尹 爽，李曉巖，王家云

(淮北師范大學(xué)教育學(xué)院，安徽 淮北 235000)

2006年3月，美國(guó)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的周以真[1](Jeannette M.Wing)教授在美國(guó)計(jì)算機(jī)權(quán)威雜志《Communication of the ACM》上發(fā)表并正式定義了計(jì)算思維(Computational Thinking)的內(nèi)涵，認(rèn)為計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解等一系列思維活動(dòng)。伴隨著人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算的飛速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，計(jì)算思維已成為國(guó)際計(jì)算機(jī)領(lǐng)域和計(jì)算機(jī)教育研究的重點(diǎn)內(nèi)容。如2013年英國(guó)教育部正式公布計(jì)算課程學(xué)習(xí)計(jì)劃，并于2014年9月開始應(yīng)用新的計(jì)算必修課程[2]，旨在培養(yǎng)5-16歲學(xué)生的計(jì)算能力；美國(guó)計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)(ACM)等眾多團(tuán)體的報(bào)告中都提到“計(jì)算思維”的內(nèi)涵及培養(yǎng)，2016年專家組聯(lián)合發(fā)布《K-12計(jì)算機(jī)科學(xué)框架》[3]，將計(jì)算思維確立為美國(guó)基礎(chǔ)教育階段計(jì)算機(jī)課程的核心內(nèi)容；2017年呂賜杰[4](Looi Chee Kit)教授在新加坡信息通信媒體發(fā)展管理局(IMDA)發(fā)文，認(rèn)為計(jì)算思維不僅對(duì)兒童或?qū)W生具有教育意義，而且對(duì)生活在技術(shù)和自動(dòng)化時(shí)代的市民來(lái)說(shuō)，是一種生活技能；2018年，美國(guó)國(guó)際教育技術(shù)協(xié)會(huì)發(fā)布了《ISTE教育者計(jì)算思維能力標(biāo)準(zhǔn)》[5]，該標(biāo)準(zhǔn)旨在用詳細(xì)的指標(biāo)準(zhǔn)則幫助教育者認(rèn)識(shí)到自己應(yīng)具備的解決問(wèn)題所需的技能。我國(guó)在2016年9月發(fā)布《中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》[6]，以培養(yǎng)“全面發(fā)展的人”為核心，構(gòu)建了三大領(lǐng)域六個(gè)指標(biāo)的中國(guó)學(xué)生核心素養(yǎng)體系框架。2018年教育部發(fā)布《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》，將計(jì)算思維列為信息技術(shù)學(xué)科的核心素養(yǎng)[7]。

本文以中國(guó)知網(wǎng)(CNKI)中的CSSCI期刊數(shù)據(jù)庫(kù)、核心期刊數(shù)據(jù)庫(kù)和碩博論文數(shù)據(jù)庫(kù)為數(shù)據(jù)源，以“計(jì)算思維”為主題詞，時(shí)間截至2018年12月31日，共檢索文獻(xiàn)347篇。剔除報(bào)告、綱要、會(huì)議記錄等無(wú)關(guān)數(shù)據(jù)，得到2005—2018年間333篇有效研究文獻(xiàn)。利用CNKI可視化分析，從年份與發(fā)文數(shù)量、學(xué)科專業(yè)、期刊及作者分布等維度對(duì)有效研究文獻(xiàn)進(jìn)行梳理分析，以期把握我國(guó)計(jì)算思維研究的基本概況。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步運(yùn)用CiteSpace進(jìn)行高頻關(guān)鍵詞、關(guān)鍵詞的聚類、時(shí)序分區(qū)和突發(fā)性關(guān)鍵詞檢測(cè)，直觀展現(xiàn)我國(guó)計(jì)算思維的信息全景[8]。結(jié)合對(duì)關(guān)鍵文獻(xiàn)的內(nèi)容文本分析，探究我國(guó)計(jì)算思維的研究熱點(diǎn)及演進(jìn)路徑，以期對(duì)我國(guó)計(jì)算思維的深入研究和實(shí)踐探索有所啟示。

1 我國(guó)計(jì)算思維的基本研究概況

1.1 年份與發(fā)文數(shù)量統(tǒng)計(jì)分析

文獻(xiàn)的年代分布是刊文量在時(shí)間維度的映射，是衡量某領(lǐng)域發(fā)展的重要指標(biāo)，對(duì)其統(tǒng)計(jì)并繪制相應(yīng)的增長(zhǎng)曲線，評(píng)價(jià)該領(lǐng)域所處的階段、預(yù)測(cè)發(fā)展趨勢(shì)具有重要意義[9]。對(duì)檢索的有效文獻(xiàn)在CNKI中進(jìn)行計(jì)量可視化分析，得到總體趨勢(shì)分析，如圖1所示。我國(guó)計(jì)算思維研究文獻(xiàn)具體變化趨勢(shì)可劃分為兩個(gè)階段：2005—2010年為第一階段，該階段累計(jì)發(fā)文10篇，發(fā)文量少且增長(zhǎng)緩慢，可見該主題尚未引起我國(guó)學(xué)術(shù)界的關(guān)注。

