摘要：计算思维是当前国际计算机领域广为关注的重要概念，也是信息技术教育中的研究热点。计算思维是思维方式的一种，是利用计算科学的基本概念和方法，结合工程思维、数学思维等多种思维方式和特点，进行问题求解、系统建构和人类行为理解的思维过程。关注问题解决方案的形成过程，培养学生像计算机科学家那样去思考问题，是计算思维培养的宗旨。计算思维的培养不等同于程序设计或编程教学。从国际上的经验来看，可以通过多学科整合和不同教育阶段共同关注，将计算思维融入学生知识学习和问题解决过程，从而达到培养学生计算思维的目的。目前美国及欧洲各国的研究中，计算思维受到国家政策与项目支撑较多，亚洲各国在计算思维领域重视程度相对较低。计算思维教育的测评是现阶段研究的薄弱环节，是未来研究的重点内容。我国计算思维教育实践和研究刚刚起步，需要国家和相关研究机构更多重视和支持，在借鉴国外经验基础上，构建符合我国教育实践需求的计算思维培养课程体系、评价方法和教师专业发展策略。
关键词：计算思维教育,信息技术教育,培养体系,评价方式,教师发展
计算机技术发展日新月异，不仅影响着我们的生活、思维方式和习惯，也深刻影响着我们的思维能力。当前，计算的观念正渗透到宇宙学、物理学、生物学乃至社会科学等诸多领域。计算不但已经成为人们认识自然、生命、思维和社会的一种普遍方法，而且正在试图成为一种全新的世界观。面对世界各国遭遇的各种环境、生态、能源、安全、经济、政治等诸多复杂问题，培养跨领域思考、具有高度理性与客观、以问题解决为导向的复合型人才已经是大势所趋。2006年美国卡内基梅隆大学周以真教授定义“计算思维”是“一种运用计算机科学基本概念求解问题、设计系统和理解人类行为的方式”，并阐述其不仅仅属于计算机科学家，而是每个人的基本技能计算机科学与电信委员会认为，计算思维是21世纪学生的核心能力，与阅读、写作与算术等基本技能同等重要，是学生发展核心素养的重要组成部分，其教育重视程度决定了各国未来创新竞争力的水平。2017年7月，首届以计算思维教育为主题的国际性会议在香港教育大学召开，来自全球的教育者和研究者分享了在不同教育语境下系统进行计算思维教育的实践研究经验。我国在新一轮普通高中信息技术课程标准中，也将计算思维列为信息技术课程和核心学科素养。计算思维教育已是当前国际计算机领域广为关注的一个重要概念，也是当前信息技术教育研究的一个重要课题。为了解当前国际计算思维政策和研究现状，笔者对近10年（2006-2016年）国际上有关计算思维的研究文献以及首届计算思维教育国际会议的论文（CTE2017）进行分析，重点探讨当前情境下计算思维教育的实践现状和未来发展，为我国计算思维的理论研究和实践探索提供参考。
一、计算思维的概念及内涵
“计算思维”是思维方式的一种，不同专家对计算思维的关注点和侧重有所不同。周以真教授2006年提出“计算思维是一种运用计算机科学基本概念求解问题、设计系统和理解人类行为的方式”；2011年，她对计算思维进行重新定义，认为“计算思维是一种解决问题的思维过程，能够清晰、抽象地将问题和解决方案用信息处理代理（机器或人）所能有效执行的方式表述出来”。与此同时，随着对计算思维研究的不断深入，一些学者及研究机构对计算思维也进行了定义。）认为计算思维最重要的是对于抽象的理解、不同层次抽象的处理能力、算法化的思维和对大数据等造成的影响的理解。Aho（2012）提出计算思维是问题界定的一种思维过程，它可以使解决方案通过计算步骤或者算法来表示。我国学者董荣胜等认为计算思维是运用计算机科学的思想与方法去求解问题、设计系统和理解人类的行为，它包括了涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。
2011年，美国国际教育技术协会与计算机科学教师协会联合提出了计算思维的操作性定义，将运用计算思维进行问题解决的过程进行了表述。此定义将计算思维界定为问题解决的过程。在这个过程中，先形成一个能够用计算机工具解决的问题，然后在此基础上逻辑化组织和分析数据，使用模型和仿真对数据进行抽象表示，再通过算法设计实现自动化解决方案；同时，以优化整合步骤、资源为目标，分析和实施方案，并将解决方案进行总结，迁移到其他问题的解决中英国皇家科学院将计算思维定义为“识别我们周围世界中有哪些方面具有可计算性，并运用计算机科学领域的工具和技术来理解和解释自然系统、人工系统进程的过程”这一定义的核心在于发现各种不同类型、不同层次计算问题，以及通过计算机技术和工具对人工和自然系统进行剖析和理解。
