跨學科視閥下師范生計算思維發展現狀與培養策略

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A

*本文系國家社會科學基金2023年度重大項目“數字化促進中國教育現代化路徑策略研究\"（項目編號：23VRC076）研究成果。

① 為本文通訊作者。

一、問題的提出

具備計算思維是學習者理解和實踐人工智能的前提條件。近年來國際上對K-12計算思維教育的研究熱點和實踐路向已從“IT課程中教授編程”發展到“計算思維教育與跨學科教學相融合”。國際教育技術協會2018年發布《面向教育者的計算思維標準（2018）》1明確提出全體教師不僅要具備普適性的計算思維基礎能力，還要具備與職業需求相適的計算思維教學能力。美國“數字承諾”教育技術國家中心也在2021年發布的《面向包容性世界的計算思維：教育工作者學習和行動的指南》中，從如何提升K-12計算思維教育的效果和如何培養K-12教育工作者的計算思維這兩個方面提出了行動路徑：（1）將計算思維教育融入K-12階段各學科教學；（2）開發專業的教師培訓系統，培養教師將計算思維融人跨學科教學的能力[2]。這讓國際教育界更明確認識到，各學科教師不僅需具備計算思維普適能力，還要具備將計算思維教育融入跨學科教學中的職業能力。隨著對國際上在職教師計算思維培訓項目的研究深人，學者們發現在職培訓只是暫時的解決方案，從長遠來看應該從職前教師培養入手[3]，因此近年來國際上涌現了大量針對職前教師計算思維培養的研究項目。

當前國內對師范生計算思維職業能力的研究主要停留在理論討論層面，鮮有對師范生計算思維進行系統性全面培養的實證研究，而國內研究者近年兩次開展的多院校大樣本測量結果顯示出我國師范生計算思維尤其是計算思維職業能力需要加強。在當前“新師范”背景下，考慮到我國《義務教育新課標（2022版）》中“跨學科主題學習活動”對教師全面素養提升的需求，因此開展對我國師范生的計算思維尤其是“將計算思維教育融人跨學科教學中\"這一教師職業能力的培養是亟待重視的課題。

因此，本研究從K-12跨學科教學和K-12計算思維教育的互生性這一視角，剖析跨學科教學與師范生計算思維的邏輯關系，并以我國師范生計算思維的大樣本問卷調查結果呈現我國師范生計算思維發展的現狀，再通過歸納83項國際相關實證研究的結論啟示并總結本研究團隊所開展的靶向性提升“計算思維教育融人跨學科教學”能力的師范課程的本土化實踐經驗，旨在提出具備可操作性的我國師范生計算思維培養的策略建議。

二、跨學科與師范生計算思維的邏輯關系

以下試從兩個不同層次立體剖析K-12跨學科教學、計算思維教育、教師計算思維這三者的關系，進而可推論出K-12跨學科教學與師范生計算思維之間的關系。

（一）從學理層面分析K-12跨學科教學與計算思維教育的關系

自20世紀60年代以來，跨學科理念在教育領域的重要性日益凸顯，國內外學者均認為跨學科的核心在于跨越單一學科的邊界，強調在多學科框架內滲透與融合知識與技能，學生參與跨學科教學活動能夠實現對知識的更為透徹與深化的理解[4]。跨學科教學作為跨學科理念在教育領域內的深化，它的教學過程側重于突破學科孤立狀態，整合并優化相關學科的知識體系，倡導圍繞現象、問題、主題或項目，搭建起學科間知識的橋梁[5]縱觀國內外著名的跨學科教學實踐，例如美國的STEM教育、蘇格蘭的“卓越課程”、芬蘭的“現象教學法”、我國小學教育聯盟的項目式學習（PBL），其共同核心都在于教師圍繞具體現象、主題或議題，靈活整合多學科的知識體系與教學方法，旨在最大化地激發教師與學生的教學互動與學習自主性[。我國《義務教育課程標準（2022版）》和《普通高中課程標準（2017年制定2020修訂）》中對中小學“跨學科主題學習”的描述更是被廣泛解讀為“組織、引導、幫助學生在真實情境中綜合運用多學科的知識技能解決現實問題，從而提升學生核心素養的教學活動”。綜合以上學界觀點和諸多著名國際教育實踐研究，可以得出跨學科教學在K-12教育中的關鍵要素有：（1）圍繞真實現象或現實問題；（2）整合運用多學科知識技能；（3）學習者尋求問題解決的過程。以上要素決定了K-12領域中的計算思維教育與跨學科教學之間具有一種互生關系。

