作者：朱琳 东南大学脑与学习科学系，儿童发展教育研究所
研究生导师：姜飞月
【摘要】：
计算思维是一个术语，用于描述学生在设计问题时的计算解决方案、算法思维和编码方面的知识发展。它专注于儿童在练习编程和算法中发展的技能，并使抽象思维、解决问题、模式识别和逻辑推理等素质得以发展。当代教育和基础设施的发展，如“面向所有人的CS”、ISTE的《学生计算思维标准》，计算机科学教师协会的计算思维概念，以及机器人、3D打印、微处理器和直观编程语言等工具的出现，使计算思维成为支持这些学习能力的一个非常有前途的领域。在这期《人类行为中的计算机》特刊中，编辑们报道了由跨学科团队进行的四项研究。特刊的介绍还提醒人们注意计算思维教育领域的巨大潜力和进一步研究的必要性，以使学生参与有意义的学习，从而发展有用的思维技能和数字能力。最后，编辑们为未来计算思维教育的研究和实践提出了方向。
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介绍
计算思维（CT）是自20世纪50年代以来使用的一个术语，描述了使用结构化思维或算法思维对给定输入产生适当输出的概念（Denning，2009）。最近重振计算机技术重要性的努力旨在使计算知识民主化，将其作为学习者应对21世纪挑战所需的重要知识体系。2006年，Wing通过借鉴计算机科学的基本概念，将CT定义为一个涉及解决问题、设计系统和理解人类行为的过程，重新启动了该领域的术语和兴趣（Wing，2006）。这一定义因其通用性而被广泛采用，但也产生了对可用于CT教育的更具体定义的需求（CSTA和ISTE，2011；Selby和Woolard，2014）。
在过去的几年里，人们对K-12学校的CT教育及其在儿童获得思维技能和数字能力方面的作用越来越感兴趣。根据这一需求，近年来，计算思维和编码已成为许多国家学校课程的组成部分。爱沙尼亚、以色列、芬兰和英国只是政府努力将编码作为一种新的识字方式，并支持学生创造性地解决问题的几个例子（Hubwieser、Giannakos、Berges、Brinda、Diethem、Magenheim和Jasute，2015）。此外，计算机科学教师协会（CSTA，2011）、国际教育技术学会（CSTA&ISTE，2011），网络创新中心和国家数学与科学倡议制定了CT教育的概念指南。类似地，像“codeacademy.com”这样的组织提供学习环境来促进编码活动和CT教育。
虽然文献中普遍认为CT涉及许多技能，如问题分解（将复杂问题分解为更简单的问题）、开发算法（逐步解决问题）和抽象，关于人们需要意识到的几个问题和挑战，为CT能力设计适当的学习体验，仍然有有限的证据。在本期文章中，编辑们介绍了四项涵盖CT研究不同方面的研究，并讨论了CT教育研究和实践面临的挑战，以及为该领域的研究人员提出了重要的新研究问题。
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特刊中的贡献
虽然CT是一个越来越重要的领域，但关于CT的学术工作正在兴起，无论是从概念上还是从经验上。为了应对CT教育加速研究基础和发展的需要，《人类行为中的计算机》推出了一期特刊，传播最新的研究结果。特刊包括四篇文章，从不同的角度和学科背景探讨CT主题，并涵盖不同的研究领域和需求。这些文章提供了以下方面的见解：a）隐喻在CT教育中的重要性，b）将CT活动付诸实践以增强女孩和男孩的能力，c）采用实证实验进一步推进CT教育研究的重要性，以及d）使用支架和教育机器人发展幼儿的CT技能。
在第一篇文章中，通过具象认知的视角，研究了使用隐喻的基本计算概念。概念隐喻在学习科学（如能量转移、热力学和数学）中极为重要，因为它们解释了我们对抽象概念的思考和推理能力。作者得出结论，具体化可能会影响学生和教师对CT的理解和学习。此外，很可能还有其他综合隐喻的例子可以用来传达CT结构的含义，这种表示将使我们能够更好地支持CT教学和学习技术，以及CT教学技术和接口（例如，具体接口和交互）的开发。
第二篇文章在计算机编程的背景下，进一步扩展了使用隐喻教授CT的概念。在对132名9至12岁的小学学生进行实证实验后，作者将一种名为MECOPROG的方法付诸实践，使用隐喻，如食谱/程序、餐具室/记忆和盒子/变量，来教授编程。他们的研究结果证实，将隐喻的使用与基于块的编程环境（例如Scratch）相结合，有可能改善小学教育中CT知识的获取。
在第三项研究中，文章为K-12学生设计并评估了一个学习如何编码的研讨会。设计和开发的活动成功地树立了CT概念，激励了男孩和女孩，这对CT技能的教学至关重要。在这项研究中，目的是使用眼动追踪作为一种客观测量方法，并用来自儿童访谈的定性数据对研究结果进行三角测量，以检验男孩和女孩之间的差异（如果有的话）。他们的研究结果显示，在CT活动中，女孩和男孩的凝视和学习成绩没有统计学上的显著差异。有趣的是，定性数据显示了编码过程中的策略和实施实践以及对这些CT活动的看法存在差异。研究结果提供了客观证据，表明与男孩相比，女生并不缺乏能力或行为（基于她们的凝视数据），只是她们在CT活动中有不同的方法/策略，对编码有不同的看法。因此，在设计CT活动时考虑到这种方法并帮助女孩掌握CT概念是很重要的。
第四项研究考察了使用Bee Bot（一种可编程的落地机器人）学习对男孩和女孩计算思维的影响。有人假设，在使用Bee Bot学习的过程中，支架将在儿童计算思维技能的发展中发挥重要作用，因为Bee Bots不能提供儿童编程所用命令的视觉表示。这两种支架技术的设计考虑了性别差异，预期两性都将从这两种技术中的至少一种中受益。结果显示，在对儿童计算思维技能的初始和最终评估之间，有统计学意义的学习收益，男孩更多地受益于个人主义、动觉、空间导向和基于操纵的纸牌活动，而女孩从合作写作活动中受益更多。这项研究有助于形成可用于教学计算思维技能的知识体系。此外，这项研究对课程开发人员、教学领导者和课堂教师具有实际意义，因为他们可以利用这项研究的结果来设计课程和课堂活动，重点关注更广泛的计算思维技能，而不仅仅是编码。
03
计算思维教育面临的挑战：未来的研究方向
研究结果表明，为了将CT作为一个强大的教育概念，研究人员需要进一步投入系统的研究工作来解决与以下几个问题相关的问题：定义每个学校年级或学生发展水平的CT能力；隐喻在CT概念教学中的有效运用；教学策略和技术在CT教学中的应用；教师CT专业发展；CT能力和技能评估。
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致谢
我们要感谢本特刊的审稿人及时的审阅，感谢《人类行为中的计算机》的委托编辑Paul A.Kirschner在特刊编写过程中给予的持续支持和指导。这项工作得到了欧盟委员会地平线2020 SwafS-11-2017计划下COMnPLAY科学项目的部分支持（项目编号：787476）。
查阅原文：Angeli, C；Giannakos, M Computers in Human Behavior
DOI: 10.1016/j.chb.2019.106185
转自：“百研工坊”微信公众号
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