国内K12计算思维教学研究现状分析

程瑜 王兴辉 莫永华

[摘 要]文章以CNKI数据库2014～2019年187条国内K12计算思维教学研究论文为研究对象，利用CiteSpace对其进行可视化分析。通过共引分析和共现分析，揭示了国内K12计算思维教学研究领域的发文量、发文期刊、关键词等，在此基础上揭示了国内K12计算思维教学研究前沿主题;分析了计算思维、核心素养、信息技术课程等研究热点。研究发现，虽然国内有关K12计算思维教学的文章数量在这几年呈线性增长，取得丰硕的成果，但同时也存在不够重视K12阶段计算思维教学、培养学生计算思维侧重于信息技术课程等不足，制约了K12计算思维教学进一步发展。针对现阶段存在的问题，提出了重视K12阶段的计算思维教学、加强师资与改变教学模式、探索跨学科培养计算思维等建议。

[关键词]K12;计算思维教学;CiteSpace;现状;建议

[中图分类号]G434 [文献标识码]A [文章编号]1008-7656（2021）04-0005-05

引言

计算思维是在计算机科学的基础概念上，解决问题、设计系统、理解人类行为的思维和能力[1]。近年来，随着计算机技术的快速发展，计算思维成为了学生应具备的基本素养和能力。计算思维是信息技术学科核心素养之一，培养学生的计算思维能力势在必行，培养K12阶段学生的计算思维能力主要是通过改变他们的思维方式，进而培养他们解决问题的能力。而目前对K12计算思维教学研究还存在一些不足，如不够重视K12阶段计算思维教学、培养学生计算思维侧重于信息技术课程等。为了更好地了解K12计算思维教学研究的热点和现状，本研究采用科学知识图谱方法、定性和定量分析法，利用CiteSpace软件对检索到的国内K12计算思维教学研究相关文献从整体研究趋势、文献期刊分布、研究热点等内容进行多方面的可视化分析，以探测K12计算思维教学研究的热点及发展趋势，为K12计算思维教学的后续研究提供参考和借鉴。

一、研究对象及分析工具

为了获得所需要的研究数据，本研究使用国内最大的资源平台“CNKI”中的高级检索功能，分别以“计算思维+教学+关键词（例如小学、初中、高中、中小学、中学、基础教育、K12）”进行主题高级检索，这样检索出来的文献比较有针对性，更有利于分析与总结国内K12阶段计算思维教学的现状，从而针对目前国内K12阶段计算思维教学研究存在的不足之处提出建议。本文所采用的主要分析工具是CiteSpace（5.6.R2版本）可视化分析软件，检索年限为2014～2019年，剔除与国内K12计算思维教学相关不大的文献，最后得到187篇文献作为研究样本。

二、研究发现与分析

（一）年度发文数量

下页图1显示了2014～2019年国内K12计算思维教学研究发表的文献数量情况，从每年发表文章数量可以看出，从2014年开始，国内K12计算思维教学研究相关的文章总体呈现上升的趋势，说明国内K12阶段计算思维教学关注度越来越高。2017～2018年增长迅速，到了2019年，国内有关K12阶段计算思维教学的文章已经达到了56篇之多。

每年发表文章数量增长快慢取决于外部和内部两方面的因素[1]。从外部因素来看，国内开始关注基础教育阶段计算思维的培养主要从2014年开始的，可能源于2014年6月学校计算机工作组对计算思维的定义、概念、框架进行了分析，为K12阶段的计算思维培养提供了理论指导[2]。从另外一个影响因素看，2014年12月，教育部全面啟动实施的《普通高中课程标准（实验）》修订工作，给计算思维研究提供了新的指导依据[3]。我国2017新版普通高中信息技术课程标准中，已将计算思维列为信息技术学科之核心素养[4]。由此可见，在K12阶段培养学生的计算思维能力是很有必要的，也是每一个教育工作者需要面对的新话题。而计算科学的核心思维方式则是计算思维，对中小学生计算思维能力的培养已经迫在眉睫，从而推动了更多的教育工作者去探究如何培养中小学生计算思维以及运用哪种教学模式，因此，这个时期文章发表的数量增长幅度也较大。

（二）文献期刊分布分析

为了解国内K12计算思维教学发文期刊与机构的情况，在中国知网选取了187篇研究样本进行统计分析。根据表1可知，在核心期刊发表的只有44篇，仅占24%，而普通期刊发表的143篇，占76%。根据国内K12阶段计算思维教学在国内的发展来看，核心期刊的发文量较少的原因：其一，对K12阶段计算思维教学的重视还有待加强;其二，国内K12阶段计算思维教学的发展受到许多因素的制约，比如K12阶段教育界自身的计算思维能力也需要提升。

