師范生計算思維能力發展的影響因素

中圖分類號：G652

文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2025.20.028

Influencing Factors of Computational Thinking Ability Development among Normal University Students

RENJiacheng，LIU Xuemin

（School of Educational Science， Jiamusi University， Jiamusi， Heilongjiang

AbstractWith therapid developmentofinformation technology，computational thinking has become an indispensable core competency for students.To explore the factorsthataffectthe developmentofcomputational thinkingability among normal university students，this article takes them as the research object and uses the Bebras Chalenge test and the Computational Thinking Scale （CTS）tool to investigate their creative thinking，algorithmic thinking，critical thinking， problem-solving，and cooperative leaming. The results indicate that problem-solving and cooperative leaming have a significant positive impact on students'computational thinking ability， whilecreative thinking，algorithmic thinking，and critical thinking have no significant impact on students' computational thinking ability.

Keywordscomputational thinking; normal university students; CTS

2015年，英國、瑞典等國家開始嘗試在多個學科的師范專業教育和中小學課程中引入“計算參與”（Computa-tionalParticipation）概念，使計算思維成為一種基礎的教育要素。2010年，《九校聯盟（C9）聯合發布的高校計算機基礎教學發展戰略聯合聲明》中，將“計算思維能力的培養”確立為高校計算機基礎教育的核心任務，許多學者都認為，當前正處于人工智能時代，必須關注學生計算思維的培養，以培育人工智能時代的高素質人才。因此，本研究聚焦師范生計算思維影響因素的探索，為提升師范生計算思維能力提供參考依據。

1相關概念界定

早在20世紀50年代，SeymourPapert教授首次提出計算思維，但均未界定計算思維的內涵[1。2019年，美國CSTA和ISTE認為，計算思維是結構化分析問題、構造抽象模型、設計或選擇最優算法方案的過程。本研究借鑒《普通高中信息技術課程標準》，將計算思維概括為是學生在設計實施問題解決方案的過程中產生的一系列復雜的思維活動。計算思維可以劃分為創造性思維、算法思維、批判性思維、問題解決和合作學習，以下就其中部分概念進行詳細說明。

1.1創造性思維

創造性思維從過程、特征、組成要素和能力等角度進行定義。從過程角度，1996年，劉二中提出創造性思維是一種獨特的思維活動。2013年，林崇德提出創造性是根據一定目的，運用一定已知信息，產生某種新穎、獨特的，有社會或個人價值的心理品質2。創造性思維是智力因素，有五個特點： ① 獨特性與新穎性。 ② 想象與構思。 ③ 突發性靈感。 ④ 分析思維和直覺思維的統一。 ⑤ 輻合思維和發散思維的統一[3。本研究認為創造性思維是思維活動的高級過程，是在解決問題的過程中，運用一定的已有知識，結合多種思維方式所產生的獨特的、新穎的、有創見性的思維活動。

1.2算法思維

算法思維的英文是“Algorithm”，早期是指阿拉伯數字的數學運算規則。從廣義上，2006年，Futschek提出算法思維是使用認知能力去理解和分析問題，采用一系列步驟以獲得合適的解決方法，再進行逐步優化，并找到替代步驟確保代替步驟的解決方法能夠得到滿足。2010年，Cooper等學者提出算法思維不是依賴于計算機和數學思維，而是依賴于人類的抽象化能力。從狹義上，2018年，祝智庭教授提出“算法思維是一種解決問題的過程性思維方式，也可以將算法思維認定為人機協同的思維形式”[4。本研究認為算法思維是人類在解決問題的過程中，有著清晰邏輯、有序步驟的一系列思維活動。

1.3批判性思維

批判性思維的英文是\"CriticalThinking”。2020年，我國一些學者將計算思維譯作為“審辨思維”，與“批判性思維”同義[5]，本研究所用的是直譯即批判性思維。認知心理學方法中出現的批判性思維的定義包括：2007年，Willingham提出看問題從正反兩面出發，對與自己相悖的觀點持開放態度，不輕易下結論，從而解決所面臨的問題。本研究認為批判性思維是一種高階思維，是反思性的一個過程。

2研究設計

2.1研究對象

本研究以在校師范生為研究對象，于2024年進行調查。采用線上問卷的形式，一共發放194份問卷，回收率為 100% 其中大一到大四分別占比 23.7%，35.1%，31.4% 9.8% 。男女生分別占比 44.3% 和 55.7% 。

2.2研究方法

文獻研究法是將收集到的文獻資料進行梳理和總結，從中提煉自己觀點的一種方法。本研究通過搜集鑒別和分析整理國內外相關文獻，了解計算思維的研究背景與現狀，獲得最新研究動態。針對師范生計算思維不足的情況，本研究在總結前人研究成果的基礎上，明確提出應加強計算思維的培養，為后續研究提供強有力的支撐。

問卷調查法指研究者采用設計調查問卷的形式進行調查，從被試者那里獲得信息、征求意見而采取的辦法。本研究的問卷調查主要用于測量師范生計算思維，結合計算思維量表和已有研究的計算思維問卷制定本研究所需的計算思維問卷。該問卷一共分為兩個部分，第一部分為問題維度測試題；第二部分為Bebras挑戰賽，以了解目前師范生計算思維培養現狀。

統計分析法：使用SPSS27.0對問卷數據進行處理，采用描述性統計分析、相關分析、回歸分析和信效度分析考查師范生計算思維發展情況及其影響因素。

2.3研究工具

Bebras挑戰賽測試計算思維測試題：2004年，ValentinaDagiene教授提出Bebras計算機挑戰賽，其目的是培養學生對計算機科學的興趣。本研究借鑒14一16歲、16－18歲兩個維度的習題對在校大學生進行測試。該習題分為單選題與多選題，難易程度按A、B、C劃分，難度逐題遞增。共10題，滿分100分，限時20分鐘。

