國內外計算思維教育的研究脈絡與實踐比較

陳 興 冶 張 慧 倫 楊 伊

計算思維（Computational Thinking）作為信息時代的產物，是一種運用計算工具與方法求解問題的思維活動，是信息社會中每個人都應掌握的思維方式。隨著人工智向社會生活的各個領域滲透，應對技術變革對社會所帶來的挑戰是教育，尤其是計算思維教育的首要任務?！镀胀ǜ咧行畔⒓夹g課程標準（2017年版）》將高中信息技術學科核心素養界定為“在接受信息技術教育過程中逐步形成的信息技術知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀的綜合表現”，具體分為信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任等四個核心素養，其中以計算思維最為關鍵，①解月光, 楊鑫, 付海東. 高中學生信息技術學科核心素養的描述與分級[J]. 中國電化教育, 2017(5): 8-14.求解計算機問題所需要的正是計算思維，影響著其他要素發展的質和量，不僅在一定程度上決定了學科核心素養的水平，也直接關系到個人在未來社會的可持續發展水平。

一、內涵溯源：計算思維教育的緣起和發展

計算思維在國際上被提出可以追溯到20世紀80年代，麻省理工學院教授西摩·派珀特（Seymour Papert）于1980年首次提及，①Vonèche J J. Mindstorms: Children, Computers and Powerful Ideas[J]. Pergamon, 1983, 1(1):87.1996年，西摩·派珀特在其研究中再次強調，②Papert S. An Exploration in the Space of Mathematics Educations[J]. International Journal of Computers for Mathematical Learning, 1996, 1(1): 95-123.但真正將這一概念帶到大眾視野并使之受到廣泛關注的是卡內基·梅隆大學的教授周以真（Jeannette M. Wing），其于2006年賦予了“計算思維”較為明確的界定，即運用計算機科學的基礎概念和理論進行問題求解、系統設計以及人類行為理解等一系列思維活動，用以回答計算機科學與人的關系，③Wing J M. Computational Thinking[J]. Communications of the ACM, 2006, 49(3): 33-35.并于兩年后再次發文，指出計算思維將影響到各個領域的每一個人。④Wing J M. Computational Thinking and Thinking about Computing[J]. Philosophical Transactions A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 2008, 366(1881): 3717-3725.隨著計算思維定義的研究與實踐在國內外逐漸升溫，對計算思維的解讀也呈現出了不同的視角，總體上主要分為兩類：一類強調計算思維是一種思維技能。典型的界定如Hemmendinger將其視為一種像計算機一樣探索、發現、解決問題的能力；⑤Hemmendinger D. A Plea for Modesty[J]. ACM Inroads, 2010, 1(2): 4-7.Brennan和Resnick則在計算概念、計算實踐和計算觀念三個維度上解構為16個方面的技能。⑥Brennan K, Resnick M. New Frameworks for Studying and Assessing the Development of Computational Thinking[C]. The 2012 Annual Meeting of the American Educational Research Association, 2012: 1-25.不同于具體化的思維技能，另一類界定放眼于“過程”，即視之為一種思維的過程，不同概念的區別在于對過程抑或步驟的劃分。有學者視之為形式化問題的過程、⑦Aho A V. Computation and Computational Thinking[J]. The Computer Journal, 2012, 55(7): 832-835.數據驅動的思維過程，⑧王飛躍. 面向計算社會的計算素質培養: 計算思維與計算文化[J]. 工業和信息化教育, 2013(6): 4-8.以及經歷抽象、形式化、構造、自動化的過程。⑨王榮良, 盧文來. 計算思維：行進中的挑戰[J]. 中國信息技術教育, 2017(6): 4-10.相較而言，國內《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》為了使計算思維在實際教學中更加容易表征與評價，是以解構為具體能力要素為基點，這與Selby和Woollard博士提出的“五要素”思路較為接近，包括算法、評估、分解、抽象、概括等五個方面的思維。

截至目前，已有12個歐盟國家將計算思維納入義務教育課程。⑩朱珂, 賈彥玲, 馮冬雪. 歐洲義務教育階段發展計算思維的理論與實踐研究[J]. 電化教育研究, 2019(9): 89-121.計算思維已在世界范圍內被認為是“21世紀的基本技能”之一和“人類三大科學思維方式”之一。隨著計算思維內涵的不斷豐富，相關研究的持續推進與發展，受到國內外計算機教育界、社會科學界、哲學界廣大學者的激烈討論，不僅成為發達國家課程計劃的重要內容，而且成為我國人才培養及強國戰略的重要途徑，同時，重視中小學生計算思維培養逐漸成為我國學者和教育行政部門的共識。表1歸納了計算思維正式提出后的十年中，在國內外引發高度關注的相關政策和事件。

