基于學生計算思維發展的在線伴隨式評價研究

周純

摘要：計算思維是信息科技學科的核心素養之一，是培養學科邏輯能力與問題解決能力的重要載體。目前面向中小學計算思維評價的系統研究比較少，特別是在當下教學評價日益表現出以數據為導向、面向學生全面發展的“伴隨”取向下，關于將在線學習理論與計算思維評價和培養相結合的研究就更匱乏。有鑒于此，本研究以在線平臺中學習數據的生成與應用為契機，引入伴隨式評價理念，結合單元教學的“單元前—學情診斷”“單元中—互動參與”“單元后—評價提升”三個階段，從評價形式、內容、工具和主體四個層面，構建“伴隨式評價”的活動框架，并面向初中信息科技課程設計實踐案例。

關鍵詞：計算思維;在線學習;伴隨式評價

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2021）18-0078-05

● 引言

計算思維作為21世紀必備的基本能力和素養，已引起國際基礎教育領域的廣泛關注。我國將計算思維納入《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》（以下簡稱《課標》），計算思維成為四大學科核心素養之一。近年來，計算思維評價在國內外信息科技教育中受到了高度關注，而目前國內針對中小學信息科技教學內容進行系統的計算思維評價設計相對較少。此外，信息技術的發展創生出了全新的數字化生存環境，對學生的計算思維能力提出了新要求。當前，學校信息科技教師常采用的紙筆測試、作品測試等評價方式已較難反映學生在數字化環境下的計算思維能力。在新環境下，如何將在線學習理論與學生計算思維的評價和培養相結合，以評價促進學生學科思維的提升，這是信息科技教育面臨的挑戰。

● 現狀分析：學生計算思維評價方式與問題的思考

1.分析與制訂：計算思維評價維度

2012年美國麻省理工學院媒體實驗室終身幼兒園研究小組開發了計算思維的三維框架，提出三種計算思維評價方式。2016年美國發布的《K-12計算機科學框架》將學習進程分成核心概念和核心實踐兩個維度，其中每個維度包含不同的子維度，清晰展示了整個基礎教育階段的學習框架，給各階段評價指標的建立提供參考。《課標》指出計算思維是個體運用計算機科學領域的思想方法，在形成問題解決方案過程中的一系列思維活動。計算思維主要表現為形式化、模型化、自動化和系統化四方面（以下簡稱計算思維四化）。同時，《課標》還指出評價內容不僅要關注知識技能向學生學業成就的轉變，而且還要關注問題解決過程中情感態度與價值觀等綜合能力的變化。盡管這些內容沒有直接涉及計算思維評價指標的研究，但為評價指標的建立提供了依據。

為了讓計算思維評價具有脈絡和可視化，筆者基于《課標》的計算思維表現以及前人的研究成果，將計算思維四化進行進一步分解，形成計算思維評價表（如表1）。

2.調查與分析：計算思維評價重點

筆者依據計算思維的評價表，制訂了中小學生計算思維水平調查問卷，對上海市閔行區6620名中小學生進行問卷調查，分析結果如下。

（1）學生計算思維“形式化”分析

計算思維評價表是從兩個方面來判斷學生計算思維的“形式化”水平，因此，每方面設計一道題目，分別考查學生分解問題、分析要素的能力，再根據題目選項表征的計算思維水平進行相對賦分，形成了如圖1所示的統計結果。從圖1可以看出，學生分解問題的能力相對比較弱，但是一旦問題有效分解后，大多能根據子問題進行要素分析，說明學生在解決問題之前的問題步驟分析的思維訓練需要加強。

（2）學生計算思維“模型化”分析

筆者對學生數據分析和模型算法兩方面進行了調查與分析（如下頁圖2），“數據分析”圖例的“3分選項”比例遠低于“模型算法”，可以看出大多數學生都愿意選擇借助流程圖和教師指導完成建模操作，可學生雖有建模的意愿，但在實際問題解決時能夠用建模解決問題的能力略顯不足，即有模型化意愿，但模型化能力還不夠。

（3）學生計算思維“自動化”分析

本環節問卷考查了學生是否知道計算機中的自動化處理，有沒有自動化處理的意識。統計結果顯示：約75%的學生知道計算機中某些功能的自動化處理，但是在解決具體問題時，較難將計算思維的自動化思想落實到實際問題的解決中，沒意識到在計算機操作中的循環迭代是建立在之前操作的基礎上。這說明約一半以上的學生不理解自動化處理的實質。

（4）學生計算思維“系統化”分析

筆者在調研評估歸納和遷移應用能力時發現，約21%的學生愿意與教師一起回顧優化解決問題的方法，約21%的學生愿意思考優化解決問題的方法，約58%的學生愿意主動與教師、同學分享交流、討論優化問題的方法。在實際應用時，多達73%的學生可以利用遷移的方式學習新知識，說明學生儲備的知識技能越多，能夠遷移解決的問題越多。由此可見，計算思維能力與學生的信息素養緊密相關。

綜上所述，學生的計算機思維和個人的信息素養有著密切聯系，素養越高，通常學段越高;知識儲備越多，計算思維也就更凸顯。目前，很多學生思路開闊，有計算思維的意識，但是遇到實際問題進行分析和解決的能力不是很強。這也說明日常教學中教師對計算思維的理解較多停留在字面上，沒有將其落實到實際問題的解決上，而學生在信息科技課堂上的訓練是其提高計算思維的主要方式，這就需要教師調整教學模式和評價方式，多給學生體驗實踐的機會，引導學生自主探究解決問題，提高學生的計算思維能力。

