高中信息技術計算思維評價探析

摘 要：計算思維是當前時代發展學生所需掌握的關鍵能力之一，也是高中信息技術教學實踐面臨的難點問題。計算思維評價是以問題解決為載體，對學生分析問題和解決問題的過程進行觀察、分析，給出等級化評價結果的評價方式。本文以SOLO分類理論為基礎，構建出了計算思維評價框架，并以“電子閱覽室智能管理系統設計”為例進行了評價任務設計，為高中信息技術教學中計算思維評價提供了借鑒和參考。

關鍵詞：高中；信息技術；計算思維；評價

所謂計算思維，是以解決問題為最終目的的思維方式和能力，是大數據技術快速發展大背景下人們必須具備的關鍵能力。在最新版的信息技術課程標準中，計算思維是重要的學科核心素養之一[1]。正因如此，計算思維成為高中信息技術教學關注的焦點之一，但同時計算思維的評價也是亟待解決的難點問題。

一、計算思維評價的現狀

計算思維評價主要通過試題、量表、編程環境三種不同的途徑來實現。其中，試題評價就是編制試題，通過學生的答題情況來分析和評價學生的計算思維發展水平；量表評價是根據評價需要編制或選擇專項評價量表，通過分析學生的量表填報情況來分析和評價學生的計算思維發展水平；編程環境評價則是以學生在指定編程環境下完成的編程作品和過程數據為依據分析和判斷學生計算思維發展水平。這三種形式雖然各有差異，但在不同學科評價學生計算思維的實踐中都有廣泛應用，實際測評結果也基本相同。相比而言，應用最為廣泛的就是試題評價法，其次是量表評價法，編程環境評價法操作相對復雜，應用相對較少。

當前，人們對計算思維培養與評價仍未達成統一認識。通常認為，計算思維是在相關內容的學習過程中形成并不斷發展的[2]。如果沒有具體的知識領域的學習，思維能力將不可能獲得發

展[3]。要實現計算思維評價與具體知識領域學習的有機融合，就要關注思維的形式和思維的結

構[4]。與其他學科核心素養相比，計算思維最為典型的特征就是同時融合了學科知識和操作技能。但是，通過試題來評價計算思維的核心考查點是計算思維操作技能或學科知識，通過量表評價來評價計算思維的核心考查點是計算思維觀念，通過編程環境評價來評價計算思維則更側重于學生的計算思維操作技能。這三種評價都不能對學生的計算思維進行全面評價，自然也不能滿足當前高中信息技術學科核心素養培養的需要。

二、SOLO分類理論與計算思維評價

“SOLO”是英文“Structure of the Observed Learning Outcome”的縮寫，意為可以觀察到的學習結果。具體來說，SOLO分類理論就是一種以學習結果的評價為中介變量，分析和判斷學生學習效果和學習能力，進而不斷優化教育教學過程的理論。該理論認為，解決問題最為關鍵的環節就是結合實際問題調用相關的學科知識和操作技能，一切思維和認知結構的發展都必然建立在特定的認知素材之上。從本質上看，學習結果就是學生思維發展的具體表現。也就是說，通過評價學習結果可以間接達到評價學生思維發展水平的目的。根據解決問題需要調用相關學科知識的復雜程度和對思維技能操作熟練程度的要求，可以把思維的發展劃分為五個不同層次，從低到高依次是前結構、單點結構、多點結構、關聯結構和拓展抽象結構。以上這些觀點都為信息技術學科核心素養評價，特別是計算思維能力的評價提供了依據。

在高中信息技術教學中，計算思維就是學生從信息技術的角度審視和分析實際問題，抓住解決問題的核心和關鍵，制訂問題解決方案并圓滿解決問題的思維。在計算思維當中學生表現出的能力即稱之為計算思維能力。由于計算思維本質上是一種抽象思維，計算能力也就具有了抽象性的特點，很難實現直接評價，必須借助與之密切相關的其他元素進行間接評價。SOLO分類理論認為，學生的思維發展水平不同，所獲得的學習結果也會有所不同。因而，可以通過觀察和分析學習結果間接地達到評價學生計算思維發展水平的目的。本文即以SOLO分類理論為依據，提出計算思維的評價模型和評價方法，并結合高中信息技術教學中“電子閱覽室智能管理系統設計”的案例加以說明。