眾所周知，近年來計算機科學教師協會（CSTA）和國際教育技術協會（ISTE）均將“K-12領域中的計算思維\"描述為問題解決的過程，“新課標（2022）”將計算思維定義為“個體運用計算機科學領域的思想方法，在問題解決過程中涉及的抽象、分解、建模、算法設計等思維活動”[8]。從中可見，問題解決的過程，尤其是現實生活場景中的真實問題解決的過程是培養學習者計算思維的主要途徑之一。大量研究已證實在K-12跨學科教學活動中融人計算思維教育的適恰性。盡管計算思維與IT學科有著明確的相關性，但教育領域中的計算思維作為面向問題解決的思維技能，它的培養也需要在IT學科以外的學科中開展更廣泛的教學[9]，這已成為國內外研究者的共識。與傳統計算思維教育單純依靠\"編程教學”相比，跨學科方法更能夠支持學習者在綜合應用多學科知識來解決現實問題的過程中開展有意義的計算思維學習。信息科技課程雖為計算思維教育的主陣地，但鑒于計算思維的培養目標是培養學生解決問題能力，故不應只局限于該課程。將計算思維整合到K-12跨學科教學中既有利于各學科的學習，同時也有利于計算思維教育在各個具體現實的問題解決場景中的實現[10]，并可促進學生跨學科能力發展。綜上分析可知，K-12階段計算思維教育與跨學科教學相融合是在學理層面具備著天然的適恰性，兩者相互促進，形成一種互生關系。

（二）從K-12教研實踐層面分析跨學科教學與教師計算思維的關系

隨著近年國際教育界將K-12計算思維教育的研究與實踐的重點投注在計算思維教育與跨學科教學相融合，并且各國教育主管部門和研究機構紛紛發布相關的政策和標準指南，一些組織機構接連開展了以提高K-12全體學科的教師的計算思維職業能力為目標的培訓項目。例如“Google面向教育者的計算思維課程”包含有12個計算思維教育融人中小學跨學科教學的案例，所涉及學科有人文學科、科學、生物、音樂等[11]。國際教育技術協會（ISTE）與計算機科學教師協會（CSTA）也開發了教師計算思維培訓課程，課程材料的重要部分是來自多國的K-12教師設計實施的9個計算思維融入K-12跨學科教學的真實案例[12]，案例涵蓋了從幼兒園到高中的科學、歷史、語文等學科。

通過對近年來國際相關學術會議、論文發表和著名K-12跨學科教學賽事的梳理可知，教師的計算思維已經成為能夠有效提升其設計和實施跨學科教學活動的重要能力之一。本研究團隊于2023—2024年間對參加過“芬蘭國際跨學科學習與教學實踐比賽”并獲得過獎項的12名K-12教師開展了基于STAR（情境-任務-行動-結果）操作法的行為事件訪談，受訪教師來自生物、地理、語言文學、科學、音樂、物理、化學等多個學科。通過對訪談文本的內容分析可知，訪談對象普遍將“創設現實問題解決任務的能力”“IT學科領域的知識儲備”“對計算思維教育概念和理念的認知”“計算思維教學的意愿”“教師將計算思維教育與來自其他學科的內容相融合的跨學科教學法知識（PCK-CT）”這幾項列入教師勝任跨學科教學活動的勝任特征集之中。

綜上，從當前的國際教研實踐的層面可知，K-12計算思維教育與K-12跨學科教學相融合具備合理性和可操作性，各學科教師如具備與所屬學科特征相適配的計算思維職業能力可以提高自身從事跨學科教學的勝任力。

通過以上從學理和國內外K-12一線教研實踐這兩個層面的闡述，K-12跨學科教學、計算思維教育、教師的計算思維這三者的內在邏輯關系已然明晰，K-12教師需同時具備一定的計算思維普適能力和職業能力成為當前國際教師教育界的共識。有學者根據國際在職教師計算思維培訓項目的研究文獻綜述，分析得出，在職教師自身已固有的學科背景和工作經歷，容易導致其對計算思維的理解固化和片面[13這一客觀問題，當前多數研究者均認同對教師的計算思維培養宜從職前階段開始。師范生是我國教師隊伍的生力軍，我國各學科師范生的計算思維普適能力和職業能力的全面培養是一個不應被忽視的課題。

三、我國師范生計算思維培養現狀和發展現狀

通過梳理國內文獻和實踐調研可發現，目前我國師范生的計算思維培養在實踐層面主要借助《大學計算機》、C/Python語言等通識課，此類課程培養目標限于普適性的計算思維基礎能力。對師范生的“將計算思維教育融入跨學科教學的能力\"（即計算思維職業能力）的培養在國內鮮有實踐，更缺乏系統性的課程資源和教學策略。有研究者開發了師范生計算思維的量表[14]和對多所院校三千余名一至四年級師范生計算思維現狀開展大樣本測量，其研究結論表明我國各學科師范生的計算思維總體能力呈現出受到區域經濟、基礎教育階段學習經歷、所屬師范專業等多因素影響，并呼吁我國師范教育界不應忽視師范生計算思維的職業能力及不應僅對其停留在思辨討論層面而是應開展具有靶向性的師范教育實踐項目[15]

