国外高利害性考试中计算思维的评价研究

刘 炼

（上海市上海中学，上海 200231）

近年来，一些国家和国际课程组织开始围绕计算思维的概念，重组各自的信息技术或计算机科学类课程，形成了以计算思维培养为核心的信息技术课程内容体系与评价体系。我国《普通高中信息技术课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称信息技术新课标）也将计算思维视作学科核心素养之一。如何清晰地界定“计算思维”这一较为抽象的概念，并在评价中明确指向这一学科核心素养目标，将是信息技术新课程实施的重要问题。本文选取英国A-level（Oxford Cambridge and RSA版，简称OCR）、美国进阶先修项目（Advanced Placement，简称AP）、国际文凭项目（International Baccalaureate Diploma Program，简称IBDP）三类课程体系的计算机科学高利害性考试为研究对象，分析国外主要高利害性考试课程体系中计算机科学课程的计算思维的评价方式，以期为我国高中信息技术新课程的评价实施提供参考。

一、国外高利害性考试中的计算思维概览

高利害考试一般指会给参与者带来重要影响的考试评价。①李欣：《美国高利害测验项目解析》，《外国教育研究》2012年第7期，第87-94页。本文所选取的三大课程体系中的计算机科学课程考试，是英国、美国以及国际学校课程体系中具有代表性的，对于学生的升学具有重要作用的高利害性考试。其中，A-level考试可以看作英国大学的选拔考试，英国是由不同考试局设计不同版本的课程和考试，本文选择的是面向英国本土的OCR考试局课程；AP成绩是帮助学生申请美国大学的重要条件，由美国大学委员会（College Board）组织考试；IBDP的计算机科学考试结果则被世界上多数国家的大学认可，由总部设在欧洲的国际文凭组织提供。而我国高中信息技术课程同样决定学生是否能够合格从高中毕业或是否能够达到大学录取要求。因此，分析国外计算机科学高利害性考试中的计算思维评价，对于我国高中信息技术新课程实施具有重要价值。

2011年前后，上述三个项目的计算机科学课程开始围绕计算思维概念的课程重构。一方面，着力于重构课程目标，课程目标的重构必将带来课程内容和评价等一系列变革。A-level和IBDP课程改写了各自的教学目标，A-Level计算机科学教学的首要目标是“发展计算思维技能”，课程的首要核心概念也是计算思维；IBDP计算机科学则申明“本课程以计算思维为基础”；而AP则在保留原计算机科学课程的基础上，试点并正式开设新的“计算机科学原理”课程，将“计算思维实践”作为课程培养学生的能力目标。另一方面，三个项目都在推动计算机科学课程的地位变化。由于计算思维概念的提出，原本仅在学科领域出现的思维可以拓展到更加大众的一般领域。①Berland M，Wilensky U：“Comparing Virtual and Physical Robotics Environments for Supporting Complex Systems and Computational Thinking”，Journal of Science Education and Technology，Vol.24，no.5（2015），pp.628-647.其中，IBDP的做法最为大胆，将计算机科学课程并入自然科学一组，学生选择计算机科学课程就可以满足科学组的选学目标，而无须选择物理、化学等科目。②International Baccalaureate Organization：Computer Science Curriculum Review Report 2009，载IB组织官网：https：//resources.ibo.org/data/d_5_comsc_crr_0901_1_e.pdf，最后登录日期：2022年3月15日。这样的尝试进一步提高了其评价的利害性，同时也充分显示计算思维在其课程体系中的重要性。

二、国外高利害性考试课程中计算思维评价设定

从高利害性考试的角度出发，首先，要对“计算思维”这一课程核心目标和核心概念进行明确的界定，形成一系列可测的、具体的概念、技能和实践。其次，从核心概念的界定出发，三类课程体系的计算机科学课程为计算思维的评价设定了相应的评价结构。而一个成功的评价结构需要关注评价目标、评价形式及其与概念本身的匹配性。

1.计算思维概念的界定

A-level、IBDP、AP课程体系中的计算机科学对计算思维的界定主要有三个层面，如图1所示。这三个层面是为了较为方便地开展教学和评价过程而对这一素养目标进行的解构，它们之间存在关联性，如图1中虚线所示，不同层面的思维能力或技能也服务于其他层面的问题解决。

图1 计算机思维的界定

从问题解决的视角出发，自下至上的分析可知：层面三聚焦的是对一个结构相对清楚、边界相对明晰的具体问题的算法解决方案；层面二则关注一个复杂的、综合性问题的整体解决方案，这个问题通常是结构不良的，需要在抽象、模式匹配、具体计算方法和工具取舍等方面做大量的决策，也常常要采用多种手段收集数据和信息，以便做出良好的判断；层面一更加关注一般性、跨领域的问题，不一定借助计算机，而是应用计算思维来解决问题，强调把握与应用计算思维的本质。从层面三到层面一，计算思维的应用场景逐步扩增，不仅体现计算思维应用的广泛性，也呈现出其超越狭义学科领域的可迁移的特性。这样的计算思维特征需要在后续的评价结构中得到体现。

