基于學(xué)生計(jì)算思維發(fā)展的在線伴隨式評價(jià)研究

周純

摘要：計(jì)算思維是信息科技學(xué)科的核心素養(yǎng)之一，是培養(yǎng)學(xué)科邏輯能力與問題解決能力的重要載體。目前面向中小學(xué)計(jì)算思維評價(jià)的系統(tǒng)研究比較少，特別是在當(dāng)下教學(xué)評價(jià)日益表現(xiàn)出以數(shù)據(jù)為導(dǎo)向、面向?qū)W生全面發(fā)展的“伴隨”取向下，關(guān)于將在線學(xué)習(xí)理論與計(jì)算思維評價(jià)和培養(yǎng)相結(jié)合的研究就更匱乏。有鑒于此，本研究以在線平臺中學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的生成與應(yīng)用為契機(jī)，引入伴隨式評價(jià)理念，結(jié)合單元教學(xué)的“單元前—學(xué)情診斷”“單元中—互動(dòng)參與”“單元后—評價(jià)提升”三個(gè)階段，從評價(jià)形式、內(nèi)容、工具和主體四個(gè)層面，構(gòu)建“伴隨式評價(jià)”的活動(dòng)框架，并面向初中信息科技課程設(shè)計(jì)實(shí)踐案例。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維;在線學(xué)習(xí);伴隨式評價(jià)

中圖分類號：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 論文編號：1674-2117（2021）18-0078-05

● 引言

計(jì)算思維作為21世紀(jì)必備的基本能力和素養(yǎng)，已引起國際基礎(chǔ)教育領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。我國將計(jì)算思維納入《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡稱《課標(biāo)》），計(jì)算思維成為四大學(xué)科核心素養(yǎng)之一。近年來，計(jì)算思維評價(jià)在國內(nèi)外信息科技教育中受到了高度關(guān)注，而目前國內(nèi)針對中小學(xué)信息科技教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)的計(jì)算思維評價(jià)設(shè)計(jì)相對較少。此外，信息技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)生出了全新的數(shù)字化生存環(huán)境，對學(xué)生的計(jì)算思維能力提出了新要求。當(dāng)前，學(xué)校信息科技教師常采用的紙筆測試、作品測試等評價(jià)方式已較難反映學(xué)生在數(shù)字化環(huán)境下的計(jì)算思維能力。在新環(huán)境下，如何將在線學(xué)習(xí)理論與學(xué)生計(jì)算思維的評價(jià)和培養(yǎng)相結(jié)合，以評價(jià)促進(jìn)學(xué)生學(xué)科思維的提升，這是信息科技教育面臨的挑戰(zhàn)。

● 現(xiàn)狀分析：學(xué)生計(jì)算思維評價(jià)方式與問題的思考

1.分析與制訂：計(jì)算思維評價(jià)維度

2012年美國麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室終身幼兒園研究小組開發(fā)了計(jì)算思維的三維框架，提出三種計(jì)算思維評價(jià)方式。2016年美國發(fā)布的《K-12計(jì)算機(jī)科學(xué)框架》將學(xué)習(xí)進(jìn)程分成核心概念和核心實(shí)踐兩個(gè)維度，其中每個(gè)維度包含不同的子維度，清晰展示了整個(gè)基礎(chǔ)教育階段的學(xué)習(xí)框架，給各階段評價(jià)指標(biāo)的建立提供參考?！墩n標(biāo)》指出計(jì)算思維是個(gè)體運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在形成問題解決方案過程中的一系列思維活動(dòng)。計(jì)算思維主要表現(xiàn)為形式化、模型化、自動(dòng)化和系統(tǒng)化四方面（以下簡稱計(jì)算思維四化）。同時(shí)，《課標(biāo)》還指出評價(jià)內(nèi)容不僅要關(guān)注知識技能向?qū)W生學(xué)業(yè)成就的轉(zhuǎn)變，而且還要關(guān)注問題解決過程中情感態(tài)度與價(jià)值觀等綜合能力的變化。盡管這些內(nèi)容沒有直接涉及計(jì)算思維評價(jià)指標(biāo)的研究，但為評價(jià)指標(biāo)的建立提供了依據(jù)。

為了讓計(jì)算思維評價(jià)具有脈絡(luò)和可視化，筆者基于《課標(biāo)》的計(jì)算思維表現(xiàn)以及前人的研究成果，將計(jì)算思維四化進(jìn)行進(jìn)一步分解，形成計(jì)算思維評價(jià)表（如表1）。