為了從計算思維基礎能力和職業能力（即“計算思維教育融人K-12跨學科教學”的教學能力）的全面視角來審視我國師范生計算思維現狀，本團隊在構建和實證檢驗“計算思維教育融入跨學科教學的教學勝任力模型”的過程中，于2024年春季對全國多地正處于四年級第二學期的各學科師范生實施了問卷調查。調查采用了目的抽樣、分層抽樣和隨機抽樣相結合的方式，以全日制本科在讀師范生為對象，以秦嶺淮河一線作為南北方的分界線，選取地理區位遍布中國北部、中部、南部，以內蒙古、陜西、安徽、浙江、湖南、廣西、廣東七地作為省級行政單位，選擇師范院校展開調查，其中包括內蒙古師范大學、內蒙古呼倫貝爾學院、陜西渭南師范學院、淮北師范大學、杭州師范大學、湖南師范大學、華南師范大學、廣西師范大學、廣東第二師范學院。調查對象所屬專業包括語文、數學、外語、物理、化學、生物、思政、歷史、信息技術等各師范學科，專業分類涵蓋信息技術、理工、文史、教育、藝體五大類。調查抽樣確保每個省級行政區內涵蓋上述五大類。問卷采用網絡發放的形式，最終回收問卷2174份，其中有效問卷2011份，有效率 92.5% ，被調查者基本情況如表1所示。

表1調查師范生對象的基本信息

對回收問卷的分析發現，在師范生的計算思維教育融人跨學科教學的基礎能力特征、知識特征、教學特征、成就特征與個人特質這五個教學勝任力的一級核心類屬之中，師范生的知識特征的得分最低（均分為2.03，滿分為5），教學特征的得分次之（均分為2.56，滿分為5），如表2所示。知識特征作為計算思維教育融入跨學科教學的教學勝任力的一級核心類屬，其二級特征項包括：（1）對教育領域中計算思維（以下簡稱CT）概念的理解；（2）TK-CT（即支持教師對K-12學生開展CT教育的技術工具知識）；（3）CK-CT（即與CT教育相關的K-12學科知識，例如物理、生物、語文等學科中與CT有易融合性的主題內容）；（4）PK-CT（即CT教育中常用的一般教學法知識，如項目式學習、基于問題的學習等）；（5）PCK-CT（即教師將CT教育與其他學科的內容相融合的跨學科教學法知識）；（6）TPACK-CT（即教師在教學中綜合應用以上維度的知識組織教學的復合型知識）；（7）多領域的知識儲備。教學特征同樣作為一級核心類屬，其二級特征項包括：（1）對CT教育理念的認知；（2）創設現實問題解決任務的能力；（3）跨學科交叉融合意識；（4）CT教學的意愿；（5）跨學科教學活動的組織管理能力。

表2描述性統計

由表2可見，當前我國師范生整體在計算思維教學相關知識方面存在較大的短板，在教學能力特征方面的表現也較弱。同時數據分析總體顯示，在師范生的“計算思維教育融入跨學科教學的教學勝任力”及其一級核心類屬維度的評估中，得分低于均值的師范生的比例要明顯高于得分等于及高于均值的比例，這說明師范生計算思維尤其是職業能力需要得到提升。

為了探究不同專業背景師范生在計算思維基礎能力和職業能力上的差異性，研究團隊采用了單因素方差分析和LSD事后檢驗方法，對學科大類分組下的“計算思維教育融人跨學科教學的教學勝任力”的一級核心類屬維度進行差異分析，發現各維度方差齊性檢驗Levene的F值均不顯著（ Pgt;0.05 ），未違反方差同質性假定。單因素方差分析的結果如表3所示，不同學科大類的師范生在能力特征、知識特征、教學特征、個人特質四個維度上的得分具有顯著性差異，在成就動機維度上不存在顯著差異。進一步采用LSD多重比較法進行檢驗發現：信息技術類和理工類師范生在上述四個維度上顯著高于教育、文史、藝體類。數據深入分析后顯示，我國不同的專業背景的師范生在“CT教育融人跨學科課堂實踐的預期成效、教學創新意識\"特征項得分均較高且并不存在差異，但不同專業背景的師范生在“CT基礎能力、對CT概念的理解、TK-CT、PK-CT、PCK-CT、跨學科交叉融合意識、教學自我效能感”特征項上存在顯著差異。

表3不同專業大類的師范生單因素方差分析

注： ^*plt;，05;^**plt;.01_c

本次問卷調查的對象均為四年級第二學期的各學科師范生，他們已基本接受了完整的師范教育，即將走上教師工作崗位。因此，上述問卷數據分析的結果凸顯了對我國師范生計算思維尤其是職業能力方面加強培養的迫切性，同時進一步揭示了在培養各學科師范生計算思維時要充分考慮到其由于專業背景和與專業相關的學習經歷所導致的在培養需求上的差異性。

