安萍 田生湖

摘要：進入21世紀以來，信息技術(shù)重構(gòu)著現(xiàn)代社會的生產(chǎn)力和生產(chǎn)關(guān)系。陳國良院士指出實證思維、邏輯思維和計算思維這三種思維模式組成了人類認識世界和改造世界的基本科學思維內(nèi)容。我國近十年也有不少學者致力于計算思維教育的深度研究。本文運用CiteSpace軟件繪制作者、機構(gòu)、關(guān)鍵詞等知識圖譜，對我國在中國學術(shù)網(wǎng)絡出版總庫（CNKI）刊載的計算思維教育高水平研究性文獻進行分析并予以述評。研究發(fā)現(xiàn)：2019年發(fā)文量創(chuàng)新高;機構(gòu)合作、跨專業(yè)合作還需加強;研究主題主要集中在計算思維的理論體系解析、計算思維教育的實施、信息技術(shù)類課程教學改革的探討以及面向編程的教育這四大方面。

關(guān)鍵詞：計算思維教育;熱點;關(guān)鍵詞聚類

中圖分類號：G642 ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）28-0004-04

1引言

進入21世紀以來，信息技術(shù)重構(gòu)著現(xiàn)代社會的生產(chǎn)力和生產(chǎn)關(guān)系。整個社會的運轉(zhuǎn)已經(jīng)上升到依賴各種算法運轉(zhuǎn)的時代[1]。世界各國都十分重視適宜這個時代的人才培養(yǎng)的體系設計，“計算思維”（Computational Thinking，CT）培養(yǎng)戰(zhàn)略也位列其中：美國教育協(xié)會出臺了計算機教育標準，強調(diào)在K12教育階段開展計算思維、計算機實踐與編程教育;英國近期頒布的中小學課程綱要中制定了發(fā)展基于計算思維的科學探究與計算機編程教育;我國教育部印發(fā)的《普通高中課程方案和語文等學科課程標準（2017 年版）》中在信息技術(shù)學科方面，相比于 2003 年版的課程標準，“新課標”大幅度減少了對于基本軟件使用的要求，而大幅度提升了在編程、計算思維、算法方面的思維要求以及人工智能、開源硬件、網(wǎng)絡空間安全等知識面要求[2]。由此看來，在數(shù)字土著生長的時代，培養(yǎng)學生具備數(shù)據(jù)分析、抽象建模、算法設計技能，并最終能像計算機科學家一樣解決真實情境中的問題是計算思維教育需要達成的目標。那么，我國計算思維教育的研究都集中在哪些方面呢？發(fā)展趨勢是怎樣的呢？

本研究基于CNKI數(shù)據(jù)庫中的文獻，運用CiteSpace對計算思維教育的現(xiàn)狀與趨勢進行可視化分析，以期為我國當前倡導的教育實證研究提供范式和方法層面上的借鑒與參考。

2研究方法

2.1 研究工具

基于科學知識圖譜的可視化分析能夠呈現(xiàn)某研究領(lǐng)域的知識結(jié)構(gòu)、發(fā)展動態(tài)、趨勢規(guī)律和主題分布。文獻的計量學研究正是以此為出發(fā)點的。CiteSpace是美籍華人陳超美創(chuàng)造的，是當前國際上認可度較高的科學知識圖譜分析軟件，其能夠?qū)⒛骋恢R領(lǐng)域的演進歷程集中在引文網(wǎng)絡圖譜中展現(xiàn)，并把圖譜中作為知識基礎(chǔ)的引文節(jié)點文獻和共引聚類所表征的研究前沿自動標識出來[3]，因而該軟件常被用于分析和呈現(xiàn)特定研究領(lǐng)域發(fā)展的新趨勢和新動態(tài)。

2.2 數(shù)據(jù)采集

本研究基于CNKI數(shù)據(jù)庫中的文獻，以“計算思維”與“教育”為主題進行期刊文獻的檢索，將時間跨度設置為2009-2019年，重點篩選核心期刊和CSSCI期刊，剔除無關(guān)文獻，最終獲得125篇文獻，運用CiteSpace對計算思維教育的現(xiàn)狀與趨勢進行可視化分析，由下圖1可見，計算思維教育相關(guān)的文獻從2010年呈現(xiàn)增長的趨勢，在2013年、2015年、2017年呈小幅度縮減，2018年又小幅增長，2019年呈現(xiàn)井噴式的增長，達到了44篇，這表明計算思維教育經(jīng)歷了幾年的反思、斟酌和推敲，近年大家對其的認知更為明確，更多的學者與教育者也更致力于對此的理論與實證研究。

