學(xué)習(xí)進(jìn)階理論視域下的小學(xué)生計(jì)算思維測(cè)評(píng)框架

【摘 要】有效的測(cè)評(píng)是科學(xué)、有序地推進(jìn)小學(xué)階段計(jì)算思維教育的必備條件?；趯W(xué)習(xí)進(jìn)階理論，依據(jù)結(jié)構(gòu)中心設(shè)計(jì)法，構(gòu)建小學(xué)生計(jì)算思維測(cè)評(píng)框架。測(cè)評(píng)框架包含進(jìn)階變量、成就水平和學(xué)習(xí)表現(xiàn)，其中進(jìn)階變量分為計(jì)算概念、計(jì)算實(shí)踐和計(jì)算觀念，成就水平從低到高依次為識(shí)別、理解、設(shè)計(jì)和問(wèn)題解決。測(cè)評(píng)框架開發(fā)與使用促進(jìn)了學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算思維；學(xué)習(xí)進(jìn)階；測(cè)評(píng)框架；小學(xué)生

【中圖分類號(hào)】G434 ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A ?【文章編號(hào)】1005-6009（2023）26-0068-05

【作者簡(jiǎn)介】鄧志賢，甘肅省武山縣城關(guān)鎮(zhèn)上街子小學(xué)（甘肅武山，741300）教師，一級(jí)教師。

信息技術(shù)的快速發(fā)展重塑了人們溝通交流的時(shí)空觀念，改變了人們的思維方式。當(dāng)前，計(jì)算思維作為信息化社會(huì)中數(shù)字公民所應(yīng)具備的基本素養(yǎng)，備受重視。［1］115我國(guó)《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》已明確將計(jì)算思維列為信息技術(shù)學(xué)科的核心素養(yǎng)之一。小學(xué)是我國(guó)義務(wù)教育的起始階段，從小學(xué)階段開始實(shí)施計(jì)算思維教育，對(duì)提升學(xué)生數(shù)字公民素養(yǎng)、推動(dòng)社會(huì)信息化發(fā)展具有重要價(jià)值，而科學(xué)、有序地推進(jìn)計(jì)算思維教育發(fā)展的重要依據(jù)在于對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程和結(jié)果開展有效的測(cè)評(píng)。傳統(tǒng)測(cè)評(píng)框架在構(gòu)建方法和組成要素上強(qiáng)調(diào)了依據(jù)學(xué)科知識(shí)邏輯確立維度和指標(biāo)，對(duì)學(xué)生真實(shí)的思維發(fā)展過(guò)程重視不夠?；趯W(xué)習(xí)進(jìn)階理論構(gòu)建的測(cè)評(píng)框架不僅能對(duì)學(xué)生所學(xué)知識(shí)和技能的掌握程度進(jìn)行有效的“測(cè)”，還能對(duì)其計(jì)算思維能力水平進(jìn)行精準(zhǔn)的“評(píng)”，對(duì)我國(guó)小學(xué)生計(jì)算思維測(cè)評(píng)具有重要的借鑒意義。

一、相關(guān)概念與理論基礎(chǔ)

1.計(jì)算思維

計(jì)算思維并不是一個(gè)新的概念，早在1980年，西蒙·派珀特首次使用了計(jì)算思維一詞，其指代算法思維和程序思維，強(qiáng)調(diào)思維的邏輯性，并提出應(yīng)用計(jì)算機(jī)可提高思維能力、改變知識(shí)建構(gòu)的模式。盡管早期計(jì)算思維的相關(guān)研究已萌芽，但是直到2006年，周以真教授發(fā)表了題為《計(jì)算思維》的文章，計(jì)算思維才正式作為一個(gè)研究對(duì)象受到人們的重視。周以真教授認(rèn)為，計(jì)算思維是利用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念解決問(wèn)題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類行為的思維過(guò)程和方法，其本質(zhì)是抽象的。雖然該定義較為經(jīng)典，但其權(quán)威性并未得到業(yè)界的一致認(rèn)可，尤其是計(jì)算思維的本質(zhì)、內(nèi)涵及外延等都不是很明確。因此，眾多研究者又從不同角度提出了計(jì)算思維的定義，但都并未形成共識(shí)，存在“活動(dòng)及方法說(shuō)”“系統(tǒng)說(shuō)”“過(guò)程說(shuō)”和“問(wèn)題解決說(shuō)”等界定。［1］116-117布倫南等人基于對(duì)Scratch編程實(shí)踐的研究提出了計(jì)算思維三維框架——計(jì)算概念、計(jì)算實(shí)踐和計(jì)算觀念。由于該框架具備較強(qiáng)的可操作性和通用性，被廣泛地應(yīng)用于計(jì)算思維的研究和測(cè)評(píng)中。

