上海市高中生程序設計學習現狀調查與研究

范士娟 金瓊 王曉慧

《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》[1]（以下簡稱《新課標》）頒布的學生學科核心素養是信息技術教育研究者、中小學教師等相關群體討論的熱點問題。作為核心素養之一的計算思維是指通過分解、模式識別與抽象、算法思維、評估來形成有效的問題解決方案，然后通過計算機編程來實現解決方案以最好地解決問題[2]。程序設計課程可以使計算思維概念具象化，是訓練計算思維能力的最直接、最有效的工具[3]。在程序設計課程中，通過將計算思維的培養融入教學過程，學生能夠學會將具體的問題抽象化（抽象）、模塊化（分解）、流程化（算法思維）等，形成邏輯、理性思考問題的習慣，從而提高計算思維的能力。然而，當前課堂中的程序設計教與學現狀并不容樂觀。由此，在《新課標》實行初期，了解高中生的程序設計學習現狀將有利于新的教育理念的實施。

研究目的

為了更好地貫徹和落實《新課標》的教育理念，需要了解高中生程序設計的學習現狀，明確當前高中程序設計教學中的問題和不足，尋找完善程序設計教學的突破口，從而制定更精準、更科學、更有效的方案和舉措。

《新課標》非常關注學生的主體性，建議教師在教學中凸顯“學主教從、以學定教、先學后教”。根據認知動機理論，學生的自我效能感、認同感、態度、興趣等動機因素都會影響學生的學習效果[4]。就普通高中的程序設計教學而言，了解高中學生對當前程序設計學習的動機水平和當前的學習水平，對基于《新課標》的程序設計教學改進非常有益。本研究結合筆者的程序設計教學實踐，選取了能反映上海市普通高中生程序設計學習現狀的典型維度進行重點調查，具體調查內容為：（1）學生對算法描述方法的傾向性;（2）學生程序設計學習水平;（3）學生對程序設計的學習認同程度與代碼學習的學業信心。

數據收集

本次問卷調查采用隨機校級抽樣和分層抽樣相結合的方式，在全上海市16個區各類學校中產生了近14000名在校高中學生作為調查對象。在刪除問卷無效數據后，最終參與本次問卷調查的學生共計13558人，男生人數為6287人，約占46.4%;女生為7271人，約占53.6%。市示范性高中人數為4625人、區示范性高中人數為4343人、一般高中人數為3894人、民辦高中人數為676人、其他人數為20人，占比分別約為34.1%、32%、28.7%、5%和0.1%。與參與2018年上海市普通高中信息科技學業水平考試的學生在性別結構、學校類別結構分布上大致相同，保證了數據的真實性與完整性，以及后續分析結果的科學性與可靠性。盡管上海市普通高中信息技術課程只在高一年級開設，本次問卷調查仍然邀請了在校的高二和高三學生共同參與，以期觀察完成學業任務的高年級學生在問卷中的表現。參與本次調查的高一年級人數為8074人、高二年級人數為4105人、高三年級人數為1379人，占比分別約為59.6%、30.3%和10.2%。

數據分析

1.描述算法方法的傾向性結果呈現與分析

在高中階段除自然語言外，常用流程圖與代碼作為算法描述的方法。其中，流程圖采用框圖和流程線的方式使算法步驟圖形化，但并不能呈現最終的數據結果;而代碼通過某種程序設計語言的編寫與調試，可以呈現最終的數據結果。由調查可知，49.0%的學生更傾向于使用流程圖來描述算法;33.0%的學生更傾向于使用代碼來描述算法;18.0%的學生認為兩種描述方法沒有差異。不同維度下的傾向性，具體結果與分析如下。

（1）性別維度的傾向性結果呈現

由表1可知，43.7%的男生和53.5%的女生更傾向于使用流程圖來描述算法;38.7%的男生和28.1%的女生更傾向于使用代碼來描述算法;17.6%的男生和18.4%的女生認為兩種描述方法沒有差異。由表2可得，Levene方差齊性檢驗的顯著值小于0.05，認為不同性別的學生在算法描述方法的傾向性方差有顯著差異性。當方差相等的假設不成立時，由表3健壯性檢驗表可知，顯著值小于0.05，可以認為不同性別的學生在算法描述方法的傾向性有顯著差異性。