綜合以上分析，20世紀末21世紀初，歐美發達國家就較為重視計算思維的培養，一個重要的表征就是陸續頒布了計算思維教育的相關標準、政策和課程計劃。國內關于計算思維教育起步雖晚于國外，但進入2010年后伴隨著科技的發展，計算思維作為核心技能之一逐漸被國內教育智庫、行政部門所關注，因此國內外在總的研究歷程上存在差異。研究起步、研究歷程、研究傳統的差別必然帶來“計算思維教學實踐”的差異，特別是計算思維評價路徑和工具的差異。本研究將從研究歷程的對比出發，對國內外計算思維研究的宏觀歷程、中觀實踐和微觀的有效性評價進行分析與探討。

表 1 計算思維進入課程計劃的重要事件梳理

二、發展脈絡：國內外計算思維教育研究歷程

計算思維在當今社會發展中起著舉足輕重的作用，①朱亞宗. 論計算思維：計算思維的科學定位、基本原理及創新路徑[J]. 計算機科學, 2009, 36(4): 53-55.分析相關文獻發現，計算思維教育是國家意志、社會發展以及個體發展的共同體現，自提出后在國內外學界迅速發展。

（一）國外計算思維教育研究的發展動態

國外研究者較早意識到計算思維是未來社會不可或缺的素養，“走向低齡化”是國外計算思維教育和研究的重要特征，體現在研究對象的覆蓋面上，涵蓋所有階段的學生。譬如，英國K-12所有學生要依據年級學習包括計算思維在內的計算機科學概念。②Finish National Board of Education. Curriculum Reform in Finland[EB/OL]. (2018-01-13)[2020-05-18]. http://oph.fi/download/151294 ops2016_curriculum_reform_in_finland.pdf.在具體實施中，將計算思維與問題解決、人工智能等核心技能與技術進行深度融合是國外計算思維教育中較為普遍的做法，如新西蘭將計算機科學列為高中階段的必修科目，包括編程算法、人機交互、人工智能和計算機圖形學等具體內容。③Bell T, Andreae P, Lambert L. Computer Science in New Zealand High Schools[EB/OL]. (2018-01-13)[2020-05-18]. http://crpit.com/confpapers/CRPITV103Bell.pdf.

在研究成果數量增長趨勢和分布方面，筆者統計分析了自2006年正式提出計算思維概念開始至2022年11月30日，Web of Science核心數據庫中收錄的篇名包含“Computational Thinking”的期刊論文，共有804篇符合要求。根據趨勢初步分析發現，國際上關于計算思維的研究從2015年起出現了明顯的增長，關于計算思維的培養研究與實踐在世界各地持續升溫，并且由高等教育領域向中小學教育轉移。英國、美國、新加坡、韓國、土耳其和中國等都啟動了計算思維教育實踐和研究項目，有的國家甚至將計算思維教育納入國家教育戰略。

統計結果還顯示，計算思維是橫跨教育學、計算機科學的研究議題，同時也受到心理學等鄰近學科的影響。其中教育學領域（Education Educational Research）研究數量占到了74.8%，計算機科學領域（Computer Science）研究數量占到了41.8%。

研究成果的地域分布呈現“涉及范圍廣、數量懸殊、話語權集中”的特征。美國學者的研究多達240篇，占總發表量的29.7%；中國以160篇（19.8%）位居第二；土耳其以93篇（11.5%）位居第三。除此之外，關注該主題研究的國家和地區還有土耳其、巴西、韓國、英國、希臘等國（見圖1）。

計算思維研究在國際上的蓬勃發展很大程度上依賴于專注該領域的團隊和有一系列較大影響力的研究。Yadav研究團隊是取得較多成果的團隊之一，2014年該團隊對計算思維開始了早期的探索，較早闡述了計算思維的內涵，④Aman Yadav, Chris Mayfield, Ninger Zhou, Susanne Hambrusch, John T. Korb. Computational Thinking in Elementary and Secondary Teacher Education[J]. ACM Transactions on Computing Education, 2014, 14(1): 1-16.對其要素進行解構并與其他學科融合，⑤Aman Yadav, Hai Hong, Chris Stephenson. Computational Thinking for All: Pedagogical Approaches to Embedding 21st Century Problem Solving in K-12 Classrooms[J]. TechTrends, 2016, 60(6): 565-568.提出計算思維作為一種普遍的能力，應該作為學校學習的一個重要組成部分，加入學生分析能力培養中。①Joke Voogt, Petra Fisser, Jon Good, Punya Mishra, Aman Yadav. Computational thinking in Compulsory Education: Towards an Agenda for Research and Practice[J]. Education and Information Technologies, 2015, 20(4): 715-728.該團隊聚焦于K-12階段學生計算思維的培養，并以教師教育為突破口，對計算思維從定義到培養策略，做了系統、深入的探索。此外，還有以信息學和計算思維國際挑戰賽“Bebras”為中心進行研究的Valentina團隊、②Dagiene, Valentina; Stupuriene, Gabriele. Bebras: A Sustainable Community Building Model for the Concept Based Learning of Informatics and Computational Thinking[J]. Informatics in Education, 2016(15): 25-44.長期致力于將計算思維真正融于K-12課程體系的Wilensky團隊，他們試圖打破計算思維長年作為一個孤立的主題游離于學科教學之外的狀態?？梢哉f，國外近年來對計算思維的研究全面且不斷深入，或是以教師專業發展為突破口，或是借助國際競賽項目，或是結合心理學研究成果，或是融合科學課程體系，在一定程度上表明計算思維研究不僅是國際關注熱點，也是一個復雜、廣泛且與課堂教學聯系密切的主題。