四、國際啟示—來自83項國際職前教師計算思維培養的實證研究

當前，國外在職前教師的計算思維培養方面的成果更為豐碩。因此本研究嘗試通過對國外相關實證研究文獻的梳理、分析、歸納得出國際上在師范生計算思維培養方面的重點趨勢、主要培養形式、培養內容、影響因素和經驗結論等以資作為我國開展本土化相關實踐的啟示。本研究團隊在8個數據庫（GoogleScholardatabase、Web of Science、ProQuest Research Library、Scopus、ACM、ScienceDirect、IEEEXplore、DBLP）中展開文獻檢索，檢索日期截止為2024年底，經過篩選后對最終得到的發表日期從2011—2024年間的83篇職前教師計算思維培養的國際實證研究文獻進行編碼和系統分析，得出以下啟示。

（一）研究的趨勢和重點

從發表年份來看，2020—2024年的發文增幅極為明顯，這與ISTE面向教育者的計算思維標準（2018）的發布有很大關聯性。該標準發布之前絕大部分相關實證研究中對職前教師計算思維的關注點較局限于計算思維基礎能力，而通過該標準的發布使得各學科職前教師的計算思維教學能力正式進入了全體研究者的視野。國際研究的趨勢變化主要反映在關注職前教師計算思維教學能力的研究在2018年之前極其稀少，而在2018之后陡然增長。同時，83篇實證研究文獻中有9篇文獻提出了研究者對職前教師的計算思維尤其是計算思維教學能力的概念框架定義，發表時間均在2018年后。可見隨著ISTE標準（2018）的發布和國際研究的推進，研究者們從學理層面對教師計算思維概念有了更全面和深入的認識，對教師的計算思維（以下簡稱CT）教學能力的認識也不斷拓寬。除了CT基礎能力、CT教學自我效能感以外，研究者基于“TPACK學科化研究”[16]視角所提出的TK-CT、PK-CT、PCK-CT、TPACK-CT均成為概念框架中的重要成分。多數研究者都提出職前教師需要具備將CT教育融入跨學科主題教學活動的能力。例如，Yadav等[17]認為“要培養職前教師去發揮CT的跨學科天性并將其融入K-12 教育”。TRIPONC[18]提到“當前職前教師CT 水平尚不足，建議在教師發展項目中加入培養職前教師的將CT教育整合人跨學科主題教學的這種職業能力”。可見，將CT教育融人跨學科主題教學的能力作為職前教師CT的重要組成部分來培養，這已在國際上成為了該領域研究的重點。

（二）國際職前教師計算思維的主要培養形式當前國際上職前教師計算思維培養形式主要有以下幾種：（1）專門的計算思維課程；（2）嵌入某門師范課程內的計算思維學習模塊（Module）；（3）計算思維工作坊；（4）計算思維短期培訓項目；（5）研討會。后三種形式都為短期培訓。例如，新加坡和馬來西亞的聯合團隊針對馬來西亞數學專業的職前教師開展的專門課程[9]，Yadav[20]在職前教師的教育技術課程中設置的CT教育模塊，Tsai FH^[21] 為職前小學科學課教師開辦的CT研討會。嵌人其他師范課程內的CT學習模塊一直是主要的培養形式，而專門的CT課程從2017年以來數量也呈上升趨勢。

（三）國際職前教師計算思維的主要培養內容

職前教師計算思維培養的教學內容主要包括：（1）CT概念；（2）TK-CT知識；（3）CT教育融人跨學科教學活動時教師所需要的教學法知識，其中包括：PK-CT和PCK-CT。

1.CT 概念。 80% 以上的實證研究中向職前教師介紹了教育領域中的計算思維的概念定義，這些概念定義通常是引用CSTA和ISTE的“教育領域的計算思維”的可操作性定義[22]：問題分解、抽象、數據收集、數據分析、數據表示、算法和過程、自動化（使用支持抽象的技術）、并行化（組織資源以同時執行任務）和模擬

2.TK-CT知識。依據TPACK-CT框架，TK-CT是支持教師對K-12學生開展CT教育的技術工具知識，包括：編程工具；教育機器人和開源硬件；數據分析方法；不插電的教學工具；游戲化教學軟件；CT在線教學平臺；思維可視化工具。