2.學(xué)習(xí)進(jìn)階

學(xué)習(xí)進(jìn)階這一術(shù)語(yǔ)是美國(guó)國(guó)家研究理事會(huì)在2005年K-12年級(jí)科學(xué)成就測(cè)驗(yàn)政府工作報(bào)告中提出的。報(bào)告將學(xué)習(xí)進(jìn)階界定為“對(duì)學(xué)生在一定時(shí)間跨度內(nèi)學(xué)習(xí)和探究某一主題時(shí)依次進(jìn)階、逐級(jí)深化的思維方式的描述”。構(gòu)建學(xué)習(xí)進(jìn)階的本質(zhì)是針對(duì)科學(xué)大概念，通過(guò)實(shí)證測(cè)量以確定學(xué)習(xí)者的認(rèn)知發(fā)展路徑。學(xué)習(xí)進(jìn)階一般包含5個(gè)組成要素：學(xué)習(xí)目標(biāo)、進(jìn)階變量、成就水平、學(xué)習(xí)表現(xiàn)和評(píng)估工具。學(xué)習(xí)目標(biāo)是學(xué)生達(dá)到一個(gè)階段進(jìn)階終點(diǎn)時(shí)的表現(xiàn)；進(jìn)階變量是指核心概念以及基于核心概念的關(guān)鍵實(shí)踐；成就水平是思維發(fā)展過(guò)程中的多個(gè)中間層級(jí)；學(xué)習(xí)表現(xiàn)是處于不同發(fā)展層級(jí)的學(xué)生完成相應(yīng)任務(wù)時(shí)的表現(xiàn)；評(píng)估工具是指一套基于假設(shè)模型的測(cè)量學(xué)生發(fā)展的工具。學(xué)習(xí)進(jìn)階的開發(fā)一般采用結(jié)構(gòu)中心設(shè)計(jì)法。［2］結(jié)構(gòu)中心設(shè)計(jì)法的“結(jié)構(gòu)”是指學(xué)生的心理構(gòu)造，通過(guò)它來(lái)建構(gòu)學(xué)生的認(rèn)知要素及發(fā)展模型，即結(jié)構(gòu)必須闡述需從哪些方面刻畫學(xué)生學(xué)習(xí)的心理狀態(tài)，這些方面隨著時(shí)間的發(fā)展分為哪幾個(gè)關(guān)鍵的進(jìn)階層級(jí)。結(jié)構(gòu)中心設(shè)計(jì)法包含5個(gè)步驟：明確目標(biāo)、展開描述、提出進(jìn)階、收集數(shù)據(jù)和分析結(jié)論。結(jié)構(gòu)中心設(shè)計(jì)法能詳細(xì)說(shuō)明如何對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆解，如何確定預(yù)期的學(xué)習(xí)進(jìn)階，并在這個(gè)過(guò)程中注重利用已有研究成果以及提供教學(xué)策略。

3.SOLO分類理論

SOLO分類理論是約翰·B.彼格斯等人在皮亞杰認(rèn)知發(fā)展階段理論的基礎(chǔ)上提出的一種高階思維能力形成過(guò)程的層級(jí)框架。彼格斯認(rèn)為，一個(gè)人回答某個(gè)問(wèn)題時(shí)所表現(xiàn)出的思維結(jié)構(gòu)是可以檢測(cè)的，并稱之為“可觀察的學(xué)習(xí)成果結(jié)構(gòu)”。據(jù)此，彼格斯將學(xué)生回答問(wèn)題時(shí)的思維結(jié)構(gòu)分為5個(gè)層次，分別為前結(jié)構(gòu)、單點(diǎn)結(jié)構(gòu)、多點(diǎn)結(jié)構(gòu)、關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)以及抽象擴(kuò)展結(jié)構(gòu)。［3］前結(jié)構(gòu)是指學(xué)生對(duì)問(wèn)題的理解處于感知階段，依靠感覺(jué)經(jīng)驗(yàn)回答問(wèn)題；單點(diǎn)結(jié)構(gòu)是指學(xué)生能根據(jù)單個(gè)問(wèn)題線索給出解決問(wèn)題的思路；多點(diǎn)結(jié)構(gòu)是指學(xué)生能根據(jù)多個(gè)問(wèn)題線索給出解決問(wèn)題的思路，但是線索之間是孤立的，沒(méi)有聯(lián)系的；關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)是指學(xué)生不僅能根據(jù)多個(gè)問(wèn)題線索給出解決問(wèn)題的思路，還能對(duì)多個(gè)問(wèn)題線索進(jìn)行歸納總結(jié)；抽象擴(kuò)展結(jié)構(gòu)是指學(xué)生能將問(wèn)題線索進(jìn)行概括，并綜合應(yīng)用系統(tǒng)化、抽象化的理論分析解決問(wèn)題。從前結(jié)構(gòu)到單點(diǎn)結(jié)構(gòu)，再到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)，是思維結(jié)構(gòu)量變的過(guò)程；從多點(diǎn)結(jié)構(gòu)到關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)，再到抽象擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，是思維結(jié)構(gòu)質(zhì)變的過(guò)程。SOLO分類理論對(duì)學(xué)生思維發(fā)展和學(xué)習(xí)表現(xiàn)之間的關(guān)系進(jìn)行了深入的闡釋，由此成為學(xué)習(xí)進(jìn)階開發(fā)的重要理論基礎(chǔ)。