2.調(diào)查與分析：計(jì)算思維評價(jià)重點(diǎn)

筆者依據(jù)計(jì)算思維的評價(jià)表，制訂了中小學(xué)生計(jì)算思維水平調(diào)查問卷，對上海市閔行區(qū)6620名中小學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查，分析結(jié)果如下。

（1）學(xué)生計(jì)算思維“形式化”分析

計(jì)算思維評價(jià)表是從兩個(gè)方面來判斷學(xué)生計(jì)算思維的“形式化”水平，因此，每方面設(shè)計(jì)一道題目，分別考查學(xué)生分解問題、分析要素的能力，再根據(jù)題目選項(xiàng)表征的計(jì)算思維水平進(jìn)行相對賦分，形成了如圖1所示的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。從圖1可以看出，學(xué)生分解問題的能力相對比較弱，但是一旦問題有效分解后，大多能根據(jù)子問題進(jìn)行要素分析，說明學(xué)生在解決問題之前的問題步驟分析的思維訓(xùn)練需要加強(qiáng)。

（2）學(xué)生計(jì)算思維“模型化”分析

筆者對學(xué)生數(shù)據(jù)分析和模型算法兩方面進(jìn)行了調(diào)查與分析（如下頁圖2），“數(shù)據(jù)分析”圖例的“3分選項(xiàng)”比例遠(yuǎn)低于“模型算法”，可以看出大多數(shù)學(xué)生都愿意選擇借助流程圖和教師指導(dǎo)完成建模操作，可學(xué)生雖有建模的意愿，但在實(shí)際問題解決時(shí)能夠用建模解決問題的能力略顯不足，即有模型化意愿，但模型化能力還不夠。

（3）學(xué)生計(jì)算思維“自動(dòng)化”分析

本環(huán)節(jié)問卷考查了學(xué)生是否知道計(jì)算機(jī)中的自動(dòng)化處理，有沒有自動(dòng)化處理的意識。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：約75%的學(xué)生知道計(jì)算機(jī)中某些功能的自動(dòng)化處理，但是在解決具體問題時(shí)，較難將計(jì)算思維的自動(dòng)化思想落實(shí)到實(shí)際問題的解決中，沒意識到在計(jì)算機(jī)操作中的循環(huán)迭代是建立在之前操作的基礎(chǔ)上。這說明約一半以上的學(xué)生不理解自動(dòng)化處理的實(shí)質(zhì)。

（4）學(xué)生計(jì)算思維“系統(tǒng)化”分析

筆者在調(diào)研評估歸納和遷移應(yīng)用能力時(shí)發(fā)現(xiàn)，約21%的學(xué)生愿意與教師一起回顧優(yōu)化解決問題的方法，約21%的學(xué)生愿意思考優(yōu)化解決問題的方法，約58%的學(xué)生愿意主動(dòng)與教師、同學(xué)分享交流、討論優(yōu)化問題的方法。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，多達(dá)73%的學(xué)生可以利用遷移的方式學(xué)習(xí)新知識，說明學(xué)生儲備的知識技能越多，能夠遷移解決的問題越多。由此可見，計(jì)算思維能力與學(xué)生的信息素養(yǎng)緊密相關(guān)。

綜上所述，學(xué)生的計(jì)算機(jī)思維和個(gè)人的信息素養(yǎng)有著密切聯(lián)系，素養(yǎng)越高，通常學(xué)段越高;知識儲備越多，計(jì)算思維也就更凸顯。目前，很多學(xué)生思路開闊，有計(jì)算思維的意識，但是遇到實(shí)際問題進(jìn)行分析和解決的能力不是很強(qiáng)。這也說明日常教學(xué)中教師對計(jì)算思維的理解較多停留在字面上，沒有將其落實(shí)到實(shí)際問題的解決上，而學(xué)生在信息科技課堂上的訓(xùn)練是其提高計(jì)算思維的主要方式，這就需要教師調(diào)整教學(xué)模式和評價(jià)方式，多給學(xué)生體驗(yàn)實(shí)踐的機(jī)會，引導(dǎo)學(xué)生自主探究解決問題，提高學(xué)生的計(jì)算思維能力。

● 一種可行取徑：在線伴隨式評價(jià)計(jì)算思維的視角

1.評價(jià)理念：關(guān)注思維過程的評價(jià)

