我國計算思維教學的回顧與展望

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本文由《現代遠距離教育》雜誌授權發布

作者：陽小華、劉志明、劉傑、李華新

摘要

近年來，計算思維教學與計算思維能力培養已成為計算機學科與教育領域關注的重點。梳理、統計我國計算思維教學方面的文獻發現：計算思維教學研究起步較早，面向高等教育與基礎教育，集中於計算機與信息技術相關學科，研究內容涉及教學過程各環節。反思我國計算思維教學研究發現，研究範圍狹窄，缺乏與其他學科教學整合的研究；研究問題較為單一，多關注教學模式與方法，教學資源、師資建設與評價體系較少涉及；理論研究有待深入；計算思維教學時間較短，實施範圍和規模較小，學生思維能力培養成效有待檢驗。因此，應深化理論研究，揭示計算思維形成的基本過程，為教學提供指導；完善研究內容，加強計算思維立體化教學資源建設，制定計算思維能力評價體系；開展師資培訓，探索不同學科計算思維教學模式與規律，提升計算思維教學有效性；拓展研究領域，將計算思維教學研究向基礎教育與繼續教育領域延伸；形成研究合力，推進計算思維教學由隱性化、被動性向顯性化、自發性轉變。

關鍵詞：計算思維；學科整合；教師培訓；評價指標；思維訓練；可視化

圖靈獎得主Edsger Dijkstra說「我們所使用的工具影響著我們的思維方式和思維習慣，從而也將深刻地影響著我們的思維能力」［1］。數字化時代，計算機技術滲透至各個領域，計算機已成為人們學習、工作和生活不可或缺的工具，計算思維逐漸成為人們主要的思維方式和思維習慣。2006年，時任美國卡內基·梅隆大學計算機系主任周以真（Jeannette M. Wing）教授在計算機權威雜誌Communication of the ACM給出了「計算思維」相應的定義與說明。計算思維不是計算機科學家的專屬技能，而是數字化時代每一個人都應具備的基本技能，「2050年前，要讓地球上每一位公民都具有計算思維能力」［2］。計算思維概念定義之後，計算思維教學與計算思維能力培養迅速成為計算機學科與教育領域都關注的重點，相關專業領域學者與一線教育工作者從理論與實踐等方面對計算思維教學開展了廣泛研究。

一、計算思維教學發展脈絡

（一）國外計算思維教學

2007年，周以真教授在卡內基·梅隆大學成立了計算思維研究中心，並修訂了該大學一年級學生的課程，籍此培養該校非計算機專業學生的計算思維能力。計算思維在美國教育界獲得了極大的支持，國際計算機協會（ACM）2008年在網上公布對CC2001（CS2001）的中期審查報告《CS2001 InterrimReview》（草案）中明確將「計算思維」與「計算機導論」課程綁定在一起，並明確要求該課程講授計算思維的本質［3］。此外，卡內基·梅隆大學在美國國家科學基金會（NSF）的支持下，設計了一門全新的包含計算機和計算思維基本概念的課程，美國另外五所大學——北卡羅來納大學夏洛特分校、加州大學伯克利分校、丹佛大都會州立學院、加州大學聖地亞哥分校以及華盛頓大學使用了這一課程，美國的一些專業組織、政府機構及學者都參與其中，旨在提高教學者與學習者的計算思維能力［4］。

2013年，英國教育部將原有的國家課程「信息通用技術」（ICT）更名為「計算」（Computing），並於2014年9月正式實施［5］。2013年12月11日，美國非盈利性組織Code.org為配合國家計算機科學教育周（Nationa Computer Science Education Week）發起了「編程一小時（The Hour of Code）」倡議和活動，旨在通過採用趣味教學的方式讓中小學生了解基本的計算機程序編寫，並從小培養孩子們對計算機的興趣［6］。

（二）國內計算思維教學

在我國，受國際計算機協會（ACM）CC2001課程體系（草案）的影響，2008年11月，全國高等學校計算機教育研究會在桂林召開「計算思維與計算機導論」學術研討會，揭開了國內高校開展計算思維研究的序幕，此時計算思維教學主要面向計算機專業。桂林電子科技大學計算機學院也開設了以培養計算思維為核心的「計算機導論」精品課程［7］。2010年教育部高等學校計算機科學與技術教學指導委員會編製《高等學校計算機科學與技術專業人才專業能力構成與培養》，明確將計算思維列入計算機專業人才的四大專業基本能力之一［8］，由此形成了正式的關於計算思維表述的官方規範性文件。