從定義內涵到項目開發，到教學實踐再到效果評估，每一個側面都為研究者留下了填補的空間和深入研究的領域。隨著計算思維研究的蓬勃發展，涌現出了一些有影響和標志意義的成果。筆者以總被引量和年均被引量為指標，選取了同時滿足“總被引量＞300”且“年均被引量＞40”的研究6項（見表2），作為國外最具代表性的研究成果。經過對每項成果的分析，發現其中理論研究占絕對優勢，說明國際上關于計算思維的研究是從定義計算思維開始的。但這并不意味著實證研究遜色于理論，相反，通過前文對重要研究團隊成果的分析不難發現，在有了基本的理論框架之后，計算思維必須進入課程體系，有具體的教學項目作為依托，與心理學等相關領域密切結合，這些都需要大量的教學實驗來完成。目前國外大量的實證研究正在緊密結合國際形勢，關注前沿問題，讓計算思維持續深化，真正落地。

表 2 計算思維高被引外文文獻統計表

（二）國內計算思維教育發展動態

如果我們用計算機學科知識與技能的角度審視計算思維的培養，會發現計算思維教育并非要將學生培養為計算機專家，而是像計算機科學家一樣思考問題，這是國內基礎教育界的共識。中小學信息技術課程是培養這一能力最核心的載體，是開展計算思維教育的天然渠道。因此，國內學者緊密結合計算機課程，就如何通過信息技術課程培育計算思維作了深入的討論和研究。2013年便有學者明確將計算思維視為信息技術課程的一種內在價值，這種價值的實現依賴于合理組織教學內容和可行的教學方法。①李鋒, 王吉慶. 計算思維: 信息技術課程的一種內在價值[J]. 中國電化教育, 2013(8): 19-23.

釋放這一內在價值最關鍵的是要設計優質的探究性教學活動，保證課標的有效落實。不少研究者探討了計算思維如何在中小學信息技術課程中得到落實，部分學者基于宏觀視角明確了信息技術課程之于計算思維培養的必要性：如果僅僅將計算思維滲透到學科教學中，而沒有任何一門學科發揮培養計算思維的統領作用，一方面，缺乏一個相對穩定的課程內涵和核心價值，信息技術會淪為“技術課程”，隨著信息技術及其應用工具的變化而逐漸失去“自我”；②肖廣德, 高丹陽. 計算思維的培養: 高中信息技術課程的新選擇[J]. 現代教育技術, 2015, 25(7): 38-43.另一方面，沒有統領性的課程，學生計算思維的培養始終是碎片化的、不成體系的。因此，計算思維研究在國內興起的初期，我國部分學者致力于對課程設計進行思辨性的探索，試圖厘清如何使信息技術成為計算思維培養的統領性課程。這對于有步驟、有節律地培養中小學生計算思維意義重大。同時，對于信息技術這門年輕的學科而言，從“實用性教育”升級為“基礎性教育”，在此過程中找到課程的“自我”有著不可忽視的價值。這是國內研究者取得的思辨研究的重要理論成果，為中觀層次的課程開發，微觀上的課程設計發揮了奠基作用。

基于思辨研究奠定的理論基礎，有學者從中觀的層面思考、設計、開發了培養計算思維的高中信息技術校本課程?？v向包括了從課程目標到內容框架，再到評價策略的全過程，配套形成了紙質教材編寫、學習環境創設與數字資源開發一整套的方案，并將方案落實到教學過程中，形成了以解決問題環節為中心的完整教學體系。①曹曉明, 安娜. 培養計算思維的高中信息技術校本課程研究[J]. 現代教育技術, 2018, 28(7): 106-112.更為微觀的，有學者從具體的課程實踐出發，認為充分挖掘出高中信息技術課程各個模塊內容中蘊含的計算思維是進行計算思維教育的前提，②張學軍, 郭夢婷, 李華. 高中信息技術課程蘊含的計算思維分析[J]. 電化教育研究, 2015, 36(8): 80-86+107.并以高中信息技術課程的一個必修模塊、五個選修模塊為案例，對其中所蘊含的計算思維進行了深入細致的分析。

三、實踐載體：計算思維教育的實踐探索

計算思維本身并非專屬于計算機科學，但它反映了用計算手段解決問題的方式。一直以來，計算機科學是計算思維培養的最重要載體，且計算思維的培養與形成離不開有效的教學實踐，實踐活動正是計算思維的基礎。