2.评价目标的设定

计算思维是一种高阶的思维。高阶思维的评价需要与之匹配的评价手段，相关的三个关键问题是测试题是否达到高阶、测试形式是否诱发高阶思维、评分有没有区分高阶思维表现。①汪茂华：《高阶思维能力评价研究》，华东师范大学博士学位论文，2018年，第42页。为确保最终达成对高阶思维的检测和评价，首先要依据计算思维的特征对命题、评分标准指向的评价目标进行重构，体现高阶思维评价的特征。

A-Level计算机科学的评价目标分为三个级别：第一级为展示对包括抽象、逻辑、算法和数据表示等原理和概念的知识和理解；第二级为应用上述理解，包括从计算的角度分析问题；第三级为设计、开发和评估能解决问题的计算机系统，对其进行合理的判断并得出结论。显著的特征是评价目标中对于构成一般测试中基础部分的“识记”环节涉及不多，起点主要是展示对概念的理解。而第二级与第三级则更加关注与高阶思维有关的认知过程，即应用、分析、设计、编写（程序）、评估、判断、总结。在最终评价中，一至三级目标在命题中分别占比35%、30%、35%，由此可见，65%的命题可以符合高阶思维评价的需要。

IBDP计算机科学设计了类似的评估目标层级，并在三级的基础上增加了一项与思维观念和问题解决综合能力表现有关的目标：一方面，在开发指定产品的过程中，展示个人的合作和毅力技能，以及有效解决问题的技术、技能；另一方面，其大纲明确给出在命题中会使用的“指令术语（command terms）”，例如，第三级的指令术语包括分析、评估、证明、预测、对比、推断、何种程度（to what extent）等。学生要熟悉这些指令术语，并了解如何在答题中回应相应指令术语的要求。指令术语的使用有助于基于证据的评价过程以及相关评价标准的制定，且反映对高阶思维评测的指向。

AP计算机科学原理则将六个计算思维实践技能一一转换成具体技能，并作为学习目标，和具体的内容相结合。这些学习目标同时也作为评价目标，虽然没有清晰划分层级，但大部分目标使用了“解释”“设计”“评估”“应用”来表述，也呈现出评价高阶思维技能的特征。

3.评价形式的设定

三大类课程体系的计算机科学高利害性考试评价都采用了书面考试和非考试的表现性评价相结合的方式。其中，AP课程的书面考试全部为选择题，其他两门课程则采用了主观题形式。不论具体的题型，题目主要呈现两种形式：一是题目没有详细情境的描述，以问题简单引入后，直接测试考生对知识或技能的理解与掌握，例如对程序控制结构的考查，偏向高阶思维中的微观维度。二是提供具有一定真实性的、生活化的任务或者情境。此类情境通常有一定的复杂度，因此，在一个情境下可以产生多个问题，形成一系列问题解决的场景。A-Level课程和IBDP课程采用此类综合性的主观性试题比重较大，基本都由情境引出问题。而采用选择题的AP则受到一定程度的限制，依据大纲和样题描述，在总数70道选择题中，提供复杂情境的试题约占7%，提供简单情境的试题约占25%左右。由于问题解决通常基于情境，因此，主观性试题在评价问题解决能力方面具备比较显著的优势。

综合性的主观性试题中有考查微观编程技能的部分，例如对循环结构的掌握、对数组的使用等。但更多的是从“问题解决”角度考查计算思维的综合应用，即试题要让学习者针对问题做出一系列相互关联的决策，学习者要调动计算思维分析问题，并在算法选择、数据结构选择、输入输出形式等方面进行比较、评估、决策。同时，学生思维的表达形式可以多元化，不一定要最终形成程序、算法，可以用结构化的自然语言、流程图、伪代码等多种形式描述。这样的方式不但可以使学生熟悉不同的解决方案的表达方式，而且可以更加专注于计算思维的运用。

表现性评价通常要求学生在真实情境或模拟情境中，运用先前所获得的知识完成某项任务或解决某个问题，以考查综合、复杂能力的发展状况。②赵德成：《表现性评价：历史、实践及未来》，《课程·教材·教法》2013年第2期，第97-103页。要考查计算思维这样综合的、高阶的思维能力，表现性评价是比较适合的手段。三门课程采用的表现性评价项目，分别是A-Level的“编程项目”、AP的“创新表现任务”和IBDP的“内部评价”，占最终得分的比例分别是20%、30%、20%。具体表现为，学生自主选择一个计算问题或来自最终客户的一项需求，完成问题分析、设计解决方案、开发与测试、评估等环节。此外，学生需要提交完整的项目与文档，并在文档中提供充足的证据材料，例如和最终用户的交流记录、分析的过程、运行的效果截图或执行过程的视频文件、相关源程序代码等。AP还要求学生在计划、设计、编码与测试阶段和另外一名学生合作，但每位学生要独立完成文档、视频的制作。A-Level和IBDP均采用了调节机制：先由教师评分，再由考试机构随机抽样评分，并对此教师所有学生同比例调整分数。而AP则是要求全体学生按照评价规定的数字档案袋方式提交自己的作品，最后由考试主管机构统一评价。