我國面向非計算機專業大學生開展計算思維教學始於2010年，教育部高等學校計算機基礎課程教學指導委員會2010年5月在安徽合肥會議中要求將計算思維融入到計算機基礎課程中傳授，以此培養高素質的研究性人才［9］；2010年7月西安會議發布了《九校聯盟（C9）計算機基礎教學發展戰略聯合聲明》，旗幟鮮明地把「計算思維能力的培養」作為計算機基礎教學的核心任務［10］，標誌著計算思維教學面向所有大學生全面展開。2013年，教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會正式發布了《計算思維教學改革宣言》，進一步明確了計算思維培養在大學計算機基礎課程教學中的中心地位，並把計算思維的培養提升到了創新人才培養和國家發展的高度［11］。

在中小學，作為培養學生信息素養的「信息技術教育」課程也在由知識與技能的學習向能力與思維方向轉變，廣州、深圳、重慶等地的一些一線教師以Scratch、Kodu、AppInventor等插件式編程工具等為載體，將計算思維融入其中，培養學生的演算法思維能力。

（三）問題的提出

自計算思維概念提出以來，各領域學者與一線教育工作者紛紛出謀劃策，積極探索，從理論與實踐領域展開了對計算思維教學的研究，取得了一系列的研究成果。梳理我國計算思維教學的相關研究，尚未發現對於計算思維教學的總結性研究，導致人們對我國計算思維教學研究的整體狀況不夠了解，對計算思維教學的發展脈絡以及未來發展趨勢認識不夠清晰，這樣勢必影響計算思維教學研究的廣度與深度。因此，統計分析我國計算思維教學的研究成果，概括我國計算思維教學的整體狀況，總結計算思維教學取得的經驗，反思研究的不足，在此基礎上展望計算思維教學研究的熱點及發展趨勢，可為研究者開展計算思維教學研究提供參考，也能為一線教師進行計算思維教學提供借鑒。

二、計算思維教學的研究設計

（一）研究方法

本文主要採用元分析方法與內容分析法對我國公開發表的關於計算思維教學方面的論文進行定量分析，以期盡量公正、客觀地展現計算思維教學研究總體情況。其中元分析方法廣泛應用於教育測量與評價，是評價性研究的有效方法［12］。

（二）研究對象

1.學術論文

以國內公開發表的關於計算思維教學這一主題的中文核心期刊論文為研究對象，以「計算思維」＋「教學」、「計算思維」＋「教育」、「計算思維」＋「訓練」以及「計算思維」＋「培養」為檢索主題詞，選擇中國知網「中國期刊全文資料庫」進行檢索，進行篩選後，共得有效文獻133篇。

2.學位論文

學術論文代表研究的廣度，而學位論文代表了研究的深度［13］，為了了解計算思維教學研究的深入程度，我們選取中國知網「博碩士論文資料庫」以相同主題詞進行檢索，得到文獻40篇，經過篩選後，得到有效文獻33篇。

三、計算思維教學的研究回顧

本文從文獻量分布、研究對象、研究方式、研究內容等方面，分析我國計算思維教學的論文，可以發現我國計算思維教學研究呈現以下特點。

（一）研究起步較早，經歷了萌芽期—停滯期—探索期，目前趨於穩定

計算思維教學歷年文獻量分布情況如圖1所示。學術論文中有關計算思維教學最早的文獻是2004年蔣宗禮首次明確提出「計算思維能力」，認為計算思維能力主要包括以形式化、模型化為特徵的形式化描述、抽象思維與邏輯思維能力［14］，這與周以真教授2006年給出的計算思維特徵相吻合。2005年蔣宗禮再次強調計算思維能力，認為其是「計算機問題求解之基礎」［15］，但當時並未引起足夠重視，這也直接導致了2006-2007兩年計算思維研究出現空白期。計算思維進入學者們的視野是在2008年桂林會議之後，2008-2010年發文量緩慢增加，但總數較少，處於計算思維教學研究的探索階段。2010年西安會議明確「大學計算機基礎教學的核心任務是培養學生計算思維能力」這一目標後，發文量逐年遞增，於2014年達到頂峰，說明計算思維教學日益受到研究者的重視。2015年與2016年雖略有下降，但業界對計算思維教學研究漸趨穩定。學位論文從時間上看整體滯後於學術論文，這也在情理之中。學位論文從2012年開始迅速增加，國家政策的導向，慕課、翻轉課堂等新概念的引入推動了計算思維教學發展，2015年發文量達14篇，占學位論文總量的41.2%，2016年減至6篇，從研究深度來看需要發掘新的研究熱點。總體來說，我國計算思維教學大致可分為三個階段：萌芽期—停滯期—探索期，可以預見，計算思維教學仍將是今後的研究熱點。