圖1 我國(guó)計(jì)算思維研究年份與發(fā)文數(shù)量圖

第二階段是2011—2018年。受2010年九校聯(lián)盟 (C9) 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程研討會(huì)等主題會(huì)議及相關(guān)文件發(fā)布的影響，從2011年開始發(fā)文量逐漸上升。2013年高等學(xué)校大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)正式發(fā)布《計(jì)算思維教學(xué)改革宣言》，確定計(jì)算思維培養(yǎng)在大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)中的中心地位后[10]，2014年的論文數(shù)量達(dá)到第一個(gè)高峰(57篇)。隨后三年雖然有所減少，但總體趨勢(shì)平穩(wěn)。2018年初教育部印發(fā)《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》，將計(jì)算思維相關(guān)研究推向第二個(gè)高峰(70篇)。第二階段相比于第一階段，總發(fā)文量和年發(fā)文量都明顯增多。我國(guó)計(jì)算思維研究經(jīng)歷了十多年的發(fā)展，吸引了越來(lái)越多專家學(xué)者的關(guān)注和探討，該領(lǐng)域的研究影響不斷擴(kuò)大。

1.2 涉及學(xué)科與專業(yè)統(tǒng)計(jì)分析

借助CNKI對(duì)已選文獻(xiàn)進(jìn)行可視化學(xué)科分布分析，其中涉及計(jì)算思維研究的學(xué)科主要分為三類，分別是教育、計(jì)算機(jī)、科學(xué)學(xué)與科技管理，如圖2所示。除此之外，哲學(xué)、圖書情報(bào)學(xué)、地質(zhì)和新聞傳播等學(xué)科均有涉獵，不同的學(xué)科側(cè)重點(diǎn)有所不同。教育類學(xué)科重點(diǎn)關(guān)注面向核心素養(yǎng)的中小學(xué)信息技術(shù)課程改革與建設(shè)；計(jì)算機(jī)類學(xué)科涉及以大學(xué)計(jì)算機(jī)課程為基礎(chǔ)，結(jié)合新型教學(xué)模式，如翻轉(zhuǎn)課堂、MOOC，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、程序設(shè)計(jì)能力等；科學(xué)與科技管理首先思考計(jì)算與科學(xué)的本質(zhì)聯(lián)系，將計(jì)算作為自然科學(xué)的固有組成，對(duì)計(jì)算思維與科學(xué)教育進(jìn)行整合。伴隨著研究的推進(jìn)，哲學(xué)和圖書情報(bào)學(xué)等學(xué)科也加入研究隊(duì)伍之中，表明計(jì)算思維是一項(xiàng)跨學(xué)科的基本素養(yǎng)?？傮w而言，計(jì)算思維作為一項(xiàng)培養(yǎng)信息時(shí)代高素質(zhì)人才的目標(biāo)，發(fā)起于高等教育，延伸至基礎(chǔ)教育，形成于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，擴(kuò)散至其他領(lǐng)域[11]。具體到學(xué)科專業(yè)角度看，目前關(guān)注計(jì)算思維的專業(yè)主要有教育技術(shù)學(xué)和課程與教學(xué)論。教育技術(shù)學(xué)專業(yè)的學(xué)者關(guān)注重塑教育生態(tài)引領(lǐng)教育信息化發(fā)展[12]，以及中小學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)與應(yīng)用；課程與教學(xué)論專業(yè)的學(xué)者則更關(guān)注核心素養(yǎng)視域下相關(guān)課程教學(xué)的改革。

圖2 我國(guó)計(jì)算思維研究學(xué)科分類分布圖

1.3 作者與作者合作網(wǎng)絡(luò)分析

分析作者合作網(wǎng)絡(luò)圖，有利于識(shí)別該領(lǐng)域研究的核心作者或?qū)W術(shù)團(tuán)體[13]，從而通過(guò)加強(qiáng)學(xué)者之間的合作交流，提高自身學(xué)術(shù)影響力。在CiteSpace的Node Types中，選擇“Author”，Thresholds中的參數(shù)設(shè)置為“1,1,15；2,2,15；2,2,15”，其他參數(shù)保持默認(rèn)，運(yùn)行CiteSpace，得到作者及作者合作圖譜。節(jié)點(diǎn)的大小反映的是作者的發(fā)文量，節(jié)點(diǎn)越大，表明該學(xué)者的論文數(shù)量越多，節(jié)點(diǎn)之間的連線代表各學(xué)者之間的合作關(guān)系。