● 一種可行取徑：在線伴隨式評價計算思維的視角

1.評價理念：關注思維過程的評價

伴隨式評價是一個延伸概念，是從早期應用于生物工程等領域評價“伴隨化”，沿用到教學評價的一個新想法。從本質上來看，它是以教學評價為核心，用伴隨教學全過程中形成的數據支持評價的方式。近年來，隨著信息化環境的變革，一些教育網站也開始利用信息技術工具分析學習者的在線學習狀態、在線學習過程，用伴隨學習者學習過程的數據評價學生的學習情況。評價伴隨學生的學習過程，通過評價提高學生的學習能力、思維能力已成為教育評價的一項重要特征。

2.評價策略：重視數據驅動的評價

計算思維自提出以來便受到各界的關注，教育信息化、智能教育的蓬勃發展為計算思維的培養提供了良好的軟、硬件基礎。數字化學習環境為學生提供了多樣的學習資源，也為實時收集學生在線學習數據、客觀反映出學生學習狀況和思維品質創造了條件。本研究以Moodle平臺為主要數字化學習平臺，通過對計算思維評價的多種方式嵌入，多樣的評價形式收集學生運用計算思維解決問題時所表現出來的能力證據，并將分析結果及時呈現出來，用以指導學生的學習和教師的教學。基于數字化學習平臺的課程建設與數據挖掘，為教師教學設計提供了真實性的依據，促進教師從基于經驗教學到基于數據教學的轉變。

● 在線伴隨評價方式：發展計算思維的活動框架設計

本研究基于混合教學，采用傳統面對面教學與Moodle平臺的學習有機結合，結合信息科技教學的實際情況，從單元的整體視角將整個學習階段分為“單元前—學情診斷”“單元中—互動參與”“單元后—評價提升”三個階段，設計發展學生計算思維的“伴隨式評價”活動框架，如上頁圖3所示。

1.“單元前—學情診斷”階段

此階段主要是教師對本單元學生即將學習的內容、學習興趣與態度等因素進行分析，結合單元教學目標和學生情況制訂伴隨式評價下的單元教學目標、教學內容和安排，并為學生提供合適的在線學習內容和學習方案。此環節最主要的內容是在平臺上構建單元教學內容。

2.“單元前—互動參與”階段

此階段是混合教學的核心環節。基于計算思維的評價要素，本研究構建了“5F”教學活動過程，讓計算思維的評價要素在單元每課時的教學活動中整體呈現出來，讓計算思維評價與發展過程具有一定的連續性，讓學生的計算思維得以拓展和深化。

Find（發現：創設情境，發現問題）：創設真實性、現實性、趣味性的情境，學生借助在線測試了解自己對要學習的背景知識的了解情況，明確學習的內容。

Formulate（分析：協作探究，分析問題）：指向學生計算思維“形式化”的培養，當學生遇到一個問題時，可以通過在線討論，分析需要計算的對象是什么，需要什么工具，可能用到哪些資源。問題結構分析清楚后，就可以通過頭腦風暴建立問題解決的方案。

Found（建構：分析數據，構建方案）：指向學生計算思維“模型化”的培養，學生可以借助教師在平臺上設計的流程圖等方式，分析數據的邏輯關系，然后通過拖拽的方式設計算法，描述問題解決方案實現的過程。

Figured（計算：實踐體驗，驗證方案）：指向學生計算思維“自動化”的培養，學生可以根據背景知識的前測情況，自主學習平臺上相應層次的資源，并將用計算機解決問題的測試與調試過程中遇到的問題記錄在平臺上，在實踐與思考中解決問題。

Further（促進：評價方案，知識延伸）：指向學生計算思維“系統化”的培養，在平臺上學生可以通過討論評估解決問題方案的優劣，也可以通過提交本活動報告等方式共享心得。

3.“單元后—評價提升”階段

此階段是對教學效果的價值進行判斷，更為重要的是良性的教學評價可以診斷、反饋和導向教學過程，促進學生單元學習，同時通過問卷、測試等形式，可以與單元前測做對比，對教師單元的再設計提供數據實證的支撐。

● 在線伴隨評價實踐：面向學生計算思維能力發展

本研究依據初中信息科技學科基本要求的主題劃分，對單元教學內容進行重構，在平臺上形成7個單元的教學內容。下面，以計算機硬件單元的第一課時為例，介紹指向計算思維評價的伴隨式評價設計，如下頁表2所示。

通過在兩所初中學校各兩個班的跟進實踐，對182名學生進行單元前后測問卷，問卷數據使用在線SPSS分析做T檢驗分析，檢測學生計算思維能力的變化，具體從計算思維要素的八個方面進行前后測差異的顯著程度分析，T檢驗結果如下頁表3所示。

從表3可見，計算思維四化中“分解問題、數據分析、模型算法、實驗測試、調試迭代”五個要素的顯著性（雙尾）小于0.05，表明前后差異顯著，這說明經過單元學習后，學生在計算思維這五方面的表現發生了非常明顯的變化。當然，還有“分析要素、評估歸納、遷移應用”三個方面的差距不夠顯著，還需繼續優化加強相關教學研究。

● 結語

在信息科技核心素養的培養理念下，計算思維是需要培養的重要目標之一。針對新的信息科技教育挑戰，依托在線技術將計算思維評價嵌入學習過程，跟蹤、收集與分析學生用計算思維解決問題過程中的指標數據。通過單元教學“評價”伴隨“學習”的實施，一方面借助平臺形成支持學生學習的計算思維培養路徑，有助于精準、有效提升全體學生的計算思維能力;另一方面可拓寬利用信息技術進行計算思維的“學”與“評”研究的視野。

參考文獻：

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