指向計算思維培養：美國紐約州K-12計算機科學教育體系建設

□王正青 李靈通 田霄

一、問題提出

2006年，卡內基·梅隆大學周以真教授（Jeannette M.Wing）首 次 定 義 了 計 算 思 維（Computational Thinking）的概念，即利用計算機科學的基本概念實現問題解決、系統設計和理解人類行為的思維活動，并提出其與傳統的讀、寫、算技能同屬于分析技能（Wing，2006）。隨著大數據、機器學習、云計算等信息技術在教育領域的深入運用，世界各國都在加強人工智能人才培養。計算思維是數字技能的重要構成要素，是人工智能人才必備的素養與能力（姜強等，2020）。計算機科學教育因其注重對學生計算思維的培養，自然也成為當前教育理論研究和實踐領域的熱議話題。

國內外學者圍繞計算思維與計算機科學教育的內在關聯，以及計算機科學教育的目標旨向、模塊構成、實踐路徑、考核評價等方面開展了系列研究。基于計算思維與計算機科學教育間關聯（Swanson et al.，2017）的實證研究發現，培養計算思維是落實科學素養的有效路徑（Park et al.，2019），其與計算機科學教育中的編程問題解決活動形成承載關系（多召軍等，2022）。在計算機科學教育的目標旨向方面，有學者從社會結構功能理論出發，提出計算機科學教育旨在培養學習者的數字素養，利用信息技術賦能高品質學習（Webb et al.，2017），并強調為少數族裔和有特殊需要的學生群體提供多元、個性化的教育方式，助力學習者掌握計算思維、抽象思維、創造力和系統化設計能力等思維與能力（盧蓓蓉等，2017）。在計算機科學教育的模塊構成及實踐層面，有學者研究了計算機科學教育的培養目標與課程設置規范、提升教育工作者專業能力間的關系（邱美玲等，2018），認為落實包容性計算機文化的培養、圍繞計算機展開合作、創造計算產品并重視學生針對計算機相關話題進行深入交流互動的能力是計算機科學教育的核心實踐（趙中建等，2017）。在計算機科學教育的考核評價方面，研究者基于馬扎諾教育目標新分類學構建了計算思維評價框架（孫立會等，2021），并依據不同的測量工具將計算機科學教育評估分為技能評估、透視評估和心理測量特性評估（Cutumisu et al.，2019）。整體來看，已有研究成果大多聚焦計算機科學教育的內涵架構與具體實踐路徑，而對計算機科學教育體系系統規劃的研究相對匱乏。

2021年12月，美國非營利組織“數字承諾”發布《廣闊世界中的計算思維：寫給教育工作者的學習與指導資源》。該報告分析了美國計算機科學教育的現狀，充分肯定了紐約州在K-12階段實施計算機科學教育的經驗，認為紐約州較早注重培養中小學生的計算思維，目前已形成較系統的計算機科學教育規劃，建設了配套的教育資源，構建了多方參與的支持體系（Digital Promise，2021）。鑒于此，本研究基于紐約州教育廳、州內學區和學校發布的進展報告，以及“城市未來研究中心”（Center for an Urban Future，CUF）等研究機構和學者的相關成果，從目標旨向、行動主體、實踐措施和運行支持等方面全面梳理并分析了紐約州K-12計算機科學教育體系，以期對國內中小學信息科技教育的優化與對中小學生計算思維培養質量的提升提供借鑒。

二、紐約州K-12計算機科學教育的目標旨向

紐約州K-12計算機科學教育以促進個體成長、適應社會需求和推動教育革新為目標。其在個體成長層面致力于豐富計算機科學教育活動，為所有中小學生提供高品質計算機科學教育機會；在社會需求層面強調順應智能時代人才市場需求，培養STEM行業工作者以及維護弱勢群體教育公平；在教育革新層面注重響應開展中小學計算機科學教育的倡議，構建完善的K-12計算機科學教育體系。