（三）研究热点分析

关键词是文中最能体现全文中心思想的系列概念或词组，能够在一定程度上反映研究者的关注与焦点。在关键词共现图谱中，高频关键词至关重要，频次的高低反映研究的热点，中心性反映了重要性。该领域排名前20的关键词如表2所示。由此可见，出现频次和中心性较高的关键词是计算思维、核心素养、高中信息技术、信息技术课程、教学模式、教学设计、学科核心素养等，这说明了计算思维教学在发展过程中的变化。

如图2所示，在CiteSpace中进行聚类分析，可以了解到该领域的研究热点。聚类结果表明，“信息技术课程”“项目学习”“翻转课堂”“程序设计”“设计与开发”“教学改革”“案例设计”“算法思维能力”是国内K12计算思维教学研究的热点。

通过对研究热点进一步分析，发现国内K12计算思维教学研究的主要内容：教学模式研究，包括“项目学习”“翻转课堂”“案例设计”;信息技术课程研究，如“程序设计”“设计与开发”“算法思维能力”等，结合文献，下面对国内K12计算思维教学研究热点进行解读。

（1）教学模式研究

正在修订的高中信息技术课程标准明确了信息技术学科核心素养包括“信息意识”“信息社会责任”“数字化学习与创新”及“计算思维”等核心内容[5]，“计算思维”被列为新的核心内容。因此，有许多学者对K12计算思维教学模式进行了研究。蔡荣华、高薇认为，可以采用项目学习的教学模式培养学生的计算思维，项目学习是指学生在教师的引导下发现问题，解决问题，开展具有创新性的学习活动，项目学习要求学生积极主动参与问题，可以与他人合作，通过提出问题、讨论、观察、实验、分析、得出结论，学生彼此协作，项目学习提高了学生的元认知能力，创建了平等的学习环境[6]。吴宪辰、刘奎认为，高中人工智能课程宜采用基于问题学习（PBL）的教学模式培养学生的计算思维，PBL教学模式是基于问题的学习，与传统的教学模式不同，PBL教学模式是以学生为主体，以小组讨论的形式进行的，教师是引导，辅助与帮助学生，人工智能领域的教学正需要这种教学模式，教师提出问题，然后学生分析、解决问题，最终一起得出结论[7]。李应聪认为，运用问题求解策略的教学模式适合信息技术课堂，在信息技术课程中，教师不仅需要普及计算机科学概念，更需要培养学生体验计算思维求解问题的一般过程与方法，能够在实际问题中应用与迁移，教师应多鼓励学生思考可计算性问题，帮助学生逐步建构信息技术知识体系，并让学生主动探究和实施[8]。

（2）信息技术课程研究

随着我国课程改革的不断推进，越来越强调发展学生的核心素养。“计算思维”作为核心素养中新的内容，培养K12阶段学生的计算思维能力已经成为新的发展趋势，而在这其中必不可少的是计算思维的教学，如何培养学生的计算思维？如何提高教学？这仍需要进一步探索和实践，也是未来研究的方向和趋势。江荣娜、王观玉提出要将Scratch引入信息技术课程中，Scratch是一种可视化编程语言，它的特点是直观性强且充满趣味性，不需要编写代码，只需拖拽指令进行组合就能完成编程，在中小学阶段，学生的理性思维不足，但具有想象力和创造力，运用Scratch这个软件平台，不仅可以激发学生的学习兴趣，同时可以增强学生的创新意识，将这些知识转化为新知识与新技能，从而培养学生的计算思维，提高学生对实际问题的解决能力[9]。杨莉莉提出将核心素养这一理念有效地融入到Python的教学中[10]。王荣良教授发表《计算思维对中小学信息技术课程的影响初探》一文，阐述了计算思维的基本概念，提出在中小学开展计算思维教育对信息技术课程目标、内容、方法和可能产生的有益影响。此外，他在《计算思维教育》著作中，详细介绍了计算思维教育的教学原则：操作性与实践性相结合原则、直观性与思想性相结合原则、规整性与创造性原则，并在教学原则中展示相应的活动案例[11]。

三、结论与建议

（一）结论

文章借助CiteSpace分析工具，对国内2014～2019年K12阶段计算思维教学的研究成果进行了可视化分析，并梳理了国内K12计算思维教学的研究现状和研究热点。

1.K12阶段计算思维教学研究相关的文献从2014年开始总体呈现上升的趋势，但研究的内容在高等教育阶段比较多，K12阶段计算思维教学研究相对较少，这说明计算思维教学研究在K12阶段的应用有待进一步普及。

