于 穎 謝仕興

（1.曲阜師范大學(xué) 傳媒學(xué)院； 2.曲阜師范大學(xué) 工學(xué)院，山東日照276826）

近年來，大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)對人類生產(chǎn)生活產(chǎn)生了變革性的影響， 智能時代已經(jīng)來臨[1]。 為與智能時代相適應(yīng)，學(xué)校教育應(yīng)如何應(yīng)對？ 自2016 年以來，為適應(yīng)智能時代教育與技術(shù)的不斷發(fā)展，國際教育技術(shù)協(xié)會（International Society for Technology in Education， ISTE）分別對先前所發(fā)布的面向?qū)W生、教育者、教育領(lǐng)導(dǎo)者以及教練員的各項標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行了修訂[2]。 ISTE 認(rèn)為，修訂后的標(biāo)準(zhǔn)可以為世界各地的教育者和教育領(lǐng)導(dǎo)者進(jìn)行大膽革新，提供發(fā)展框架和路線圖，幫助他們重新思考教與學(xué)的方式，使其通過教育技術(shù)的有效融合，重新設(shè)計智能時代的學(xué)校和教室，構(gòu)建智能化的學(xué)習(xí)環(huán)境。

在眾多標(biāo)準(zhǔn)之中，ISTE 于2018 年發(fā)布的《計算思維能力標(biāo)準(zhǔn)（教育者）》（以下簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》）值得關(guān)注[3]。 該《標(biāo)準(zhǔn)》是首個以計算思維命名的能力標(biāo)準(zhǔn)，目的是通過計算思維與K-12 所有學(xué)科的融合，提升教育者的計算思維能力， 進(jìn)而支持學(xué)生發(fā)展問題解決與批判性思維技能，使之成為計算思考者，以適應(yīng)快速發(fā)展與變化的當(dāng)今社會。 該《標(biāo)準(zhǔn)》對于計算思維與學(xué)科教學(xué)的融合，具有里程碑意義。 因此，了解該《標(biāo)準(zhǔn)》發(fā)布的背景與核心內(nèi)容，對于正在探索中的我國一線計算思維教學(xué)，具有重要啟示。

一、《標(biāo)準(zhǔn)》發(fā)布的背景

（一）計算機(jī)科學(xué)學(xué)科需要強(qiáng)化計算思維

自2006 年周以真對計算思維進(jìn)行了系統(tǒng)定義后，計算思維迅速風(fēng)靡全球，由此，開啟了計算思維大眾化的全新歷程。 由于計算思維根植于計算機(jī)科學(xué)（Computer Science）學(xué)科，因而，主要被應(yīng)用于K-12 計算機(jī)學(xué)科教學(xué)中。 迄今為止，在全球范圍內(nèi)較具影響力的兩個計算機(jī)科學(xué)課程文本——《K-12 計算機(jī)科學(xué)框架》與《K-12 學(xué)生計算機(jī)科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》，都對計算思維給予了充分重視。

《K-12 計算機(jī)科學(xué)框架》（以下簡稱 《框架》）由計算機(jī)協(xié)會 （Association for Computing Machinery，ACM）、 Code.org、 計算機(jī)科學(xué)教師協(xié)會（Computer Science Teachers Association， CSTA）、網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新中心（Cyber Innovation Center） 和國家數(shù)學(xué)與科學(xué)計劃（National Math and Science Initiative） 于2016 年合作開發(fā)[4]。 該《框架》旨在指引課程跳出“計算思維即編程”的藩籬，構(gòu)建與智能時代相適應(yīng)的育人目標(biāo)。即，通過計算系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)與分析、算法與編程、計算的影響五個核心概念，以及促進(jìn)包容的計算文化、計算合作、識別與定義計算問題、發(fā)展與使用抽象、創(chuàng)造計算方案/制品、測試與改進(jìn)計算方案/制品、計算交流七個核心實踐，貫穿于計算思維教學(xué)的全過程，培養(yǎng)學(xué)生逐步形成與當(dāng)今數(shù)據(jù)豐富、互聯(lián)互通的智能社會相適應(yīng)的行為和思維方式。

《K-12 學(xué)生計算機(jī)科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》 由計算機(jī)科學(xué)教師協(xié)會于2017 年7 月修訂。由于計算是智能時代的典型特征之一， 計算思維被認(rèn)為是到本世紀(jì)中葉每個人都應(yīng)具備的基本生存技能，故《K-12 學(xué)生計算機(jī)科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》 從概念與實踐兩個層面， 闡明了詳細(xì)的、可測量的學(xué)生計算思維的期望表現(xiàn)，以期讓學(xué)生成為計算密集型社會中受到良好教育的公民， 為未來的職業(yè)發(fā)展做好準(zhǔn)備[5]。內(nèi)容大體可歸納為：（1）從小學(xué)開始，向所有學(xué)生介紹計算機(jī)科學(xué)的基本概念；（2）在中學(xué)階段，開設(shè)計算機(jī)科學(xué)學(xué)科，學(xué)生需要完成規(guī)定的畢業(yè)學(xué)分；（3）鼓勵學(xué)校開設(shè)計算機(jī)科學(xué)第二課堂， 讓對計算機(jī)科學(xué)感興趣的學(xué)生進(jìn)行更深入的學(xué)習(xí)， 為他們?nèi)蘸筮M(jìn)入智能化環(huán)境下的勞動力市場或大學(xué)做好準(zhǔn)備。