1.促進個體成長：提供高品質計算機科學教育機會

計算機科學教育致力于培養中小學生的計算思維、創造力、批判性思維和信息技術責任感等人工智能時代人才所需具備的素養，其教育實踐活動也呈現多元化特點。基于公平性與包容性原則，紐約州面向州內所有中小學生開展形式多樣的計算機科學教育實踐活動，致力于為學習者提供高品質計算機科學教育機會。

一是建設優質的計算機科學教育課程，培養學生的計算機科學技能與計算思維。各中小學基于紐約州頒布的《計算機科學和數字流暢學習標準》（Computer Science and Digital Fluency Learning Standards），因校制宜開設符合各學齡段學生特點的計算機科學課程。同時紐約州教育廳與紐約州計算機和技術教育協會（New York State Association for Computers and Technologies in Education，NYSCATE）合作，為任課教師提供3門計算機科學教育在線課程，為其詳細解讀標準中的培養目標，助力高品質計算機科學課程的開展（Hofstra University，2018）。

二是開展課外計算機科學教育活動，打造沉浸式計算機科學教育體驗場域。如紐約州教育廳聯合亞馬遜公司針對2~12年級開展“亞馬遜：未來工程師”（Amazon：Future Engineer）計劃，學生可通過參與STEM職業模擬對談、云游覽算法、機器學習等亞馬遜工廠中的人工智能技術賦能項目并與工程師交流討論，了解計算機科學在日常工作、生活中的應用（Amazon，2022）。為保證多類型優質計算機科學教育的開展，紐約州教育廳還推出“學習技術補助金計劃”，在2018—2021年間每年向全州教育技術專業發展項目提供320萬美元的資金支持，以促進公立學區、合作教育服務委員會以及私立學校間合作，推動資源共享，促進學習機會平等視角下優質教學的實現（New York State Education Department，2021）。

2.適應社會需求：培養STEM從業人員與維護弱勢群體教育公平

紐約州開展K-12計算機科學教育不僅為STEM領域提供了充足的后備人才供給，而且也滿足了后疫情背景下人工智能行業急需的人才需求。同時，計算機科學教育觀照了弱勢群體，為女性、少數族裔人員提供了更多就業機會。

一是為行業企業培養高素質STEM人才。紐約市城市未來研究中心（CUF）2021年發布的《經濟復蘇背景下紐約市民要為技術職業做準備》調查報告顯示，新冠肺炎疫情暴發以來，技術領域的招聘需求遠大于其他職業。其中2020年4月至11月，紐約市技術職位的需求量占招聘總量的18%，是營銷行業職位需求的3倍，是酒店管理與教育領域職位需求的5倍（Center for an Urban Future，2021）。依托計算機科學教育，可以強化學習者從事STEM行業的工作意愿，掌握計算機科學在內的STEM專業知識與技能，并在各類實踐活動中不斷積累日后職業生涯所需的經驗。

二是為州內所有學習者提供計算機科學教育機會，觀照少數族裔及女童等群體，兜底教育公平。隨著紐約州計算機科學教育計劃的實施，州內接受計算機科學教育的中小學生數量呈增長態勢。據美國教育部數據顯示，紐約市參加大學計算機科學先修課程考試的女生人數由2016年的379人增加至2018年的2155人，占2018年該市考生總數的42%（Knudson，2019）。2018年至少參加一次計算機科學先修課程考試的西班牙裔學生和非裔學生比2017年分別增加19.4%和7.1%（City of New York，2019）。教育公平是社會公平的基石。少數族裔等弱勢群體平等接受計算機科學教育，是以教育增進社會公平的有效方式。

3.推動教育革新：完善素養導向的育人體系

20世紀80年代起，美國教育部門開始進行計算機科學教育的相關嘗試。1983年美國教育卓越委員會發布《國家在危險中：教育改革勢在必行》報告，指出計算機與機器人會對社會生產生活產生重要影響，提出要加強高中階段計算機科學教育（The National Commission on Excellence in Education，1983）。美國國家科學委員會于2007年發布《國家行動計劃：應對美國STEM教育體系的重大需求》，強調在學前教育階段和基礎教育階段開展STEM教育活動，計算機科學教育在中小學教育中的地位愈加凸顯（National Science Foundation，2007）。