（一）國內外關于計算思維實踐研究的整體特征

計算思維培養應從基礎教育階段抓起，必須進課程、進課堂，這成為各國政府和學界的共識。計算思維是問題解決的思維能力，它的培養離不開但不僅限于編程教學，對于如何有效進行計算思維的培養，當前絕大多數研究還處于實踐探索階段，亟需構建支持學科知識與計算思維發展的理論模型，使一線教師的教學實踐有據可循。

總體上，國外學者偏重計算思維結構和教學模式的理論研究，例如韓國學者蘇金甲、李恩京、崔現宗分別通過教學模型、Scratch編程以及學習情景的創設等培養學生的計算思維；③袁中果, 谷多玉, 武迪. 計算思維教育研究現狀及實踐路徑[J]. 創新人才教育, 2016(4): 54-59.新加坡學者賴思誼提出了以建構主義為基礎的計算思維的三維空間理論。④Sze Y L, Joyce H, Ling K. Review on Teaching and Learning of Computational Thinking through Programming: What is Next for K-12?[J]. Computers in Human Behavior, 2014: 51-61.由于計算思維在國內的實踐歷史并不長，積累的教學實踐經驗比較有限，國內學者更加注重計算思維培養的教學落地。有研究者在考察了我國近40年的計算機教育史后，一針見血地指出了計算思維培養的教學實踐在我國發展受限的原因：國內無論是基礎教育還是高等教育，“知識傳遞”與“工具操作”一直是計算機課程的“痼疾”，思維發展和培養幾乎成為計算機教學的“荒地”。⑤龔靜, 侯長林, 張新婷. 計算思維能力發展模型與教學程序研究[J]. 現代教育技術, 2018, 28(4): 48-54.計算機課程究其本質從來就不是簡單的“知識”或“工具”，隨著人們對課程本質認識不斷加深，計算思維的培養才真正受到關注。但隨著新一輪基礎教育課程改革的啟動，三維目標從一個相對完整和立體的視角呈現了教學的愿景，其中“過程與方法”與計算思維教育的核心要義高度默契，學生不僅要知道“是什么”，更重要的是培養一種思考問題、解決問題的能力。因此，從時間脈絡及思想背景來看，我國新課改成為計算思維教育實踐的肥沃土壤。在此背景下誕生的基于項目的學習、探究性學習等成為計算思維教育實踐的方法載體，形成多種教學實踐模式。

（二）我國計算思維實踐路徑的梳理與分析

國內關于實踐研究主要遵循兩種路徑。路徑之一是將計算思維的培養真正落實在具體的案例當中，譬如開發相關軟件并用于教學。典型的有十年前牟琴進行的“輕游戲”的研究，①牟琴. “輕游戲”對計算思維能力的培養：教育游戲對程序設計基礎課程教學的影響[J]. 遠程教育雜志, 2011, 29(6):94-101.本質上是教育軟件與主流游戲內在動機的有機融合。內容和任務都與課程相關，兼具游戲所特有的挑戰、好奇、幻想等情感體驗，還具備易于遷移到課堂教學、符合學校課程模式和規則的特征。類似的教學軟件還有郭守超等人提出的以教師為設計者、組織者、引導者，基于App Inventor，利用計算思維解決問題的學習工具，②郭守超, 周睿, 鄧常梅, 狄長艷, 周慶國. 基于App Inventor和計算思維的信息技術課堂教學研究[J]. 中國電化教育,2014(3): 91-96.此外，還有以TMaze編程工具為基礎的對5－9歲兒童進行計算思維的培養的研究等。③鄭德強. 計算思維教育如何落地[EB/OL]. (2018-01-07)[2020-05-18]. http://www.fjedu.cn/index.php?r=studio/post/view&sid=550&id= 6890.上述軟件的開發與應用對計算思維的培養與推廣起到了重要的作用，從操作的層面進行了大膽的嘗試，為計算思維在教學實踐中落地提供了條件。

國內關于實踐研究的另一條路徑是對計算思維的教學方法進行系統的理論探索，相比具體的軟件開發，這類成果更加中觀。這一路徑可以進一步分為兩類研究：一類是以計算思維內涵結構為本體的教學模式。謝忠新等根據計算思維包含的算法思維、評估、分解、抽象、概括五大要素，分別設計了基于計算思維某一方面培養的單個課堂活動。④謝忠新, 曹楊璐. 中小學信息技術學科學生計算思維培養的策略與方法[J]. 中國電化教育, 2015(11): 116-120.計算思維教育過程宏觀上在教學每個階段都應有適合的教學理論支持，有明確的思維教學目標并遵循思維發展的規律；在方法層面要有全新的交流與協作方式及合適的檢索、存儲、加工信息的新手段和新方法；在外部支持上，要為教師變革教學、提高教學效能提供支持；在知識學習與技術應用的過程中，發展可遷移的思維技能，建構從無意識思維到有意識思維直至無意識自動思維的習慣。另一類則是依托于較為成熟的教學模式，設計面向計算思維培養的教學實踐路徑。典型的包括面向計算思維的W-PBL教學模式，其核心就是基于網絡環境資源，設置一組面向計算思維的、層次遞進的問題情境，引導學生在開展一系列的活動過程中將計算思維滲透到自身的知識體系和能力中。⑤張蕾. 面向計算思維的WPBL教學模式研究[J]. 電化教育研究, 2014, 35(3): 100-105.該模式滲透了PBL的教學思想，這些問題不僅能激發學生的動機，而且還有助于培養計算思維。