3.CT教育融入跨學科教學活動的教學法知識。依據TPACK-CT框架，CT教育融入跨學科教學的教學法知識是屬于PK-CT和PCK-CT范疇，包括：CT教育中常用的一般教學法知識（PK-CT），例如基于項目的學習、基于設計的學習等；教師將CT教育與來自其他學科的內容相融合的跨學科教學法知識（PCK-CT）。在早期的大多數相關實證研究中，教學內容主要是CT概念和編程，而對被試的計算思維的促進主要集中在計算思維基礎能力中的解構、抽象、算法、調試反思、泛化、問題解決能力、批判性思維等維度。隨著研究的深入和ISTE《面向教育者的計算思維標準（2018）》的提出，越來越多實證研究在教學內容中包括了以培養職前教師的PK-CT和PCK-CT為目標的教學內容。值得一提的是，近年來多數研究在教授職前教師PK-CT和PCK-CT時，會采用讓其創作“CT教育融人跨學科教學的教學設計方案\"這一教學活動形式。例如，研究者在職前教師計算思維課程中讓68位職前教師每人創作1份體現\"CT教育與各學科融合”的教學設計方案；用體驗式學習框架來指導每位職前教師獨立完成兩份CT教育與課程教學整合的教學設計（要求其中一份包含編程，另一份不包含）[23]。就整體趨勢而言，從2018年開始在其教學過程中包含了此類型教學活動的實證研究數量逐年增加，從2011年的占比 0% 發展到2024年的占比 53% 。

（四）影響職前教師計算思維的主要因素

國際實證研究者們發現職前教師的CT水平受到先驗CT知識技能和學科背景因素的影響，這與前文述及的我國研究者的發現一致，同時國際實證研究還提到了情感因素對于職前教師計算思維水平的影響。職前教師對于學習計算思維并在自己未來的課堂上把計算思維教育融人跨學科教學的意愿、信心、興趣等情感因素是影響對其計算思維培養效果的重要因素。Oliveira等[24]在研究結論中提到“職前教師對學習計算機科學相關知識技能的信心興趣、CT的融入對于自身學科教學是否有價值的這種態度認識是重要的”，而這些情感因素又受到職前教師過去的學習經歷、學科背景甚至性別因素的影響。

（五）國際實證研究結論中值得注意的經驗

多數研究者在文獻的研究討論部分中提出計算思維培訓時間的不足影響了其研究中職前教師的計算思維水平的提升。Sabo等[25]提出“為期一周的計算思維學習模塊對中學職前教師是不夠的，他們需要在自己的計算思維基礎能力和CT融入中學科學和數學課程的能力方面得到更多的發展”。Jin和Zha認為，培訓的有限時長不足以讓師范生在學習編碼過程中研究出具體的CT教學應用，更不用說開發課程創意[26]。Oliveira甚至建議，以后要開發一個學時為80小時的課程[27]

另有多名研究者在文獻的研究討論部分中，對于在職前教師課程（非IT相關的課程）中嵌人CT教育模塊以求提高職前教師的CT水平的效果提出質疑，要指望沒有任何CT知識背景的非IT專業的高校教師能夠成功將CT教育融入他們對職前教師的專業課教學中是非常困難的[28]。有研究者更是提到在馬來西亞某大學的針對職前教師的科學教育學習計劃中“環境化學課的講師被要求將CT教學融入到化學課程的教學活動中，然而最終效果不佳，因為講師自身并不理解CT概念”[29]。Schina D進一步指出，在職前教師計算思維培養的各種途徑之中，專門課程對職前教師的計算思維促進的效果最好[30]，這可能是因為教學時長更長的原因，也可能是由于在相較之下計算思維課程的教學內容和教學活動實施會更為系統全面的因素。

五、我國師范生計算思維的本土化培養策略

由于中外師范教育體系和K-12教育體系的不同，因此國際職前教師計算思維培養實證研究的結論、經驗和教學資源存在著與我國本土教育實踐難以完全契合適用的客觀問題。因此，基于國際實證文獻研究、對國內在跨學科教學活動中表現優秀的K-12教師開展訪談、對全國師范生計算思維水平的大樣本調查這三者的基礎之上，本研究團隊將國際研究前沿成果與我國教育本土情況相結合，開發了一門課程目標側重于培養各學科師范生的“計算思維教育融人跨學科主題學習活動”的教學能力的專門課程。該課程的開發采用了“目標一內容—策略—資源—評價”的設計路徑，以設計型學習理論和協作知識建構理論為指導并在充分調研不同師范學科的特性需求的基礎上，構建出將認知提升、知識建構與實踐迭代相融合的六維核心課程模塊：（1）相關理念與概念的認知培育；（2）TK-CT與PK-CT的能力內化；（3）跨學科教學設計的方法習得；（4）國內外優質課例的解構研習；（5）跨學科教學設計方案的協作式共創；（6）教學設計作品的觀摩評議優化。課程團隊在華南師大開展了以32學時的大樣本（在同一課堂參與教學實驗的師范生每學期平均有130余名并來自12個師范專業）準實驗研究，目前課程已經完成三輪教學，初步積累了一定的教學實踐經驗與成果。基于上述的研究與實踐，本文試從培養形式、教學內容、教學策略三個方面提出我國師范生計算思維培養的本土化策略建議。