2.K12阶段计算思维教学研究核心期刊发表的文章数量较少，这说明计算思维教学研究成果的质量有待进一步提高。

3.计算思维教学研究的高频关键词有核心素养、高中信息技术、信息技术课程、教学模式、教学设计、学科核心素养等，这在一定程度上代表了国内K12阶段计算思维教学研究的关注点，通过对研究热点进一步分析，发现培养学生计算思维更多侧重于信息技术课程。

4.国内K12计算思维教学研究内容主要是教学模式研究与信息技术课程研究，这说明了计算思维研究由理论深入实践，从实践中探索出K12计算思维教学的有效途径。

（二）建议

通过对国内K12计算思维教学研究现状和研究热点的分析，K12阶段计算思维教学研究还有一些待解决的问题，以下是笔者根据国内K12计算思维教学现状统计分析的结果，提出的几点建议。

1.重视K12阶段的计算思维教学

关于计算思维的培养，我国2017版《普通高中信息技术课程标准》将计算思维纳入信息技术新的核心素养[12]。在信息社会，需要培养计算思维，计算思维需要从小培养，需要重视基础教育计算思维教学，K12阶段正是计算思维养成的时期，教师应抓住这一关键时期因材施教[13]。

2.加强师资与改变教学模式

目前，国内关于K12阶段计算思维教学培养学生计算思维的途径主要是通过中小学信息技术课程培养学生的计算思维[14]。计算思维教学不应该只限于Office、绘图绘画等工具的使用，而是要侧重于学生的思考和解决问题的能力。要注重使用App Inventor等工具，利用可视化的编程软件，进行多样化的编程教学。当前的计算思维教学还不够完善，应多采用项目式教学[15]，基于学生的真实情境的问题出发，将问题转化为计算机能够解决的问题模型，以此培养学生的计算思维能力[16]。

3.探索跨学科培养计算思维

计算思维的培养不能仅仅依靠信息技术课程来实现，在K12阶段计算思维教学应该注重与其他学科的融合与创新，教师在不断提高自身计算思维能力的同时，还应主动探索如何把计算思维运用到其他学科，培养学生在各个学科运用计算思维来解决问题的能力。

四、结语

计算思维的应用逐步像“阅读”“写作”“算术”一样广泛，计算思维已经成为教育界近年来关注的研究热点，学生计算思维的培养势在必行。然而，在梳理有关国内K12计算思维教学相关文献时发现，我国K12阶段计算思维教学研究相关文献较少，尤其是在不同教育阶段应该如何开展计算思维教学，还需要更多专家、学者对K12阶段进行计算思维教学的研究，共同促进计算思维教育在我国K12阶段的普及与发展。

[参考文献]

[1]薛涛.基于中国知网文献的计算思维教育研究现状分析[J].无线互联科技，2019（21）：151-153.

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[6]蔡荣华，高薇.基于项目学习的计算思维培养探究[J].中国教育技术装备，2019（5）：70-71+75.

[7]吴宪辰，刘奎.面向计算思维培养的高中人工智能课程PBL教学模式研究[J].中国现代教育装备，2020（10）：33-35.

[8]李应聪.基于计算思维的问题求解教学模式构建与探究——以初中信息技术图像采集为例[J].中国现代教育装备，2017（20）：49-52.

[9]江荣娜，王观玉.关于中小学信息技术教学改革的思考[J].电脑知识与技术，2020（23）：143-144.

[10]杨莉莉.基于学科核心素养的高中信息技术Python教学初探[J].装备维修技术，2020（2）：12-13.

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[12]王君.在初中信息技術教学中培养学生计算思维之初探[J].中国信息技术教育，2020（8）：57-58.

[13]王海艳，陈志，孙力娟.新型教学模式提升大学生计算思维能力研究[J].江苏高教，2017（6）：66-68.

[14]王荣良.信息技术课程中算法学习的价值探索[J].中国电化教育，2008（8）：79-81.

[15]聂赵育.中小学信息技术课中计算思维的培养策略分析[J].中小学电教，2018（6）：16-19.

[16]郑茜.信息技术教学中培养学生计算思维的策略研究[J].现代教育技术，2017（8）：121-123.

[作者简介]程瑜，南宁师范大学计算机与信息工程学院硕士研究生，研究方向：信息技术应用;王兴辉，广西开放大学校长，教授，博士，硕士研究生导师，研究方向：教育信息技术应用和理论研究;莫永华，南宁师范大学计算机与信息工程学院教授，硕士研究生导师，研究方向：教育技术基本理论、数字媒体技术。

[责任编辑 肖志明]