人工智能的發展帶動粗放型STEM教育活動向為發展學生計算機科學的學科素養轉向。2011年美國計算機科學教師協會頒布《K-12計算機科學標準（2011）》，提出了“計算思維”的操作性定義，并將其作為中小學人工智能教育的核心目標之一（Computer Science Teachers Association，2011）。2016年時任總統奧巴馬發出“全民計算科學”倡議，從該年起美國國家科學基金會（National Science Foundation，NSF）和 國 家 與 社 區 服 務 公 司（Corporation for National and Community Service，CNCS）提供1.35億美元的計算機科學活動資金，來培養數字經濟時代公民應具備的計算思維技能與創造力（Megan，2016）。2017年修訂后的《K-12計算機科學標準》強調計算思維在所有學科中的應用，以及對于解決問題、建立知識體系和創造新知識的重要作用（Computer Science Teachers Association，2017）。由此可見，培養計算思維已成為美國中小學的教育使命，加強計算機科學教育也已成為完善素養導向的育人體系的重要任務。

三、紐約州K-12計算機科學教育的行動主體

計算機科學教育體系的行動主體承擔發起并執行計算機科學教育實踐活動的任務，是計算機科學教育體系的重要組成部分。紐約州K-12計算機科學教育體系的行動主體由決策層、管理層和執行層組成，“三級互聯”的計算機科學教育體系行動主體分工明確，共同推進教育活動開展。

1.決策層：紐約州教育廳規劃計算機科學教育戰略

決策層統領計算機科學教育體系全局，保證計算機科學教育活動有序開展。紐約州教育廳作為K-12計算機科學教育的決策者與領導者，主要職責為規劃州內K-12計算機科學教育的建設戰略與宏觀目標，具體體現在以下三方面：

一是明確K-12計算機科學教育的宗旨與目標，制定計算機科學學習標準。紐約州計算機科學教育側重于5個關鍵領域的培養，包括“計算認知”“計算思維”“網絡與系統設計”“網絡安全”“數字素養”。根據不同學段學生的認知特點與知識基礎，對上述關鍵領域應達到的目標進行具體規劃。

二是從公平性和多樣性兩個維度出發，確保所有學習者平等接受計算機科學教育。其中，針對多語言學習者開設英語語言技能課程，幫助其更好地接受計算機科學教育。截至2020年底，學齡人口中英語學習者達到20%以上，為開展優質計算機科學教育奠定了基礎（New York State Education Department，2020a）。同時，針對殘障學生群體開展“個性化教育計劃”（Individualized Education Program，IEP），促使其從高質量教學中受益。

三是針對計算機科學教育從業群體制定培養方案，提高從業者素質。紐約州教育廳將計算機科學教育教師培養目標劃分為“提高意識”“能力建設”“試測實驗”“全面實施”四個階段，并詳細說明各階段應達到的標準（見表1）。在計算機科學教育從業者準入規則方面，紐約州教育廳基于“持證上崗”原則，規定從業者必須在2023年9月前獲得計算機科學資格認證，才能從事計算機科學教學活動（Office of Teaching Initiatives，2021）。

表1 紐約州計算機科學教師培養計劃表（Office of Teaching Initiatives，2021）

2.管理層：地方教育部門統籌計算機科學教育資源

管理層作為計算機科學教育系統的重要樞紐，是統籌計算機科學教育資源，推動州計算機科學教育目標實現的中堅力量。州內各地方教育局作為K-12計算機科學教育的管理者與監督者，在落實州計算機科學教育目標、根據區域特征統籌教育資源等方面發揮著重要作用，具體職責包括以下三方面：