（一）師范生計算思維培養的形式

當前國際職前教師計算思維培養主要有三種形式：專門的計算思維課程、嵌人其他師范課程內的計算思維學習模塊、短期培訓。學者們普遍認為短期培訓在教學時長、教學內容的深度廣度、教學活動多樣性等方面無法滿足要求。綜上并結合我國師范教育的本土情況，建議我國（非信息技術類專業）師范生計算思維的培養，以下面的形式來開展：

1.創設通識課程嵌入模塊或專項課程，關注時序邏 輯與全域覆蓋

在（非信息技術類專業）師范生的計算機通識課程體系中增加“計算思維教育融入跨學科主題學習的教學能力培養”，這樣首先在教學質量上能得到任課教師在計算思維領域的專業能力保障；其次在上述課程的教學中師范生能夠在邏輯上和時間上順應從計算思維基礎能力發展到計算思維教學能力；再次還可實現對各專業師范生的廣泛培養覆蓋

全面系統性的專門課程對于職前教師計算思維的培養效果為最好[31]，有條件的師范院校可以考慮開設以培養師范生計算思維教學能力為目標的專門課程。當前我國有多所高水平大學均在構建以“寬、專、融”

為特色的“ 1+X+Y^′ ”三層次計算機通識課程體系[32]，以“計算思維教育融人跨學科主題學習的教學能力培養”為目標的教師教育課程正契合其中“融”（學科交叉融合）這一“Y”層次的課程特色。

2.開發師范生CT認證，促進實踐反思與評估認證 的交互賦能

可參考由國際教育技術協會（ISTE）與美國一些教育學院合作的\"職前教師計算思維微認證”[33]研究項目，解決師范生CT教學能力培養中真實工作場景缺失的問題，驅動師范生計算思維的理論知識內化和教學實踐能力提升。

ISTE提供面向美國全體K-12教師的CT認證，該認證依據教師工作場景的不同而分為多個微認證堆棧（Stack），分別代表不同的能力集合[34]；而每個堆棧又包括若干具體的微認證（Micro-credential）項目，這些項目對應ISTE《面向教育者的計算思維標準（2018）》中的各項能力素養。“微認證是一種能力取向的評估方式”[35]，ISTE組織領域專家來評審教師所提交的注重證據性和反映過程性的分階段教學記錄和反思報告。ISTE、紐約市立大學教育學院及學區主管從2020年起合作如下項目：學區主管為教育學院四年級職前教師安排K-12學校作為教學實踐場所以便讓他們有機會在真實工作實踐中設計并實施CT教育融人學科教學的課程計劃，教育學院的導師給予指導，職前教師在實踐過程中積累教學記錄和反思日志并向ISTE提交以便申請獲得CT微認證，獲得這些微認證有助于職前教師申請正式教職。目前該模式在美國得到一定推廣，馬里蘭州教育部門效仿ISTE開發了面向該州職前教師的CT微認證[36]

建議我國權威教育研究機構可開發具有本土教育特色的師范生計算思維認證，將精細化和過程性的評估認證與我國師范生的教育實習進行結合，促進師范生計算思維培養的課程學習、實訓實踐與能力評估的協同，并有助于師范生獲得體現其計算思維職業能力的數字憑證。

（二）師范生計算思維培養的教學內容

師范生計算思維培養的教學內容是多層次的知識、技能、方法的有機結合，而國外現有的職前教師計算思維教學內容不能完全契合我國的教育實際。“教師教育者是培養職前教師將CT教育整合到跨學科教學實踐中的核心力量”[37]，因此建議國內教師教育者聯合K-12 各學科教師和計算機教育者，從教育科學領域、K-12跨學科教學領域和計算思維基礎能力教育領域三者當中選擇相關聯的理論性、技術性、工具性和方法性知識，并優選國內外“計算思維融入K-12跨學科教學”的優秀教學案例，系統構建出培養師范生計算思維的教學內容體系。在構建過程中，可注意以下方面：

1.診斷師范生初始水平，實現學習內容資源的精準供給

有研究表明，我國師范生計算思維水平呈現區域、學習經歷、專業背景等多因素影響下的不均衡性[38]。因此，建議在設計計算思維培養的教學內容時應充分考慮到師范生的計算思維水平的個體差異，設置難度細分的模塊以搭建認知腳手架，為各學科職前教師提供低樓層、高天花板、寬墻面的計算思維教學內容[39]。同時建議在教學伊始對師范生進行計算思維基礎能力前測，以便于為不同初始水平的師范生提供個別化的自主學習資源。