二、小學(xué)生計(jì)算思維測(cè)評(píng)框架構(gòu)建

學(xué)習(xí)進(jìn)階理論為當(dāng)前我國(guó)小學(xué)生計(jì)算思維測(cè)評(píng)框架構(gòu)建提供了方法和內(nèi)容上的參考。研究依據(jù)結(jié)構(gòu)中心設(shè)計(jì)法，遵循“理論預(yù)設(shè)—驗(yàn)證分析—修改完善”的基本思路，通過(guò)“進(jìn)階要素的確定—進(jìn)階變量的提取—成就水平的劃分—學(xué)習(xí)表現(xiàn)的描述—專家和教師驗(yàn)證”5個(gè)步驟構(gòu)建小學(xué)生計(jì)算思維測(cè)評(píng)框架。

1.進(jìn)階要素的確定

學(xué)習(xí)進(jìn)階的5個(gè)要素中，學(xué)習(xí)目標(biāo)也是進(jìn)階終點(diǎn)，與最高階的成就水平具有內(nèi)在的一致性，在本研究中并不作為單獨(dú)的進(jìn)階要素；成就水平需要基于學(xué)習(xí)進(jìn)階開發(fā)具體的學(xué)習(xí)進(jìn)階測(cè)評(píng)工具，是對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)階的驗(yàn)證和操作化實(shí)施，將會(huì)在示例部分進(jìn)行闡釋，在本研究中也不作為單獨(dú)的進(jìn)階要素。依據(jù)研究問(wèn)題和研究目的，最終確定3個(gè)進(jìn)階要素用于構(gòu)建測(cè)評(píng)框架：進(jìn)階變量、成就水平和學(xué)習(xí)表現(xiàn)。

2.進(jìn)階變量的提取

進(jìn)階變量的提取過(guò)程是確定測(cè)評(píng)框架的維度和指標(biāo)的過(guò)程，其經(jīng)歷了以下4個(gè)步驟：一是依據(jù)布倫南等人提出的計(jì)算思維三維框架確定3個(gè)進(jìn)階變量——計(jì)算概念、計(jì)算實(shí)踐和計(jì)算觀念，即測(cè)評(píng)維度；二是結(jié)合美國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)教師協(xié)會(huì)等機(jī)構(gòu)發(fā)布的計(jì)算思維概念框架和我國(guó)2017年頒布的高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)，以及部分已有實(shí)證研究的成果，確定組成各進(jìn)階變量的核心要素，即測(cè)評(píng)指標(biāo)；三是對(duì)各個(gè)核心要素內(nèi)涵進(jìn)行理論分析，刪除或合并內(nèi)涵重疊的要素，完善進(jìn)階變量；四是對(duì)進(jìn)階變量及其核心要素進(jìn)行歸類整理，并描述解釋，確立進(jìn)階變量。核心要素是對(duì)各個(gè)進(jìn)階變量的進(jìn)一步細(xì)化和描述，旨在為各個(gè)進(jìn)階變量在不同成就水平上的學(xué)習(xí)表現(xiàn)描述提供依據(jù)。

在進(jìn)階變量與核心要素提取的過(guò)程中，本研究依據(jù)以下4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)相關(guān)概念進(jìn)行了刪選：一是概念本身過(guò)于泛化，不夠明確，不具備計(jì)算思維的顯著特征，如邏輯思維、系統(tǒng)思維等；二是概念并不是計(jì)算思維過(guò)程的一部分，只是應(yīng)用計(jì)算思維進(jìn)行問(wèn)題解決的結(jié)果或特征，如模塊化等；三是概念所代表的實(shí)踐可被其他實(shí)踐代替，不具備獨(dú)立性，如遞增與迭代、評(píng)估等；四是概念超出小學(xué)生認(rèn)知發(fā)展水平，盡管能被學(xué)生簡(jiǎn)單了解，但不能作為計(jì)算思維測(cè)評(píng)的內(nèi)容，如系統(tǒng)以及理解復(fù)雜系統(tǒng)。最終確立了進(jìn)階變量與核心要素（如表1所示）。