（2）學校類別維度的傾向性結果呈現

由表4可知，50.40%的區示范性高中學生和51.80%的一般高中學生更傾向于使用流程圖來描述算法;36.60%的市示范性高中學生和39.20%的民辦高中學生更傾向于使用代碼來描述算法;20.00%的區示范性高中學生認為兩種描述方法沒有差異。由表5可得，Levene方差齊性檢驗的顯著值小于0.05，認為不同學校類別的學生在算法描述方法的傾向性方差有顯著差異性。當方差相等的假設不成立時，由表6健壯性檢驗表可知，顯著值小于0.05，可以認為不同學校類別的學生在算法描述方法的傾向性有顯著差異性。

（3）年級維度的傾向性結果呈現

由表7可知，50.00%的高一學生和51.30%的高三學生更傾向于使用流程圖來描述算法;33.40%的高一學生和35.00%的高二學生更傾向于使用代碼來描述算法;16.50%的高一學生和24.30%的高三學生認為兩種描述方法沒有差異。由表8可得，Levene方差齊性檢驗的顯著值小于0.05，認為不同年級學生在算法描述方法的傾向性方差有顯著差異性。當方差相等的假設不成立時，由表9健壯性檢驗表可知，顯著值小于0.05，可以認為不同年級學生在算法描述方法的傾向性有顯著差異性。

（4）算法描述方法的傾向性結果分析

全體學生更傾向于使用流程圖來表示算法。從學習層面來看，學生對圖形化、步驟可循的流程圖更易接受、更接近自己的認知水平。這一結論在問卷的另一調查中得以驗證：69.7%的學生認為，相比較代碼流程圖更容易學和看懂。對代碼的學習有一定的畏難情緒。從教學層面來看，上海市普通高中學業水平考試信息科技學科考試[5]結果只呈現合格與不合格兩種等第，部分教師受評價要求的影響，局限于“看流程圖寫結果”的教學。因此，強化流程圖的訓練，弱化代碼的教學。與此同時，關于代碼的教研活動較少，關注度較低。

男生更傾向于使用代碼來表示算法，與社會普遍認知一致。可能的原因是男生邏輯思維和抽象思維等較強，更愿意接受挑戰，還與社會對男生的期待等因素有關。

市示范性高中的學生傾向于使用代碼來表示算法的比例在其他學校類別分層中較高，與社會普遍認知一致。從學校層面來看，市示范性高中的學生生源較優質，邏輯思維和抽象思維等較強;從教學層面來看，市示范性高中由于教學節奏快，教師可以并愿意提供更多的時間給予學生進行編寫和調試程序。

出乎意料的是，一般高中與民辦高中學生使用代碼來表示算法的傾向性比區示范性高中更高，與社會的普遍認知不一致。原因可能是一般高中與民辦高中學生對語數外等學科之外的代碼學習更感興趣。此種與社會普遍認知的“生源質量”倒置的現象，有待后續關注與研究。

高二年級的學生更傾向于使用代碼來表示算法。可能的原因是高二年級學生對剛完成的信息技術學科中代碼學習有了較完整的認識與成熟的思考;經個別訪談發現，高三年級的學生經歷了兩年的學習空置期，反而對前期的程序設計學習內容開始生疏，印象不深刻。

2.流程圖與代碼的試題表現

本次調查問卷中涉及的流程圖和代碼的試題均來自《上海市高中信息科技學科教學基本要求》[6]，具體試題如右圖所示。

（1）試題表現結果呈現

由表10可知，全體學生在流程圖試題和代碼試題上的得分均值分別為0.41和0.45。其中，傾向于使用流程圖來描述算法的學生在兩題的得分均值分別為0.39和0.42;傾向于使用代碼來描述算法的學生在兩題的得分均值分別為0.45和0.50;認為兩種描述方法沒有差異的學生在兩題的得分均值分別為0.40和0.46。由表11可知，流程圖試題和代碼試題上的Levene方差齊性檢驗顯著值均小于0.05，認為不同傾向性的學生在試題表現上的方差有顯著差異性。當方差相等的假設不成立時，由表12健壯性檢驗表可知，流程圖試題和代碼試題的顯著值均小于0.05，可以認為不同傾向性的學生在試題表現上有顯著差異。