一是基于紐約州K-12計算機科學教育的頂層設計制定符合各自區域教育發展的計算機科學教育計劃。紐約市作為較早關注計算機科學教育的地區，該市教育局于2015年啟動為期10年的“全民計算機科學計劃”（CS4All），啟動資金為8100萬美元，旨在為紐約市公立學校的所有學生提供計算機科學教育，培養其計算素養（Digital Promise，2021）。揚克斯市公立學校學區作為紐約州第四大學區于2021—2025年開展“智能啟動計劃”（Smart Start Program），紐約州教育廳每年向其撥款35萬美元，以資助500余名計算機科學專業教師的培養與發展（Yonkers Public Schools，2022a）。

二是為一線計算機科學教師提供教育教學資源，促進教師專業成長。地方教育部門在整合當地信息資源方面具有便捷性與權威性，能夠高效匯集多方力量開展教育教學與科研工作，為一線教師提供教學參考（王正青等，2019）。如紐約市教育局組建了計算機科學教育團隊，基于現狀調研整合了課堂管理、設備管理、教學策略、教學評估等在內的計算機科學教育資源包，所有一線教師均可登錄紐約市教育局官網免費查閱學習，以此來帶動優質計算機科學教學實踐的推進（NYC Department of Education，2022）。

三是聯絡社會機構，以舉辦專題研討會的形式，匯集多方專家學者建議，推動計算機科學教育向綜合化、專業化方向發展。如揚克斯市依托“智能啟動計劃”舉辦信息網絡研討會，邀請高校、科研機構、非營利組織參與，為計算機科學教師提供專業技術支持，以期不斷提升其專業能力與信息素養（Yonkers Public Schools，2022a）。

3.執行層：一線教育工作者落實教育實踐活動

執行層作為計算機科學教育體系的運行基層，是落實計算機科學教育實踐活動，提供優質課程教學的主要承接者。一線計算機科學教育工作者作為計算機科學教育活動的執行者，需保障計算機科學教學活動的高質量開展，具體工作包括以下兩方面：

一是職前計算機科學教師完成從業資格微認證，在獲得從業資格的同時提升專業素養。美國非營利組織“數字承諾”以教育工作者需求為導向，向職前計算機科學教師提供超過120種微認證項目，以個性化方式助力其專業技能習得（New York State Education Department，2016）。此外國際教育技術協會（International Society for Technology in Education，ISTE）也開展了計算思維相關微認證，通過培養一線教師對計算思維及其作為跨學科技能的應用理解，改進其教育實踐工作，賦能職前計算機科學教師專業發展（Carolyn，2021）。

二是邀請在職教師加入紐約州計算機科學教師社區（CSTeachersNY），共同建立全州范圍內計算機科學教師信息網絡。例如，以舉辦圓桌會議等方式邀請來自不同區域的教師及專家學者共同就計算機科學教育教學活動的相關問題進行協商討論、分享教學經驗。在建立計算機科學教育共同體的基礎上，幫助教育工作者掌握將計算思維融入教學活動的方法，以促進學生對計算機科學和計算思維概念的理解；掌握包括分解、收集和分析數據等在內的建模與算法設計，支持學生圍繞計算機科學進行協作和問題解決。此外紐約州內一些區域也為在職教師建立學習社區，如紐約市一線教師可加入計算機科學教學社區，與計算機技術工程人員、研發人員等一起就計算機科學教學問題進行交流討論；同時一線教師也能從社區官網上獲取教學資源，參加該社區定期舉辦的教學沙龍，以及共享計算機科學教育教學資源。

四、紐約州K-12計算機科學教育的實踐落地

紐約州通過開設計算機科學教育相關課程、開發教育教學配套軟件和提供配套教學設備等方式，建成了兼具個性化與共享化的計算機科學教育平臺，有效滿足了K-12階段學生需求，實現了師生教育信息互聯共享，賦能計算機科學教育活動的有效開展。