[進(jìn)階變量 核心要素 解釋 計(jì)算概念 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)表示與數(shù)據(jù)操作，變量、常量、運(yùn)算符 算法與

程序 為解決問(wèn)題或?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)而采取的一系列有序步驟 計(jì)算實(shí)踐 問(wèn)題分解 將一個(gè)問(wèn)題或任務(wù)分解成更小的部分，以實(shí)現(xiàn)更容易或更好的解決方案 抽象與

建模 減少?gòu)?fù)雜性，定義主要特征，開發(fā)現(xiàn)實(shí)世界問(wèn)題、系統(tǒng)或情景的表示的過(guò)程 復(fù)用與

合成 利用他人已有的作品進(jìn)行再創(chuàng)作 測(cè)試與

調(diào)試 查找并糾正程序中的錯(cuò)誤，優(yōu)化程序運(yùn)行效率 計(jì)算觀念 聯(lián)系 借助交流促進(jìn)自身的實(shí)踐 表達(dá)與

質(zhì)疑 反思自身和他人的設(shè)計(jì)過(guò)程或作品，并表達(dá)自己的想法 用戶交互 設(shè)計(jì)以用戶為中心 ][表1 進(jìn)階變量及其核心要素的解釋]

3.成就水平的劃分

成就水平描述了學(xué)生在某一概念或?qū)嵺`上的思維發(fā)展階段，也就是學(xué)習(xí)進(jìn)階中不同的“階”。維爾納等人將計(jì)算思維發(fā)展水平劃分為理解、設(shè)計(jì)和問(wèn)題解決3個(gè)層次，依據(jù)SOLO分類理論，其分別對(duì)應(yīng)多點(diǎn)結(jié)構(gòu)、關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)和抽象擴(kuò)展結(jié)構(gòu)。維爾納強(qiáng)調(diào)的是利用編程解決問(wèn)題能力的階段劃分，因此對(duì)于前結(jié)構(gòu)和單點(diǎn)結(jié)構(gòu)層次并未做詳細(xì)闡釋。學(xué)生在達(dá)到理解水平之前，還需經(jīng)歷對(duì)編程的特征認(rèn)識(shí)階段，也就是SOLO分類理論中的單點(diǎn)結(jié)構(gòu)。另外，前結(jié)構(gòu)層次描述了學(xué)生面對(duì)問(wèn)題情景時(shí)的初始狀態(tài)，考慮到學(xué)生的個(gè)體差異和測(cè)評(píng)的可操作性，前結(jié)構(gòu)水平并不作為單一成就水平層次進(jìn)行劃分。因此，最終確定小學(xué)生計(jì)算思維成就水平包括“識(shí)別”“理解”“設(shè)計(jì)”“問(wèn)題解決”4個(gè)層次（如圖1所示）。

水平1“識(shí)別”是指認(rèn)識(shí)程序與編程，能操作程序單個(gè)指令。處于這一水平的學(xué)生能認(rèn)識(shí)程序的基本結(jié)構(gòu)和編程的過(guò)程，并對(duì)編程的指令模塊進(jìn)行單獨(dú)操作，但還不能描述程序的執(zhí)行過(guò)程，也不能理解一個(gè)完整的程序。水平2“理解”是指理解程序并能對(duì)單個(gè)程序指令進(jìn)行簡(jiǎn)單改動(dòng)。處于這一水平的學(xué)生能通過(guò)學(xué)習(xí)概念和簡(jiǎn)單編程案例，描述程序的執(zhí)行流程并預(yù)測(cè)簡(jiǎn)單程序的結(jié)果，對(duì)單個(gè)指令能進(jìn)行改動(dòng)，但還不能獨(dú)立設(shè)計(jì)程序。水平3“設(shè)計(jì)”是指能從模式集合中構(gòu)建程序，并使用過(guò)程技巧解決問(wèn)題。處于這一水平的學(xué)生能對(duì)多個(gè)案例程序進(jìn)行模仿，并能改變其屬性值或參數(shù)，得到不同的結(jié)果，但是不能編程解決新的問(wèn)題。水平4“問(wèn)題解決”是指學(xué)習(xí)可轉(zhuǎn)移的問(wèn)題解決技能，并在新的和不同的問(wèn)題情境中使用。處于這一水平的學(xué)生能從學(xué)習(xí)的特定編程案例中總結(jié)出一般的編程模式和技巧，使之系統(tǒng)化，并能創(chuàng)造性地解決問(wèn)題。