（二）K-12 所有學(xué)科需要融合計算思維

當(dāng)今社會已進(jìn)入智能時代，人工智能、大數(shù)據(jù)、VR/AR、云計算等技術(shù)及其產(chǎn)品的極大豐富，使得人們的生產(chǎn)生活方式發(fā)生了深刻變革。“培養(yǎng)什么樣的人”，成為智能時代教育需要重新回答的命題。盡管技術(shù)能夠增強(qiáng)現(xiàn)實， 助力問題的高效解決，幫助人們逐步從繁雜的、 重復(fù)性的、機(jī)械性的工作中解放出來，但是技術(shù)卻無法取代問題解決能力、 判斷力、決策力、道德思維等高階能力。 面對難以想象的復(fù)雜未來，不具備高階能力的人， 將無法適應(yīng)與改造世界[6]。ISTE 認(rèn)為， 計算思維以解決復(fù)雜的開放性問題為典型特征，恰恰是智能時代學(xué)生需要解決方方面面問題的基礎(chǔ)性能力，是獲得個人、學(xué)術(shù)或職業(yè)生活成功的關(guān)鍵。 世界各地的領(lǐng)導(dǎo)者和教育者都有責(zé)任確保每個學(xué)生都能理解并具備計算思維能力，從而提高他們在個人、學(xué)術(shù)與職業(yè)生涯中獲得成功的機(jī)會，為未來的成功做好準(zhǔn)備。

ISTE 意識到，《K-12 學(xué)生計算機(jī)科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》和《K-12 計算機(jī)科學(xué)框架》中的計算概念，無論對于學(xué)生還是教育者來說都是新的。為了能夠服務(wù)于K-12所有學(xué)科， 幫助所有教育者實現(xiàn)未來教育的目標(biāo)，ISTE 于2018 年發(fā)布了 《計算思維能力標(biāo)準(zhǔn) （教育者）》，并對上述標(biāo)準(zhǔn)和框架做出了必要補(bǔ)充。

《標(biāo)準(zhǔn)》是首個明確以“計算思維”命名的面向教育者的文本，側(cè)重于描述教育者的知識、技能和思維方式， 以促進(jìn)教育者將計算思維有效融合到各個年齡段的K-12 學(xué)科教學(xué)中， 充分發(fā)展學(xué)生的問題解決和批判性思維技能， 使他們成為智能時代成功的計算機(jī)科學(xué)學(xué)習(xí)者和計算思考者， 在未來激烈的全球競爭中立于不敗之地。 《標(biāo)準(zhǔn)》闡明了計算思維教育者的五種身份， 并結(jié)合教師專業(yè)發(fā)展與學(xué)科發(fā)展的雙重視角， 對教育者計算思維能力要求進(jìn)行了高度概括。 因此，它對計算思維深度融入K-12 學(xué)科教學(xué)，具有較好的推動與指引作用。

二、《標(biāo)準(zhǔn)》的核心內(nèi)容

《標(biāo)準(zhǔn)》共分為計算思維、公平的領(lǐng)導(dǎo)者、圍繞計算的協(xié)作、創(chuàng)新與設(shè)計及融合計算思維五個部分，其實質(zhì)分別對應(yīng)計算思維教育者的五重身份——計算思維學(xué)習(xí)者、教育公平的領(lǐng)導(dǎo)者、圍繞計算的協(xié)作者、創(chuàng)新者與設(shè)計者、融合計算思維的促進(jìn)者，界定了教育者在擔(dān)負(fù)不同身份時應(yīng)具備的能力要求（見圖1）。

圖1 計算思維能力標(biāo)準(zhǔn)（教育者）內(nèi)容框架

《標(biāo)準(zhǔn)》也特別關(guān)注計算思維與學(xué)科教學(xué)融合以及計算思維的跨學(xué)科課堂教學(xué)實踐， 并在描述教育者應(yīng)具備的五種計算思維能力時，反復(fù)滲透其中。

（一）規(guī)定了計算思維教育者的能力要求

1. 作為計算思維學(xué)習(xí)者

作為計算思維學(xué)習(xí)者，教育者應(yīng)從專業(yè)發(fā)展、學(xué)科融合、資源利用、學(xué)習(xí)性向與計算的影響五個維度進(jìn)行學(xué)習(xí)，以達(dá)到《標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的目標(biāo)要求（見表1）。

表1 教育者作為計算思維學(xué)習(xí)者應(yīng)達(dá)成的目標(biāo)要求

具體表現(xiàn)為：（1）《標(biāo)準(zhǔn)》 中的專業(yè)發(fā)展維度，主要從學(xué)習(xí)目標(biāo)與教學(xué)策略兩個方面， 對教育者的計算思維學(xué)習(xí)活動設(shè)計與計算思維實踐能力做出了規(guī)約；（2）學(xué)科融合維度，則強(qiáng)調(diào)教師要具備計算思維與學(xué)科教學(xué)融合的能力，能夠識別計算問題，并能將其與計算思維概念與實踐建立聯(lián)系；（3）資源利用維度，強(qiáng)調(diào)要善用與計算思維有關(guān)的專家資源、學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)等學(xué)習(xí)資源，促進(jìn)計算思維與學(xué)科教學(xué)融合實踐；（4）學(xué)習(xí)性向維度，則關(guān)注學(xué)習(xí)者體驗及自我效能感的形成，強(qiáng)調(diào)教育者作為計算思維學(xué)習(xí)者，在面對模糊和開放性的計算問題時，要逐步建立起舒適感，并將失敗視為學(xué)習(xí)和創(chuàng)新的機(jī)會；（5）《標(biāo)準(zhǔn)》把充分認(rèn)識計算對人與社會的影響， 作為計算思維學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容，鼓勵教育者對計算思維進(jìn)行深度認(rèn)知。