（二）計算思維教學面向基礎教育與高等教育領域，研究集中於計算機與信息技術相關學科課程

目前，我國計算思維教學集中在基礎教育與高等教育領域。其中學術論文研究對象主要集中在高等教育，文獻量達108篇，佔總文獻量的81.2%；而學位論文的研究對象以基礎教育為主，文獻量達17篇，佔總文獻量的51.5%，主要原因是學位論文大多涉及實證研究，且有部分專業學位論文作者為一線教育工作者，在中小學通過信息技術課程開展計算思維教學實踐，推動了計算思維在基礎教育領域的開展。

基礎教育領域，計算思維教學主要通過「信息技術」課程開展，旨在讓學生了解基本的程序編寫知識，激發其對計算機領域的興趣，培養學生的思維習慣與基本的演算法思維能力，為後續學習打下堅實的基礎。高等教育中的計算思維分為兩類，一類是通過在計算機基礎教學中結合不同專業培養學生的基本計算思維能力，力圖發揮計算思維在專業學習中的指導作用，這是目前計算思維最為廣泛的研究熱點與培養方式；另一類是針對計算機學科相關專業（如軟體工程、網路工程等）學生，培養其基於計算思維的高階思維及認知能力，用於求解系統級問題，但這類研究文獻較少。

為了解計算思維教學與應用學科背景，我們將學術論文與學位論文合併進行統計。明確給出了學科或課程名稱的文獻共125篇，進行分類統計後發現我國計算思維教學主要集中在計算機與信息技術相關學科，兩者合計佔90%，其他學科如農業、醫學、軍事、財經、社會、藝術等學科均有涉及，但佔比極小，如圖2所示。計算思維教學從與計算學科關聯最為密切的計算機與信息技術展開，逐漸向其他學科滲透，計算思維要真正融入到人類活動的整體之中，並成為人類解決問題的高效思維方法，必須與其他學科融合——計算本身也是一門學科，具有促進其他學科發展的作用［9］——這是由將計算機視為工具的「狹義工具論」向將計算思維上升至人人均應具備的普適性思維轉變的必經之路。

（三）計算思維教學研究內容日趨細化，涉及教學目標、教學內容、教學方法、教學資源與教學評價等方面

總體來看，目前計算思維教學研究內容較為完整，基本包括教學的各個環節——教學目標、教學內容、教學模式與方法、教學資源建設以及教學評價。按文獻所佔比重來看，研究重點集中於教學內容（課程）和教學模式方面，教學評價較少涉及。如圖3所示。

1.教學目標

教學目標是開展計算思維教學的出發點，能為計算思維教學內容組織與教學模式提供指導。現有研究中大部分文獻籠統地將教學目標稱為「培養計算思維能力」，並未根據課程與學科背景將計算思維能力具體化為相應的教學目標。明確提出教學目標的文獻較少，僅占文獻量的16%。教學目標的提出均以周以真教授對於計算思維的定義為依據抽象出計算思維的核心概念後歸納而成。陳傑華認為計算思維的教育價值體現在三個方面：問題求解思路、創新思維和形式化描述［16］。此外，還有學者提出了專門針對計算機學科的計算思維培養目標，結合國家、社會當前的需求和發展趨勢，提出了計算機學科本科生的培養目標：了解抽象級的問題求解方法、掌握語言級的問題求解技術、掌握計算機系統級的問題求解方法［17］。這三類教學目標呈遞進關係，體現出清晰的結構性與層次性，不僅對於計算機學科有指導意義，其「抽象級的問題求解方法」對於其他學科或者基礎教育也較為適用。

2.教學內容

教學內容是計算思維教學研究的重要主題，發文量占文獻總數的33%。自計算思維概念提出以來，尤其是C9明確將計算思維培養作為計算機基礎教學核心任務之後，學者們對計算思維的教學內容組織與改革進行了探索。