1.開設計算機科學教育相關課程，滿足各年級學生需求

紐約州教育廳注重計算機科學相關課程的開展，旨在促使學生在課堂上習得計算機科學知識與技能，培養其計算思維。在課程開設方面，從計算機科學核心課程與跨學科融合課程兩個維度出發，助力中小學生全方位掌握計算機科學相關知識并實現融會貫通。

一是開設中小學計算機科學課程。2016年美國計算機協會（Association of Computing Machinery，ACM）聯合計算機科學教師協會（Computer Science Teachers Association，CSTA）與網絡創新中心（Cyber Innovation Center，CIC）等機構組建了“K-12計算機科學框架編制委員會”，研制并發布了《K-12計算機科學框架》，推動計算機科學教育在基礎教育階段普及，培養學生計算素養，并在此基礎上發展問題解決能力（K-12 Computer Science

Framework Steering Committee，2016）。一些學校根據《K-12計算機科學框架》，針對不同學段學生特點以及區域實際情況開設相應的計算機科學課程。如2019年薩拉曼卡高級中學開設“Woz K-12 Pathway”課程并將無人機、編程和3D打印套件融入其中，打破了傳統計算機科學教育與實踐應用分離的局限，能有效助力學生在掌握學科原理的基礎上進行發明創造。該校因此于2021年獲得國際STEM卓越獎（New York State Association for Computers and Technologies in Education，2021）。

二是開設跨學科融合課程。美國國家科學院全國研究理事會發布的《計算思維教學研討會報告》指出，計算思維可有效融入核心學科領域，幫助學生從不同學科維度出發，全方位深度理解計算思維的內涵及應用（National Research Council of the National Academies，2011）。基于此，紐約市按照學段為中小學生開設包含“1~5年級初級課程”“6~8年級進階課程”“9~14年級高級課程”三個部分在內的19門計算思維融合課程，實現了物理、藝術、計算機科學等學科的有機融合（NYC Department of Education，2021）。

2.開發計算機科學教育軟件，打造師生教育共享平臺

計算機科學教育軟件兼具豐富課堂教學內容和促進師生課內外良性互動的雙重功能。紐約州致力于開發計算機科學教育軟件，為全州所有中小學生提供了計算機科學學習的課外平臺，助力計算思維、批判性思維和問題解決能力的提升，并為計算機科學教育工作者提供了教育培訓與交流平臺，促進了各區域計算機科學教育互聯互通。

一是基于計算機科學教育平臺，將校內課程與兒童游戲有機結合，開展校外計算機科學課程的實踐活動。如揚克斯市為該市中小學生建立專門的“編碼社”（code.org），學生在家長的幫助下注冊學習賬號，開展相關的編程游戲活動。家長也可通過該平臺了解學生在學校的計算機科學課程學習進度和正在開展的相關活動，實時跟進其學習動態。紐約市科學館還為學生開發了在線計算機科學活動社區，通過整合6~8年級計算機科學課程，以及設計在線游戲及編程項目，實現了對學生計算思維的培養（New York Hall of Science，2022）。

二是為計算機科學教育工作者打造資源平臺，助力其在后疫情時代開展計算機科學教學工作。紐約州教育廳在其官網上為計算機科學教師提供了由全美計算機科學教師協會運營的資源平臺，教師可利用該平臺進行在線技能培訓，并獲得教學工具包。該平臺還能為教師提供優秀的課程教學視頻案例，為教師提供教學參考。