2. 作為教育公平的領(lǐng)導(dǎo)者

將教育公平視為教育者計算思維能力的重要內(nèi)容，是《標(biāo)準(zhǔn)》的一大亮點。它不僅反映了計算思維的培養(yǎng)需要包容、公平與多樣化的計算環(huán)境，而且用計算身份、計算倫理、計算文化、計算公平等計算思維概念， 對教育者作為教育領(lǐng)導(dǎo)者應(yīng)具備的計算思維能力，給予了較為全面的概括。

《標(biāo)準(zhǔn)》圍繞計算身份、計算倫理、包容的計算文化、計算公平和偏見與計算的影響等維度，描述了教育者作為教育公平的領(lǐng)導(dǎo)者所要具備的能力（見表2）。 具體表現(xiàn)為：（1）教育者應(yīng)引導(dǎo)每位學(xué)生建立自信、干練和積極的計算身份；（2）設(shè)計與計算倫理相關(guān)的學(xué)習(xí)活動；（3）創(chuàng)設(shè)公平、包容和多樣的課堂文化，積極應(yīng)對那些將學(xué)生排除在計算機(jī)會之外的陳規(guī)舊習(xí)，幫助學(xué)生擺脫偏見的束縛，積極開展計算思維實踐；（4）培養(yǎng)學(xué)生建立對計算的自我效能感和信心，解決交互、設(shè)計和開發(fā)過程中存在的隱性偏見；（5）讓家長、學(xué)生等相關(guān)人員體驗并認(rèn)識計算對人類生活的深刻影響。

表2 教育者作為教育公平的領(lǐng)導(dǎo)者應(yīng)達(dá)成的目標(biāo)要求

3. 作為圍繞計算的協(xié)作者

《標(biāo)準(zhǔn)》強(qiáng)調(diào)開展圍繞計算的協(xié)作，并要求教育者要充分認(rèn)識到：圍繞計算的協(xié)作，將比個人獨立工作能夠取得更好的效果。 因此，《標(biāo)準(zhǔn)》明確規(guī)定了教育者必須教授學(xué)生協(xié)作技能， 把協(xié)作及其效果作為工具選擇、 學(xué)習(xí)活動設(shè)計與學(xué)習(xí)環(huán)境創(chuàng)設(shè)的重要考量指標(biāo)。 這種對協(xié)作的高度重視，顯然超越了以往計算思維教學(xué)設(shè)計中有意無意弱化協(xié)作的范疇，具有現(xiàn)實意義。

“圍繞計算的協(xié)作” 包括教育者與學(xué)生協(xié)作、支持學(xué)生協(xié)作及與學(xué)科教育者協(xié)作三種協(xié)作形式。 為此，《標(biāo)準(zhǔn)》從協(xié)作制訂計算問題解決方案、應(yīng)用協(xié)作教學(xué)策略與規(guī)劃跨學(xué)科學(xué)習(xí)活動三個方面進(jìn)行描述（見表3）。 具體表現(xiàn)為：（1）要求教育者與學(xué)生協(xié)作，帶領(lǐng)學(xué)生建模，學(xué)習(xí)如何制訂計算問題解決方案、如何提供和接收具有可操作性的反饋；（2）要求教育者通過制訂有效的協(xié)作教學(xué)策略，如，結(jié)對編程、公平的工作或任務(wù)分配等， 支持學(xué)生同伴間開展計算協(xié)作；（3）要求教育者與其他學(xué)科教育者協(xié)作，進(jìn)行跨學(xué)科學(xué)習(xí)活動規(guī)劃與設(shè)計， 以加強(qiáng)學(xué)生對計算思維及其相關(guān)概念的理解，促進(jìn)知識遷移，培養(yǎng)其解決跨學(xué)科計算問題的能力?？梢?，在計算思維能力的培養(yǎng)中，協(xié)作不再是學(xué)習(xí)的外在形式，而成為了計算思維能力的內(nèi)在組成部分。

表3 教育者作為計算協(xié)作者應(yīng)達(dá)成的目標(biāo)要求

4. 作為創(chuàng)新者與設(shè)計者

《標(biāo)準(zhǔn)》強(qiáng)調(diào)設(shè)計與創(chuàng)新?！稑?biāo)準(zhǔn)》認(rèn)為，教育者的設(shè)計與創(chuàng)新能力將直接影響學(xué)生對計算思維概念的建構(gòu)與計算思維實踐的效果， 故必須把創(chuàng)新與設(shè)計能力作為關(guān)鍵要素來予以強(qiáng)化。即，教育者應(yīng)設(shè)計富有創(chuàng)造性的計算思維學(xué)習(xí)活動， 引導(dǎo)學(xué)生制作多樣化、個性化的計算產(chǎn)品。