3計算思維教育的現(xiàn)狀

3.1 研究主題

文獻共被引分析是CiteSpace最重要的功能，其形成的可視化網(wǎng)絡聚類結(jié)構(gòu)可以幫助研究者通過圖譜中的關(guān)鍵節(jié)點、聚類及色彩來分析某個研究主題的演變[3]。為探究計算思維教育的實施內(nèi)容，本研究利用CiteSpace進行文獻機構(gòu)、作者及研究熱點聚類分析。

3.2 作者合作分析

運行CitesPace，設置時間跨度為2009-2019年，時間切片為1年節(jié)點類型為作者，節(jié)點類型選擇“author”，因為數(shù)據(jù)量較小，因此TOPN值設置為30即可，c，cc，ccv值設置為1，2，20，其他參數(shù)根據(jù)軟件默認設置，得到初始知識圖譜，節(jié)點數(shù)14個，連線數(shù)5條，密度0.0549，經(jīng)過視圖調(diào)整具體圖譜如圖2所示。

根據(jù)圖譜，我們可以看到這些發(fā)高質(zhì)量刊物的作者發(fā)文量統(tǒng)計：

我們看到李鋒學者和張進寶學者的發(fā)文量較高，說明該學者的研究較為集中，且質(zhì)量較好，同時，還出現(xiàn)了3對合作發(fā)文學者：李艷和孫丹;劉向永、張貴芹和郭鵬飛;李鋒和任友群，其中李艷和孫丹來自浙江大學教育學院[4]，他們認為計算思維是青少年編程教育課程的核心素養(yǎng)之一;劉向永、張貴芹和郭鵬飛來自江南大學教育技術(shù)系電子工業(yè)出版社基礎(chǔ)教育分社[5]，他們認為“計算思維”應該是信息技術(shù)課程的理論基礎(chǔ);任友群和李鋒來自華東師范大學[6]。以上合作也表明該院校也有一批學者志趣相投，并合作研究，未來可能會出一些更好的成果，值得去追蹤關(guān)注。

3.3 機構(gòu)合作分析

運行CitesPace，設置時間跨度為2009～2019年，時間切片為1年，節(jié)點類型選擇“Institution”，因為數(shù)據(jù)量較小，因此TOPN值設置為30即可，c，cc，ccv值設置為1，2，20，其他參數(shù)根據(jù)軟件默認設置，得到初始知識圖譜，節(jié)點數(shù)13個，連線數(shù)2條，密度0.0256，經(jīng)過視圖調(diào)整具體圖譜如圖3所示。

當導出節(jié)點信息表后，具體信息如表2所示。

由上圖和表我們可以看到北京師范大學教育學部在“計算思維教育”上的發(fā)文量最為突出，這說明該機構(gòu)研究此領(lǐng)域的學者較多，具有較濃的學術(shù)氛圍，其他依次有北大、浙大、華東師大、江南大學等機構(gòu)的學者也有研究。此外，根據(jù)連線數(shù)我們可以看到有兩組機構(gòu)在合作發(fā)文：華東師范大學開放教育學院和華東師范大學課程與教學研究所;江南大學教育技術(shù)系和電子工業(yè)出版社。由此可見，對于計算思維的研究，高質(zhì)量中文文章還不夠多，機構(gòu)的合作與交流還欠缺，這說明計算思維的研究規(guī)模、形態(tài)、載體還未達到飽和，這以后將是該領(lǐng)域發(fā)展需要填補和實現(xiàn)的。

3.4 關(guān)鍵詞共現(xiàn)及聚類分析

CiteSpace 提供了 11種功能選擇，針對施引文獻的合作圖譜（作者合作、國家合作和機構(gòu)合作）和共現(xiàn)圖譜（特征詞、關(guān)鍵詞、學科類別）以及針對被引文獻的共引圖譜（文獻共被引、作者共被引和期刊共被引）。這些圖譜都可以用來揭示科學結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀乃至變化情況，并進而用于前沿分析、領(lǐng)域分析、科研評價等，但針對具體的研究問題應根據(jù)不同圖譜的繪制原理來進行選擇[3]。共詞聚類分析法采用聚類的計算方法， 對文章中共現(xiàn)的詞對（主題詞或關(guān)鍵詞）的關(guān)聯(lián)性進行運算， 將關(guān)系密切的詞聚集歸類， 從而達到挖掘隱含信息的目的。本研究根據(jù)CNKI導出數(shù)據(jù)的特點，擬通過繪制125篇高質(zhì)量文章的共詞圖譜（特征詞或關(guān)鍵字）分析計算思維教育研究熱點及熱點的演變。