盡管都是對計算思維的教學方法進行的系統的理論研究，但不同的是，謝忠新等人以計算思維自身的結構要素為基礎進行設計，計算思維就是教學過程本身，后者則是以一個相對成熟的模式為基礎，面向計算思維做出教學設計，計算思維是作為教學目的而存在的。兩種設計思路必將對應不同的教學模式，但在理論研究中各有千秋，特別是在計算思維研究還不甚成熟的起步階段，與相對成熟的教學模式結合不失為一種培養計算思維的路徑。與此同時，將計算思維本身的結構作為開發教學模式的切入點，雖然難度較大，但對我們從根本上形成屬于計算思維研究領域自己的教學模式和實踐體系，是大膽且非常有力的探索。

（三）計算思維教育實踐成效的評價工具與方法

由于計算思維興起之初亟待解決的是定義、內涵、結構等基本問題。具體到實踐層面，特別是在教學實施后的評價階段，研究起步較晚，內容相比教學實踐相對薄弱。但計算思維評價是非常重要的一個環節，轟轟烈烈的計算思維教育活動如果脫離了評價就沒有了目標和基本的導向，而淪為一種無目的實踐，因此在對中觀的實踐研究進行分析后，有必要對國內外計算思維評價研究情況進行梳理。對于計算思維評價，國內外研究者針對各自所處的教育情境以及不同階段學生的特點，開展了多角度多途徑的研究。我國學者曾對計算思維評價方式進行了總結與梳理，將評價工具分為文本話語分析、題目測試、作品分析、圖示分析和行為分析五大類。①郁曉華, 肖敏, 王美玲等. 計算思維培養進行時: 在K-12階段的實踐方法與評價[J]. 遠程教育雜志, 2018(2): 18-28.本研究選取相關文獻作了進一步的綜合分析，以便從不同視角更深入地了解當前計算思維評價工具的研究現狀。

國外關于計算思維評價的研究中最為重要的是評價工具的開發。以任務為載體的計算思維測試平臺是出現較早的一類評價方式，評價內容由開發者根據平臺任務自主選擇。美國科羅拉多大學科赫等人早在2010年便開發了名為“計算思維模式圖”的評價工具，用來評價學生創作視頻游戲程序時計算思維概念的使用情況。②Koh, K. H., Basawapatna, A., Bennett, V., Repenning, A. Towards the Automatic Recognition of Computational Thinking for Adaptive Visual Language Learning[A]// Visual Languages and Human-Centric Computing(VL/HCC), Symposium On ACM[C]. IEEE, 2010: 59-66.類似的還有2012年加利福尼亞大學沃納等人開發的可在Alice平臺應用的“精靈評價”（Fairy Assessment）工具，③Werner,L., Denner,J., Campe, S., Kawamoto, D. C. The Fairy Performance Assessment: Measuring Computational Thinking in Middle School[A]// Proceedings of the 43rd ACM Technical Symposium on Computer Science Education[C]. ACM: 215-220.巴薩瓦帕特納等人于2011年開發的計算思維模式測驗，④Basawapatna, A., Koh, K. H, Repennlng, A., Webb, D.C., Marshall, K. S. Recognizing Computational Thinking Patterns[A]//Proceedings of the 42nd ACM Technical Symposium on Computer Science Education[C]. ACM: 245-250.以評價學生能否將視頻游戲中培養的計算思維模式進行應用。上述測試平臺代表了項目開發者評價計算思維的意識，但總體上是一種就事論事的評價，更類似于對學生任務完成情況進行打分，并沒有揭示出計算思維的本質，也沒有真正體現出科學性。隨著時間的推移以及國際上對計算思維內涵、結構認識的不斷完善，近幾年研究團隊實現了僅針對學習成果而進行評價的突破，土耳其學者柯爾克瑪茲等人設計開發的由29個題目組成的計算思維評價量表，⑤Korkmxz O, Cakir R, Ozdcn M Y. A Validity and Reliability Study of the Computational Thinking Scales[J]. Computers in Human Behavior, 2017(72): 558-569.測量維度包括創造力、算法思維、協作、批判性思維、問題解決等五個維度，庫庫爾等人開發的計算思維自我效能感量表，⑥Kukul V, Karatas S. Computational Thinking Self-Efficacy Scale: Development, Validity and Reliability[J]. Informatics in Education, 2019, 18(1): 151-164.以及羅曼-岡薩雷斯等人2017年提出的由28個題目組成的計算思維測量量表。⑦Roman-Gonzalez, M., Perez-Gonzalez, J. C., Jimenez Fernandez, C. Which Cognitive Abilities Underlie Computational Thinking? Criterion Validity of the Computational Thinking Test[J]. Computers in Human Behavior, 72: 678-691.這些量表更為全面地評價了學生的計算思維水平，試圖接近計算思維的本質，但與此同時也不可避免地存在一定的主觀性。國外不同類型的評價工具總體呈現百花齊放的發展態勢，每一種評價工具的背后都蘊含了評價思想和研究者對于計算思維的基本認識。