《標(biāo)準(zhǔn)》從跨學(xué)科計算思維學(xué)習(xí)活動設(shè)計、真實學(xué)習(xí)活動設(shè)計、計算產(chǎn)品設(shè)計的多樣化與人性化，以及創(chuàng)新性計算思維學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計等四個維度， 對教育者應(yīng)具備的計算思維能力做出了規(guī)約 （見表4）。具體表現(xiàn)為：（1）跨學(xué)科計算思維學(xué)習(xí)活動設(shè)計能力。教育者應(yīng)能設(shè)計跨學(xué)科計算思維學(xué)習(xí)活動，引導(dǎo)學(xué)生通過獲取、分析與表達(dá)數(shù)據(jù)，解決跨學(xué)科問題；（2）真實學(xué)習(xí)活動設(shè)計能力。教育者應(yīng)注意所設(shè)計的學(xué)習(xí)活動的真實性， 特別要注意引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步解決那些在現(xiàn)實生活中受技術(shù)和人為限制的計算問題；（3）計算產(chǎn)品設(shè)計的多樣化與人性化視野。 教育者在設(shè)計計算思維學(xué)習(xí)活動時， 要嵌入多樣化與人性化視野，引導(dǎo)學(xué)生以人為本，開發(fā)出具有良好操作性、可訪問性與易用性的計算產(chǎn)品；（4）創(chuàng)新性計算思維學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計能力。 教育者要創(chuàng)設(shè)富有創(chuàng)造力的計算思維學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)生感受創(chuàng)新的快樂，并生成多樣化的觀點或計算產(chǎn)品。

表4 教育者作為創(chuàng)新者與設(shè)計者應(yīng)達(dá)成的目標(biāo)要求

5.作為計算思維融合的促進(jìn)者

《標(biāo)準(zhǔn)》繼承了周以真對計算思維概念的理解，強(qiáng)調(diào)計算思維能力不再是為信息技術(shù)學(xué)科教育者所特有的能力， 而是全體教育者都應(yīng)具備的一種基礎(chǔ)性技能。教育者作為計算思維融合的促進(jìn)者，要具備幫促學(xué)生運用計算思維解決學(xué)科問題， 以及對計算思維與學(xué)科教學(xué)融合效果進(jìn)行評價的能力。

《標(biāo)準(zhǔn)》聚焦計算思維與課堂教學(xué)融合，從計算思維評價資源的利用、個性化項目的選擇、計算問題的界定與評價標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)建四個方面進(jìn)行了規(guī)約 （見表5）。 具體表現(xiàn)為：（1）要善于利用計算思維評價資源和工具來解釋學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程， 特別是學(xué)習(xí)過程中發(fā)生的變化， 以便針對學(xué)生的個性化發(fā)展需求開展教學(xué)；（2）賦予學(xué)生計算項目選擇權(quán)，允許并支持學(xué)生選擇對個體來說富有意義的項目；（3）采用多種多樣的教學(xué)方法， 幫助學(xué)生運用計算機(jī)可以執(zhí)行的步驟來界定問題，強(qiáng)化算法思維；（4）構(gòu)建計算思維學(xué)習(xí)與實踐評價標(biāo)準(zhǔn)，通過評價的診斷、調(diào)節(jié)與激勵作用， 幫助學(xué)生形成對計算思維概念和計算思維實踐的合乎年齡的理解等。

表5 教育者作為計算思維融合的促進(jìn)者應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)要求

（二）強(qiáng)調(diào)了計算思維與學(xué)科教學(xué)的融合

對于教育者特別是學(xué)科教師來說， 其計算思維能力的出發(fā)點與落腳點都是學(xué)科教學(xué)，這一點在《標(biāo)準(zhǔn)》各個部分的闡述中均有所體現(xiàn)。 換言之，計算思維與學(xué)科教學(xué)的融合，除了體現(xiàn)在“作為計算思維融合的促進(jìn)者”部分以外，還貫穿于整個標(biāo)準(zhǔn)之中（見表6）。 例如，在“標(biāo)準(zhǔn)1：計算思維學(xué)習(xí)者”部分，強(qiáng)調(diào)了學(xué)科教師要具備“如何使用豐富的數(shù)據(jù)或內(nèi)容解決特定的學(xué)科問題”的能力，并能將其與計算思維實踐和計算機(jī)科學(xué)概念聯(lián)系起來；在“標(biāo)準(zhǔn)3：圍繞計算的協(xié)作”部分，強(qiáng)調(diào)了教育者要與學(xué)生、與學(xué)科教師一起，圍繞計算思維開展協(xié)作；在“標(biāo)準(zhǔn)4：創(chuàng)新與設(shè)計”部分，強(qiáng)調(diào)了創(chuàng)新性計算思維學(xué)習(xí)環(huán)境與學(xué)科活動的設(shè)計；在“標(biāo)準(zhǔn)5：計算思維融合的促進(jìn)者”部分， 則進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了教育者要具備將計算思維與學(xué)科教學(xué)融合與評價的能力。

表6 教育者計算思維與學(xué)科教學(xué)融合的能力體現(xiàn)

《標(biāo)準(zhǔn)》并沒有對各項能力指標(biāo)做出細(xì)化要求，或提供案例說明，而是提供了一種路線圖。其目的是為教育者計算思維能力的發(fā)展預(yù)留更多的開放空間， 但這同時也給教育者計算思維能力的發(fā)展帶來了挑戰(zhàn)。

