)置層面存在問(wèn)題，受我國(guó)傳統(tǒng)教育觀念的影響，信息技術(shù)課程成為一門邊緣化的學(xué)科，許多學(xué)校的信息技術(shù)課程的課時(shí)很少，甚至不能正常進(jìn)行。另外，許多學(xué)校基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不夠完善，缺少培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)實(shí)踐環(huán)境以及所需的數(shù)字化教學(xué)資源。林航（2021）認(rèn)為由于各地的教育資源和教學(xué)水平的不均衡，許多地區(qū)的學(xué)校存在信息技術(shù)教師師資不足的問(wèn)題。例如，信息技術(shù)教師數(shù)量少、教師的專業(yè)能力不足。而教師自身的信息素養(yǎng)以及對(duì)計(jì)算思維的認(rèn)知?jiǎng)t直接影響學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)，信息技術(shù)教師師資不足在很大程度上阻礙了學(xué)生計(jì)算思維的形成。此外，任健（2023）等提出目前信息技術(shù)課程尚未形成系統(tǒng)的計(jì)算思維評(píng)價(jià)體系，現(xiàn)有的評(píng)價(jià)仍以總結(jié)性評(píng)價(jià)為主，且主要以題目測(cè)試的形式進(jìn)行，缺乏對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程、實(shí)踐能力以及學(xué)習(xí)態(tài)度的考核。因此，現(xiàn)有的評(píng)價(jià)方式并不能準(zhǔn)確地反映學(xué)生的計(jì)算思維水平。

在基礎(chǔ)教育階段，信息技術(shù)課程主要在課程結(jié)構(gòu)設(shè)置、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、教師隊(duì)伍建設(shè)以及教學(xué)評(píng)價(jià)等方面存在短板，這些問(wèn)題在一定程度上阻礙了學(xué)生計(jì)算思維能力的提升。為了促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展，許多學(xué)者從不同視角提出了計(jì)算思維的培養(yǎng)策略并開展了計(jì)算思維的評(píng)價(jià)研究。

3.2 中學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)策略研究

針對(duì)目前教學(xué)實(shí)踐中出現(xiàn)的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)促進(jìn)學(xué)習(xí)者計(jì)算思維能力提升這一目標(biāo)，國(guó)內(nèi)的學(xué)者從不同的角度出發(fā)，提出了不同的計(jì)算思維的培養(yǎng)策略和方法，主要觀點(diǎn)如表2所示。

本研究把學(xué)者提出的培養(yǎng)策略從系統(tǒng)規(guī)劃、計(jì)算思維培養(yǎng)的課程內(nèi)容、學(xué)習(xí)方式、具體的教學(xué)實(shí)踐以及培養(yǎng)計(jì)算思維用到的技術(shù)工具等幾個(gè)維度進(jìn)行劃分。雖然學(xué)者提出的計(jì)算思維培養(yǎng)策略有所不同，但可以看出要想有效培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，首先，教育管理部門要重視計(jì)算思維的培養(yǎng)，加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，建設(shè)計(jì)算思維教育的理論體系，為計(jì)算思維教育的有效實(shí)施提供指導(dǎo)。其次，加強(qiáng)學(xué)校的課程體系建設(shè)。比如，在信息技術(shù)課程中完善計(jì)算思維課程內(nèi)容、開發(fā)計(jì)算思維校本課程等，通過(guò)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、大單元教學(xué)、跨學(xué)科課程等來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。最后，在培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維時(shí)，應(yīng)積極融入新技術(shù)和優(yōu)質(zhì)的教育資源，為學(xué)生提供豐富、多元的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，學(xué)生在真實(shí)的問(wèn)題情境中采用問(wèn)題驅(qū)動(dòng)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)等學(xué)習(xí)方式解決問(wèn)題，學(xué)生能夠在自主探究、合作學(xué)習(xí)的過(guò)程中提高計(jì)算思維。

3.3 中學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)的評(píng)價(jià)研究

評(píng)價(jià)作為教學(xué)實(shí)踐的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，評(píng)價(jià)有助于診斷學(xué)生的計(jì)算思維能力現(xiàn)狀以及對(duì)培養(yǎng)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，教師通過(guò)評(píng)價(jià)的反饋結(jié)果進(jìn)一步調(diào)整、完善教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等，從而能夠更有效地培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。

國(guó)內(nèi)關(guān)于計(jì)算思維評(píng)價(jià)的研究起步較晚，起初，國(guó)內(nèi)研究對(duì)計(jì)算思維的測(cè)評(píng)大多借鑒國(guó)外的相關(guān)測(cè)評(píng)工具，借鑒較多的有由Korkmaz等人開發(fā)的CTS量表、Valentina Dagiene等人開發(fā)的Bebras Tasks、Román-González M等人開發(fā)的CTt試題、Moreno-León等人開發(fā)的對(duì)Scratch項(xiàng)目進(jìn)行形成性評(píng)估的Dr. Scratch等。隨后，白雪梅等探索、驗(yàn)證Korkmaz等人開發(fā)的K-12階段計(jì)算思維測(cè)評(píng)量表（CTS）是否適用于我國(guó)學(xué)生。陳興治等（2020）、張屹等（2024）針對(duì)國(guó)內(nèi)缺少本土化的計(jì)算思維測(cè)評(píng)工具這一現(xiàn)狀，開發(fā)了計(jì)算思維測(cè)評(píng)量表。另外，郁曉華等（2019）把流程圖作為計(jì)算思維發(fā)展的可視化工具，運(yùn)用流程圖評(píng)價(jià)測(cè)量學(xué)生的計(jì)算思維發(fā)展水平；詹澤慧等（2024）結(jié)合事理圖譜概念，構(gòu)建可基于事理圖譜的計(jì)算思維測(cè)評(píng)方式。