由圖3和圖4可以看出，此圖譜中共有103個(gè)節(jié)點(diǎn)，78條連線，整個(gè)圖譜網(wǎng)絡(luò)分布較為散亂。其中節(jié)點(diǎn)最大的作者是華東師范大學(xué)的李鋒，發(fā)文9篇，其研究的主要方向?yàn)橹械冉逃⒔逃碚撆c教育管理、計(jì)算機(jī)軟件及計(jì)算機(jī)應(yīng)用。其中《計(jì)算思維：信息技術(shù)課程的一種內(nèi)在價(jià)值》被引頻次為85次，該文章對(duì)我國(guó)學(xué)校信息技術(shù)課程的設(shè)計(jì)與實(shí)施進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)了課程內(nèi)在價(jià)值中存在的問(wèn)題，并提出了培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力的可行途徑[14]。李鋒分別與任友群、王吉慶聯(lián)合發(fā)表文章，重點(diǎn)關(guān)注信息技術(shù)課程中計(jì)算思維的價(jià)值以及面向計(jì)算思維的課程的設(shè)計(jì)與開發(fā)。緊隨其后的是四川師范大學(xué)的牟琴(6篇)，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)軟件及計(jì)算機(jī)應(yīng)用、教育理論與教育管理和計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)；桂林電子科技大學(xué)的董榮勝(5篇)，研究方向?yàn)殡娦偶夹g(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟件及計(jì)算機(jī)應(yīng)用。圖3中，作者合作網(wǎng)絡(luò)形成明顯特征的是馮博琴-陸漢權(quán)-何欽銘-徐鏡春，其中馮博琴的中心性較高，與各學(xué)者的合作關(guān)系密切，經(jīng)查閱文獻(xiàn)此合作網(wǎng)絡(luò)多聚焦計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)?？傮w而言，圖譜中該領(lǐng)域?qū)W者未形成明顯網(wǎng)絡(luò)特征，大多數(shù)學(xué)者是獨(dú)立研究，作者之間的合作對(duì)象較為固定，相互之間的交流較為局限。研究者之間應(yīng)加強(qiáng)交流合作，形成核心作者群體，隨著新生力量不斷加入，為計(jì)算思維的深入研究提供可能。

圖3 我國(guó)計(jì)算思維研究作者與作者合作關(guān)系圖譜

圖4 我國(guó)計(jì)算思維研究作者與作者合作關(guān)系圖譜參數(shù)

1.4 期刊發(fā)文分布分析

據(jù)統(tǒng)計(jì)，232篇期刊論文發(fā)表在30種期刊之上(前10位詳見表1)，其中發(fā)文量最多的期刊是《中國(guó)大學(xué)教學(xué)》共發(fā)文60篇，占總發(fā)表論文的28.17%，遠(yuǎn)高于其他期刊。這說(shuō)明，《中國(guó)大學(xué)教學(xué)》在計(jì)算思維研究領(lǐng)域占有較為權(quán)威的地位。在計(jì)算思維研究領(lǐng)域占有重要地位的雜志還有《計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)》《中國(guó)電化教育》《電化教育研究》《現(xiàn)代教育技術(shù)》等，均為發(fā)展相對(duì)成熟、信息占有和傳遞能力較強(qiáng)的學(xué)術(shù)性期刊，對(duì)我國(guó)計(jì)算思維能力的發(fā)展發(fā)揮著十分重要的作用。計(jì)算思維研究領(lǐng)域排名前十的期刊有近一半是教育技術(shù)學(xué)領(lǐng)域的期刊，再次顯示教育技術(shù)學(xué)在計(jì)算思維研究領(lǐng)域的影響力。期刊發(fā)文量分布能在一定程度上反映該研究主題的分布領(lǐng)域和期刊來(lái)源的水平和特點(diǎn)，結(jié)合表格數(shù)據(jù)，計(jì)算思維相關(guān)研究成果發(fā)表平臺(tái)相對(duì)集中于教育技術(shù)領(lǐng)域和計(jì)算機(jī)教學(xué)與設(shè)計(jì)領(lǐng)域，未來(lái)也會(huì)是該領(lǐng)域研究成果的主力軍。

表1 我國(guó)計(jì)算思維研究期刊分布統(tǒng)計(jì)表(Top10)