（三）倡導(dǎo)整合計算思維的跨學(xué)科課堂教學(xué)實踐

除了強(qiáng)調(diào)計算思維與學(xué)科教學(xué)的融合外，《標(biāo)準(zhǔn)》 還倡導(dǎo)整合計算思維的跨學(xué)科課堂教學(xué)實踐（見表7）。 盡管《標(biāo)準(zhǔn)》并沒有提供相關(guān)教學(xué)案例作為參考， 但是仍然可以為一線教學(xué)提供方向性指引。例如，在“標(biāo)準(zhǔn)1：計算思維學(xué)習(xí)者”部分，強(qiáng)調(diào)善用專家資源，指出“利用專家資源，不斷改進(jìn)計算思維與跨學(xué)科內(nèi)容領(lǐng)域融合的實踐”；在“標(biāo)準(zhǔn)3：圍繞計算的協(xié)作”部分，強(qiáng)調(diào)了與其他學(xué)科開展跨學(xué)科協(xié)作，“與其他學(xué)科教育者共同規(guī)劃，創(chuàng)建跨學(xué)科的學(xué)習(xí)活動， 加強(qiáng)學(xué)生對計算思維和計算機(jī)科學(xué)概念的理解，促進(jìn)其在新的環(huán)境中進(jìn)行知識遷移”；在“標(biāo)準(zhǔn)4：創(chuàng)新與設(shè)計”部分，強(qiáng)調(diào)了跨學(xué)科計算思維學(xué)習(xí)活動設(shè)計能力，“教育者應(yīng)能設(shè)計跨學(xué)科計算思維學(xué)習(xí)活動，通過獲取、分析與表達(dá)數(shù)據(jù)，解決跨學(xué)科問題”，等。

表7 整合計算思維的跨學(xué)科課堂教學(xué)能力體現(xiàn)

既然計算思維是一種基礎(chǔ)性技能， 蘊(yùn)含在學(xué)生學(xué)習(xí)與生活的方方面面， 教育者顯然有責(zé)任通過整合計算思維的跨學(xué)科課堂學(xué)習(xí)活動設(shè)計， 引導(dǎo)學(xué)生識別學(xué)習(xí)與生活中的計算問題， 并應(yīng)用計算思維去解決這些問題?！稑?biāo)準(zhǔn)》所呈現(xiàn)的一系列內(nèi)容，為我們傳遞了這樣一個信號： 整合計算思維的跨學(xué)科課堂實踐，已成為教師計算思維能力發(fā)展的重要途徑。

三、《標(biāo)準(zhǔn)》對智能時代教育的啟示

智能正在改變世界，但引領(lǐng)未來的卻不是智能，而是智能背后人類的智慧[7]。計算思維恰恰是人類智慧的基礎(chǔ)性能力[8-9]，是未來教育的新方向。我國計算思維教育總體上尚處于起步階段，整體而言，一線教學(xué)仍然缺乏對計算思維的深度認(rèn)知， 對于什么是計算思維、如何在教學(xué)中落實計算思維還不夠清晰。因此，有必要借鑒《標(biāo)準(zhǔn)》，從教師專業(yè)發(fā)展與學(xué)科建設(shè)兩個層面，提升學(xué)科教師計算思維能力與應(yīng)用水平，促進(jìn)多學(xué)科協(xié)同發(fā)展， 最終實現(xiàn)提升全體學(xué)生計算思維發(fā)展的總目標(biāo)。

（一）教師專業(yè)發(fā)展：讓計算思維為學(xué)科教師賦能

1. 明確自身定位， 履行計算思維教育者的多重職責(zé)

對于教育者特別是學(xué)科教師來說， 若想成為一名智能時代合格的計算思維教育者， 必須能夠認(rèn)識自身在計算思維教育中所擔(dān)負(fù)的多重身份（見圖2），積極履行相關(guān)職責(zé)。

第一，教師是學(xué)習(xí)者。教師擔(dān)負(fù)著將計算思維深度融入學(xué)科教學(xué)、 培養(yǎng)未來社會建設(shè)者的重任。 為此，教師要通過理論學(xué)習(xí)、前沿追蹤、專題研討與實踐探索等多種途徑開展學(xué)習(xí)， 了解智能時代技術(shù)的最新進(jìn)展，并將其融入學(xué)科教學(xué)中。 例如，使用智能測評工具實時跟蹤學(xué)生的發(fā)展?fàn)顩r， 基于測評結(jié)果及時優(yōu)化教學(xué)， 指導(dǎo)學(xué)生使用智能機(jī)器人解決現(xiàn)實生活中遇到的問題，等。 在此過程中，教師自身的計算思維知識得以不斷建構(gòu)， 計算思維與學(xué)科教學(xué)融合能力進(jìn)一步提升。

圖2 計算思維教育者的多重身份

第二，教師是領(lǐng)導(dǎo)者。教師的計算思維教學(xué)領(lǐng)導(dǎo)力，除了體現(xiàn)在基本的專業(yè)知識、專業(yè)能力、專業(yè)態(tài)度、專業(yè)理想、人格魅力、人際關(guān)系與個性品質(zhì)等方面外，還體現(xiàn)在善于創(chuàng)設(shè)公平而包容的計算文化，幫助全體學(xué)生（無論性別與出身）確立自己在智能時代的計算身份，適應(yīng)并融入智能社會：包括深度參與計算活動，運用計算思維解決真實問題，體會并理解計算對人類生活的重要影響。

第三，教師是協(xié)作者。 協(xié)作者有兩層含義：一是與同行協(xié)作， 即與同行協(xié)同設(shè)計計算思維教學(xué)活動（如，制訂智能圖書借閱方案），促進(jìn)計算思維教學(xué)能力的提升。二是與學(xué)生協(xié)作，在指導(dǎo)學(xué)生解決智能時代的真實問題時， 教師不僅要與學(xué)生組成學(xué)習(xí)共同體， 而且要善于引導(dǎo)學(xué)生開展圍繞計算的協(xié)作，例如，開展結(jié)對編程、開發(fā)智能機(jī)器人等。

