美國(guó)中小學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)教育發(fā)展現(xiàn)狀與啟示

錢(qián)松嶺

【摘 要】該文通過(guò)選取美國(guó)專(zhuān)業(yè)組織及各州教育部的相關(guān)代表性文件，從計(jì)算機(jī)科學(xué)課程開(kāi)設(shè)、AP課程考試、計(jì)算機(jī)科學(xué)師資、教育政策等方面綜合描述美國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)教育發(fā)展的最新動(dòng)態(tài)，并總結(jié)歸納其發(fā)展特征，最后結(jié)合我國(guó)信息技術(shù)（科技）教育發(fā)展?fàn)顩r，從教育公平、教師隊(duì)伍建設(shè)、教育政策方面提出借鑒啟示。

【關(guān)鍵詞】美國(guó)；計(jì)算機(jī)科學(xué)教育；信息科技

【中圖分類(lèi)號(hào)】G434? ?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【論文編號(hào)】1671-7384（2023）09-091-04

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》的頒布，標(biāo)志著新時(shí)期我國(guó)中小學(xué)數(shù)字教育進(jìn)入新發(fā)展階段。從國(guó)際比較視角來(lái)看，近年來(lái)美國(guó)的中小學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)教育正自上而下展開(kāi)。幾年來(lái)，在美國(guó)選擇計(jì)算機(jī)科學(xué)課程的學(xué)生人數(shù)激增，而且無(wú)論是獨(dú)立開(kāi)設(shè)課程，還是整合到其他學(xué)科領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)科學(xué)課程與教學(xué)也從高中不斷向初中、小學(xué)階段擴(kuò)展。課程發(fā)展過(guò)程中的一些問(wèn)題，都在不同程度上有所改善。思考并借鑒美國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)教育發(fā)展經(jīng)驗(yàn)與問(wèn)題，必將有益于我們結(jié)合自身國(guó)情改善信息科技教育，提升下一代數(shù)字素養(yǎng)與技能。

美國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)教育發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前，無(wú)論是國(guó)家教育政策還是計(jì)算機(jī)科學(xué)教育專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，作為美國(guó)國(guó)家優(yōu)先事項(xiàng)，計(jì)算機(jī)科學(xué)教育進(jìn)入了全面發(fā)展階段。

1.中小學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)課程開(kāi)設(shè)狀況

根據(jù)美國(guó)26 326所公立高中的數(shù)據(jù)，51%的公立高中至少設(shè)置一門(mén)計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)課程。所謂基礎(chǔ)課程，內(nèi)容主要是學(xué)生通過(guò)編程學(xué)習(xí)獲得對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)概念的理解，高中階段（9-12年級(jí)）學(xué)習(xí)時(shí)間在20小時(shí)以上。其中48%的城市學(xué)校和49%的農(nóng)村學(xué)校開(kāi)設(shè)了計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)課程。19個(gè)州有30%的初中為學(xué)生提供了計(jì)算機(jī)科學(xué)課程，該課程常被整合到K-8的其他科目中。[1]越來(lái)越多的州開(kāi)始要求小學(xué)、初中和高中都要設(shè)置計(jì)算機(jī)科學(xué)課程，并積極提高學(xué)生參與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)習(xí)的透明度，建立問(wèn)責(zé)制（表1）[2]。

Code.org是美國(guó)中小學(xué)使用最廣泛的計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)習(xí)平臺(tái)之一，根據(jù)此平臺(tái)數(shù)據(jù)，2020-2021學(xué)年，約有380萬(wàn)名小學(xué)生（約占美國(guó)小學(xué)生總數(shù)的13.5%）學(xué)習(xí)平臺(tái)課程，約4.5萬(wàn)名小學(xué)教師在平臺(tái)上開(kāi)設(shè)計(jì)算機(jī)科學(xué)課程。其中的“發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)科學(xué)”板塊，2020-2021學(xué)年，約有77.3萬(wàn)名初中生（約占美國(guó)初中學(xué)生總數(shù)的6%）學(xué)習(xí)本課程，約1.2萬(wàn)名初中教師在平臺(tái)上開(kāi)設(shè)計(jì)算機(jī)科學(xué)課程。另外，Scratch與Boot Up PD也是典型的計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)習(xí)社區(qū)，吸引了數(shù)以萬(wàn)計(jì)的師生參與其中。[3]