綜上，我國(guó)關(guān)于計(jì)算思維評(píng)價(jià)的研究起步較晚且處于初級(jí)階段，研究大多借鑒國(guó)外的相關(guān)測(cè)評(píng)工具，主要包括測(cè)量量表、試題以及作品分析等。近年來(lái)，不少學(xué)者關(guān)注到了測(cè)評(píng)工具的文化適用性與有效性等問(wèn)題，所以亟須依托信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建本土化的、權(quán)威的測(cè)評(píng)工具。迄今為止，雖有不少學(xué)者開發(fā)出了經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的、效果較好的測(cè)評(píng)工具，但還未構(gòu)建計(jì)算思維的評(píng)價(jià)體系。

4 培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力的建議

首先，學(xué)校應(yīng)該重視信息技術(shù)課程，增加信息技術(shù)課程的排課量，確保計(jì)算思維培養(yǎng)的課程能夠順利實(shí)施。政府和教育主管部門加強(qiáng)學(xué)校基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，加強(qiáng)人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)、物聯(lián)網(wǎng)等實(shí)驗(yàn)室建設(shè)；開發(fā)能夠有效培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的教育軟件；加強(qiáng)校本課程建設(shè)和優(yōu)質(zhì)課程資源建設(shè)。從各方面滿足各學(xué)段學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)所需的要求，保障計(jì)算思維培養(yǎng)實(shí)踐落地。

其次，變革教學(xué)模式和教學(xué)方法。傳統(tǒng)的以知識(shí)傳授和技能操作為主的信息技術(shù)課程教學(xué)模式很難促進(jìn)學(xué)生的計(jì)算思維的發(fā)展，新課標(biāo)建議通過(guò)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，國(guó)內(nèi)學(xué)者也在開展通過(guò)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的研究并取得了一定的成果。

另外，加強(qiáng)計(jì)算思維教師師資建設(shè)，加強(qiáng)在職教師和職前教師的計(jì)算思維培訓(xùn)工作。比如可以通過(guò)在線培訓(xùn)課程、專家講座、搭建教學(xué)資源交流與分享平臺(tái)的形式幫助教師構(gòu)建計(jì)算思維的概念和實(shí)現(xiàn)邏輯，尋找將計(jì)算思維整合到已有認(rèn)識(shí)圖式的有效途徑，從而能夠?qū)⒂?jì)算思維整合到教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)活動(dòng)中；新手教師和專家型教師通過(guò)平臺(tái)交流協(xié)作，協(xié)同規(guī)劃設(shè)計(jì)計(jì)算思維教育活動(dòng)。

最后，盡快完善計(jì)算思維評(píng)價(jià)體系。現(xiàn)階段我國(guó)學(xué)者、專家需構(gòu)建本土化、可操作的計(jì)算思維的評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定計(jì)算思維的評(píng)價(jià)方法，開發(fā)、確定中學(xué)階段計(jì)算思維測(cè)評(píng)工具。教師在教學(xué)過(guò)程中，采用多元化的評(píng)價(jià)方法對(duì)學(xué)生的計(jì)算思維能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。在評(píng)價(jià)中，還要注重學(xué)生的自我評(píng)價(jià)和同伴互評(píng)以及評(píng)價(jià)結(jié)果的及時(shí)反饋。另外，可以利用智慧教學(xué)互動(dòng)平臺(tái)或其他信息技術(shù)工具分析學(xué)生學(xué)習(xí)的過(guò)程數(shù)據(jù)及計(jì)算思維的學(xué)習(xí)結(jié)果的達(dá)成度，并將診斷結(jié)果及時(shí)地反饋給師生，從而能夠進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。

5 結(jié)語(yǔ)

中學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)已成為數(shù)字時(shí)代的核心議題，我國(guó)也在信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)中明確指出了各學(xué)段計(jì)算思維的培養(yǎng)要求。本文在對(duì)中學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上提出了相關(guān)的建議。希望國(guó)家、教育主管部門及專家學(xué)者采取相應(yīng)的措施，培養(yǎng)與發(fā)展中學(xué)階段學(xué)生的計(jì)算思維能力，從而為社會(huì)培養(yǎng)具有核心競(jìng)爭(zhēng)力的信息化人才。

本文系2024年佳木斯市教育科學(xué)規(guī)劃課題“技術(shù)賦能初中信息科技課程思政教學(xué)實(shí)現(xiàn)路徑研究”的部分研究成果，課題編號(hào)：JJGBGH14524121。

（作者單位：佳木斯大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院）