2 研究熱點(diǎn)與研究趨勢(shì)：基于知識(shí)圖譜的結(jié)果分析

關(guān)鍵詞是一篇論文核心內(nèi)容的高度濃縮，如果在同一文獻(xiàn)中出現(xiàn)一對(duì)關(guān)鍵字，則表明這兩個(gè)詞之間存在一定的關(guān)系，同時(shí)出現(xiàn)的越多，這種聯(lián)系就越緊密，它們所代表的研究主題也就越受到研究者的關(guān)注。[15]而頻次高的關(guān)鍵詞也常被用來(lái)確定一個(gè)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題[16]。本文通過(guò)對(duì)計(jì)算思維研究2005-2018年的關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜中的高頻詞和聚類分析，對(duì)該領(lǐng)域研究熱點(diǎn)進(jìn)行可視化分析。

2.1 高頻關(guān)鍵詞

檢索時(shí)，由于是以“計(jì)算思維”為主題詞進(jìn)行檢索的，因此“計(jì)算思維”的頻次必然較高，中心度必然較強(qiáng)，不能反映出文章的核心內(nèi)容和該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)?！靶畔⒓夹g(shù)、信息技術(shù)課程”意思相近，“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)、大學(xué)計(jì)算機(jī)”意思相近，因此本研究中將相近關(guān)鍵詞合并，頻次累加，中心度取較高值，重新處理的結(jié)果如表2所示?？梢园l(fā)現(xiàn)，“大學(xué)計(jì)算機(jī)”和“信息技術(shù)”的頻次相當(dāng)，中心性有所差異，但都大于0.1，表明在高等教育和基礎(chǔ)教育階段，分別通過(guò)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程和信息技術(shù)課程來(lái)培養(yǎng)計(jì)算思維；“教學(xué)改革”頻次較高，與之相關(guān)的是2012年教育部啟動(dòng)的第三輪大學(xué)計(jì)算機(jī)課程改革，批準(zhǔn)了“以計(jì)算思維為導(dǎo)向的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程研究”項(xiàng)目[17]，以及2013年教育部啟動(dòng)普通高中課程修訂工作后，印發(fā)了《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》，說(shuō)明我國(guó)計(jì)算思維研究的發(fā)展是在相關(guān)改革項(xiàng)目、課程標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)下進(jìn)行的。根據(jù)高頻關(guān)鍵詞的分布來(lái)看，我國(guó)計(jì)算思維研究逐漸從教學(xué)設(shè)計(jì)層面向教學(xué)模式、教學(xué)策略層面深入。

表2 我國(guó)計(jì)算思維研究高頻關(guān)鍵詞統(tǒng)計(jì)表

2.2 關(guān)鍵詞聚類分析

在CiteSpace的Node Types中，選擇“Keyword”，Thresholds中的參數(shù)設(shè)置為“2,2,15；2,2,15；2,2,15”，其他參數(shù)保持默認(rèn)，運(yùn)行CiteSpace，點(diǎn)擊聚類圖標(biāo)，通過(guò)對(duì)數(shù)似然率(LLR)算法和關(guān)鍵詞命名，對(duì)各聚類進(jìn)行標(biāo)識(shí)，得到關(guān)鍵詞聚類圖譜。通過(guò)對(duì)圖譜的解讀，得到了73個(gè)節(jié)點(diǎn)，114條連線，網(wǎng)絡(luò)密度為0.0434，Modularity Q的值為0.5429(該值是網(wǎng)絡(luò)模塊化評(píng)價(jià)指標(biāo)，介于0至1之間，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的Modularity Q值越大，表示得到的聚類越好)，Silhouette=0.4106(該值是衡量網(wǎng)絡(luò)同質(zhì)化的指標(biāo)，越接近1，反映網(wǎng)絡(luò)的同質(zhì)性越高)。聚類圖體現(xiàn)聚類間的結(jié)構(gòu)特征，突出關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)及重要連接，如圖5所示得到7個(gè)聚類，名稱按照規(guī)模大小依次是：編程教育、核心素養(yǎng)、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)、大學(xué)計(jì)算機(jī)、教學(xué)模式、教學(xué)策略和計(jì)算機(jī)思維能力，這7大類代表了計(jì)算思維當(dāng)前的研究前沿。