打開citespace軟件，設置時間跨度為2009-2019年，時間切片為1年，節(jié)點類型選擇“keyword”，TOPN值設置為50，TOP N%值為30%，考慮到最后1年的文獻數(shù)量激增，因此三組c，cc，ccv分別為1，1，20;1，1，20;3，3，20。其他參數(shù)根據(jù)軟件默認設置，經(jīng)過聚類分析獲得節(jié)點157個，連線數(shù)297條，調(diào)整閾值為3后的圖譜如下圖所示：

通過統(tǒng)計可以篩選出4個出現(xiàn)頻率超過10次的關(guān)鍵詞：計算思維，人工智能、編程教育和教學改革。其中，計算思維中心度為0.44;教學改革0.24，以上信息表明，學者們對計算思維教育的認識主要集中在探討計算思維的基本概念、發(fā)展史、研究領(lǐng)域和學術(shù)流派，主要是解釋性的研究[7-8]，在經(jīng)歷了幾年的反思、斟酌和推敲上，計算思維教育的具體實施路徑（編程、人工智能）在2017至2018年逐漸得到了越來越多學者的認可。按照LLR算法，軟件還生成了4個聚類：“編程教育”“計算思維”“計算思維教育”和“教學改革”，并且，Q值為0.743;S值為0.8797，這表示構(gòu)圖有較好的結(jié)構(gòu)，聚類有較好的代表性，得到的關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡聚類表如表3所示。

通過對各個聚類的排名前5的關(guān)鍵詞及聚類名稱我們可以看到，這些文獻的研究主要集中在了計算思維的理論體系解析、計算思維教育的實施、信息技術(shù)類課程教學改革的探討以及面向編程的教育。具體詳述如下：

（1）計算思維的理論體系解析。自1980年西蒙·帕爾特（SeymourPapert）在其著作《頭腦風暴：兒童，計算機和強大的觀念》一書中提到了“計算思維”開始[9]，數(shù)理方面的學者，以及計算機專家都提到了“計算思維”的概念，有學者更是提出自然科學領(lǐng)域公認的三大科學方法是：理論方法、實驗方法與計算方法[10]。我國陳國良院士、李廉教授通過思維模式的三種形態(tài)論證了“計算思維”成為一種思維模式的可行性，并認為實證思維、邏輯思維和計算思維這三種思維模式各有特點，相輔相成，共同組成了人類認識世界和改造世界的基本科學思維內(nèi)容[11]。2006年美國計算機科學家，卡內(nèi)基-梅隆大學教授周以真在美國計算機權(quán)威期刊《Communications of the ACM》雜志上以“計算思維”為題詳細闡述了其對該詞的理解，她認為：計算思維是運用計算機科學的基礎(chǔ)概念進行問題求解、系統(tǒng)設計、以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動[12]。這對計算思維的價值和作用又明確了一步，可以說計算機的出現(xiàn)和發(fā)展強化了計算思維的意義和作用。

（2）計算思維教育的實施。歷經(jīng)十年，計算思維作為很重要的一種自然科學思維模式各個專家和學者都予以了高度的認可，那么接下來，人們就會進入到另一個思考中：如何培養(yǎng)人類的計算思維？也就是計算思維的教育如何開展？這里很多文獻都圍繞教學結(jié)構(gòu)四要素（教師、學生、教材、教學媒體）開展論述。大部分文獻都認為計算思維教育者應該屬于自然科學門類下的專業(yè)教師，其中以計算機專業(yè)教師為主，人們認為計算機是計算思維具體表現(xiàn)的媒介和工具。計算思維的培養(yǎng)對象以兒童、青少年、青年為主，兒童主要針對學齡前兒童;青少年主要針對K12階段的學生[13];青年主要針對高校在校生（高職生、本科生等）[14]。教材方面的探討主要圍繞教學內(nèi)容展開，陳國良院士從計算思維基礎(chǔ)知識、計算理論、算法基礎(chǔ)、程序設計語言、Python編程基礎(chǔ)、計算機硬件基礎(chǔ)、計算機基礎(chǔ)軟件7個領(lǐng)域給出了計算思維培養(yǎng)的內(nèi)容，該體系較全面、詳細[15]。教學媒體主要探討的是計算思維教育實施的媒體、工具和方法，很多文獻都主張計算思維的教育以項目驅(qū)動為引領(lǐng)，以自主探究為主要方式，充分激發(fā)學習者的學習興趣，養(yǎng)成思維模式，提升動手實踐能力[16]。