三、計算思維的評價模型

（一）計算思維的組成

與其他思維一樣，計算思維形成的基礎是特定領域認知素材，沒有了必要的認知素材計算思維將成為無源之水、無本之木。這里所說的認知素材主要有兩種類型，一種是單個學科的知識，另一種則是多個學科相融合的知識。計算思維的發展本質上就是通過調用認知素材或建立認知素材之間聯結，科學地分析問題、制訂方案和解決問題的過程。在此過程中，每一個認知素材都是學生計算思維發展所要依賴的基本元素，都是學生計算思維發展必備的材料。計算思維操作技能具體來說就是分解、概括、抽象、算法、評估等具體的技能，這些技能彼此聯系，共同托起了計算思維的整體框架。如，分析和解決生活用電分時計價問題時，就要先用分段函數來表示生活實際問題，而后轉化為信息技術學科當中的分支結構問題。對于沒有接觸過分支結構知識的學生來說，就會在由實際問題向信息技術問題轉化中遇到困難，不能繼續分析和解決問題。因而，對于計算思維的發展來說，思維操作技能和學科知識二者缺一不可。

如前所述，計算思維包括思維操作技能和學科知識兩個方面，評價計算思維自然要同時評價思維操作技能和思維內容。對計算思維操作技能的評價就是對學生分析和解決問題過程中，分解、抽象、概括等不同能力進行評價。對計算思維的內容進行評價就是對學生分析問題和解決問題過程中，根據需要調用學科知識、建立跨學科知識節點的能力。在教學實踐中，人們往往只是對操作技能和思維內容中的一項進行評價，由此而形成的計算思維評價結果也必然是片面的。

按照SOLO分類理論，計算思維評價具體體現為學生解決具體問題的具體表現，也就是說通過觀察學生解決問題的實際表現，分析和判斷學生思維操作技能和學科知識調用的能力，進而可以獲得學生計算思維評價的結果。

（二）計算思維模型建構

計算思維評價是通過觀察、記錄和分析解決問題過程的實際表現，確定學生思維操作技能和思維內容所處的實際水平。具體來說，就是根據評價需要，以計算思維為核心，對學生分析問題和解決問題的過程進行全程觀察，記錄并分析相關數據，給出對計算思維發展的全面、系統、科學評價結果。在評價過程中，需要把學生的計算思維操作技能和學科知識應用情況劃分為可考核的若干層次。

首先，計算思維評價的評價對象是學生真實的解決問題的能力，需要對分析問題、制訂方案、優化方案、遷移應用等進行全過程的跟蹤。其次，學生在不同階段調用的學科知識、應用的計算思維操作技能也存在差異，可能會跨學科調用知識，也可能會綜合應用多種計算思維操作技能，還有可能只用單一學科、單一操作技能，特別是在分析問題環節會綜合運用分解、抽象、概括等操作技能。再次，設計的評價任務必須要有具體的內容載體，必須與解決問題的環節相聯系，前后銜接、環環相扣，并呈現一定的梯度劃分。最后，要將學生解決問題過程中的實際表現與前結構、單點結構、多點結構、關聯結構、抽象拓展結構等計算思維水平逐一對應起來。

1.計算思維的前結構水平

面對實際問題，學生無法做到正確分解核心問題，找不到分析問題和解決問題的線索，不能根據解決問題的需要來篩選和應用學科知識，制訂的問題解決方案邏輯混亂。

2.計算思維單點結構水平

學生能夠根據具體情境，抓住核心問題，正確地分解和分析核心問題，能夠明確找到解決問題的線索，能夠通過抽象、概括和調用單個學科知識解決1—2個子問題，能夠明確給出算法設計，提出子問題的解決方案。

3.計算思維多點結構水平

學生能從具體的問題情境中確定并分解核心問題，找出解決問題的線索，綜合應用3個及以上學科知識科學分析所有子問題，分別給出對應的解決方案，并嘗試利用模擬、仿真等渠道驗證問題解決方案的科學性和可行性。

4.計算思維關聯結構水平

學生能從具體的問題情境中確定并分解核心問題，準確找出解決問題的線索，分析問題過程中能夠綜合應用不少于3個學科知識，在概括、抽象、分析的基礎上完成算法設計、制訂核心問題解決方案，并能通過模擬、仿真等方法驗證所提出的問題解決方案的科學性和可行性。

5.計算思維抽象拓展結構水平

學生能從具體的問題情境中確定并分解核心問題，準確找出解決問題的線索，分析問題過程中能夠綜合應用不少于3個學科知識，在概括、抽象、分析的基礎上完成算法設計、制訂并不斷優化核心問題解決方案，能夠優化核心問題的解決方案，能夠把解決當前問題所得出的結論和經驗遷移到其他問題的解決過程中。