圖5 我國(guó)計(jì)算思維研究關(guān)鍵詞聚類圖

(1)編程教育。2017年國(guó)務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，要求在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育。在理論層面，魏曉風(fēng)[18]等借鑒美國(guó)和英國(guó)編程教育發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)，遵循自上而下，政、企、校、社聯(lián)動(dòng)促進(jìn)的發(fā)展模式 ，結(jié)合我國(guó)中小學(xué)編程教育發(fā)展現(xiàn)狀和問(wèn)題，從國(guó)家、地方、中小學(xué)與高校機(jī)構(gòu)、社會(huì)企業(yè)、信息技術(shù)學(xué)科層面，提出了適合我國(guó)中小學(xué)編程教育發(fā)展路徑。在工具選用層面，李玉閣認(rèn)為我國(guó)編程教育目前處于基礎(chǔ)階段，課程研發(fā)以科技公司為主，課程實(shí)施由培訓(xùn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向?qū)W校。[19]編程類課程是培養(yǎng)計(jì)算思維能力的有效途徑， 但編程語(yǔ)言的抽象性不易被學(xué)生接受和理解，可視化編程工具的出現(xiàn)為中小學(xué)信息技術(shù)課程落實(shí)計(jì)算思維的培養(yǎng)提供了可能，常用的可視化編程工具有Scratch、App Inventor、Alice及Daisy等。在實(shí)踐層面，當(dāng)前信息技術(shù)課程中培養(yǎng)計(jì)算思維存在側(cè)重編程工具的學(xué)習(xí)、教師預(yù)設(shè)解題路徑、過(guò)于關(guān)注個(gè)別學(xué)生等問(wèn)題，可視化編程的出現(xiàn)會(huì)帶來(lái)轉(zhuǎn)變。郁曉華[20]等從人機(jī)交互、概念內(nèi)涵、工程設(shè)計(jì)視角研究計(jì)算思維的培養(yǎng)模式后重新思考基于可視化編程的計(jì)算思維培養(yǎng)，建構(gòu)新型培養(yǎng)模式，并通過(guò)App Inventor 驗(yàn)證其教學(xué)有效性。

(2)核心素養(yǎng)。從教育實(shí)現(xiàn)層面上看，學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的具體化[21]。在價(jià)值定位上，張立國(guó)[22]從信息技術(shù)課程的內(nèi)在價(jià)值及價(jià)值取向的發(fā)展階段、四核心素養(yǎng)的區(qū)別與聯(lián)系的角度，認(rèn)為計(jì)算思維是信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的本質(zhì)與根基，是連接基礎(chǔ)操作與行為思想的核心要素，也是培養(yǎng)的著力點(diǎn)。基于此認(rèn)識(shí)，總結(jié)出基于游戲化教學(xué)等三大宏觀教學(xué)策略。許多研究者在核心素養(yǎng)框架下為信息技術(shù)課程的發(fā)展、教材的設(shè)計(jì)提出建議。CTACK框架體現(xiàn)了計(jì)算思維、活動(dòng)與學(xué)科知識(shí)三者之間相互依存、相互制約的關(guān)系，以活動(dòng)聯(lián)結(jié)學(xué)生知識(shí)與計(jì)算思維，讓學(xué)生在掌握知識(shí)與技能的基礎(chǔ)上，自覺(jué)上升到對(duì)學(xué)科思維的把握。逐步提升信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)，是信息技術(shù)教材結(jié)構(gòu)建構(gòu)的基礎(chǔ)[23]。李鋒等[24]詳細(xì)解讀了高中信息技術(shù)必修課程中的“數(shù)據(jù)與計(jì)算”模塊，其核心概念、學(xué)科方法、技術(shù)工具的學(xué)習(xí)有助于學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。

(3)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)和大學(xué)計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)在高等教育中的基礎(chǔ)性地位要求在教學(xué)中展現(xiàn)該學(xué)科思維方式，培養(yǎng)當(dāng)代大學(xué)生用計(jì)算機(jī)解決和處理問(wèn)題的思維和能力，提升大學(xué)生的綜合素質(zhì)，強(qiáng)化創(chuàng)新實(shí)踐能力。而如何在課堂教學(xué)中培養(yǎng)計(jì)算思維能力，對(duì)新形勢(shì)下計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[25]?！坝?jì)算思維”的引入也為計(jì)算機(jī)課程改革指明了方向[26]。針對(duì)我國(guó)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)存在的問(wèn)題，構(gòu)建了以計(jì)算思維為核心的大學(xué)第一門計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程《計(jì)算思維導(dǎo)論》，課程從計(jì)算思維的定義、本質(zhì)、特征及對(duì)其他學(xué)科的影響入手，先介紹計(jì)算理論，后深入到計(jì)算語(yǔ)言，讓學(xué)生學(xué)會(huì)使用計(jì)算思維解決生活中的問(wèn)題[27]。