伴隨式評價(jià)是一個(gè)延伸概念，是從早期應(yīng)用于生物工程等領(lǐng)域評價(jià)“伴隨化”，沿用到教學(xué)評價(jià)的一個(gè)新想法。從本質(zhì)上來看，它是以教學(xué)評價(jià)為核心，用伴隨教學(xué)全過程中形成的數(shù)據(jù)支持評價(jià)的方式。近年來，隨著信息化環(huán)境的變革，一些教育網(wǎng)站也開始利用信息技術(shù)工具分析學(xué)習(xí)者的在線學(xué)習(xí)狀態(tài)、在線學(xué)習(xí)過程，用伴隨學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過程的數(shù)據(jù)評價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。評價(jià)伴隨學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，通過評價(jià)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、思維能力已成為教育評價(jià)的一項(xiàng)重要特征。

2.評價(jià)策略：重視數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的評價(jià)

計(jì)算思維自提出以來便受到各界的關(guān)注，教育信息化、智能教育的蓬勃發(fā)展為計(jì)算思維的培養(yǎng)提供了良好的軟、硬件基礎(chǔ)。數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境為學(xué)生提供了多樣的學(xué)習(xí)資源，也為實(shí)時(shí)收集學(xué)生在線學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)、客觀反映出學(xué)生學(xué)習(xí)狀況和思維品質(zhì)創(chuàng)造了條件。本研究以Moodle平臺為主要數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺，通過對計(jì)算思維評價(jià)的多種方式嵌入，多樣的評價(jià)形式收集學(xué)生運(yùn)用計(jì)算思維解決問題時(shí)所表現(xiàn)出來的能力證據(jù)，并將分析結(jié)果及時(shí)呈現(xiàn)出來，用以指導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)和教師的教學(xué)。基于數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺的課程建設(shè)與數(shù)據(jù)挖掘，為教師教學(xué)設(shè)計(jì)提供了真實(shí)性的依據(jù)，促進(jìn)教師從基于經(jīng)驗(yàn)教學(xué)到基于數(shù)據(jù)教學(xué)的轉(zhuǎn)變。

● 在線伴隨評價(jià)方式：發(fā)展計(jì)算思維的活動(dòng)框架設(shè)計(jì)

本研究基于混合教學(xué)，采用傳統(tǒng)面對面教學(xué)與Moodle平臺的學(xué)習(xí)有機(jī)結(jié)合，結(jié)合信息科技教學(xué)的實(shí)際情況，從單元的整體視角將整個(gè)學(xué)習(xí)階段分為“單元前—學(xué)情診斷”“單元中—互動(dòng)參與”“單元后—評價(jià)提升”三個(gè)階段，設(shè)計(jì)發(fā)展學(xué)生計(jì)算思維的“伴隨式評價(jià)”活動(dòng)框架，如上頁圖3所示。

1.“單元前—學(xué)情診斷”階段

此階段主要是教師對本單元學(xué)生即將學(xué)習(xí)的內(nèi)容、學(xué)習(xí)興趣與態(tài)度等因素進(jìn)行分析，結(jié)合單元教學(xué)目標(biāo)和學(xué)生情況制訂伴隨式評價(jià)下的單元教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和安排，并為學(xué)生提供合適的在線學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)方案。此環(huán)節(jié)最主要的內(nèi)容是在平臺上構(gòu)建單元教學(xué)內(nèi)容。

2.“單元前—互動(dòng)參與”階段

此階段是混合教學(xué)的核心環(huán)節(jié)?；谟?jì)算思維的評價(jià)要素，本研究構(gòu)建了“5F”教學(xué)活動(dòng)過程，讓計(jì)算思維的評價(jià)要素在單元每課時(shí)的教學(xué)活動(dòng)中整體呈現(xiàn)出來，讓計(jì)算思維評價(jià)與發(fā)展過程具有一定的連續(xù)性，讓學(xué)生的計(jì)算思維得以拓展和深化。

Find（發(fā)現(xiàn)：創(chuàng)設(shè)情境，發(fā)現(xiàn)問題）：創(chuàng)設(shè)真實(shí)性、現(xiàn)實(shí)性、趣味性的情境，學(xué)生借助在線測試了解自己對要學(xué)習(xí)的背景知識的了解情況，明確學(xué)習(xí)的內(nèi)容。

Formulate（分析：協(xié)作探究，分析問題）：指向?qū)W生計(jì)算思維“形式化”的培養(yǎng)，當(dāng)學(xué)生遇到一個(gè)問題時(shí)，可以通過在線討論，分析需要計(jì)算的對象是什么，需要什么工具，可能用到哪些資源。問題結(jié)構(gòu)分析清楚后，就可以通過頭腦風(fēng)暴建立問題解決的方案。