目前對於計算思維教學內容改革主要有兩種觀點：內容重組與全面更新。前者主要面向基礎教育和高等教育中的大學計算機基礎教學，認為已有的知識內容已蘊含計算思維規律和特點，只是需要對課程內容結構以計算思維為主線重新組織，突出計算思維這一主題的直接性與系統性。在基礎教育的「信息技術」課程中，教學內容逐漸由計算機基本操作轉向程序設計知識，程序設計方面引入了更適合中小學生認知特點的情景編程工具Scratch、插件式編程軟體AppInventor等，王娟通過Scratch兒童編程軟體教學的具體實施，輔以具有特色的可視化教學工具來培養小學高年級學生的創意計算思維［18］。在大學計算機基礎教學中，戰德臣等人對大學計算機課程教學內容的最小集合進行擴充，增加系統思維、數據抽象與計算思維、網路計算思維等模塊［19］。

後者主要面向計算機學科各類專業的計算思維教學，認為應將課程教學知識點進行大幅度更新，增加和突出與思維訓練有關的知識點，開設類似「計算思維概論」的通識課程［20］。陸漢權等從思維科學出發，從計算思維與計算機學科關係最密切的數學思維、邏輯思維和工程思維的交集中得到三種不同的問題求解類型——抽象級、指令/語言級以及系統級，在此基礎上提出了一個課程教學內容的組織架構，包括「計算的歷史與影響、計算模型、處理器模型、信息的編碼與存儲、演算法和程序、操作系統、計算機網路」七個模塊內容［17］。總體而言，計算思維教學內容仍側重於演算法和程序設計、計算機系統等方面。

3.教學模式

新的概念與新的教學內容勢必會引起相應的教學模式改革，因此，計算思維教學模式是學者和一線教師廣泛關注的主題，發文量最大，占文獻總量的39%。梳理相關文獻，發現關於計算思維的教學模式主要分為三類。

（1）任務驅動、問題式學習模式

基於問題的學習模式是通過設計合適的任務，將教學內容隱含於任務中，使學生在教師引導下，自主發現問題、解決問題、總結問題的探究式學習模式。計算思維的外顯行為就是運用「抽象」「形式化描述」等思維進行問題求解的活動。計算思維教學採用基於問題的教學模式，這也是目前計算思維的主流教學模式，其發文量佔比67.4%。

牟琴等結合任務驅動式教學模式的特點構建了基於計算思維的任務驅動式教學模型（TDTMCT），該模型在培養學習者自我建構知識以及創新思維能力方面有較大的進步，不僅可以提高學習效率，而且可以培養學習者的計算思維能力［21］。張蕾提出了面向計算思維的WPBL教學模式及其模型。教師基於網路環境資源，設置一組面向計算思維的、層次遞進的問題情境，引導學生自主開展一系列圍繞問題情境的活動，在完成整個教學過程的同時將計算思維滲透到自身的知識體系和能力中［22］。

（2）遊戲化教學模式

計算思維非常抽象，教學過程中學生容易產生畏難情緒，失去學習興趣。計算思維教學中，教育與遊戲的結合能夠激發學生的學習興趣，寓教於樂，讓學生在遊戲的過程中掌握知識，提升計算思維能力。遊戲化教學模式相關文獻量約佔教學模式總文獻的15.6%，基礎教育與高等教育領域文獻量沒有明顯差異。遊戲化教學模式主要採用兩類遊戲：教育遊戲。其在計算機基礎教學中應用最為廣泛，常用於如漢諾塔等經典演算法的學習。牟琴探索並構建了程序設計課程教學中「輕遊戲」對「計算思維」能力培養的教學模型和學習模型，並通過實例論證該模型在培養學生計算思維能力方面的有效性［23］；王耀華結合計算機科學經典問題，設計並開發出基於計算思維的遊戲化學習（CT-GBL）系統，讓學習者在體驗遊戲樂趣的同時理解計算思維，提升計算思維能力［24］。編程遊戲。編程遊戲是目前非常流行的一種語言學習遊戲，通常以「機器人競技模擬引擎」的形式出現，在培養計算思維能力方面有較為明顯的優勢。