(4)教學(xué)模式。教學(xué)模式是對(duì)教學(xué)過(guò)程的簡(jiǎn)化，隨著整個(gè)社會(huì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用水平的提高，傳統(tǒng)講授式的教學(xué)模式不足以滿足學(xué)生個(gè)性化發(fā)展需要，因此需要探索多種多樣的教學(xué)模式。其中網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的問(wèn)題學(xué)習(xí)(Web Problem-Based Learning，簡(jiǎn)稱WPBL)教學(xué)模式是在現(xiàn)代教育思想、教學(xué)理論與學(xué)習(xí)理論的指導(dǎo)下，在網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)環(huán)境和教學(xué)資源的支持下，以問(wèn)題為中心，教與學(xué)活動(dòng)中各要素之間穩(wěn)定的關(guān)系和活動(dòng)進(jìn)程結(jié)構(gòu)形式。面向計(jì)算思維的WPBL 教學(xué)模式是利用多種網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，讓學(xué)生構(gòu)建知識(shí)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律、解決問(wèn)題的教學(xué)新模式。在原本的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上衍化出基于計(jì)算思維的數(shù)學(xué)模型：WCT=F(P’,E ,T,AT’,AS’)，F(xiàn)()。P’表示結(jié)合計(jì)算思維能力培養(yǎng)的問(wèn)題情境，E表示網(wǎng)絡(luò)化環(huán)境資源，T表示現(xiàn)代教與學(xué)理論，AT’、AS’分別表示面向計(jì)算思維的WPBL教學(xué)模式下教師和學(xué)生的動(dòng)作集，將計(jì)算思維滲透到自身的知識(shí)體系中[28]。此外還有研究性教學(xué)、游戲化教學(xué)、VB任務(wù)驅(qū)動(dòng)式、主題式、協(xié)作學(xué)習(xí)、基于“MOOC+SPOC”的翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)模式都是在以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的自主學(xué)習(xí)過(guò)程中發(fā)展探索精神。

(5)教學(xué)策略。依據(jù)教學(xué)內(nèi)容制定教學(xué)策略。白貞[29]等將信息課的總體教學(xué)內(nèi)容歸納為概念類、計(jì)算類、綜合表達(dá)類，針對(duì)這三類教學(xué)內(nèi)容采用不同的教學(xué)策略實(shí)施教學(xué)。將具體策略落實(shí)在課堂之上，既能幫助教師理解不同教學(xué)內(nèi)容中體現(xiàn)的計(jì)算思維，也能提升學(xué)生的思維能力，逐步引導(dǎo)學(xué)生用計(jì)算思維解決日常生活中的問(wèn)題。朱顏[30]針對(duì)算法與程序設(shè)計(jì)模塊內(nèi)容，從教學(xué)目標(biāo)、情境選擇、任務(wù)設(shè)計(jì)、教學(xué)資源、評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)五個(gè)方面提出高中信息技術(shù)算法教學(xué)策略，得到了良好的教學(xué)效果。在程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程中，將教學(xué)重點(diǎn)放在程序設(shè)計(jì)實(shí)踐及能力訓(xùn)練上，運(yùn)用多樣化、綜合化的教學(xué)方法，并且加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐環(huán)節(jié)，科學(xué)合理的評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況[31]。

(6)計(jì)算思維能力。計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)是計(jì)算思維能力的培養(yǎng)[32]。計(jì)算思維能力的培養(yǎng)在基礎(chǔ)教育階段是通過(guò)信息技術(shù)課程實(shí)施的，在高等教育階段則是通過(guò)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程實(shí)施的。不同的階段關(guān)注的焦點(diǎn)有所差異，最終目的都是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)從計(jì)算思維的角度思考問(wèn)題，解決日常生活中的問(wèn)題。美國(guó)在2016年發(fā)布的《K-12計(jì)算機(jī)科學(xué)框架》闡述了計(jì)算思維與STEM學(xué)科的關(guān)聯(lián)，并提出要將計(jì)算思維整合到STEM學(xué)科中去，我國(guó)的STEM教育也將慢慢滲透到中小學(xué)課程之中。

