英国中小学计算思维教育评介

唐瑞 刘向永

2006年，美国的周以真教授提出了计算思维的概念，并且迅速得到了全世界计算机教育者的认可和关注。英国信息技术教育研究者基于对原有课程的批判以及反思，将计算思维引入了信息技术课程。2013年，英国教育部将原有的国家课程信息通用技术（ICT）更名为计算（Computing）课程，并于2014年9月正式开始实施。计算（Computing）课程与传统信息通信技术课程的最大区别就是明确地将课程目标确定为让学生使用计算思维和创造力来理解和改变世界。英国为了要系统全面地实施计算思维教育，系统规划了计算（Computing）课程中的计算思维体系，采取有效的教师培训与资源配给供计算思维教育实施。我们试图简要地介绍英国如何在中小学设计计算思维的内容体系、教学策略等，希望对改变我国信息技术课程现状、落实计算思维教育有所借鉴。

英国Computing课程中的计算思维

1.英国Computing课程目标中涵盖的计算思维

英国Computing课程的核心是计算机科学，侧重于培养学生的计算思维和创造力，并应用于编程和数字媒体设计领域。通过计算机科学的学习，学生不仅能够学习到计算机相关知识，更重要的是学习一种思维方式——计算思维。计算思维能帮助学生深入理解数字化产物以及所处的数字化时代学生的学习目标是理解信息和计算的含义，了解数字系统的运转方式以及通过编程把学习到的知识整合到实践中。在这个基础上，学生才能够运用技术编写程序、设计系统等内容。同时，英国Computing课程不仅强调计算机科学，还要求培养学生的数字素养，使其能运用信息通信技术进行自我表达和思维发散，这种能力保证了他们今后顺利适应高速发展的信息社会。

英国Computing课程的目标是让学生理解和应用计算机科学的基本原理和概念，包括抽象、逻辑、算法、数据表示等；能使用计算术语来分析问题，并具备为解决这些问题不断地编写计算机程序的实践经验；能评价和使用信息技术，包括新兴的或不熟悉的技术，分析性地解决问题；成为有责任、有能力、有创造力的、自信的ICT使用者。[1]

英国皇家学会（The Royal Society）将Computing课程划分为三大指标：计算机科学（CS： Computer science）、信息技术（IT：Information technology）、数字素养（DL：Digital literacy）[2]，每一指标都有相对应的课程目标（如表1）。

这三大指标之间又互相融合、相互渗透，每个指标对中小学生适应信息社会都有着举足轻重的作用和意义。计算机科学指标是有关科学和计算的实用性研究，它需要解决的问题是计算什么、如何计算，以及怎样利用计算解决问题。信息技术涵盖了计算机和通信设备的工作模式，以及它们如何进行数据的存储、恢复、传递和处理。数字素养是一种能够运用各种数字技术进行有效、可靠、安全、批判性地操控、评估以及创造数字化产品的能力。数字化产品可以是多种呈现方式，如数字化图像、计算机程序、电子表格、3D动画等。

2.英国Computing课程实施现状

英国中小学目前已经正式实施了Computing课程，为了给一线教师提供有关Computing课程的课程指导和课程开设资源，2013年微软剑桥研究院的教授西蒙·琼斯（Simon Jones）等人建立了CAS（Computing at school）计算机教育研究组织。CAS是一个由英国计算机学会（British Computer Society，BCS）、微软、谷歌以及英特尔等联合组成的研究团体，是致力于提升信息技术教师教授新课程尤其是计算机科学课程能力的组织。该组织在网站上为开设Computing课程的教师提供教学材料、线上与线下的教学指导，并不时邀请高校的权威教授举办面对面的Computing课程会议和活动等。CAS是英国最具权威的Computing课程研究机构，截至2015年11月已有1518所学校在该网站上注册，其中580所为试点学校，为其他开设Computing课程的学校提供帮助，另外，还有303位接受过专职培训的CAS指导教师。CAS已经发布了一系列的指导文件来支持教师开展学校的Computing课程（如图1）。在CAS社区中为教师提供了教学指导框架、各类教学资源、教学经验方法分享以及学生学业评价方法等，CAS还开办了一季一期的免费资讯杂志Newsletter，以帮助教师快速地进行学校的Computing课程计划。

2015年秋，在英国已有10所大学成立区域Computing课程研究中心，CAS指导教师、试点学校的教师、大学工作人员等都会为CAS注册学校提供Computing课程的教学帮助。