第四，教師是設(shè)計者。教師要善于創(chuàng)設(shè)富有創(chuàng)造力的計算思維學(xué)習(xí)環(huán)境，例如，利用智慧教室、開源硬件實驗室、移動創(chuàng)客等學(xué)習(xí)空間，圍繞導(dǎo)盲、滅絕動物仿真等真實任務(wù)， 指導(dǎo)學(xué)生制作超聲波避障機(jī)器人、聲控仿真恐龍，在真實問題的解決過程中，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行學(xué)科知識與計算思維知識的協(xié)同建構(gòu)，產(chǎn)出個性化、多樣化的計算思維制品。

第五，教師是促進(jìn)者。教師要引導(dǎo)學(xué)生從興趣與需求出發(fā)，發(fā)現(xiàn)計算問題，確定計算項目，如，利用scratch 實現(xiàn)無人汽車自動駕駛、 制訂智慧餐廳配餐方案等。在完成這些真實項目的過程中，引導(dǎo)學(xué)生用計算機(jī)可以執(zhí)行的方式來界定問題，開展實踐，并根據(jù)圍繞計算概念與實踐的評價標(biāo)準(zhǔn)， 做出合乎邏輯的判斷。

2.構(gòu)建CTPACK 框架，在學(xué)科教學(xué)中發(fā)展計算思維

在智能時代，技術(shù)為教育賦能已經(jīng)達(dá)成共識。正是考慮到技術(shù)對教育的影響，TPACK 框架被提出。它描述了教師要將信息技術(shù)融合進(jìn)課程所需要的知識[10]，成為教師專業(yè)化發(fā)展的重要組成部分。 但是，TPACK 并非是一成不變的“僵化的綱領(lǐng)”，結(jié)合學(xué)科特征與技術(shù)發(fā)展，TPACK 已生成了諸多變式。 典型如，Tsai、Chai 和Ertmer 認(rèn)為， 物理/技術(shù)與文化/制度、人際交往、設(shè)計能力是教師開展TPACK 行動所面臨的三道屏障，并基于此提出了TPACK 行動框架（TPACK-in-Action Framework）[11-12]； 也有學(xué)者結(jié)合科學(xué)學(xué)科與本學(xué)科特征， 提出了融合技術(shù)教學(xué)法的科學(xué)知識框架（The Framework of Technological Pedagogical Science Knowledge，TPASK）[13]。 智能時代是一個以數(shù)據(jù)與計算為基礎(chǔ)的時代， 計算思維因其涵蓋問題求解、 系統(tǒng)設(shè)計以及人類行為理解等一系列思維活動，成為智能時代一種必備的基礎(chǔ)性技能[14]。因此，對于融合計算思維的學(xué)科教學(xué)而言，僅僅掌握技術(shù)性知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的， 還必須對以技術(shù)為基礎(chǔ)的計算思維知識有充分的認(rèn)知。為此，我們可參照科學(xué)學(xué)科TPASK 框架的做法， 將計算思維知識融入TPACK 框架中，形成整合計算思維的學(xué)科教學(xué)知識框架——CTPACK（見圖3）

圖3 整合計算思維的學(xué)科教學(xué)知識框架CTPACK

相應(yīng)的，CTPACK 框架包含學(xué)科內(nèi)容知識（CK）、教學(xué)法知識（PK）和計算思維知識（CTK）三個核心要素，以及學(xué)科教學(xué)知識（PCK）、整合計算思維的學(xué)科內(nèi)容知識（CTCK）、整合計算思維的教學(xué)法知識（CTPK）和整合計算思維的學(xué)科教學(xué)知識（CTPACK）四個復(fù)合要素。 相對于TPACK，計算思維教學(xué)尚處于起步階段，其實踐相對較少，七個要素作用尚不明確， 可參照TPACK 的實踐方式展開：（1）實施方式一，參照Guerrero 提出的四個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)路徑。 Guerrero 通過TPACK 實踐指出，數(shù)學(xué)教師的TPACK 可以通過技術(shù)概念和使用、 基于技術(shù)的數(shù)學(xué)教學(xué)、基于技術(shù)的課堂管理以及內(nèi)容的深度和廣度這四個領(lǐng)域的學(xué)習(xí)來實現(xiàn)[15]。參照該結(jié)論，可重點強(qiáng)化計算思維的概念與使用（CTK）、基于計算思維的學(xué)科教學(xué)（CTCK）、基于計算思維的課堂管理（CTPK）及學(xué)科內(nèi)容的深度與廣度四個領(lǐng)域（CK）的學(xué)習(xí)；（2）實施方式二，參照Koh 的五個因素實現(xiàn)路徑。 Koh 采用因子分析法對1185 名新加坡職前教師進(jìn)行了大規(guī)模調(diào)查， 揭示了影響TPACK 的最重要的五個因素分別是：技術(shù)知識、內(nèi)容知識、教學(xué)知識、技術(shù)教學(xué)知識和批判性反思的知識[16]。

盡管CTPACK 面向的對象并非職前教師，但對于初識計算思維的學(xué)科教師來說，與職前教師專業(yè)發(fā)展有相仿之處， 因而可以重點從計算思維知識（CTK）、學(xué)科內(nèi)容知識（CK）、教學(xué)法知識（PK）、計算思維與學(xué)科教學(xué)融合知識（CTPACK） 和批判性反思知識等幾個方面著手。 其大致進(jìn)路為：學(xué)科教師通過學(xué)習(xí)計算思維知識，將其與學(xué)科內(nèi)容知識及教學(xué)法知識緊密聯(lián)結(jié)，建構(gòu)整合計算思維的學(xué)科教學(xué)知識，并經(jīng)由批判性反思轉(zhuǎn)化為目標(biāo)能力——計算思維與學(xué)科教學(xué)融合能力。