計(jì)算機(jī)科學(xué)屬于男性領(lǐng)域的刻板印象造成了美國(guó)選修計(jì)算機(jī)科學(xué)課程的女生比例一直不高，這一情況也在不斷改善。小學(xué)、初中階段較好，美國(guó)小學(xué)、初中和高中選擇學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)科學(xué)的女生比例分別是49%、44%和31%。其中密西西比州、南卡羅來(lái)納州和馬里蘭州高中女生選修計(jì)算機(jī)科學(xué)課程比例較高，分別為47%、46%和41%。比起白人和亞裔學(xué)生，美國(guó)土著或阿拉斯加學(xué)生就讀設(shè)有計(jì)算機(jī)科學(xué)課程學(xué)校的可能性要低很多。黑人/非裔、美國(guó)原住民/阿拉斯加人，夏威夷原住民/太平洋島民學(xué)生在計(jì)算機(jī)科學(xué)課程中的比例與他們的總體人口相似。與所在州的人口相比，英語(yǔ)學(xué)習(xí)者、殘障學(xué)生和經(jīng)濟(jì)弱勢(shì)群體學(xué)生選修計(jì)算機(jī)科學(xué)課程的比例偏低。[4]

2.美國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)AP課程考試狀況

美國(guó)高中為打算在大學(xué)繼續(xù)學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)科學(xué)或相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)生開(kāi)設(shè)計(jì)算機(jī)科學(xué)AP課程，每一門(mén)課程都相當(dāng)于一學(xué)期的大學(xué)入門(mén)課程，學(xué)生可參加計(jì)算機(jī)科學(xué)AP考試，通過(guò)后可算作大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)的學(xué)分。考試包括AP計(jì)算機(jī)科學(xué)A和AP計(jì)算機(jī)科學(xué)原理兩門(mén)。在過(guò)去的幾年里，參加AP計(jì)算機(jī)科學(xué)考試的學(xué)生數(shù)量激增。2019-2020學(xué)年，大多數(shù)科目的考試都減少了，但7139所學(xué)校舉行的AP計(jì)算機(jī)科學(xué)考試次數(shù)增加了13%，達(dá)到179 188次。[5]

3.計(jì)算機(jī)科學(xué)教師師資狀況

一項(xiàng)針對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)教師的大型調(diào)查顯示，大多數(shù)州不要求計(jì)算機(jī)科學(xué)教師持有計(jì)算機(jī)科學(xué)教師資格證書(shū)，許多教師都有其他學(xué)科教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。53%的受訪計(jì)算機(jī)科學(xué)教師有超過(guò)11年的課堂教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，其中16%有計(jì)算機(jī)科學(xué)課程教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。30%的受訪計(jì)算機(jī)科學(xué)教師擁有計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息技術(shù)或相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)位，6%的教師擁有輔修計(jì)算機(jī)科學(xué)的學(xué)位。只有46%的教師持有計(jì)算機(jī)科學(xué)教師資格證書(shū)，23%的教師持有CTE認(rèn)證。這說(shuō)明一些州要么缺乏計(jì)算機(jī)科學(xué)教師認(rèn)證程序，要么獲得相關(guān)證書(shū)的途徑不一致。全美計(jì)算機(jī)科學(xué)教師64%是女性；75%是白人，19%是黑人/非洲裔美國(guó)人、西班牙裔/拉丁裔、美洲原住民或太平洋島民。[6]2020年，CSTA與ISTE合作發(fā)布《2020 CSTA計(jì)算機(jī)科學(xué)教師標(biāo)準(zhǔn)》，為計(jì)算機(jī)科學(xué)教師提供專(zhuān)業(yè)發(fā)展指導(dǎo)，為職前培養(yǎng)與職后繼續(xù)教育提供依據(jù)，為各州、學(xué)區(qū)提供教師資格認(rèn)證的參考。[7]