國內關于計算思維評價的研究近幾年才引發關注。依據中國知網數據，國內明確聚焦計算思維評價的研究始于2014年，雖是對國外研究工具的綜述介紹，①王旭卿. 面向三維目標的國外中小學計算思維培養與評價研究[J]. 電化教育研究, 2014, 35(7): 48-53.但它較早關注到了計算思維評價這一實踐的關鍵環節，并以通俗易懂的三維分析方式與我國信息技術課程三維目標相互呼應，在當時產生了一定的影響力并保持了較高的被引量。另外，在此基礎上提出的評價方式融入了作者對關注過程還是關注結果、關注計算思維的客觀成效還是學習者的主觀體驗，為我國學者進行計算思維本土化的研究提供了啟迪。而后較長一段時間，國內關于計算思維的評價陷入了沉默。直到2018年，我國學者在討論計算思維培養的整體過程中再次提到了評價環節，并將其作為計算思維教育實踐的一個重要組成部分和最終環節。就研究思路來看，國內更多是基于對國外評價體系的分類與梳理，在此基礎上反思我國本土實踐。從計算思維教育實踐的縱向路徑來看，計算思維的評價需要放眼行為過程、能力表現與學習結果；從橫向維度來看，應當確定學生在知識、技能、態度等不同維度上的表現性指標，建立具有可操作性的等級體系標準?？v橫交叉才能相對全面、客觀地評價計算思維能力。此外，計算思維的評價既要有相對統一的標準，又要做到兼顧個體差異，諸如自身認知基礎、能力偏向、興趣動機的差異。因此總體上，我國學者在審視了國外計算思維評價研究成果的基礎上，認識到評價手段要力求多元，評價內容要力求全面，評價依據要力求詳盡。

具體到評價工具的開發，國內對計算思維評價工具的開發與應用歷史較短，當計算思維的培養和評價在國際上備受關注之時，我國尚沒有K-12階段學生計算思維的量表，僅有對國外的研究介紹和述評。2019年白雪梅、顧小清進入了本土化探索與嘗試，旨在為我國實踐者和研究者對于K-12階段學生計算思維的評價開發測量工具。②白雪梅, 顧小清. K12階段學生計算思維評價工具構建與應用[J]. 中國電化教育, 2019(10): 83-90.筆者在認識到目前我國缺少一個成體系且經過科學論證的計算思維評價指標體系之后，也進行了實證探索，確立了計算思維評價框架，并構建了由7個因子及23個關鍵指標組成的指標體系。而后以1410名高中學生作為測試樣本進行數據收集和分析，檢驗其有效性，結果顯示該指標體系可為高中學生計算思維培養的教學實踐提供測量工具的支持。③陳興冶, 馬穎瑩. 本土化計算思維評價指標體系的構建與探索：基于1410名高中生的樣本分析與驗證[J]. 遠程教育雜志, 2020, 38(5): 70-80.

總體上講，我國關于計算思維評價的研究有兩個特點，其一是借鑒國外較多，獨立思考較少。這在任何一個全新領域研究的起步階段是必要的，但要警惕過分停留于梳理、分析，會阻礙該研究領域在國內的發展。其二，立足于本國學生實情的實證研究非常薄弱，與國外大量的實證研究形成了較大的反差，這與我國研究計算思維評價歷程較短有關，一定程度上也受我國傳統思辨研究范式的影響，但在今后隨著更多人投入計算思維教育實踐，或有所豐富和發展。