以“计算思维”为关键词在WebofScience、ScienceDirect、ERIC、ACMDigitalLibrary数据库进行搜索，共获得2006-2016年285篇SSCI论文。排除没有涉及计算思维定义、概念和研究范围的文章，最后获取相关文章134篇。对其中的概念、定义、特征和要素等进行分析发现：学者们对计算思维定义的描述中所使用的词汇频率从高到低为：问题解决（ProblemSolving，25%）、抽象（Abstraction，12%）、过程（Process，11%）、计算机（Computer，10%）、算法（Algorithm，7%）、数据（Data，7%）、科学（Science，6%）、有效（Effective，5%）、概念（Concepts，5%）、能力（Ability，5%）、分析（Analysing，4%）和工具（Tools，3%）；对计算思维特征的描述中最常使用的词汇为抽象（Abstraction，22%）、算法思维（AlgorithmThinking，15%）、问题解决（ProblemSolving，14%）。这个结论与Ioannidou等人（2011）的研究发现一致：在计算机科学研究中，计算思维最常见的特征是抽象、算法思维和问题解决。
综上所述，目前关于计算思维的定义虽然并没有形成较为统一的定义，但在进行计算思维的阐释时，很多学者都描述了计算思维的主要构成元素。学者们对要素的意见都较为一致，综合来看，主要包括抽象、概况、分解、算法、调试等（Angelietal.，2016）。同时，关于计算思维的内涵，大部分学者较为认可周以真教授的观点，即“概念化，不是程序化；根本的，不是刻板的技能；是人的，不是计算机的思维方式；数学和工程思维的互补与融合；是思想，不是人造物；面向所有的人，所有地方”（Wing，2006）。
二、计算思维的教育价值
根据CSTA2013年的一份研究报告，美国信息与计算机行业面临着人才短缺的局面；2020年，将有920万与STEM有关的工作，其中一半需要掌握计算机科学知识和技能。计算机人才的培养与国家的经济命运息息相关。当下中国的信息技术教育着重在教会学生如何利用现有软件与工具，完成日常生活中的信息浏览、加工与表达，对学生创造能力和实际解决问题能力培养的关注度不够。
开展计算思维教育有助于提高学生信息技术知识与技能，培养学生跨学科、综合应用学科知识解决问题的能力，提高学生的内驱力和创新力。美国麻省理工学院的HalAbelson教授在CTE2017会议上指出，教育者越来越强调计算思维对年轻人的重要性。计算思维包括的不仅仅是技能知识，对计算思维的支持也使赋予数字化世界生命的计算理念得到尊重，对计算理念的认同也使得计算活动成为可能，年轻人也可以由此通过计算思维来改善他们的生活、家庭与社会。作为教育者，我们有责任让学生意识到这些可能，并去帮助他们成为不断变化的信息时代的合格公民（Abelson，2017）。香港溢达集团董事长杨敏德女士也在CTE2017会议上从整个社会和企业的发展、创新与创造力的角度谈到计算思维教育。她认为创新与创造是驱动各地区向知识型社会转型的重要理念与策略，也是当前社会和企业发展的核心要素。如何将每个人尤其是年轻一代培养成为更具创造力与创新能力的人是这个社会的重大责任和关键问题。杨女士认为计算思维不仅仅是一种技术型的技能，更是一种分解与整合不同思想、针对某问题形成实际解决方案的基本能力。
三、计算思维教育政策及投入
加强以计算思维为核心的计算机科学教育，提升全民的数字素养，面向未来提升国家在信息技术相关领域的实力，已经成为世界主要发达国家的共识。美国、英国、新西兰、新加坡、澳大利亚等国家和地区对计算思维培养十分重视，不仅在人才培养计划和课程体系中纳入了计算思维，同时也从国家层面启动了多种计算机科学教育研究项目，并加大资金投入支持计算思维教育的实践和研究。
2016年1月，美国推出“为了全体的计算机科学”计划，预计投入40亿美元和1亿美元分别资助各州以及学区推进K-12计算机科学教育。同年，美国自然科学基金委（NationalScienceFoundation，NSF）与国家与社区服务公司（CorporationforNationalandCommunityService，CNCS）宣布为计算机科学教育研究提供可用资金1.35亿美元。2016年11月，最新版的美国《K-12计算机科学框架》发布，提出新时期美国K-12计算机科学教育的发展愿景及实现路径，明确了计算系统、网络和互联网、数据和分析、算法和编程、计算的影响等五大核心概念，提出了创建全纳的计算文化、通过计算开展合作、识别和定义计算问题、发展和使用抽象思考、创造计算产品、测试和改善计算产品、计算的沟通等七大核心实践，以及计算机科学和学前教育重要理念的整合途径（卢蓓蓉等，2017）。2018年，NSF将以支持CSforAll为依据，单独为计算机科学教育设置支出项目，每年投入2000万美元。
英国政府2013年11月发布了国家计算课程的目标框架，以计算思维的核心概念和主要内容为基础，提出课程培养的四段目标；在基础教育阶段，发展学生的分析问题、解决问题、设计和计算思维技能，并使其能应用这些技能（U.K.，2013）。同年，英国对计算机协会（BCS）投资1100万英镑，帮助其发展一项提高小学教师计算机能力的项目，以确保小学计算机教师的授课能力。2016年12月，在欧洲委员会和布鲁塞尔DigitalEurope推出的数字技能和工作联盟的推动下，Oracle公司提出将在三年内投入14亿美元，用于支持欧洲的计算机科学教育。
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