（3）思維可視化教學法

計算思維教學中的圖示法主要是採用一些思維可視化工具，如思維導圖、流程圖、模式圖等。思維可視化是將隱性的、不可見的思維過程用一系列可視化技術顯性化表示出來，幫助人們高效地記憶、理解和應用知識。計算思維可視化是呈現計算思維過程的一種具體實現與外顯技術，計算思維可視化教學是目前培養計算思維能力的一種新趨勢。孫淑霞利用Raptor作為程序和演算法設計基礎課程的實驗教學環境，實現演算法流程可視化，引入XMind「可視化思維工具」。通過繪製思維導圖、魚骨圖、二維圖、樹形圖、邏輯圖等方式培養學生計算思維能力［25］。此外，可視化編程工具的出現，為計算思維的培養方式轉變提供了新的契機［26］。在基礎教育領域，主要使用一些可視化編程工具如Scratch、AppInventor等培養學生的計算思維。

4.教學資源

現有研究中計算思維教學資源主要以精品課程為主，形式較為單一，數量也較少。大學計算機基礎教學已經開展多年，積累了豐富的教學資源，這些資源中雖蘊含了計算思維思想，但計算思維主線不清晰，也不夠完善。計算思維教學資源建設一般有兩種形式：對原有資源進行改造和開發全新的計算思維教學資源。吳寧等以培養計算思維能力為核心，結合專業需求的計算機基礎課程分類教學體系，設計了計算機基礎課程精品資源建設方案［27］。在開放教育資源運動蓬勃發展的今天，精品課程轉型升級已成為必然趨勢，馮博琴等提出了建設計算機基礎精品資源共享課程群的設想並進行了初步的實踐［28］。

5.教學評價

計算思維教學評價發文量最少，僅佔總文獻量的7%。計算思維教學的目的是培養學生計算思維能力，何以表徵計算思維能力是否提高成為計算思維教學無法繞開的一大難題。目前針對計算思維的評價採用調查問卷、比較研究等方式，以定性描述為主，這種評價仍處在認知階段。張兆芹等提煉了「問題約簡能力、抽象推理能力、規律發現能力、問題優化能力、方案評價能力、並行處理能力、系統保護意識」七個方面的計算思維能力要求［29］，並進行了計算思維能力問卷調查。現有的評價方式更多地是對計算思維認知的測量，對計算思維能力的外顯行為評價仍需進一步研究。

（四）研究方式表現為理論研究、應用研究與綜合研究

計算思維教學研究的論文大體可分為理論研究、應用研究與綜合研究三大類。其中，理論研究發文量佔24.2%，多為從計算學科角度對計算思維定義與特徵的解讀、核心概念的歸納、文件與政策的研讀以及開展計算思維教學的意義、必要性與可行性分析。應用研究發文量佔46.3%，在三類論文中佔比最大，作者多為一線教師，主要是選擇某門課程進行計算思維教學改革實踐，先論述課程教學現狀，闡述改革內容，然後總結改革的經驗與不足。綜合研究側重於將計算思維教學的理論構建與實踐應用相結合，先進行理論的闡述與分析，設計教學模型，然後開展教學實踐，驗證理論與模型的有效性，這類論文佔29.5%。總體來看，研究方式較為合理，既有理論研究相關指導，又有教學實證案例，但理論研究仍顯得較為宏觀，對計算思維的本質、原理、機制與過程等微觀層面的研究仍需進一步加強。此外，應用研究類論文佔比較大，這也側面反映了一線教師在理論研究方面需進一步深入。

四、計算思維教學的研究反思

自明確計算思維能力培養這一核心任務以來，研究者在計算思維教學方面取得了一系列的學術成果與應用成效，但總體說來，我國計算思維教學研究仍處於初級階段，還存在著很多不足之處，需進一步完善。

（一）計算思維教學研究範圍狹窄，研究領域有待深化與擴展

計算思維強調對計算科學模式與方法的抽取和拓展應用，與程序設計與演算法等內容的教學有較為明確的結合點，教學相對容易開展［30］。因此，計算思維教學研究更多地集中在計算機相關學科和非計算機專業的大學計算機基礎教學，文獻量約佔了9成，將計算思維與其他學科融合的研究很少。

即使在計算機相關學科與專業中，計算思維培養的研究也局限在少數幾門課程，沒有貫穿於計算機專業人才培養全過程。說明目前教育工作者對於計算思維的認識不夠深刻，也反映了計算思維能力培養層次尚淺。思維的形成是一個長期而系統的過程，計算思維作為一種與計算機及其特有的問題求解緊密相關的思維形式［31］，應成為計算機學科人才的主導性與統領性思維，貫穿於計算機學科人才培養全過程。