3.提供計算機科學教育設備，保障教育活動開展

計算機科學教育的開展需要軟件與硬件設備的雙重輔助，其中配套硬件設備是計算機科學教育實踐活動開展的基礎。在課堂教學中教師以電腦、VR/AR設備以及投影儀等為載體，將抽象的專業知識具象化呈現，以幫助學生更好地理解教學內容。在課外學習中，平板電腦等作為重要學習工具，有助于學生自主探索計算機科學世界。新冠肺炎疫情期間，線上虛擬教學成為計算機科學教育的主要方式，縮小不同收入群體學生在硬件配備方面的數字鴻溝也成為線上教育活動得以開展的重要保障。為此，紐約州各市教育部門為中小學生提供了在線教學設備，保障居家學習正常開展。如布法羅市在“1∶1技術計劃”（1∶1 Technolog Program）基礎上為所有3~12年級學生提供了電子設備，在2020年發放3.1萬臺筆記本電腦和8000臺平板電腦。此外，該市使用900萬美元的聯邦補助資金購入1.4萬臺筆記本電腦和5000臺平板電腦，助力計算機科學教育活動的居家開展。截至2021年12月，紐約市共提供30余萬臺電子設備并改善了WiFi連接裝置，保障了110萬學生順利進行在線學習（Robin，2021）。

五、紐約州K-12計算機科學教育的運行支持

紐約州以打造優質K-12計算機科學教育體系為愿景，形成了包括法規保障、資金支持、培訓支持、技術支持和分工協同在內的計算機科學教育運行支持。

1.法規保障：引領計算機科學教育實踐

完善的政策法規為計算機科學教育的開展提供了法律依據。紐約州K-12計算機科學教育的法規保障主要體現在聯邦政府和紐約州兩個層面：

美國聯邦政府重視計算機科學在智能信息時代的作用，美國國家科學技術委員會于2013年5月發布《聯邦STEM教育五年戰略規劃》，明確了STEM的發展重點及實施規劃（趙中建，2017）。之后，美國國會在2015年頒布《STEM教育法案》，將計算機科學教育納入STEM教育框架下，正式確立了計算機科學教育在STEM教育中的重要地位與價值（Government Printing Office，2015）。同年12月，《讓每個學生都成功法案》將計算機科學確定為21世紀“全面教育”的基礎學科，要求州政府及地方政府給予資金和設備支持，為中小學生提供高質量計算機科學課程及項目，以及提高弱勢學生群體的參與度等（U.S.Department of Education，2015）。

紐約州教育廳基于針對學校教育的《指導原則》（Guiding Principles），在尊重文化多樣性與學生個性化發展的前提下制定了計算機科學教育相關政策規劃，并于2020年12月通過了紐約州《計算機科學和數字流暢學習標準》。該標準詳細闡述了計算機科學教育目標及具體實施方法，有助于指導計算機科學教育實踐活動的開展（New York State Education Department，2020b）。此外《紐約州教育法》（New York State Education Law）2-D款規范了師生教育數據的使用權限，并規定每年發布數據隱私和安全活動年度報告，有效保障了計算機科學教育實踐活動中師生數據被安全使用（New York State Education Department，2022）。2020年1月紐約州教育廳開始實行修訂后的《教育專員條例》（Regulations of the Commissioner of Education），就進一步加強州內教育機構的數據安全和保護學生數據隱私等提供了指導（New York State Education Department，2020c）。

2.資金支持：落實教育活動所需經費

充足的經費投入是開展計算機科學教育活動和優化其教育體系的基礎保障。紐約州內各地的計算機科學教育經費來源方式多樣，具體包括聯邦及州政府撥款、相關教育機構資助和地方校際聯盟支持等。

一是政府專項撥款。紐約市作為開展計算機科學教育的典型城市，獲得了較充足的預算經費。2021—2022年的市預算就獲得了超過10億美元的額外教育資金，以確保該市每個學生都能體驗到有效的、符合學齡特點的計算機科學教育（Eli et al.，2021）。

二是相關教育機構資助。例如，紐約州立大學奧爾巴尼分校教育學院2019年申請了NSF主導的“全民計算機科學”項目，獲得了150萬美元計算機科學教育活動資金，這讓K-12階段學生有機會在學校獲得高質量的計算機科學教育（University at Albany，2019）。

三是地方校際聯盟為貧困區域提供資金補助。例如，由德萊頓中央學區、格羅頓中央學區和圣約埃社區學校組成的地方學校聯盟，為經濟弱勢學生占比較大的紐約州湯普金斯縣的2170名學生與320名教師及行政人員提供了學習技術補助金，并通過與地方企業建立合作伙伴關系，幫助學生習得計算機科學教育相關技能，并為計算機科學領域的就業和科研做好準備（Dryden Central School District，2020）。