四、研究展望：計算思維教育研究的問題與走向

筆者在回顧對比國內外計算思維研究整體路徑和實踐歷程之后發現，盡管研究數量有所增長，熱度逐年提升，但仍有較大的待開墾的荒地需要未來的研究者進行耕耘。

（一）中觀層面基于教學實踐研究的反思

計算思維實踐是教學研究最受關注的方向，也是成果較為集中的研究領域。通過前期對國內外重要成果的梳理，當前實踐研究仍存在兩方面問題。一方面，從研究對象來說，更加重視計算思維在高等教育中的培養，與基礎教育的結合仍顯不足。約90%的研究圍繞大學計算機基礎教學，而在中小學教學中不成體系也不具規模。但事實上，思維的培養是一個長期而系統的過程，計算思維的教育應該貫穿于人才培養的全過程。既能幫助中小學生發展抽象思維能力，又能使成人更加適應信息社會，提升問題解決能力。因此，從研究層次上講，中小學應提升對計算思維培養的教學實踐的重視程度，不論是從成果數量還是從創新性上講，都要有所突破并形成一定規模。另一方面，從研究內容上來說，研究較為局限，內容也比較單一。研究更多集中于模式的探討和計算思維具體軟件的開發和應用上，教學軟件只是教學實踐的載體，并不能等同于實踐本身。教學實踐是一個包含了教學目標、教學過程、評價體系、師資、教學資源、教學環境等多重因素的系統，對任何一個因素的研究必然有助于教學實踐，但同時，對任何一個因素的忽視也必將影響教學目標的達成。目前對評價體系、教學資源與師資建設的關注明顯不足，這會制約指向計算思維培養的教學的科學化發展，也會影響教學實踐的效率?；诖?，計算思維培養的教學實踐研究應該抓住五個著力點：

第一，重視計算思維在基礎教育階段的培養與滲透。研究者應立足于基礎教育一線，與教師深入合作，從教學需求與培養現狀出發發現并解決問題，不能僅僅停留在理論層次的探索。同時，還應當放眼人才培養的全過程，將中小學置于“全人發展”的一個重要階段來審視計算思維教育肩負的重任，才能在打好基礎的同時面向未來社會培養人才。

第二，要綜合應用思辨研究和實證研究多種研究范式。我國學者善于思辨，實證研究一度是短板，而計算思維培養的教學實踐與現實貼合緊密，研究者在建構理論框架的同時應大膽實踐。這就需要嚴謹、巧妙的實驗設計和充足的樣本，使研究更具科學性。目前，國內計算思維培養的教學實證研究不僅數量少，嚴謹性和科學性也相對不足，這需要在今后的研究中將理論與實證相結合，通過長時間、有計劃的教學實驗聚焦實際問題，檢驗培養成效。

第三，深化理論研究，夯實理論基礎。盡管計算思維從提出到現在已有十幾年之久，但是對于國內而言還是一個較“新”的事物，因此對于其內涵、特征、要素等問題的探討仍然需要進一步厘清。只有對核心概念有了清晰的認識才能建構科學的理論框架，進而才能設計嚴謹的實證研究。所以，在倡導加大實證研究力度的同時需要夯實理論基礎，這不僅是研究的指導，也是計算思維培養的教學實踐的指導。

第四，拓寬計算思維培養的教學實踐研究的廣度。今后的研究在探討計算思維培養的教學模式、策略等重要主題的同時，還應加大對計算思維評價、資源建設、師資建設等相關問題的研究，特別是著力開發科學的評價工具，這是檢驗教學成效的武器，也是教學實踐獲得成功的重要保障。沒有適配的評價體系，即使探索出再多的模式也是孤立的。

第五，加強計算思維培養的教學實踐研究的系統性。研究者應以全局的眼光審視計算思維實踐過程，既要對每一個環節進行研究，又要在拓寬研究廣度的基礎上加大不同維度的關聯，使得教學目標、教學過程、教學評價、資源建設等連成一體，發揮合力作用。

目前我國計算思維培養的教學實踐研究仍處于起步階段，研究成果較為有限，未來計算思維培養的教學必將向基礎教育延伸，并且在“全人發展”的過程中強化意義，夯實理論基礎的同時發展實證研究，其自身所涉及的各個環節也應得到全面的關注，特別是計算思維評價體系尤其應得到重視。如此計算思維培養的教學實踐才能由隱性化、被動性向顯性化、自發性轉變，才能有規劃、成體系地發展。