基礎教育領域雖然也發表了一些學術成果，但數量很少，尚未形成規模，多屬學者們的自發性研究，教育主管部門尚未出台在基礎教育中開展計算思維培養的政策性文件，因而未能引起研究者與一線教師的足夠重視。計算思維作為信息社會每個人都應具備的思維方式，研究者們在探討計算思維教學時，只重視高等教育領域是遠遠不夠的。

從以具體形象思維為主要形式向以抽象邏輯思維為主要形式過渡是小學生思維發展的重要特徵之一［32］。因此，從理論上來說，在小學階段探索分層式計算思維教學是可行的，也是有益的——計算思維能幫助學習者發展自身抽象思維能力。此外，在信息社會中，人們如何迅速在紛繁的、雜亂無章的信息中理清頭緒，對問題進行抽象、約簡，並找到高效的方法去解決，這是擺在我們每個人面前的難題。因此，計算思維教育也不應忽視成年人群體，要避免信息時代因缺乏計算思維訓練而產生的新的「知識溝」。

（二）研究主題多關注教學模式與方法，教學資源、師資建設與評價體系較少涉及

計算思維教學研究主題雖日趨細化，對教學目標、教學內容、教學模式、教學資源等方面均有所涉及，但研究者更多地將重心放在教學內容、教學模式兩方面，對於教學資源建設、師資培訓與評價體系等方面的研究明顯不夠——教學資源與評價體系的發文量佔比僅為12%，尚未發現有明確提出師資建設的文獻。

對教學模式和方法的研究，多根據計算思維的「問題求解」這一本質特徵選擇基於問題進行教學的教學模式，沒有與思維訓練方法系統融合。思維訓練有利於幫助人們形成高效思維模式，在現有研究中尚未發現專門針對計算思維訓練的方法。

系統論觀點認為，「系統中各要素不是孤立地存在著，每個要素在系統中都處於一定的位置上，起著特定的作用」「各要素之間相互關聯，構成了一個不可分割的整體」。教學系統中，教師是教學活動的主導者，教學資源能為教學的有效開展提供保障，教學評價能檢測教學目標是否達成，對教學環節起到反饋、改進的作用。這三者都是教學系統的重要組成部分，研究不能顧此失彼，任一要素的缺失都會造成計算思維教學系統的失衡。

（三）計算思維教學時間較短，實施範圍和規模較小，學生思維能力成效有待檢驗

在國內，計算思維引起廣泛關注是在2008年，計算思維教學的規模化開展則始於2012年教育部啟動第三輪大學計算機課程改革項目後，計算思維教學的實施時間較短，仍處於小範圍的實驗與探索階段。此外，計算思維教學實踐研究僅以一堂課或一門課為研究對象，然後通過問卷調查檢驗某一教學模式的學習效果，可能短時間內，這種教學模式在計算思維教學實踐中取得了一定成效，但這種研究方式的效度仍有待商榷。教學模式在長期內是否有效？學生的計算思維能力是否得到了有效遷移，而不僅僅是認知層面的提高？這些都需要研究者在長期的教學實踐中進一步檢驗與探索。

五、計算思維教學的研究展望

（一）深化理論研究，揭示計算思維形成的機制與過程，探索有效的計算思維訓練方法

學生的問題解決過程，是其通過內在的思維變化來逐步建立問題的解決路徑，進而形成系統解決方案的過程［33］。而對於計算思維的形成機制研究恰恰是目前計算思維理論研究的空白，計算思維的形成機制既具有所有思維的共性，又具有特殊性，只有從人類學習本質等微觀層面出發，論證計算思維的形成機制、過程及其影響因素，才能使計算思維能力培養更具針對性和可操作性。

趙姝等將思維技能訓練分為隱性思維顯性化、顯性思維工具化、高效思維自動化三個階段，用以提高思維技能訓練的可操作性［34］，這為計算思維訓練提供了可行的指導框架。我們應根據計算思維的形成機制與過程，合理利用、控制其影響因素並進行針對性訓練，這樣才能實現有效的計算思維教學。從認知角度和學習應用需求看，計算思維培養需要一個循序漸進的過程［35］。因此，計算思維能力培養也要分階段進行。初級階段：引導學生從具體情境中認識、體驗計算思維；中級階段：有意識地在特定情境中激發、組織計算思維；高級階段：在各種情境中無意識地、自動地運用計算思維，這也是計算思維教學與訓練的最高目標。