2.3 關(guān)鍵詞時(shí)序分區(qū)與突發(fā)性分析

利用CiteSpace對(duì)文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞做時(shí)序分區(qū)圖譜(Timezone)，此為一種側(cè)重于從時(shí)間維度上來(lái)表示知識(shí)演進(jìn)的視圖，能夠清晰直觀的反映某一時(shí)區(qū)中文獻(xiàn)的更新和關(guān)聯(lián)程度，從而反映出研究的演進(jìn)趨勢(shì)特點(diǎn)，以預(yù)測(cè)未來(lái)研究的發(fā)展方向[13]。CiteSpace的另一核心功能是探測(cè)和分析學(xué)科研究前沿的歷時(shí)性變化趨勢(shì)以及研究前沿與基礎(chǔ)知識(shí)之間的關(guān)系，對(duì)研究前沿的分析還需配合突現(xiàn)詞(burst term)功能的使用。以關(guān)鍵詞為節(jié)點(diǎn)，時(shí)間區(qū)間為2005—2018年，時(shí)間間隔1年，經(jīng)過(guò)Citespace軟件處理后得到我國(guó)計(jì)算思維研究關(guān)鍵詞時(shí)序圖譜(圖6)，橫向維度代表時(shí)間，縱向維度代表對(duì)應(yīng)時(shí)間內(nèi)的關(guān)鍵詞分布；我國(guó)計(jì)算思維研究突發(fā)性關(guān)鍵詞圖譜(圖7)，深色部分表示該時(shí)間段內(nèi)的熱點(diǎn)話題。

如圖6、圖7所示，隨著時(shí)間的推進(jìn)，關(guān)鍵詞格局在不斷交替運(yùn)動(dòng)?？傮w看來(lái)，國(guó)內(nèi)計(jì)算思維研究熱點(diǎn)及演化分為三個(gè)階段：(1)2012年之前，熱點(diǎn)關(guān)鍵詞是大學(xué)計(jì)算機(jī)、程序設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)等。重點(diǎn)是計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)方面的研究，尤其是從計(jì)算機(jī)科學(xué)和技術(shù)學(xué)科角度探討培養(yǎng)計(jì)算機(jī)專業(yè)高級(jí)人才的基本學(xué)科能力。其中計(jì)算思維能力是首要的，包括形式化、模型化描述和抽象思維與邏輯思維能力[33]；(2)2012—2015年間，此階段的研究熱點(diǎn)關(guān)鍵詞有教學(xué)模式、教學(xué)改革、大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)、信息技術(shù)等，注重借鑒國(guó)外信息技術(shù)課程的變革經(jīng)驗(yàn)，如澳大利亞[34]、英國(guó)[35]、美國(guó)[36]，并與我國(guó)教育信息化水平相對(duì)發(fā)達(dá)的地區(qū)作對(duì)比，思考我國(guó)信息科技課程教學(xué)可能的變化；(3)2015年之后，教育信息化進(jìn)入智慧教育階段，此階段的熱點(diǎn)關(guān)鍵詞是編程教育、人工智能、核心素養(yǎng)等，研究者主要探討了在大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能技術(shù)、STEM視野下計(jì)算思維的發(fā)展策略[37]，設(shè)計(jì)中小學(xué)計(jì)算思維教育的STEM課程教學(xué)策略與結(jié)構(gòu)框架[38]，以期適應(yīng)信息技術(shù)和教育改革。出現(xiàn)如上的突現(xiàn)，可以歸結(jié)為如下原因：一方面，我國(guó)學(xué)者對(duì)計(jì)算思維的關(guān)注與國(guó)家教學(xué)改革和一系列政策文件的發(fā)布相關(guān)聯(lián)。如計(jì)算思維萌芽于計(jì)算機(jī)教育進(jìn)程中[39]，后在計(jì)算機(jī)教學(xué)改革中突出計(jì)算思維培養(yǎng)的中心地位；后因新課程改革在信息技術(shù)課程中加入計(jì)算思維，基礎(chǔ)教育中對(duì)計(jì)算思維的關(guān)注也逐步增加。另一方面，在新的教育背景下，計(jì)算思維的價(jià)值體現(xiàn)出多元化。

圖6 我國(guó)計(jì)算思維研究關(guān)鍵詞時(shí)序圖譜

圖7 我國(guó)計(jì)算思維研究突發(fā)性關(guān)鍵詞圖譜

3 研究結(jié)論與思考

通過(guò)上述研究可得出如下結(jié)論：

從2005年至2018年，越來(lái)越多的學(xué)者開始關(guān)注計(jì)算思維研究，文獻(xiàn)數(shù)量呈現(xiàn)逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)。研究議題主要是計(jì)算思維的解讀、高質(zhì)量計(jì)算機(jī)人才的培養(yǎng)、信息技術(shù)課程、教學(xué)設(shè)計(jì)等；應(yīng)用研究方面，主要是依據(jù)不同教學(xué)內(nèi)容制定教學(xué)策略，借助Scratch、APP Inventor等工具提升學(xué)生的計(jì)算思維的研究。

從研究熱點(diǎn)與演進(jìn)來(lái)看，計(jì)算思維主要定位于計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)學(xué)科，關(guān)注者除了一線中小學(xué)教師，教育技術(shù)學(xué)和課程與教學(xué)論專業(yè)的研究者做出貢獻(xiàn)最多，教育技術(shù)類期刊雜志相對(duì)占比較大。