英国如何将计算思维转变为具体课程内容

英国教育部表示，高质量的计算课程是让学生运用计算思维和创造力理解和改变世界。首次提出计算思维概念的周以真教授则认为，计算思维是一种能够系统化处理问题并提出解决方法，使之能够被信息处理器直接执行的思维过程。[3]英国计算机协会（BCS）在2014年给出了计算思维的定义：计算思维能力是一种包含了复杂性、零散性、部分定义的、能够将现实问题转化为无人操控的计算机可处理形式的一系列心智技能。但是计算思维理论如何转变为实际课程呢？英国首先是将计算思维核心概念进行梳理，提取出来核心概念之后，再将核心概念与具体的课堂行为联系在一起。

1.计算思维核心概念提取

根据对计算课程的理解和实践探索，塞尔比（Selby）和伍拉德（Woollard）提取了计算思维的五大核心概念：算法思想、评估、分解、抽象、归纳。[4]

（1）算法思想（AL）

算法思想是通过一种清晰定义的步骤来解决问题的方法，而不是一种学生只要按部就班地执行一些操作就能够解决同类问题的单一的解决方法。

（2）评估（EV）

评估是分析所选用的算法方案是否能够达到预期的目标。在这个评估的过程中，多种算法方案都会被纳入，评估它们是否准确、快速、节约成本、使用方便、能够积累经验。没有哪种解决方法可以适用于所有的问题，因此，这个权衡评估的过程必不可少。而在评估的过程中，尤其注重对计算思维细节的考量。

（3）分解（DE）

分解是一种从部分的角度来考虑问题、算法、加工、过程和系统的方法。经过分解后，这些零散的部分才能够分别被理解、解决、开发和评估。分解能够将复杂的问题简单化，也能够降低大型系统的设计难度。

（4）抽象（AB）

抽象是除分解以外的另一种将问题和系统简化的思维方法。简单来讲，抽象就是忽略一些不必要的细节内容。这种能力就是能够正确找到不必要的细节，并且能够避免遗漏重要的部分，是一种能够简单地编写复杂算法或者整体系统的方式，抽象的关键是能够找到系统的、合适的抽象化产物。

（5）归纳（GE）

归纳是一种基于已有经验解决新问题的快速方法。可以采用一种能够解决特定问题的算法，并把它运用于解决一系列相似问题中，由此就可以将这种通解方式运用于新的问题解决中。

总的来说，以上五种解决方法都可以运用于商业、学术、科学等领域的系统问题解决中。在实际运用的过程中，各种方法之间都是能够相互融合而发挥作用的，使用这些核心概念方法的重点在于使用者的实用技巧以及思维方式。

2.计算思维课堂行为

明确了计算思维的核心概念之后，需要把抽象的核心概念与具体的课堂行为进行关联，使之转化为可执行的、可评价的课堂教学手段和方法（如表2）。

英国计算思维教育实施策略

英国中小学Computing课程中，研究者需要将Computing课程与计算思维的培养紧密联系起来，让学生通过课程学习，能够使用计算思维的方法分析问题并解决问题。

1.计算思维课程培养模式

英国伦敦大学皇后玛丽学院的保罗·柯曾（Paul Curzon）和英国计算机学会的迈克·道林（Mark Dorling）等制定了课堂计算思维培养框架。[5]他们将课堂的计算思维培养分为三个部分，分别是为什么、怎么做和做了什么，计算思维课堂培养模式如图2所示。这三大部分同时又对应了五个课堂教学步骤。

步骤1：确定进行某项研究或者项目的原因，并根据计算思维学习进程表，选择合适的研究主题。

步骤2：根据计算思维学习进程表，确立预期学生能够达到的学习成果。

步骤3：根据计算思维学习进程图中的计算思维发展阶段，确立在教学活动中可能运用的计算思维核心概念。

步骤4：将计算思维的核心概念整合到课堂教学活动中。

步骤5：将学生的学习成果与计算思维学习进程表相对应，评定学生所达到的计算思维层级。

在整个学习活动中，步骤2～4是一个循环结构。将学习内容中分解出的各个部分内容都通过计算思维进行思考。在计算思维课堂培养模式中，如何将计算思维的核心概念整合到教学活动中（步骤4），是整个计算思维课堂培养的核心。学生的课堂活动成果可以通过计算思维学习进程表直接反映出学生所发展到的计算思维程度。计算思维课堂培养模式提供了一种深入理解计算思维的方式，以及解决了计算思维和课堂内容脱节的难题。它不仅可以帮助教师进行计算思维培养的课程计划，还可以评价学生的计算思维发展水平。这就是在计算思维课堂培养模式的起始，需要考虑进行某项研究的原因（为什么）；通过课堂问题活动（怎么做），学生获得了利用计算思维来解决问题的能力；再根据学生具体的课程表现，来评价学生所达到的计算思维层级（做了什么）。