計算思維量表：針對計算思維不同的定義，國內外學者研發了一系列不同測試維度的評估工具。Korkmaz等學者根據ISTE對計算思維的理論框架分析，開發了具有5個因子29個測量指標的計算思維量表（CTS）。同時，為了更好地體現師范生計算思維的現狀，量表加入相關題目，如“您對計算思維素養了解嗎？”“您認為計算思維僅僅是計算機科學的概念嗎？\"等問題。該量表共39題，1-5題是基本信息，第6題開始采用李克特量表從“非常不認同”到“非常認同”，采用1一5計分。維度劃分從創造性思維、算法思維、批判性思維、問題解決和合作學習出發。

3研究結果與討論

3.1信效度分析

使用SPSS軟件對師范生計算思維培養的影響因素數據進行信效度分析，以此表明量表所得結果的可靠性和有效性。本問卷采用Cronbach'sAlpha系數來考查問卷的信度。創造性思維8題a系數（0.951），算法思維6題a系數（0.889），批判性思維5題α系數（0.924），問題解決6題α系數（0.936），合作學習4題α系數（0.910）。5個維度共29題Cronbachα均達0.8以上，總體為0.9，信度良好。KMO值均在0.8以上，Bartlett的球形度檢驗顯著 （Plt;0.001） ，反映出效度較好，問卷適合進行因子分析。

3.2計算思維水平的描述性統計分析

計算思維測試題描述性統計分析結果表明（滿分100）：整體樣本中，師范生的計算思維最低分為22，最高分為100，60分以下 （M-42.43，SD-8.94），60-80 分 （M=68.03，SD=6.18） ，80-100分 （M=91.6，SD=6.84） ，樣本表明師范生計算思維較低，上升空間較大。同時，挑戰賽 （M=46.04，SD=13.54） ，創造性思維 （M=29.64，SD=8.49） ，算法思維 （M=21.54 ，SD=5.91），批判性思維（M=16.92， $S _ { ? } ＼mathrm { ? - } 5 . 1 5 ? ? ^ { }$ ，問題解決（M=20.38，SD-6.22），合作學習（M=13.44，SD=4.678）。

3.3各個維度自變量與因變量Bebras挑戰賽得分的相關 分析

本研究采用皮爾遜積差相關分析方法，分析結果顯示：學生的批判性思維、問題解決、合作學習與計算思維測試題（Bebras挑戰賽得分）顯著正相關 （r-0.189，Plt;0.001 ·r=0.271，Plt;0.001;r=0.287，Plt;0.001） ，而創造性思維、算法思維與因變量計算思維的相關性不顯著。

3.4各個維度與Bebras挑戰賽的回歸分析

國際教育技術協會（ISTE）制定的“21世紀學生標準”包括創造性思維、算法思維、批判性思維、問題解決和合作學習5部分。為此本研究將創造性思維、算法思維、批判性思維、問題解決、合作學習作為自變量，把Bebras挑戰賽測試題作為因變量。采用多元線性回歸分析（見表1），結果顯示，問題解決 （β=0.370，Plt;0.05） 、合作學習（β=0.573，Plt;0.05） 對學生計算思維具有顯著的正向影響，而批判性思維對學生計算思維的影響并不顯著。計算思維能力的回歸方程： Y=0.173x₁+0.37x₂+0.573x₃+27.874 。

4結語

師范生的計算思維能力關乎未來教育的發展，因此應加強對師范生計算思維發展的研究。本研究基于師范生計算思維數據的調查結果，對師范生創造性思維、算法思維、批判性思維、問題解決、合作學習與挑戰賽進行相關性分析和回歸分析，探索學生已有創造性思維、算法思維、批判性思維、問題解決和合作學習對Bebras挑戰賽的影響。研究發現，學生的性別、高中文理科和年級對其計算思維測試的影響并不顯著。學生的問題解決、合作學習能力對學生的計算思維能力具有顯著的正向影響，而創造性思維、算法思維和批判性思維對學生的計算思維影響不顯著。因此應加強培養學生的創造性思維、算法思維和批判性思維，從而進一步提升學生的計算思維水平。如何提高師范生的創造性思維、算法思維、批判性思維，是需要進一步深入研究的問題。

未來的研究可從以下幾個方面展開：一是對促進師范生計算思維發展的課程設置與教學方法進行深入探討，以期找到更加高效的發展策略。如何設計更多基于問題解決與合作學習的教學活動來激勵學生主動參與，使其計算思維能力在實踐活動中得到鍛煉與促進。二是進一步檢驗不同背景和專業的學生其計算思維發展的差異性，從而為個性化培養方案的開發奠定基礎。另外，應更加注重計算思維等學科素養的培養，并探索采用跨學科教學及實踐活動以促進學生全面發展。三是在人工智能與大數據技術日益發展的背景下，如何利用這些先進技術輔助師范生計算思維的培養也是未來進一步研究的方向。

*通信作者：劉學敏

? 基金項目：省教育科學“十四五”規劃2022年重點課題“面向深度學習的‘線上線下'混合式教學模式構建與應用效果研究\"（GJB1422676）；2021年度大學教育教學改革研究項目“專業認證視角下的教育教學質量評價與持續改進機制研究”（ZYRZ2021-07）。

參考文獻

[1]Seymour Papert.Mindstorms;Children，Computer，and PowerfulIdeas[M].NewYork：BasicBooks，1980：285-286.

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[6] KORKMAZo，CAKIRR，oZDENM.A validity and reliability studyofthe Computation-al Thinking Scales[J].Computers in Human Be-haviours，2017（72）：558-569.