3.培訓支持：多方實施素養提升項目

紐約州各中小學校根據自身情況與相關教育研究機構合作開展多種類型的計算機科學教育項目，有助于提高計算機科學任課教師的專業素養和促進學生的深度學習。

在教師培訓方面，主要針對計算機科學教師及跨學科課程教師開展培訓，助力教師將包括計算思維在內的計算機科學素養有機融入課堂教學中。如紐約市學校研究聯盟與創客中心以及紐約市布朗特斯社區特許學校等聯合開展了“創客合作計劃”（The Maker Partnership Program，MPP），探索將計算思維融入科學類課程的方式，并研發創客教學法以實現將計算思維有機整合到常規科學教學活動中（Digital Promise，2021）。又如，伊薩卡市少年活動中心、康奈爾大學社區中心與該市中小學校合作開展了計算科學系統項目，該項目以計算機科學素養、計算思維和數字素養為基礎，著重培養教師的學科勝任力。自2019年1月起，生物學、科學、幾何、藝術以及西班牙語等不同學科的25名教師逐漸將計算機科學原理有機融入課堂教學中（CSforAll，2019）。

在學生培訓方面，計算機科學教育機構、高校與中小學校通過開設先修課程和假期拓展活動等，以期培養中小學生對計算機科學的興趣并為其大學專業選擇做好準備。如亞馬遜公司開展的“未來工程師計劃”（Amazon Future Engineer Program）向紐約市5個行政區的130多所高中提供了初級和大學計算機科學先修課程（Amazon，2019）。又如，布法羅大學計算機科學研究中心每年暑期面向高中二年級學生開展為期兩周的“埃里克·皮特曼計算科學年度夏季研討會”，在此期間學生可學習計算機編程及其在化學、可視分析學以及生物信息學中的應用（University at Buffalo，2022）。

4.技術支持：提供團隊與平臺雙重技術保障

紐約州在計算機科學教育中重視技術的支持作用。教育科研單位、高校等第三方機構主要從組織專業技術團隊和搭建教育輔助平臺入手，來實現對中小學校計算機科學教育的技術支持。

一是組織技術團隊優化中小學計算機科學教學。自2020年1月，美國全國性非營利教育組織“明日項目”組織計算機科學專家團隊，為紐約市計算機科學教師提供一對一計算思維教學，評估每位任課教師的專業水平，制定個人專項學習計劃。專家每月與教師進行兩次深度溝通以全面了解其學習進度并提供個性化建議，以幫助任課教師掌握將計算思維等學科素養有機融入課堂教學的方法并能夠熟練使用相關教具（Project Tomorrow，2020）。

二是搭建教育輔助平臺。為應對新冠肺炎疫情給計算機科學教育帶來的挑戰，哥倫比亞大學教育學院通過搭建數字圖書館為揚克斯市公立學校教師提供教學指導。該平臺為教師提供針對性和差異化的教學工具包，提高其在“線上＋線下”混合式教學環境中的技術應用能力，如利用沉浸式閱讀器、翻譯組件以增強師生間溝通，提升中小學生的課堂參與度和計算機科學的學習動機等。數字圖書館除了服務教育工作者的計算機科學專業學習目標外，也為其提供包含課內專業技術學習平臺和融合計算機科學的社會科學課程技術學習平臺，有助于打通學科間壁壘，以及促進師生完整知識體系的構建（Yonkers Public Schools，2022b）。