2.计算思维的过程性评价探索

迈克·道林（Mark Dorling）在提出了计算思维课程培养模式之后，对课堂上计算思维的评价方式进一步研究，他认为可以从三个方面根据学生创作的作品来对其计算思维的程度进行评价[6] ：①判断所产出的作品是否与预期的学习目标（为什么）相符。②对学生产出的作品（做了什么）进行考量，并与单元学习目标进行比较。③学生通过对自己作品的解释论述证明其在创作作品的过程中运用了实用性技能（怎么做）和计算思维能力（怎么做），并理解获得了相关知识。

道林认为除总结性评价之外，在课堂时间充裕的情况下，使用过程性评价对评价学生计算思维养成水平是具有重要意义的，教师可以通过观察以及与学生讨论他是如何思考问题的，来对学生的计算思维水平进行评估。学生回答问题的方式展示了他们如何运用计算思维来解决特定问题的过程。如今，迫切需要建立一种对学生如何把计算思维运用到课堂活动中的整体性评估。道林认为可以将学生利用计算思维解决问题的活动通过作品的方式记录下来，通过对一定量作品的分析，来提炼出某位学生的思维弱点。这种对学生计算思维能力的整体性评估使得过程性评价可以更有效地预测学生的计算思维弱点，如抽象，从而更有针对性地训练，以提高学生的计算思维能力（如图3）。

3.计算思维课堂学习探索模式

朱莉亚·布里格斯（Julia Briggs）是一名教育技术指导教师，经过长期对Computing课程的研究，她提出了“计算思维课堂培养探索策略”。[7]

培养计算思维的核心要素是探索、独立学习和合作学习。首先，学习者需要通过花时间探索在Computing课程中所学的软件或者机器人来增强自己的学习自信心，他们还需要有计划的学习来帮助他们进行独立的选择、获取知识以及技能培养。教师提供的一些适当难度的挑战能给学生分析错误、汲取经验的机会。合作学习能够增强学生在相互协作中发现自己和同伴相互支持的能力，在合作学习的过程中通过逻辑性的思考来解决问题，并在这个过程中加深对技术的理解（如图4）。

当然，英国在中小学进行计算思维教育，不单单是在课程改革方面，还配备了相应的硬件资源，同时加强了教师培训、教学考核等。英国的专家学者认为，计算思维是学生适应未来数字化社会必须具备的能力，他们正在积极地推进计算思维教育。我国目前也在试图改变传统信息技术课程偏重技能化的倾向，将传统偏重信息技术使用技能课程转向计算思维教育。但是，计算思维教育不仅仅是口号或者空洞概念，而应该是会走向如何落实，这就需要信息技术教育研究者和实践者努力前行，共同打造出一个更加具有丰富内涵和价值的信息技术课程。

参考文献：

[1]Consultation Report：Changing ict to computing in the national curriculum，[db/ol].[2013-08-15]https：//www.gov.uk/government/uploads/system/uploads/attachment_data/file/193838/consultation_report_changing_ict_to_computing_in_the_national_curriculum.pdf.

[2]National curriculum in England computing Programmes fstudy，[db/ol].http：//www.gov.uk/government/publications/national-curriculum-in-england-computing-programmes-of-study.

[3]周以真，等.计算思维改变信息技术课程[J].中国信息技术教育，2013（6）：5-12.

[4]Developing Computational Thinking in the Classroom：a Framework，[DB/OL].[2014-06-15]http：//community.Computingatschool.org.uk/resources/2324.pdf.

[5]Dorling，M.&Walker，M.2014c.Computing Progression Pathways with Computational Thinking，[DB/OL].[2014-06-15].http：//community.computingatschool.org.uk/resources/2324.pdf.

[6]Dorling，M.&Walker，M.2014c.Computing Progression Pathways with Computational Thinking，[DB/OL].[2014-06-15].http：//community.computingatschool.org.uk/resources/2324.pdf.

[7]The Challenge and Guided Discovery，[DB/OL].http：//www.computingatschool.org.uk/newsletters/antumn 2015.pdf.