通過(guò)解讀具體文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，我國(guó)重視研究國(guó)外的計(jì)算思維的體系框架、教育變革，尤其是美國(guó)、英國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，主要集中在課程目標(biāo)、課程理念、能力培養(yǎng)、課程內(nèi)容與框架體系等。這些研究確實(shí)為我國(guó)計(jì)算思維的發(fā)展提供了思路和改革路徑，但筆者認(rèn)為對(duì)國(guó)外的研究還應(yīng)結(jié)合我國(guó)國(guó)家政策和教育背景，開發(fā)出適合我國(guó)計(jì)算思維培養(yǎng)模式的最佳路徑。

第一，在課程實(shí)施方面，實(shí)證研究大多局限于信息技術(shù)課程內(nèi)。從實(shí)踐角度分析，計(jì)算思維與算法思維、編程思維、數(shù)學(xué)思維、工程思維是交叉在一起，相互串聯(lián)的[40]。因此在數(shù)學(xué)、科學(xué)等學(xué)科都可以設(shè)計(jì)多樣化的教學(xué)活動(dòng)，重視跨學(xué)科培養(yǎng)計(jì)算思維。除此之外，目前所流行的STEM教育則是融合了科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)的理論，其理論基礎(chǔ)與計(jì)算思維不謀而合，學(xué)校的課程設(shè)置應(yīng)與STEM教育理念相融合，積極推動(dòng)STEM教育的開展。

第二，高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)中每一模塊都詳細(xì)闡述了學(xué)業(yè)要求中所體現(xiàn)的計(jì)算思維。具體到每一堂課中則要將計(jì)算思維展現(xiàn)在教學(xué)目標(biāo)中，此時(shí)需要考慮教學(xué)目標(biāo)的編寫如何從以“知識(shí)與技能、過(guò)程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀”的三維度轉(zhuǎn)變?yōu)轶w現(xiàn)核心素養(yǎng)的新方式，將計(jì)算思維以可觀察的外顯行為表現(xiàn)出來(lái)。從把握教學(xué)活動(dòng)整體及各要素之間的關(guān)系和功能的教學(xué)模式的角度，以計(jì)算思維為導(dǎo)向，構(gòu)建以問(wèn)題求解和促進(jìn)學(xué)生思考為目的的教學(xué)模式。

第三，思維是人類的高級(jí)認(rèn)識(shí)活動(dòng)，對(duì)計(jì)算思維進(jìn)行量化評(píng)價(jià)是困難的。國(guó)內(nèi)有關(guān)計(jì)算思維的評(píng)價(jià)工具很少，眾多學(xué)者在自己的研究中提出評(píng)測(cè)計(jì)算思維的指標(biāo)體系和在線系統(tǒng)的開發(fā)是我國(guó)所欠缺的。目前，在這一問(wèn)題的解決上初見成效的一是曲阜師范大學(xué)的聶永萍[41]，構(gòu)建了初中信息技術(shù)課程計(jì)算思維評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；二是北大學(xué)習(xí)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，開通了線上計(jì)算思維等級(jí)評(píng)測(cè)，可在線生成評(píng)測(cè)報(bào)告，但普通人不能注冊(cè)該系統(tǒng)實(shí)施評(píng)價(jià)。相比較而言，國(guó)外對(duì)于計(jì)算思維的研究比我國(guó)早，尤其是在中小學(xué)階段已付諸實(shí)踐。因此，我國(guó)可以借鑒國(guó)外評(píng)測(cè)工具或方案，結(jié)合我國(guó)學(xué)生發(fā)展特點(diǎn)，設(shè)計(jì)本土化的評(píng)價(jià)測(cè)評(píng)工具。借助于工具或量表，在評(píng)價(jià)方式上要注重從結(jié)果性評(píng)價(jià)到過(guò)程性評(píng)價(jià)的轉(zhuǎn)變。

第四，計(jì)算思維不僅是學(xué)生需要學(xué)習(xí)和掌握的內(nèi)容，對(duì)實(shí)施培養(yǎng)的主體——教師，也是必須掌握的技能。教師如果沒(méi)有高計(jì)算思維能力，很難對(duì)學(xué)生進(jìn)行培養(yǎng)，教師只有加強(qiáng)自身對(duì)計(jì)算思維內(nèi)涵的深入理解才能培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力?？梢越梃b教師培養(yǎng)的國(guó)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)職前、入職、在職教師進(jìn)行不同層次的培訓(xùn)。對(duì)相關(guān)專業(yè)的在校師范生，在課堂教學(xué)中滲透計(jì)算思維相關(guān)內(nèi)容是行之有效的方法。