（二）微觀層面基于教學評價環節的反思

從評價載體的視角分析，多數評價工具以程序設計為載體測量計算思維水平，即通過編程時學生的行為表現（如Aggarwal的前后測①Aggarwal A, Gardner-McCune C, Touretzky D S. Evaluating the Effect of Using Physical Manipulatives to Foster Computational Thinking in Elementary School[C]. The 2017 ACM SIGCSE Technical Symposium on Computer Science Education, 2017: 9-14.）、編程任務完成后的作品（如Dr.Scratch②Moreno-León J, Robles G. Analyze Your Scratch Projects with Dr. Scratch and Assess Your Computational Thinking Skills[J].Scratch Conference, 2015: 12–15.）、編程類測試題（如CTt③Marcos R G, Juan-Carlos P G, Carmen J F. Which Cognitive Abilities Underlie Computational Thinking? Criterion Validity of the Computational Thinking Test[J].Computers in Human Behavior, 2017(72): 678-691.）以及編程活動時進行訪談（如美國結構化診斷性訪談工具④Weintrop D, Wilensky U. Using Commutative Assessments to Compare Conceptual Understanding in Blocks-Based and Text-Based Programs[C]. Association for Computing Machinery, 2015: 101-110.）等途徑來進行計算思維的測量。從評價維度的視角分析，大部分的評價工具基于編程（或算法）技能展開測量，其主要通過編程過程中的學生知識學習（概念、術語，如德國的PPA⑤Mühling A, Ruf A, Hubwieser P. Design and First Results of A Psychometric Test for Measuring Basic Programming Abilities[C]. Workshop in Primary And Secondary Computing Education, 2015: 2-10.）、技能掌握（基本程序技能，如CTS⑥Dagiene V, Futschek G. Bebras International Contest on Informatics and Computer Literacy: Criteria for Good Tasks[C].Informatics Education-Supporting Computational Thinking, 2008: 19-30.⑦Izu C, Mirolo C, Settle A, Mannila L, Stupuriene G. Exploring Bebras Tasks Content and Performance: A Multinational Study[J].Informatics in Education, 2017: 39-59.）及問題解決（程序修改、故障排查等，如TSA①David C, Webb. Troubleshooting Assessment: An Authentic Problem Solving Activity for it Education[J]. Procedia Social and Behavioral Sciences, 2010(9): 903-907.）等三個方面來測量學生計算思維水平。從評價目的的視角分析，可分為形成性評價（如Dr. Scratch、CTP、②Koh K H, Basawapatna A, Bennett V, Repenning A. Towards the Automatic Recognition of Computational Thinking for Adaptive Visual Language Learning[C]. 2010 IEEE Symposium on Visual Languages and Human-Centric Computing, 2010: 59-66.Fairy Assessment③Werner L, Denner J, Campe S, Kawamoto D C. The Fairy Performance Assessment: Measuring Computational Thinking in Middle School[C]. The 43rd ACM Technical Symposium on Computer Science Education, 2012: 215-220.）和總結性評價（如Beras競賽、④Dagiene V, Futschek G, Bebras. International Contest on Informatics and Computer Literacy: Criteria for Good Tasks[C].Informatics Education-Supporting Computational Thinking, 2008: 19–30.⑤Izu, C, Mirolo C, Settle A, Mannila L, Stupuriene G. Exploring Bebras Tasks Content and Performance: A Multinational Study[C]. Informatics in Education, 2017: 39–59.CTt）工具，根據測量學習效果來修正教學是形成性評價的目的，而總結性評價則是測量一定周期學習后學生計算思維的發展水平。從評價對象的視角分析，多數評價工具的目標對象為6－8年級的初中生，少數針對小學生（如Dr. Scratch、Beras競賽），涉及高中生的評價工具比較依賴程序設計，主要基于數據結構、程序閱讀與調試（如Beras競賽、CTt）等方式展開測量?？傮w而言，國外已開發出了針對不同群體的較豐富的計算思維評價工具。而在計算思維已成為信息技術學科核心素養的背景下，國內學者對計算思維評價的關注度依然有限，未來應在如下方面給予著重關注。

其一，建立合理、完善的計算思維評價指標，其前提必須對計算思維本身的內涵、邊界、概念層次有清晰的界定。由于計算思維研究歷史較短，初始定義較為寬泛，之后幾經修改、完善，但對計算思維的認識仍處于進行時。不同的定義方式會影響我們對評價指標體系的厘清，因此研究者在有針對性地進行評價研究前，先要對計算思維的內涵、計算思維的教育內容和實踐過程反復斟酌，如此得到的評價框架才有據可循。

其二，我國目前使用的計算思維的評價工具絕大多數來自國外，僅有CTt、CTS等少數工具經過了嚴格的驗證，國內尚未出現較成熟的評價工具，只有個別學者針對國外個別測量工具進行了有效性和適用性的驗證。⑥白雪梅, 顧小清. K-12階段學生計算思維評價工具構建與應用[J]. 中國電化教育, 2019(10): 83-90.這在一定程度上影響了學科教學中計算思維培養的效果檢測，亟需一套本土化、被廣泛認同、可操作的計算思維評價指標。⑦范文翔, 張一春, 李藝. 國內外計算思維研究與發展綜述[J]. 遠程教育雜志, 2018(2): 3-17.

其三，研究范式上，計算思維評價既需要理論基礎，又需要以科學的實證為支撐。但目前我國的計算思維評價更多的是包含在計算思維實踐全過程當中的一個環節，距離專門的研究領域尚有距離。我國要建立符合本國學生的計算思維評價體系，必然要以大量的實證研究為基礎，而不能直接將國外成型的量表未經本土化改造直接使用。

其四，就國內現有的數項評價工具來看，應豐富類別。根據國外的研究成果以及國內學者對國外的述評，要想反映學生計算思維水平及發展狀況，不論量表經過了多么嚴密的檢驗和論證，也不論是多么智能化的在線評價程序，僅依賴一種研究工具遠遠不夠。計算思維的復雜性決定了評價設計的艱巨性，因而很難用一種工具從概念、實踐與觀點三個維度全面測量學生計算思維的發展狀況。①Kong S C. Components and Methods of Evaluating Computational Thinking for Fostering Creative Problem-solvers in Senior Primary School Education[M]// Computational Thinking Education. Singapore: Springer, 2019: 119-141.因此，今后計算思維評價工具要指向不同工具的綜合與開發，將定性、定量等相關研究方法結合起來，綜合評價與表征計算思維。