4.計(jì)算機(jī)科學(xué)教育政策狀況

《2021國(guó)家計(jì)算機(jī)科學(xué)教育》報(bào)告以“Code.org倡導(dǎo)聯(lián)盟”九項(xiàng)政策建議為框架分析了全美計(jì)算機(jī)科學(xué)教育政策狀況，以下是2021年的狀況。（1）州層面的K-12計(jì)算機(jī)科學(xué)教育規(guī)劃。有22個(gè)州已經(jīng)制訂了計(jì)算機(jī)科學(xué)教育規(guī)劃，闡明了實(shí)施計(jì)算機(jī)科學(xué)教育的目標(biāo)、策略和時(shí)間表。在這些州中平均有60%的高中提供計(jì)算機(jī)科學(xué)課程。[8]（2）定義計(jì)算機(jī)科學(xué)并制定嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算機(jī)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)。有39個(gè)州有自己的K-12計(jì)算機(jī)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)，描述了課程學(xué)習(xí)目標(biāo)、內(nèi)容以及課程學(xué)習(xí)結(jié)果，這保證了學(xué)生跨校學(xué)習(xí)的一致性，這也是保證公平性的關(guān)鍵。在這些州中平均有54%的高中開(kāi)設(shè)計(jì)算機(jī)科學(xué)課程。[9]（3）為計(jì)算機(jī)科學(xué)教師培訓(xùn)提供專(zhuān)項(xiàng)資金。有31個(gè)州為K-12計(jì)算機(jī)科學(xué)課程學(xué)習(xí)提供專(zhuān)項(xiàng)資金。2022財(cái)年，有21個(gè)州為計(jì)算機(jī)科學(xué)撥款超過(guò)6500萬(wàn)美元。在專(zhuān)項(xiàng)資助的州，平均有54%的高中提供計(jì)算機(jī)科學(xué)課程。（4）提供清晰的計(jì)算機(jī)科學(xué)教師資格認(rèn)證途徑。有41個(gè)州提供清晰的計(jì)算機(jī)科學(xué)教師資格認(rèn)證途徑。教師可以通過(guò)選擇資格考試、研究生課程、“微證書(shū)”等多種途徑獲取資格認(rèn)證。在實(shí)行認(rèn)證政策的州，平均有54%的高中開(kāi)設(shè)計(jì)算機(jī)科學(xué)課程。[10]（5）高等教育機(jī)構(gòu)開(kāi)設(shè)職前計(jì)算機(jī)科學(xué)教育課程。有21個(gè)州的高等教育機(jī)構(gòu)有計(jì)算機(jī)科學(xué)職前課程，要求所有職前教師接受計(jì)算機(jī)科學(xué)課程的學(xué)習(xí)，資助計(jì)算機(jī)科學(xué)職前課程，提供獎(jiǎng)學(xué)金。在實(shí)際開(kāi)設(shè)職前教育課程的州，平均有60%的高中提供計(jì)算機(jī)科學(xué)課程。[11]（6）教育管理機(jī)構(gòu)中設(shè)立計(jì)算機(jī)科學(xué)監(jiān)管崗位。有34個(gè)州設(shè)立州級(jí)的計(jì)算機(jī)科學(xué)監(jiān)督職位，確保政策全面實(shí)施，保證規(guī)模與質(zhì)量。在擁有這些職位的州，平均有55%的高中提供計(jì)算機(jī)科學(xué)課程。（7）要求所有高中面向所有學(xué)生設(shè)置計(jì)算機(jī)科學(xué)課程。有23個(gè)州要求所有高中提供至少一門(mén)基于標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)科學(xué)課程。在實(shí)行這項(xiàng)政策的州，平均有58%的高中開(kāi)設(shè)計(jì)算機(jī)科學(xué)課程。（8）將計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)分算作高中畢業(yè)要求。自20世紀(jì)80年代，南卡羅來(lái)納州的高中畢業(yè)要求就包含了計(jì)算機(jī)文化、鍵盤(pán)輸入和計(jì)算機(jī)應(yīng)用的內(nèi)容。如今全美51個(gè)州的高中畢業(yè)都要求把計(jì)算機(jī)科學(xué)課程學(xué)習(xí)計(jì)入其中。[12]（9）將計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)分算作高校入學(xué)要求。有21個(gè)州將計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)習(xí)作為入學(xué)要求，通過(guò)將高中畢業(yè)要求與高等教育的入學(xué)要求相結(jié)合，鼓勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)科學(xué)課程。在實(shí)行該政策的州，平均有53%的高中開(kāi)設(shè)計(jì)算機(jī)科學(xué)課程。

美國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)教育的發(fā)展特點(diǎn)

