基于学生计算思维发展的在线伴随式评价研究

周纯

摘要：计算思维是信息科技学科的核心素养之一，是培养学科逻辑能力与问题解决能力的重要载体。目前面向中小学计算思维评价的系统研究比较少，特别是在当下教学评价日益表现出以数据为导向、面向学生全面发展的“伴随”取向下，关于将在线学习理论与计算思维评价和培养相结合的研究就更匮乏。有鉴于此，本研究以在线平台中学习数据的生成与应用为契机，引入伴随式评价理念，结合单元教学的“单元前—学情诊断”“单元中—互动参与”“单元后—评价提升”三个阶段，从评价形式、内容、工具和主体四个层面，构建“伴随式评价”的活动框架，并面向初中信息科技课程设计实践案例。

关键词：计算思维;在线学习;伴随式评价

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2021）18-0078-05

● 引言

计算思维作为21世纪必备的基本能力和素养，已引起国际基础教育领域的广泛关注。我国将计算思维纳入《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》（以下简称《课标》），计算思维成为四大学科核心素养之一。近年来，计算思维评价在国内外信息科技教育中受到了高度关注，而目前国内针对中小学信息科技教学内容进行系统的计算思维评价设计相对较少。此外，信息技术的发展创生出了全新的数字化生存环境，对学生的计算思维能力提出了新要求。当前，学校信息科技教师常采用的纸笔测试、作品测试等评价方式已较难反映学生在数字化环境下的计算思维能力。在新环境下，如何将在线学习理论与学生计算思维的评价和培养相结合，以评价促进学生学科思维的提升，这是信息科技教育面临的挑战。

● 现状分析：学生计算思维评价方式与问题的思考

1.分析与制订：计算思维评价维度

2012年美国麻省理工学院媒体实验室终身幼儿园研究小组开发了计算思维的三维框架，提出三种计算思维评价方式。2016年美国发布的《K-12计算机科学框架》将学习进程分成核心概念和核心实践两个维度，其中每个维度包含不同的子维度，清晰展示了整个基础教育阶段的学习框架，给各阶段评价指标的建立提供参考。《课标》指出计算思维是个体运用计算机科学领域的思想方法，在形成问题解决方案过程中的一系列思维活动。计算思维主要表现为形式化、模型化、自动化和系统化四方面（以下简称计算思维四化）。同时，《课标》还指出评价内容不僅要关注知识技能向学生学业成就的转变，而且还要关注问题解决过程中情感态度与价值观等综合能力的变化。尽管这些内容没有直接涉及计算思维评价指标的研究，但为评价指标的建立提供了依据。

为了让计算思维评价具有脉络和可视化，笔者基于《课标》的计算思维表现以及前人的研究成果，将计算思维四化进行进一步分解，形成计算思维评价表（如表1）。

2.调查与分析：计算思维评价重点

笔者依据计算思维的评价表，制订了中小学生计算思维水平调查问卷，对上海市闵行区6620名中小学生进行问卷调查，分析结果如下。

（1）学生计算思维“形式化”分析

计算思维评价表是从两个方面来判断学生计算思维的“形式化”水平，因此，每方面设计一道题目，分别考查学生分解问题、分析要素的能力，再根据题目选项表征的计算思维水平进行相对赋分，形成了如图1所示的统计结果。从图1可以看出，学生分解问题的能力相对比较弱，但是一旦问题有效分解后，大多能根据子问题进行要素分析，说明学生在解决问题之前的问题步骤分析的思维训练需要加强。

（2）学生计算思维“模型化”分析

笔者对学生数据分析和模型算法两方面进行了调查与分析（如下页图2），“数据分析”图例的“3分选项”比例远低于“模型算法”，可以看出大多数学生都愿意选择借助流程图和教师指导完成建模操作，可学生虽有建模的意愿，但在实际问题解决时能够用建模解决问题的能力略显不足，即有模型化意愿，但模型化能力还不够。

（3）学生计算思维“自动化”分析

本环节问卷考查了学生是否知道计算机中的自动化处理，有没有自动化处理的意识。统计结果显示：约75%的学生知道计算机中某些功能的自动化处理，但是在解决具体问题时，较难将计算思维的自动化思想落实到实际问题的解决中，没意识到在计算机操作中的循环迭代是建立在之前操作的基础上。这说明约一半以上的学生不理解自动化处理的实质。

（4）学生计算思维“系统化”分析

笔者在调研评估归纳和迁移应用能力时发现，约21%的学生愿意与教师一起回顾优化解决问题的方法，约21%的学生愿意思考优化解决问题的方法，约58%的学生愿意主动与教师、同学分享交流、讨论优化问题的方法。在实际应用时，多达73%的学生可以利用迁移的方式学习新知识，说明学生储备的知识技能越多，能够迁移解决的问题越多。由此可见，计算思维能力与学生的信息素养紧密相关。

综上所述，学生的计算机思维和个人的信息素养有着密切联系，素养越高，通常学段越高;知识储备越多，计算思维也就更凸显。目前，很多学生思路开阔，有计算思维的意识，但是遇到实际问题进行分析和解决的能力不是很强。这也说明日常教学中教师对计算思维的理解较多停留在字面上，没有将其落实到实际问题的解决上，而学生在信息科技课堂上的训练是其提高计算思维的主要方式，这就需要教师调整教学模式和评价方式，多给学生体验实践的机会，引导学生自主探究解决问题，提高学生的计算思维能力。