Found（建構(gòu)：分析數(shù)據(jù)，構(gòu)建方案）：指向?qū)W生計(jì)算思維“模型化”的培養(yǎng)，學(xué)生可以借助教師在平臺上設(shè)計(jì)的流程圖等方式，分析數(shù)據(jù)的邏輯關(guān)系，然后通過拖拽的方式設(shè)計(jì)算法，描述問題解決方案實(shí)現(xiàn)的過程。

Figured（計(jì)算：實(shí)踐體驗(yàn)，驗(yàn)證方案）：指向?qū)W生計(jì)算思維“自動(dòng)化”的培養(yǎng)，學(xué)生可以根據(jù)背景知識的前測情況，自主學(xué)習(xí)平臺上相應(yīng)層次的資源，并將用計(jì)算機(jī)解決問題的測試與調(diào)試過程中遇到的問題記錄在平臺上，在實(shí)踐與思考中解決問題。

Further（促進(jìn)：評價(jià)方案，知識延伸）：指向?qū)W生計(jì)算思維“系統(tǒng)化”的培養(yǎng)，在平臺上學(xué)生可以通過討論評估解決問題方案的優(yōu)劣，也可以通過提交本活動(dòng)報(bào)告等方式共享心得。

3.“單元后—評價(jià)提升”階段

此階段是對教學(xué)效果的價(jià)值進(jìn)行判斷，更為重要的是良性的教學(xué)評價(jià)可以診斷、反饋和導(dǎo)向教學(xué)過程，促進(jìn)學(xué)生單元學(xué)習(xí)，同時(shí)通過問卷、測試等形式，可以與單元前測做對比，對教師單元的再設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)實(shí)證的支撐。

● 在線伴隨評價(jià)實(shí)踐：面向?qū)W生計(jì)算思維能力發(fā)展

本研究依據(jù)初中信息科技學(xué)科基本要求的主題劃分，對單元教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu)，在平臺上形成7個(gè)單元的教學(xué)內(nèi)容。下面，以計(jì)算機(jī)硬件單元的第一課時(shí)為例，介紹指向計(jì)算思維評價(jià)的伴隨式評價(jià)設(shè)計(jì)，如下頁表2所示。

通過在兩所初中學(xué)校各兩個(gè)班的跟進(jìn)實(shí)踐，對182名學(xué)生進(jìn)行單元前后測問卷，問卷數(shù)據(jù)使用在線SPSS分析做T檢驗(yàn)分析，檢測學(xué)生計(jì)算思維能力的變化，具體從計(jì)算思維要素的八個(gè)方面進(jìn)行前后測差異的顯著程度分析，T檢驗(yàn)結(jié)果如下頁表3所示。

從表3可見，計(jì)算思維四化中“分解問題、數(shù)據(jù)分析、模型算法、實(shí)驗(yàn)測試、調(diào)試迭代”五個(gè)要素的顯著性（雙尾）小于0.05，表明前后差異顯著，這說明經(jīng)過單元學(xué)習(xí)后，學(xué)生在計(jì)算思維這五方面的表現(xiàn)發(fā)生了非常明顯的變化。當(dāng)然，還有“分析要素、評估歸納、遷移應(yīng)用”三個(gè)方面的差距不夠顯著，還需繼續(xù)優(yōu)化加強(qiáng)相關(guān)教學(xué)研究。

● 結(jié)語

在信息科技核心素養(yǎng)的培養(yǎng)理念下，計(jì)算思維是需要培養(yǎng)的重要目標(biāo)之一。針對新的信息科技教育挑戰(zhàn)，依托在線技術(shù)將計(jì)算思維評價(jià)嵌入學(xué)習(xí)過程，跟蹤、收集與分析學(xué)生用計(jì)算思維解決問題過程中的指標(biāo)數(shù)據(jù)。通過單元教學(xué)“評價(jià)”伴隨“學(xué)習(xí)”的實(shí)施，一方面借助平臺形成支持學(xué)生學(xué)習(xí)的計(jì)算思維培養(yǎng)路徑，有助于精準(zhǔn)、有效提升全體學(xué)生的計(jì)算思維能力;另一方面可拓寬利用信息技術(shù)進(jìn)行計(jì)算思維的“學(xué)”與“評”研究的視野。

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