通過(guò)以上描述，總結(jié)起來(lái)，美國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)教育發(fā)展有如下特點(diǎn)。

（1）提升美國(guó)經(jīng)濟(jì)全球競(jìng)爭(zhēng)力是計(jì)算機(jī)科學(xué)教育發(fā)展的社會(huì)背景。美國(guó)勞工統(tǒng)計(jì)局報(bào)告顯示，2020年有140萬(wàn)個(gè)計(jì)算機(jī)科學(xué)就業(yè)崗位，而全美只有40萬(wàn)名計(jì)算機(jī)科學(xué)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生，特別是數(shù)據(jù)科學(xué)與技術(shù)、智能科學(xué)與技術(shù)等專(zhuān)業(yè)人才缺口嚴(yán)重。面對(duì)這一全球性人才短缺問(wèn)題，各國(guó)都在提前謀劃。

（2）計(jì)算機(jī)科學(xué)教育促進(jìn)人的發(fā)展轉(zhuǎn)型。美國(guó)也處在從“數(shù)字社會(huì)”向“智能社會(huì)”轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，人工智能也將人的發(fā)展從“數(shù)字化生存”轉(zhuǎn)向“智能化生存”。同批判性思維、創(chuàng)造性思維一樣，計(jì)算思維是智能社會(huì)人的基本思維方式之一，計(jì)算機(jī)科學(xué)教育的核心就是計(jì)算思維的培養(yǎng)。

（3）重視計(jì)算機(jī)科學(xué)教育的公平性與多樣性。公平性與多樣性是計(jì)算機(jī)科學(xué)教育發(fā)展的首要原則，在制定政策過(guò)程中都有具體考慮。計(jì)算機(jī)科學(xué)教育的系統(tǒng)因素特別是多元文化、眾多少數(shù)民族群體的國(guó)情，要為邊緣弱勢(shì)群體學(xué)生提供高質(zhì)量計(jì)算機(jī)科學(xué)課程，提升他們的參與度，就是體現(xiàn)公平性與多樣性，這也是美國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)教育的首要問(wèn)題。

（4）強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)科學(xué)教育政策的系統(tǒng)性。州層面的整體規(guī)劃，明確的計(jì)算機(jī)科學(xué)教育目標(biāo)、內(nèi)容與策略，多途徑的教師資格證書(shū)認(rèn)證途徑，職前培養(yǎng)課程，州、學(xué)區(qū)、學(xué)校的領(lǐng)導(dǎo)力，專(zhuān)項(xiàng)資金投入，保持一致性的高中與大學(xué)銜接政策，這些都是確保計(jì)算機(jī)科學(xué)教育可持續(xù)發(fā)展的系統(tǒng)條件。

啟? 示

1982年我國(guó)教育部在北京大學(xué)附屬中學(xué)等五所中學(xué)開(kāi)始計(jì)算機(jī)選修課教學(xué)試點(diǎn)，開(kāi)啟了我國(guó)信息技術(shù)（科技）教育的歷史，經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，取得了相當(dāng)?shù)某删汀！读x務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》頒布，信息科技及其所占課時(shí)從綜合實(shí)踐活動(dòng)課程中獨(dú)立出來(lái)，完成了義務(wù)教育階段信息科技課程與高中階段信息技術(shù)課程的12年一貫系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使信息技術(shù)（科技）教育進(jìn)入新階段。總結(jié)美國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)教育的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，給我們?nèi)缦聠⑹尽?/p>

（1）推進(jìn)信息技術(shù)（科技）教育促進(jìn)教育公平。信息技術(shù)（科技）教育服務(wù)的終極目標(biāo)是面向全體學(xué)生，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展，落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù)。受歷史文化、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、師資水平等因素影響，信息技術(shù)（科技）教育在城鄉(xiāng)、不同區(qū)域、不同學(xué)校之間發(fā)展不均衡，甚至某種程度上加劇了學(xué)生間的數(shù)字鴻溝。《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》的頒布，為義務(wù)教育階段信息科技明確了課程目標(biāo)、內(nèi)容要求、教學(xué)以及評(píng)價(jià)，這本身就是通過(guò)課程治理促進(jìn)教育公平的體現(xiàn)。而且，信息技術(shù)（科技）教育在培養(yǎng)青少年數(shù)字素養(yǎng)與技能、原始創(chuàng)新精神與能力，服務(wù)國(guó)家數(shù)字經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展等方面的基礎(chǔ)性作用與育人價(jià)值愈發(fā)明顯，對(duì)促進(jìn)教育公平意義非凡。