綜上可見，兩種實施方式?jīng)]有優(yōu)劣之分，可以根據(jù)實際情況自主選擇。

3. 以計算思維為牽引， 帶動數(shù)據(jù)素養(yǎng)與人工智能素養(yǎng)的共同提升

嚴(yán)格來說，計算思維與數(shù)據(jù)素養(yǎng)、人工智能素養(yǎng)分屬不同的話語體系， 計算思維側(cè)重于利用計算機(jī)科學(xué)的概念、原理、思想和方法解決問題；數(shù)據(jù)素養(yǎng)側(cè)重處理數(shù)據(jù)所涉及的能力； 人工智能素養(yǎng)則側(cè)重建立對人工智能的鑒賞力、理解力和應(yīng)用力[17-18]。 伴隨信息時代向智能時代的演進(jìn)， 技術(shù)使三者相互交織，互相牽引，協(xié)同發(fā)展。 人工智能成為一種創(chuàng)新技術(shù)生態(tài)；數(shù)據(jù)成為運算與決策的基礎(chǔ)；計算思維則是創(chuàng)新性解決問題的基本思維方式。

從《標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的計算思維能力來看，首先，具備計算思維能力的教育者，顯然了解編程、算法、建模、最優(yōu)化等思想和方法，這恰恰有助于理解人工智能思維；其次，具備計算思維能力的教育者，能夠理解技術(shù)倫理與技術(shù)文化，在創(chuàng)新性產(chǎn)品的生產(chǎn)中，能自覺用倫理來規(guī)約技術(shù)行為，創(chuàng)設(shè)包容的技術(shù)文化，這有助于人工智能倫理的形成；再者，計算思維能力的教育者，還應(yīng)具備創(chuàng)新、設(shè)計與應(yīng)用的能力，這有助于人工智能教育應(yīng)用的開展。 最后，具備計算思維能力的教育者，要善于使用豐富的數(shù)據(jù)解決特定的問題，通過獲取、處理與分析數(shù)據(jù)，形成科學(xué)的判斷與決策。 這又恰恰有助于數(shù)據(jù)素養(yǎng)的提升。 因此，在關(guān)注教育者計算思維能力的提升過程中，還要認(rèn)識計算思維對數(shù)據(jù)素養(yǎng)與人工智能素養(yǎng)的牽引作用，促進(jìn)三者的共同提升。 例如，教育者作為計算思維學(xué)習(xí)者，可以圍繞“疫情期間的智慧物流配送方案”，思考要解決哪些問題?需要哪些數(shù)據(jù)?用到哪些學(xué)科知識?使用什么技術(shù)?運用什么方法?是否涉及倫理問題?哪種方案最優(yōu)?等。 在這一運用計算思維解決問題的過程中，數(shù)據(jù)素養(yǎng)與人工智能素養(yǎng)也同步得到了發(fā)展與提升。

（二）學(xué)科建設(shè)：讓計算思維促進(jìn)學(xué)科協(xié)同發(fā)展

協(xié)同理論認(rèn)為， 子系統(tǒng)間的協(xié)同作用要大于各系統(tǒng)單獨作用的總和，即產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)[19]。 《標(biāo)準(zhǔn)》將計算思維定義為一種基礎(chǔ)性技能，倡導(dǎo)所有學(xué)科教師都要具備計算思維能力， 以幫助所有學(xué)習(xí)者成為計算思考者。 從這一點上來看，計算思維恰恰就是這樣一種能夠促進(jìn)學(xué)科協(xié)同發(fā)展的樞紐。 圍繞著教師計算思維能力的提升，各學(xué)科通過學(xué)科革新及跨學(xué)科融合等方式， 推進(jìn)學(xué)科得以協(xié)同發(fā)展（見圖4）。

圖4 計算思維導(dǎo)向的學(xué)科協(xié)同發(fā)展

1.在信息技術(shù)學(xué)科中有效落實計算思維

當(dāng)前， 信息技術(shù)學(xué)科已經(jīng)把計算思維納入學(xué)科的核心素養(yǎng)體系， 以適應(yīng)信息時代向智能時代的轉(zhuǎn)型，并將計算思維視為信息技術(shù)學(xué)科思維來引領(lǐng)信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)。 因此，如何將計算思維有效落實到信息技術(shù)教學(xué)過程中，是智能時代信息技術(shù)學(xué)科教師的必備能力，也是影響信息技術(shù)學(xué)科發(fā)展的關(guān)鍵要素。

根據(jù)古德萊德（Goodlad J.）歸納的五種課程類型觀[20]，從課程文本層面的計算思維走向教學(xué)實踐層面的計算思維，教師除了要領(lǐng)會課程要領(lǐng)之外，還要經(jīng)歷課堂實現(xiàn)與學(xué)生內(nèi)化體驗兩個層面。 而打通上述各種層面的關(guān)鍵， 在于設(shè)計蘊(yùn)含真實問題的計算思維學(xué)習(xí)活動， 建立起課程標(biāo)準(zhǔn)與學(xué)生主體體驗間的關(guān)聯(lián)。 因此，教師在進(jìn)行學(xué)習(xí)活動設(shè)計時，必須圍繞計算思維培養(yǎng)這一目標(biāo)， 挖掘出智能時代發(fā)生在學(xué)生身邊的真實問題，如，人臉識別小程序設(shè)計、無人商店售賣方案制訂、簡易機(jī)器人制作等。 進(jìn)而，通過設(shè)置關(guān)鍵性任務(wù)， 并提供必要的學(xué)習(xí)支架與思維工具， 驅(qū)動學(xué)生主動參與并沉浸于真實問題的解決中，不斷建構(gòu)計算思維知識，掌握計算思維的思想與方法，逐步形成相對穩(wěn)定的學(xué)科思維。