● 一种可行取径：在线伴随式评价计算思维的视角

1.评价理念：关注思维过程的评价

伴随式评价是一个延伸概念，是从早期应用于生物工程等领域评价“伴随化”，沿用到教学评价的一个新想法。从本质上来看，它是以教学评价为核心，用伴随教学全过程中形成的数据支持评价的方式。近年来，随着信息化环境的变革，一些教育网站也开始利用信息技术工具分析学习者的在线学习状态、在线学习过程，用伴随学习者学习过程的数据评价学生的学习情况。评价伴随学生的学习过程，通过评价提高学生的学习能力、思维能力已成为教育评价的一项重要特征。

2.评价策略：重视数据驱动的评价

计算思维自提出以来便受到各界的关注，教育信息化、智能教育的蓬勃发展为计算思维的培养提供了良好的软、硬件基礎。数字化学习环境为学生提供了多样的学习资源，也为实时收集学生在线学习数据、客观反映出学生学习状况和思维品质创造了条件。本研究以Moodle平台为主要数字化学习平台，通过对计算思维评价的多种方式嵌入，多样的评价形式收集学生运用计算思维解决问题时所表现出来的能力证据，并将分析结果及时呈现出来，用以指导学生的学习和教师的教学。基于数字化学习平台的课程建设与数据挖掘，为教师教学设计提供了真实性的依据，促进教师从基于经验教学到基于数据教学的转变。

● 在线伴随评价方式：发展计算思维的活动框架设计

本研究基于混合教学，采用传统面对面教学与Moodle平台的学习有机结合，结合信息科技教学的实际情况，从单元的整体视角将整个学习阶段分为“单元前—学情诊断”“单元中—互动参与”“单元后—评价提升”三个阶段，设计发展学生计算思维的“伴随式评价”活动框架，如上页图3所示。

1.“单元前—学情诊断”阶段

此阶段主要是教师对本单元学生即将学习的内容、学习兴趣与态度等因素进行分析，结合单元教学目标和学生情况制订伴随式评价下的单元教学目标、教学内容和安排，并为学生提供合适的在线学习内容和学习方案。此环节最主要的内容是在平台上构建单元教学内容。

2.“单元前—互动参与”阶段

此阶段是混合教学的核心环节。基于计算思维的评价要素，本研究构建了“5F”教学活动过程，让计算思维的评价要素在单元每课时的教学活动中整体呈现出来，让计算思维评价与发展过程具有一定的连续性，让学生的计算思维得以拓展和深化。

Find（发现：创设情境，发现问题）：创设真实性、现实性、趣味性的情境，学生借助在线测试了解自己对要学习的背景知识的了解情况，明确学习的内容。

Formulate（分析：协作探究，分析问题）：指向学生计算思维“形式化”的培养，当学生遇到一个问题时，可以通过在线讨论，分析需要计算的对象是什么，需要什么工具，可能用到哪些资源。问题结构分析清楚后，就可以通过头脑风暴建立问题解决的方案。

Found（建构：分析数据，构建方案）：指向学生计算思维“模型化”的培养，学生可以借助教师在平台上设计的流程图等方式，分析数据的逻辑关系，然后通过拖拽的方式设计算法，描述问题解决方案实现的过程。

Figured（计算：实践体验，验证方案）：指向学生计算思维“自动化”的培养，学生可以根据背景知识的前测情况，自主学习平台上相应层次的资源，并将用计算机解决问题的测试与调试过程中遇到的问题记录在平台上，在实践与思考中解决问题。

Further（促进：评价方案，知识延伸）：指向学生计算思维“系统化”的培养，在平台上学生可以通过讨论评估解决问题方案的优劣，也可以通过提交本活动报告等方式共享心得。

3.“单元后—评价提升”阶段

此阶段是对教学效果的价值进行判断，更为重要的是良性的教学评价可以诊断、反馈和导向教学过程，促进学生单元学习，同时通过问卷、测试等形式，可以与单元前测做对比，对教师单元的再设计提供数据实证的支撑。

● 在线伴随评价实践：面向学生计算思维能力发展

本研究依据初中信息科技学科基本要求的主题划分，对单元教学内容进行重构，在平台上形成7个单元的教学内容。下面，以计算机硬件单元的第一课时为例，介绍指向计算思维评价的伴随式评价设计，如下页表2所示。

通过在两所初中学校各两个班的跟进实践，对182名学生进行单元前后测问卷，问卷数据使用在线SPSS分析做T检验分析，检测学生计算思维能力的变化，具体从计算思维要素的八个方面进行前后测差异的显著程度分析，T检验结果如下页表3所示。

从表3可见，计算思维四化中“分解问题、数据分析、模型算法、实验测试、调试迭代”五个要素的显著性（双尾）小于0.05，表明前后差异显著，这说明经过单元学习后，学生在计算思维这五方面的表现发生了非常明显的变化。当然，还有“分析要素、评估归纳、迁移应用”三个方面的差距不够显著，还需继续优化加强相关教学研究。

● 结语

在信息科技核心素养的培养理念下，计算思维是需要培养的重要目标之一。针对新的信息科技教育挑战，依托在线技术将计算思维评价嵌入学习过程，跟踪、收集与分析学生用计算思维解决问题过程中的指标数据。通过单元教学“评价”伴随“学习”的实施，一方面借助平台形成支持学生学习的计算思维培养路径，有助于精准、有效提升全体学生的计算思维能力;另一方面可拓宽利用信息技术进行计算思维的“学”与“评”研究的视野。

参考文献：

[1]任友群，李锋，等.聚焦数字化胜任力[M].上海：华东师范大学出版社，2017.

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