（3）信息技術(shù)類課程教學改革。陳國良院士首先指出了大學計算機基礎(chǔ)課程的時代重要性，其次指出了各個高校計算機基礎(chǔ)課程目標及內(nèi)容的狹隘性：“工具論”，以學操作、學使用為主的機械化學習，隨后他闡述了計算思維對問題求解、系統(tǒng)設計和人類行為理解的重要貢獻，通過論證，最后強調(diào)大學計算機基礎(chǔ)課程應該以提高學生計算思維能力為目標[15]。此外，任有群、謝忠新、李鋒等學者也都表達了以培養(yǎng)計算思維而改進信息技術(shù)類課程的愿景[17-19]。

（4）面向編程的教育。有的學者認為兒童和青少年的計算思維教育需要用形象化的工具或媒介以更加直觀的方式表現(xiàn)，傅騫等人對圖形化編程工具是否能夠更好地提升學生的計算思維進行實證驗證，研究表明采用圖形化編程工具的學生計算思維能力提升更為明顯[20]。陳杰華指出通過上機實驗編程，通過算法的學習和編寫是強化計算思維的兩種途徑[21]。汪紅兵等人認為C語言最大的特點是抽象和自動化，計算思維的本質(zhì)就是抽象和自動化，因此學習C語言可以鍛煉計算思維[22]。由此可以看到，大家對計算思維的認識和理解決定了部分學者以編程為突破口進行簡單入門、易操作的計算思維培養(yǎng)途徑。這標志著計算思維教育有了明確的實施路徑，同時也為社會上盲目跟風學習編程給出了最好的理由。不能為了編程而學編程。編程應該培養(yǎng)的是計算思維能力。

4結(jié)論與展望

基于citespace5.7.R1分析工具，我們對我國計算思維教育研究現(xiàn)狀進行分析后發(fā)現(xiàn)：

第一、從目前我國計算思維教育高水平文獻的發(fā)文量來看，整體呈上升的趨勢，尤其是2019年呈現(xiàn)快速爆發(fā)式增長。說明計算思維教育正在成為近幾年的教育研究熱點，對促進教育現(xiàn)代化發(fā)展有較大的研究意義與價值。

第二、從高產(chǎn)機構(gòu)和作者來看，多集中在師范類高校，說明師范類高校對計算思維教育的認可度和關(guān)注度較高。從機構(gòu)連線數(shù)來看，各機構(gòu)間呈現(xiàn)單一研究的現(xiàn)象，說明多機構(gòu)合作研究仍有契機。今后，計算思維教育也更需要以師范類高校提供理論指導，以教學型學校實現(xiàn)實踐探索的研究共同體。計算思維教育的理論體系、主要內(nèi)容、常用方法、組織形式、評價標準也應該在不斷的國內(nèi)外交流和合作中逐漸明確，期待能逐步形成有理論支撐和指導的、有實踐共同體不斷迭代、驗證的多元計算思維教育環(huán)境，這其中的研究者們可以來自教育學、心理學、計算機科學、數(shù)學、物理學、化學、腦科學、社會學等研究機構(gòu)。

第三、從研究熱點來看，我國的計算思維教育主要圍繞計算思維的理論體系解析、計算思維教育的實施、信息技術(shù)類課程教學改革的探討以及面向編程的教育這四大主題而展開。這說明各個學者的關(guān)注點也都集中在這些領(lǐng)域，同時這些主題也反映了學者們思考和重視的地方，有理論探索、有實踐設計。因此，建議在對計算思維教育的價值和功能有明確的統(tǒng)一認可下，多探索從能力培養(yǎng)出發(fā)圍繞“真實問題”開展分析和解決的教學案例及過程[1]。應該多探索類似谷歌計算思維課這樣貼近生活案例的計算思維學習，這不僅需要計算機科學家的甄別與遴選，更需要其他專業(yè)專家提供豐富的案例，將計算思維的培養(yǎng)不僅僅局限于操作計算機的能力，而應該注重利用計算機等工具分析、解決問題的過程。如何建模真實世界？如何抽象真實世界？選取哪種計算技術(shù)與工具解決問題？這應該是將來計算思維教育亟待思考、解決的問題。

總之，隨著21世紀計算機信息處理技術(shù)滲透到社會生產(chǎn)的方方面面，世界各國都在教育規(guī)劃中融入了計算思維的培養(yǎng)，我國也不例外，2018年1月16日，教育部普通高中課程標準方案提出了培養(yǎng)學生的四大核心素養(yǎng)：信息意識、計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新、信息社會責任?？梢姡嬎闼季S已經(jīng)成為國家的頂層設計要求，我們應該團結(jié)各行各業(yè)專家、學者明晰計算思維教育的價值;理清計算思維的概念與內(nèi)容;實踐并反思計算思維教育的模式、方法與路徑，讓每一位中國學生都具備以數(shù)據(jù)、算法、信息系統(tǒng)、信息社會的視角理解創(chuàng)造新的世界的能力。

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