5.分工協同：明晰分工保證合作開展

紐約州以建設高質量K-12計算機科學教育體系為目標，注重多方協同和高效分工合作來共同推進計算機科學教育體系建設。

一是鼓勵地方針對實際情況，有的放矢完成區域計算機科學教育計劃。紐約市教育局在遵循聯邦與州教育法規的前提下，鼓勵校企合作共同促進優質計算機科學教育發展；各地區可根據當地中小學現狀及發展目標采取個性化分工模式，以促進計算機科學合作活動的運行。如羅切斯特市學區致力于實現“教育數字化轉型”，通過向學生提供高質量、個性化的計算機科學教育，以提高其參與度和學習成果產出。為此羅切斯特市教學技術首席教師團隊為3300名計算機科學教師提供技術指導，羅切斯特大學為134名教育技術管理人員舉辦個性化技術峰會，共同探討教育領導管理方式變革等議題（New York State Education Department，2017）。

二是邀請地方高校及業內專家對中小學計算機科學課程進行專業指導。在紐約市教育部門提出的“建設數字領導力，滿足學生的學術需求，開展優質STREAM課程”的倡導下，地區領導層、學校管理人員、一線教師及技術專家團隊分工協作開展“學科共進”創新項目（Full Stream Ahead，FSA），“數字時代學習”（Digital Age Learning，DAL）技術團隊負責為一線教師提供教學與技術支持，全國性咨詢公司梅蒂斯協會（Metis Associates）通過對該項目進行全面評估，向技術團隊反饋教學與技術支持的有效性，保障“谷歌教室”（Google Classroom）等交互式課程平臺的穩定運行（Digital Age Learning，2020）。

六、結論與反思

美國紐約州為應對人工智能時代教育新訴求，由州及地方教育部門和一線教育工作者共同主導、規劃計算機科學教育戰略、統籌教育資源并積極開展教育實踐活動，產生了積極的社會效應。據美國計算技術行業協會2022年發布的報告顯示，紐約州科技行業從業人員達50余萬人，技術行業就業人數排名位居全美第三（CompTIA，2022）。與此同時，一些挑戰也隨之浮現。一是計算機科學課程的師資欠缺。計算機科學教育非營利組織“編碼社”主席兼首席運營官卡梅隆·威爾遜（Cameron Wilson）指出，全美中小學校中計算機科學教師與學生間的比例嚴重失調，紐約市需從外部引進計算機科學教師才能保證高質量計算機科學教育的開展。二是缺乏評估學生計算機科學能力的一致方式。雖然OECD等國際組織開發了能夠評估學生計算思維等核心能力的標準化測試，但仍欠缺針對課程與教學方法的有效的具有可比性的評估方式（Emilian，2020）。

近年來，我國愈加重視義務教育階段的計算機科學教育。2022年出臺的《義務教育信息科技課程標準》明確將培養計算思維在內的核心素養作為信息科技課程的總目標（中華人民共和國教育部，2022a）。同期出臺的《新時代基礎教育強師計劃》也把提升中小學教師的信息技術應用能力和科學素養列為重要目標（中華人民共和國教育部，2022b）。在義務教育階段開展計算機科學教育已成為共識（趙健等，2019）。但總體上，我國中小學生計算思維培養仍存在相關研究相對薄弱，計算思維課程與教學體系有待完善，計算思維教育理論與實踐脫節等問題（張進寶，2019）。

借鑒美國紐約州K-12計算機科學教育體系建設相關經驗，可從以下四個方面優化我國中小學信息科技教育體系：一是明確信息科技教育的目標及宗旨，注重培養中小學生的信息意識、計算思維、數字化學習與創新和信息社會責任等，以順應智能時代社會發展需要。二是落實信息科技教育體系各層級行動主體的權責與分工，面向各層級教育工作者開展信息科技教育培訓，構建決策層、管理層和執行層間互聯互通的協同機制。三是通過開設優質課程、開發相關教育軟件和完善硬件設施建設等方式，滿足各學段學生的需求，保障信息科技教育實踐落地。四是構建完善的中小學信息科技教育保障體系，從政策、資金、培訓、技術等維度統籌信息科技教育資源，推動信息科技學科教研共同體建設，促進校際、區域間信息科技教育協同發展。