2.促進(jìn)計算思維與學(xué)科教學(xué)的深度融合

計算思維能力不僅是智能時代教師應(yīng)具備的一種能力資質(zhì)，而且是學(xué)生應(yīng)具備的一種普適性能力。因此，在學(xué)科教學(xué)中，不應(yīng)將其簡單認(rèn)定為信息技術(shù)學(xué)科的專有能力，應(yīng)將計算思維融合到所有學(xué)科中，發(fā)展所有學(xué)科師生的計算思維能力。

計算思維與學(xué)科教學(xué)的融合，意味著學(xué)科教師必須要充分關(guān)注本學(xué)科的本質(zhì)特征，發(fā)掘本學(xué)科中蘊(yùn)含的計算問題，如，科學(xué)學(xué)科可設(shè)置探尋共享汽車的秘密、 設(shè)計自動駕駛方案、 聲控仿真恐龍DIY等主題。 進(jìn)而，引導(dǎo)學(xué)生運用計算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，界定問題，制訂問題解決方案，解決問題。在此過程中，計算思維與學(xué)科教學(xué)自然而然地融為一體，在學(xué)科問題得以高效解決的同時，促進(jìn)著計算思維這種思維方式自然融入，成為學(xué)科教學(xué)的重要組成部分。

3.通過跨學(xué)科活動設(shè)計促進(jìn)學(xué)科協(xié)同發(fā)展

真實生活中的計算問題往往是一種跨學(xué)科問題，沒有明確的學(xué)科邊界，超出了單個學(xué)科或單個研究實踐領(lǐng)域的范疇，這時，就需要進(jìn)行跨學(xué)科協(xié)作。

如何開展跨學(xué)科協(xié)作？ 首要的突破口就是選題。 跨學(xué)科選題一般宜選取基礎(chǔ)性的真實生活問題。 學(xué)科教師可以在確保問題設(shè)計蘊(yùn)含明確的、整合的研究方法和具體的計算思維方式的基礎(chǔ)上，首先在各自學(xué)科范圍內(nèi)提出具有可能性的選題，然后以協(xié)作研討的方式確定跨學(xué)科選題。 例如，科學(xué)學(xué)科、藝術(shù)學(xué)科與信息技術(shù)學(xué)科教師可協(xié)作規(guī)劃“設(shè)計導(dǎo)盲機(jī)器人”選題；其次是跨學(xué)科計算思維學(xué)習(xí)活動的設(shè)計與評價。 計算思維活動不是孤立存在的，它往往與學(xué)科問題聯(lián)結(jié)出現(xiàn)，因此，各學(xué)科教師必須對學(xué)科結(jié)構(gòu)及跨學(xué)科協(xié)作有清晰的認(rèn)知。 一方面，通過開放性討論，提出可能涉及到的本學(xué)科的關(guān)鍵概念與核心問題，確定各自的目標(biāo)、任務(wù)與邊界；另一方面，圍繞要解決的學(xué)科問題，提煉出需要運用計算思維解決的關(guān)鍵點或關(guān)鍵問題，構(gòu)建學(xué)習(xí)支架，推進(jìn)學(xué)科問題的順利解決。 例如，就上述的“導(dǎo)盲機(jī)器人”選題而言，科學(xué)學(xué)科可側(cè)重超聲波避障的原理性探究， 藝術(shù)學(xué)科可側(cè)重造型設(shè)計與審美，信息技術(shù)學(xué)科則可側(cè)重機(jī)器人制作與編程，等。可見，圍繞計算思維的跨學(xué)科活動，不僅為各學(xué)科提供了數(shù)字化時代一種特有的解決問題的思維方式，也促進(jìn)了各學(xué)科的協(xié)同發(fā)展。

四、結(jié)語

ISTE《計算思維能力標(biāo)準(zhǔn)（教育者）》從教育者作為學(xué)習(xí)者、領(lǐng)導(dǎo)者、協(xié)作者、設(shè)計者與促進(jìn)者的多重身份出發(fā)， 為我們提供了智能時代教師專業(yè)發(fā)展和學(xué)科發(fā)展的全新視野， 為計算思維教育的推進(jìn)提供了重要啟示。當(dāng)前，我國計算思維教育正處于起步階段，教育者特別是一線教師必須明確自身定位，按照CTPACK 框架提升計算思維與學(xué)科教學(xué)融合水平，為學(xué)科教學(xué)服務(wù)。 在致力于提升教師計算思維能力的同時，各學(xué)科也必然得以協(xié)同發(fā)展。

當(dāng)然，ISTE 也指出，他們所提出的教育者計算思維能力并非“一刀切”的預(yù)期清單，而是希望為教育者提供不同的增長機(jī)會和目標(biāo)設(shè)定， 使學(xué)生能夠在不同的數(shù)字化環(huán)境中使用和應(yīng)用計算機(jī)科學(xué)概念和計算思維實踐學(xué)習(xí)。因此，《標(biāo)準(zhǔn)》中所列出的計算思維能力，更多的是給出一種方向性啟示，還需要根據(jù)各學(xué)科及教師專業(yè)發(fā)展的實際，來靈活設(shè)定與應(yīng)用。