2.立足師范生專業需求，設置區別化的TK-CT可選 學習模塊

各科師范生所需要學習的TK-CT，對于不同的師范學科是不盡相同的，原因是在跨學科學習活動中計算思維教育與不同學科融合的途徑不盡相同[40]。例如，中學物理學科與計算思維教育融合時物理教師較多運用的TK-CT知識是教育機器人、開源硬件和硬件編程等知識；而社科類教師則較多運用數據分析類的TK-CT知識來實現。建議在設計我國師范生計算思維培養的教學內容時應在TK-CT方面設置按師范專業劃分的可選模塊，讓師范生可根據其所屬的專業進行按需學習。

3.適配師范生職業發展，提供持續性學習支持

考慮到師范生的跨學科主題教學的職業能力持續發展的需求，建議在教學內容中提供有持續更新性的相關領域學習資源，例如國家中小學智慧教育平臺中的跨學科主題學習案例和國外公益開放并有代表性的K-12跨學科CT教育教師教研在線社區。

（三）師范生計算思維培養的教學策略

近年多數國際研究項目會采用讓職前教師創作“CT教育融人學科教學的教學設計方案\"這一教學活動并組織職前教師互評和反思。考慮到與其他國家相比，我國師范院校中師范生數量較大，再結合我國《義務教育新課標（2022版）》對各學科教師開展“跨學科主題學習”的要求，建議我國教師教育者在組織師范生完成“計算思維教育融入跨學科主題學習活動”的教案設計任務時采取以師范生協作小組為單位的策略，組織師范生通過研討各學科的教育部課程標準和相應教材并自主創設跨學科教學活動的主題，并鼓勵師范生自發組成專業異質的協作小組。這樣一方面有利于各學科師范生根據其所設計的“跨學科主題學習活動”所涉及到的各個學科進行組隊，形成組內異質的協作學習團體；另一方面有利于各學科師范生在學習過程中模擬在職教師來組成跨學科教研共同體，提前體驗職業角色，有助于師范生正式入職后更好地滿足“新課標”對教師開展跨學科主題學習活動的要求。

六、結語

為了更好地響應“新課標”的全面落地實施對于具備跨學科教學能力的創新型師資人才的需求，我國各學科師范生計算思維的全面系統性培養是一個值得更多的教師教育者研究和實踐的課題。目前本研究團隊所開發的側重于培養師范生“將計算思維教育融入跨學科主題學習活動”教學能力的專門課程已經進入第四輪教學實踐，團隊將在后續研究中對課程教學資源和教學策略進行持續迭代優化，以期為相關研究提供經驗借鑒。

參考文獻：

[1]ISTE.ISTE Standards for Educators：Computational Thinking Competencies [EB/OL].https：//www. iste. org/standards/computational-thinking，2O18，2023 -10-14.

[2]武建鑫，宋雨.計算思維教育公平何以可能？一 一《面向包容性世界的計算 思維：教育工作者學習和行動的指南》的解讀與啟示［J].開放教育研究， 2022，28（6） ：72-80.

[3]

[17][4O]YadavA，Stephenson C，HongH.Computational thinking for teacher education[J]. Communications of the ACM，2017，60（4） ：55-62.

[4]AndressonS，Bergsteon-NybergS，etal.Interdisciplinary educationin comprehensive school：Cana deep understanding occur？[J].美中教育評論，201o，7（9）：34-46.

[5]

[6]于國文，曹一鳴.跨學科教學研究：以芬蘭現象教學為例[J].外國中小 學教育，2017，（7）：57-63.

[7][32]中華人民共和國教育部.義務教育信息科技課程標準（2022年版）[M]. 北京：北京師范大學出版社，2022.

[8]郭鋰.面向小學計算思維培養的虛擬仿真實驗概念框架教學活動設計[J]. 教育信息技術，2024，（4）：53-57.

[9]Psycharis S.STEAM in education：A literature review onthe role of computational thinking，engineering epistemology and computational science.computational steam pedagogy（CSP）[J].Scientific Culture，2018，4（2）：51-72.

[10]嚴大虎，蘇秀玲，李雨婷.基于問題解決模型的學習者計算思維培養 以編程類課程“數據庫技術及應用\"的教學為例[J].現代教育技術，2021， 31（2）：109-117.

[11] Google for Education.exploring-computational-thinking[EB/OL].https：// edu. google.com/resources/programs/exploring-computational-thinking.，2019， 2020-10-14.

[12]ISTEamp;CSTA，Computational thinking teacher resources[EB/OL].https：// id.iste.org/docs/ct-docu-ments/ct-teacher-resources_2ed-pdf. pdf？ sfvrsn =2. ， 2011，2023-10-15.

[13]MillsK，CoenraadM，etal.Computational Thinkingforan InclusiveWorld;A Resource for Educators to Learn and Lead[J].Digital Promise，2021：39-57.