（2）試題表現結果分析

全體學生在兩道試題上的表現，相對難度系數均低于0.5，對學生來說這兩道題都屬于難題。但是，其涉及的知識點是教學基本要求，并不應該成為難題。可能是受學業水平考試評價方式和較低關注度的代碼教研氛圍所影響，這種教與學上的不重視與不到位應該引起足夠的重視。

傾向于使用流程圖來描述算法的學生在流程圖試題上的表現也不好。雖然這部分學生認為流程圖易讀、易懂，但事實上他們有可能是對代碼的學習存在畏難情緒;對流程圖的認知存在部分欠缺;對流程圖的學習還不夠全面和深入。

傾向于使用代碼來描述算法的學生在兩道試題上的表現，均較其他兩個組別的學生表現更好。事實上，流程圖試題與代碼試題均需要一定的信息處理思維過程。這部分學生可能本身就具有較強的邏輯思維和抽象思維。

3.代碼學習的學業信心與認同程度

（1）代碼學習的學業信心與認同程度的結果呈現

由表13可知，84%的學生認為課程中學好一門程序設計語言很有必要;43%的學生認為自己能夠適應教師直接采用代碼進行算法學習。其中，35%的傾向于流程圖表示算法的學生認為自己能夠適應教師直接采用代碼進行算法學習;55%的傾向于代碼表示算法的學生認為自己能夠適應教師直接采用代碼進行算法學習。

（2）代碼學習的學業信心與認同程度的結果分析

84%的學生認為課程中學好一門程序設計語言很有必要，體現了學生對學習程序設計的認同程度高;43%的學生認為課程中可以直接講解代碼，體現了學生對代碼學習的學業信心不足。綜上，學生對程序設計有迫切需求，信心仍有待提高。

不同傾向性的學生對程序設計學習的認同程度都較高。出乎意料的是，傾向于使用流程圖表示算法的學生對學習程序設計的認同程度也較高。通過個別訪談發現，雖然這部分學生有可能對代碼學習存在畏難情緒，但他們還是“隱隱”認識到競爭激烈的信息時代需要這種與生活、學習和工作等密切相關的技能。

不同傾向性的學生對代碼的適應性都較低。出乎意料的是，傾向于使用代碼表示算法的學生對代碼的適應性也不高。通過前述試題表現可以看出，這部分學生對代碼學習的獲得感低。加之現階段學業水平考試評價結果只呈現合格與不合格兩種等第，使原本有學習代碼熱情的學生成就感也低。多種因素導致學生主觀上拒絕去適應代碼學習。

雖然從本次調查結果可以看出學生在兩道試題上的表現和代碼學習的學業信心并不十分樂觀、甚至有些糟糕，這樣的結果不禁令人感到遺憾。但本次調查的驚喜收獲是學生對程序設計學習的認同程度普遍都較高。

作為學生，光有思想上的認同度還不夠，還需要從思想上重視，緊跟時代潮流，去除考試功利心，克服畏難情緒;建議教師能夠深入學習與領會《新課標》要求，適當開展分層教學方法、合理引導、優化教學，從根本改變學生學習程序設計的思想觀念，鼓勵學生參加一些實際的項目實踐，從而提高學生的學習興趣;呼吁教育主管部門能夠設計出基于《新課標》要求的教學與評價體系，引導師生重視代碼的學習，組織針對代碼教學方面的教研活動與培訓，提高教師的教學水平，培養一支專業素養較高的教師隊伍。

高中階段的教育，從滿足人全面發展的角度，一方面要能夠讓學生適應未來社會生存的需要，提升課程價值;另一方面也要能夠滿足學生作為人的自我實現的需要。真正做到從培養學生核心素養出發，不忘初心。

項目課題：本文系第一屆上海市基礎教育信息化研究重點課題“基于中小學計算思維培養的編程教育實踐研究”（課題編號：KT2019013）中期成果