四、高中信息技術計算思維評價設計

（一）問題情境設計

以高中信息技術計算思維評價為目的的問題情境設計應該符合學生的學習基礎和生活經歷，給學生呈現出與現實生活接近的實際問題。而后，以新課程標準中的要求確定解決問題過程中需要用到的計算思維技能和學科知識。呈現出的問題情境需要解決的核心問題應該明確而具體，同時問題具有一定的綜合性，需要學生利用分解、抽象、概括等不同的計算思維操作技能。

如，在學習了智能停車場數據處理的相關知識后，可以要求學生設計電子閱覽室管理系統。這一問題來源于真實的校園生活，學生有較為充足的生活體會，分析起來相對容易。該問題的核心就是設計電子閱覽室管理系統，需要同時利用物聯網、信息傳輸、數據庫等信息技術知識，能夠較為全面地反映學生的計算思維能力，符合高中信息技術課程標準和學業要求。

（二）系統化任務設計

從目前的教學實踐來看，計算思維評價任務應該與問題情境相對應。也就是說，應該設計多個問題情境。但是問題情境的增加肯定會帶來學生認知負荷的增加。如果圍繞一個問題情境，圍繞核心問題設計系列化的子情境，形成系統化的評價任務，就不會給學生的認知負荷造成較大影響，同時也能對學生的計算思維進行全面評價。

計算思維評價任務系統化設計的整體原則就是“1+N”原則。其中，“1”指的是圍繞一個核心問題創設接近真實生活的情境；“N”指的是圍繞核心問題設計相互銜接的系列化子問題和子情境，并設計出對應的評價任務，形成相互銜接、逐步深入的評價任務鏈。

（三）評價要素設計

按照SOLO分類理論，計算思維評價要素應該與評價內容相對應，也應該分為思維操作技能要素和思維內容要素兩種類型。其中，思維操作技能要素指的是學生在解決核心問題和子問題時反映出的思維操作技能應用水平；思維內容要素指的是學生在解決核心問題和子問題時反映出的學科知識的應用能力。

仍以電子閱覽室智能管理系統的設計為例，可以設計如下的任務：

經過分析發現，電子閱覽室智能管理系統的核心是電子門禁系統。電子門禁系統的工作流程包括以下6個環節：①人臉特征數據采集；②自動打開門禁，讀者進入閱覽室；③確認來訪客為本校教師/學生；④通過攝像頭獲取來人臉部信息數據；⑤增加閱覽室進入信息記錄；⑥與人臉特征數據庫數據進行比對。你認為以上6個環節的正確工作順序是（" ）

A.④①⑥③⑤②" "B.②⑤④①⑥③

C.②④⑥①③⑤" "D.①④⑥③②⑤

E.④①⑥③②⑤

要解決以上一系列問題，學生需要同時運用概括、分解、算法、評估等思維操作技能。學生在概括智能停車場數據處理系統學習內容的基礎上，把所學內容遷移到電子閱覽室智能管理系統的設計當中，分解電子門禁的工作流程，這將會考查到學生的算法設計能力。對問題中呈現出的五種工作流程正誤的判斷能夠考查學生的評估能力。同時，解決該問題需要學生掌握人臉識別、順序結構、信息系統等信息技術學科的基礎知識。

（四）分類評價設計

根據問題解決方案的數量，可以把計算思維評價任務分為封閉型任務和開放型任務兩類。其中，封閉型任務的正確答案數量是確定的，開放型任務的正確答案數量無法確定。以SOLO分類理論為基礎的思維評價主要依靠開放型任務，但是也可以通過學生解決封閉型任務的過程來對學生的思維水平進行評價。

前面電子閱覽室智能管理系統工作流程設計的案例就是典型的封閉型任務。該案例給學生提供了五個選項，學生的選擇表明學生的計算思維所處的層次。哪怕學生給出的答案是錯誤的，反映的也是學生的計算思維水平。當然，與正確答案唯一的封閉型評價任務相比，正確答案不唯一的開放型評價任務更有利于實現計算思維的分層評價。

結束語

對于高中信息技術學科來說，計算思維評價可以對學生的計算思維發展水平進行評價，能夠反映計算思維的教育成效，有助于推動計算思維教育的發展。本文以SOLO分類理論為指導，提出了高中信息技術思維評價的框架，進行了評價任務設計，可為計算思維分層評價教學實踐提供參考。但是，必須看到，以SOLO分類理論為指導的思維分層評價研究仍不深入，計算思維評價任務的設計仍需要進行大量的探索和完善。

參考文獻

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