4.學(xué)習(xí)表現(xiàn)的描述

Scratch編程工具在小學(xué)階段的計(jì)算思維相關(guān)課程中使用較為普遍，而已有關(guān)于計(jì)算思維測(cè)評(píng)的實(shí)證研究也多采用Scratch作為測(cè)評(píng)環(huán)境，評(píng)估學(xué)生的計(jì)算思維發(fā)展水平。因此，本研究采用Scratch工具作為計(jì)算思維能力外顯的實(shí)踐環(huán)境，描述學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)。研究從Scratch在線社區(qū)中挑選了不同階段的小學(xué)生作品，以及從我國(guó)實(shí)施計(jì)算思維教育的小學(xué)校收集的大量Scratch作品案例，重點(diǎn)對(duì)不同階段學(xué)生的編程設(shè)計(jì)模式、使用編碼塊類型、代碼復(fù)雜程度等進(jìn)行對(duì)比分析，最終確定學(xué)習(xí)表現(xiàn)的描述內(nèi)容，初步構(gòu)建了小學(xué)生計(jì)算思維測(cè)評(píng)框架。

5.專家和教師驗(yàn)證

本研究通過(guò)訪談收集專家和一線教師對(duì)測(cè)評(píng)框架的意見和建議，修改并完善框架。依據(jù)研究目的和研究問(wèn)題，訪談選取的對(duì)象包括國(guó)內(nèi)高校從事計(jì)算思維教育研究的專家4名，以及從事小學(xué)計(jì)算思維教育的一線教師5名。訪談內(nèi)容圍繞“進(jìn)階變量與核心要素的確定、成就水平的劃分、學(xué)習(xí)表現(xiàn)的描述”3個(gè)方面展開。依據(jù)專家和教師訪談結(jié)果，研究對(duì)測(cè)評(píng)框架進(jìn)行了如下修改：一是一線教師普遍表示，計(jì)算觀念中的部分“用戶交互”在小學(xué)各階段中的表現(xiàn)并不明顯，不適合作為小學(xué)生計(jì)算思維測(cè)評(píng)內(nèi)容，因此刪除了“用戶交互”指標(biāo)；二是以“問(wèn)題解決過(guò)程的表示”為核心進(jìn)一步明確了“抽象和建?！敝笜?biāo)的學(xué)習(xí)表現(xiàn)描述；三是以“問(wèn)題解決過(guò)程解釋”為核心進(jìn)一步明確了“算法與程序”指標(biāo)的學(xué)習(xí)表現(xiàn)描述。另外，依據(jù)訪談結(jié)果，對(duì)測(cè)評(píng)框架中學(xué)習(xí)表現(xiàn)的描述也進(jìn)行了修改和完善，最終確立了基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的小學(xué)生計(jì)算思維測(cè)評(píng)框架（如表2所示）。

有效的測(cè)評(píng)是科學(xué)推進(jìn)計(jì)算思維教育的重要基礎(chǔ)。本研究依據(jù)學(xué)習(xí)進(jìn)階理論，基于計(jì)算思維三維框架，構(gòu)建小學(xué)生計(jì)算思維測(cè)評(píng)框架，開發(fā)測(cè)評(píng)試題示例，分析了測(cè)評(píng)的方法和實(shí)施過(guò)程。與傳統(tǒng)的測(cè)評(píng)框架相比，基于學(xué)習(xí)進(jìn)階構(gòu)建的測(cè)評(píng)框架更重視學(xué)生在不同維度和指標(biāo)上的學(xué)習(xí)表現(xiàn)和思維發(fā)展過(guò)程，測(cè)評(píng)的目的定位為以促進(jìn)學(xué)生發(fā)展為核心的形成性評(píng)價(jià)，而非總結(jié)性評(píng)價(jià)?；诒狙芯?，未來(lái)的研究重點(diǎn)將聚焦在從認(rèn)知科學(xué)的視角探究計(jì)算思維的思維本質(zhì)和能力結(jié)構(gòu)，驗(yàn)證測(cè)評(píng)框架在理論上的科學(xué)性；基于心理測(cè)量學(xué)理論開發(fā)計(jì)算思維測(cè)評(píng)工具，實(shí)施大規(guī)模測(cè)評(píng)，驗(yàn)證測(cè)評(píng)框架在實(shí)踐中的有效性。

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