（二）完善研究內容，加強計算思維立體化教學資源建設，制定計算思維能力評價體系

計算思維教學研究問題過多集中在教學內容與教學模式方面，忽視了其他教學環節，尤其是適合計算思維能力培養的個性化學習優質資源缺乏［36］，應加以改進與完善。可以從以下途徑入手，一方面建設立體化的計算思維教學資源。一是引入、開發思維可視化工具，將隱性的思維顯性表達出來，使計算思維教學更具針對性；二是聯合領域專家、一線教師與企業人員開發針對不同層次學生的計算思維遊戲，使學生通過遊戲創作自主培養計算思維；三是建設符合學生學習認知結構與學科背景的計算思維微課程，降低學生認知負荷，增強學習靈活性。另一方面是要加快制定計算思維能力評價體系、開發相應的能力測評工具。現有評價體系的作用更多地體現在計算思維認知層面的測量上，對於計算思維外顯能力的評測用處不大，應把評價體系作為計算思維教學研究的新的重點，充分發揮評價的監測、診斷與調控教學的作用。

（三）開展師資培訓，探索不同學科計算思維教學模式與規律，提升計算思維教學有效性

教師是教學目標的實施者、教學內容的制定者、教學活動的設計與組織者、教學效果的檢驗者。可以說，教師是教學系統的核心要素，是一切教育活動的原動力。計算思維這個新概念的引入給教師的教育觀念、認知結構乃至整個教學活動設計帶來了巨大的衝擊，對於非計算機學科的教師影響更大。因此，計算思維教學要擴大規模與推廣應用，必須組織計算思維領域專家對一線教師進行培訓，使他們儘快接受計算思維概念，理解計算思維的內涵，掌握計算思維特徵，結合具體學科探索計算思維的教學內容、教學模式與教學規律，並在學科教學時自覺地將計算思維融入教學內容。這樣才能讓學生在具體情境中理解、體驗計算思維，實現計算思維的能力遷移，實現計算思維在不同場合與領域活學活用，真正提升計算思維的教學有效性。

（四）拓展研究領域，將計算思維教學研究向學前教育、基礎教育以及繼續教育領域延伸

計算技術推動了科學的發展與人類社會的進步，計算思維的重要性日益凸顯。「計算思維是21世紀中葉每一個人都要用的基本工具」，成為「人類學習知識和應用知識的基本組成和基本技能」［37］，要使計算思維成為現代社會每個人都具備的高效的、普適性的思維方式，必須讓每一個人都接受有效的、合適的計算思維教育，而不能局限於高等教育。這就需要研究者們加大研究力度，拓展研究領域，以高等教育為研究主陣地，以計算機相關學科與專業為中心，逐漸向學前教育、基礎教育與成人教育領域滲透，對各層次教育對象的認知特點、學習方式等方面進行深入研究，探索適合各級各類學習者的計算思維教育內容、教育模式，產生豐富、有意義的研究成果，為計算思維教學在各層次教育領域的開展提供理論指導與實踐借鑒。

（五）形成研究合力，推進計算思維教學由隱性化、被動化向顯性化、自發性轉變

英國開放大學2015年發布的《創新教學報告》將計算思維列為「十大創新教學法」之一，認為計算思維將在「教育實踐中，尤其是在學校後繼續教育中引發重大變革」［38］。計算思維將在人們今後的工作、學習和生活中扮演越來越重要的角色。

目前，我國思維教學實踐與應用還處於小範圍的實驗與探索階段，仍由一線教師為主體負責實施，領域專家、教育主管部門參與度不足，因此，我國計算思維教學仍然是「潛移默化的」「隱性的」。因此，應加快成立相關協作機構，組織計算思維領域專家、教育管理部門人員、教學軟體開發企業、一線教師、學生等「利益相關者」形成研究共同體，把領域專家的理論知識、教學管理部門的保障與協調、企業的教學軟體產品、一線教師的教學經驗與學習者特徵及需求有機結合，提高計算思維教學的可行性、科學性與有效性，形成計算思維教學研究合力，推動計算思維教學由隱性化、被動化向顯性化、自發性轉變。

作者簡介：陽小華，博士，南華大學黨委副書記，計算機學院教授，博士生導師，軟體工程學科帶頭人；劉志明，博士，計算機學院教授，碩士生導師；劉傑，博士，計算機學院副教授，碩士生導師；李華新，計算機學院教師。

轉載自：《現代遠距離教育》2018年第2期

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