[14][38]房敏，孫穎等.師范生計算思維發展現狀與影響因素——基于津冀魯 三地高校的調查[J].開放教育研究，2021，27（4）：98-110.

［15］房敏，孫穎等.基于教學勝任力的職前教師計算思維評價量表開發——以 斯滕伯格成功智力理論與思維教學理論為支點的探索［J].電化教育研 究，2021，42（2）：112-120.

[16]徐鵬，張海等.TPACK國外研究現狀及啟示[J].中國電化教育，2013，（9）： 112-116.

[18」Tripon C.Supporting Future Teachers to Promote Computational Thinking Skills in Teaching STEM—A Case Study[J].Sustainability，2022，14（19）： 12663.

[19]Abouelenein Y A M，Nagy Elmaadaway M A.Impact of teaching a neurocomputerized course through VLE to develop computational thinking among mathematicspre-service teachers[J].Jourmal of Educational Computing Research，2023，61（6）：1175-1206.

[20]YadavA.Introducing computationalthinking ineducationcouses[A].Thomas J. Cortina. Proceedings of the 42nd： ACM technical symposiumon Computer scienceeducation[C].New York：Association for Computing Machinery，2011. 465-470.

[21] TsaiFH，Hsiao H S，et al.Development and effectiveness evaluation of a STEM-based game-design project for preservice primary teacher education [J].International Journal of Technology and Design Education，2O21：1-22.

[22]任友群，隋豐蔚等.數字土著何以可能？一 一也談計算思維進入中小學信 息技術教育的必要性和可能性[J].中國電化教育，2016，（1）：2-8.

[23] Voon XP，Wong SL，etal.Developing pre-service teachers’computational thinking through experiential learning：hybridisation of plugged and unplugged approaches[J].Research and Practice in Technology Enhanced Learning， 2023，18：6.

[24][27][33]Olveira EC，CorreiaRC M，etal.A Computational Thinking Course forPre-service teachers[A]. Schreiter S.Proceedings of 2O22 IEEE Global Engineering Education Conference （EDUCON）[C].Piscataway，NJ： IEEE， 2022.1082-1088.

[25] Sabo H C，Odden T OB，Gregers TF.Challenges of preparing secondary STEM pre-service teachers in computational thinking[A].Brian w.Frank.Proceedings of the Physics Education Research Conference （PERC）[C]. Grand Rapids， MI：Physics Education Research Topical Group，2022.395-400.

[26]Jin Y，ZhaS.Weavecoding into K-5curriculaas newliteracies[J].Inforation Discovery and Delivery，2020，48（2）：49-66.

[28] Sands P，Yadav A，Good J. Computational thinking in K-12：In-service teacher perceptions of computational thinking[J].Computational thinking in the STEM disciplines：Foundations and research highlights，2O18：151-164.

[29]Candrawati E，Uliyandari M，et al.Profile of Computational Thinking Skills in Environmental Chemistry Courses for Prospective Science Teacher Students [J].JPPS（Jurnal Penelitian Pendidikan Sains），2022：152-165.

[30]SchinaD，Valls-Bautista C，et al.Anassociational study：Preschol teachers’ acceptance and self-efficacy towards Educational Robotics in a pre-service teachertraining programJ].InternationalJounalofEducational Technology in Higher Education，2021，18（1） ：1-20.

[31］桂小林，何欽銘等.新一代信息技術賦能的大學計算機課程體系與內容改 革[J].計算機教育，2022，（11）：20-24.

[34]王煒，李彥.微認證;重塑教師數字素養的新引擎- -來自美國的個案分 析[J].現代遠距離教育，2024，（4）：20-28.

[35]魏非，李樹培.微認證之認證規范開發;理念、框架與要領[J].中國電化教 育，2019，（12）：24-30.

[36]Bal 1 A，Alvarado Albertorio F，et al.Pre-service Teachers Computational Thinking（CT）and Pedagogical Growth ina Micro-credential：A Mixed Methods Study[J].TechTrends，2022，（3） ：468-482.

[37]Rajapakse Mohottige N U S，Bjerke A H，Andersen R. Teacher education as stakeholder：teacher educator perspectives on the integration of computational thinking into mathematicsandsciencecourses[J].TeachersandTeaching， 2024，30（4） ：437-451.

[39]Mouza C，Yang H，et al.Reseting educational technology coursework for preservice teachers： Acomputational thinking approach to the development of technological pedagogical content knowledge（TPACK）［J].Australasian Journal of Educational Technology，2017，33（3）：61-76.

作者簡介：

郭鋰：副教授，在讀博士，研究方向為計算思維教育、教師教育。胡欽太：教授，博士生導師，研究方向為教育技術學、智慧教育理論與應用。王妹莉：在讀博士，研究方向為教育數字化、智慧教育理論與應用。陳穎珊：教師，研究方向為教育數字化、智慧教育理論與應用。