（2）建設(shè)信息技術(shù)（科技）教師隊(duì)伍是基礎(chǔ)工作。截至2020年，中小學(xué)在校生約為1.8億人，教師約1222.8萬(wàn)人[13]，其中義務(wù)教育階段信息科技教師32.5萬(wàn)人，其中小學(xué)60%為專(zhuān)科畢業(yè)[14]；普通高中信息技術(shù)教師4.46萬(wàn)人，90%為專(zhuān)科畢業(yè)[15]。因此，在職教師培訓(xùn)是重中之重。在培訓(xùn)形式方面，應(yīng)通過(guò)多種方式為在職教師提供個(gè)性化專(zhuān)業(yè)發(fā)展模式，利用人工智能賦能教師，助力精準(zhǔn)教研與培訓(xùn)；國(guó)家智慧教育公共服務(wù)平臺(tái)的“教師研修”板塊就是典型應(yīng)用，該模塊匯聚優(yōu)質(zhì)學(xué)習(xí)資源，為教師提供個(gè)性化學(xué)習(xí)和有組織的研訓(xùn)，給予短期專(zhuān)業(yè)認(rèn)證。在培訓(xùn)內(nèi)容方面，首先要及時(shí)反映快速發(fā)展的信息科技學(xué)科的最新成果及課程核心素養(yǎng)，其次要加強(qiáng)思政師德培訓(xùn)管理，教師專(zhuān)業(yè)發(fā)展也要全程數(shù)字化管理，提供基于動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)服務(wù)。按照國(guó)家義務(wù)教育階段課程方案，總學(xué)時(shí)為9522，信息科技課程占1-3%，[16]在3-8年級(jí)獨(dú)立開(kāi)設(shè)課程，按照課時(shí)總量，對(duì)比其他學(xué)科教師數(shù)量，義務(wù)教育階段教師總體數(shù)量還急需補(bǔ)充。因此，對(duì)于職前教師培養(yǎng)，高等師范院校以及相關(guān)專(zhuān)業(yè)要擴(kuò)大招生人數(shù)，課程方面必須結(jié)合《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》的主要內(nèi)容，開(kāi)設(shè)涉及本體性專(zhuān)業(yè)知識(shí)與技能、學(xué)科內(nèi)容教學(xué)法知識(shí)、包括實(shí)習(xí)等在內(nèi)的實(shí)踐性知識(shí)課程，同時(shí)還要考慮信息技術(shù)（科技）教師資格證書(shū)考試大綱的要求，職前課程與教師資格入口保持一致。

（3）提升信息技術(shù)（科技）教育的系統(tǒng)性。首先，要明確發(fā)展目標(biāo)，信息技術(shù)（科技）教育政策要著眼未來(lái)，中長(zhǎng)期規(guī)劃互相配合，國(guó)家與地方保持一致，保障政策的可持續(xù)性；其次，要考慮教育內(nèi)容，做好整體布局，近年來(lái)，推進(jìn)人工智能教育、STEAM教育、創(chuàng)客教育、機(jī)器人教育等的相關(guān)政策頻出，需要做好整體的安排部署，避免政策之間掣肘重疊；再次，要以人為本，充分考慮教育系統(tǒng)內(nèi)外利益相關(guān)者，協(xié)同平衡各方需求；最后，要投入專(zhuān)項(xiàng)資金，結(jié)合鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，持續(xù)完善基礎(chǔ)條件，夯實(shí)數(shù)字底座，為學(xué)生提供不受時(shí)空限制的數(shù)字化、智能化學(xué)習(xí)環(huán)境以及優(yōu)質(zhì)學(xué)習(xí)資源與工具。

注：本文系吉林省社會(huì)科學(xué)基金項(xiàng)目“吉林省兒童數(shù)字風(fēng)險(xiǎn)與機(jī)會(huì)現(xiàn)狀及其改善策略研究”（2021B139）的研究成果

參考文獻(xiàn)

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作者單位：吉林師范大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院

編? ?輯：盧秋紅