在这些任务中，编程所需的技巧和算法并不局限于课堂中所学的部分，例如用户界面编程，以及一些特别的算法或者工具、库的使用均不包括在大纲中，但这些对于问题解决却非常必要。因此，学生需要在教师的支持下广泛探索和自主学习，来获取必要的技巧。对三门课程的表现性任务而言，使用何种算法不是考试的重点，形成符合需要的产品才是关键，考试关注的是问题解决的全过程。另外，学生在完成自选的项目设计过程中，还需要和最终用户、教师或同伴等进行交流或合作。若要正确地理解问题、界定问题和解决问题，交流与合作的能力必不可少，而评价可以推动相关能力的发展，并为计算思维能力的发展与实践提供更好的基础。

4.评价设定与计算思维界定匹配

在考查计算思维中具体一个思维概念时，清晰界定计算思维并将其分为不同层面，可以让评价具有更加明确的指向性。以“抽象”这一思维概念为例，可以分别在三个层面上对于这一核心概念的应用进行评价，三门课程的解决方案是通过设定不同的情境以匹配三个层面不同的问题解决需要。例如，以“地图为多种组件构成的一种抽象”“对于现实问题，消除不必要的细节，界定问题并抽象，以进一步开发计算解决方案”“堆栈是一种抽象的数据结构”三种情境引出同一概念在不同类型的问题解决的应用，为迁移知识的核心能力评价提供了可能。

由此，可以总结出三大类课程体系中计算机科学课程具有共性的计算思维评价结构，如图2所示。从界定生成的三类“情境”和“评价目标”“评价形式”共同形成多种形式的结合，就可以生成多样的计算思维评价维度，从而使这一具有丰富内涵的素养目标在评价中得到全方位的检验。

图2 计算思维评价结构

三、对我国高中信息技术新课程计算思维评价的启示

计算思维作为计算机类课程核心素养的组成部分，已经在全世界基础教育领域达成共识。要充分地完成培养目标，将课程的教学范式从知识传授转向高阶思维和核心素养培育，则要充分发挥评价的引导作用，利用精准设计的评价促使教学方式的改变。自2011年至今，以IBDP、A-level和AP等课程为代表的国外高中计算机科学课程已经在这方面做了探索，将计算思维这一概念作为课程的核心，评价体系也与之相匹配。其具体做法对我国信息技术课程的计算思维素养评价有一定的参考意义。

1.对计算思维做出明晰的界定

信息技术新课标对计算思维概念做了描述，指出“计算思维是指个体运用计算机科学领域的思想方法，在形成问题解决方案过程中产生的一系列思维活动”①中华人民共和国教育部：《普通高中信息技术课程标准（2017年版2020年修订）》，人民教育出版社2018年版，第6页。，同时指明具备计算思维的学生的能力特征。在进入评价环节之前，可以借鉴上述三类课程体系的做法，对计算思维的概念、能力、实践等方面做出清晰的描述。界定清晰后，计算思维在教学与评价中的脉络更加鲜明，不仅仅停留在概念或能力特征等理论层面，而是进入教学与评价的具体内容与实际操作层面，亦便于发挥评价的指挥棒作用，学科的目标就有了落实的基础。

2.多层次评估学生的计算思维能力

多层次评估计算思维有两个含义：第一，多类型情境中的迁移。迁移性是思维能力发展的重点，因此，要依据对计算思维多层次的界定，设计与之对应的甚至是综合性的情境，不仅考查学生在同类问题中迁移应用的能力，而且考查其跨越情境实现有效的迁移的能力。对于计算思维而言，它反映的是计算机科学的核心概念与思想，但是它的应用却不局限于计算机科学领域。其概念和独特的思维方法亦可用于其他领域的问题求解，也可以用于日常生活中对一般事物运行规律的理解。有学者认为，常见的评价方式，未考虑在非编程活动的情况下计算思维水平会存在差异②张进宝：《计算思维教育：概念演变与面临的挑战》，《现代远程教育研究》2019年第31期，第89-101页。，缺乏一般通用的、脱离编程的计算思维评价工具，③刘敏娜，张倩苇：《国外计算思维教育研究进展》，《开放教育研究》2018年第24期，第41-53页。而A-Level、IBDP等课程在此方面则做出尝试。因此，信息技术课程需要将“思维”单独抽离出来，放置于不同情境中进行教学和评估，而不是继续隐藏在知识体系中无法评估，只能意会而不能言传，只能内化而不能外显。跳出常规的编程场景，评估计算思维的实际使用，则更加有利于计算思维作为通用型思维技能的发展。

第二，问题解决中综合思维过程的考查。对于计算思维这样多元、综合的思维能力的评价，必然要从问题解决出发。和三大类课程体系中计算机科学一样，普通高中信息技术新课程标准也同样强调问题解决能力。那么在计算思维的评价中，要将问题解决能力的评价和代码编写的评价区分开来。究其根本，编码只是复杂的、综合性问题解决中的一环。编程、实现算法不能和问题解决画等号，过度考核编程语言的语法则更不适宜。在制定计算方案的过程中，问题的界定、分析、表征、识别、设计、评估等环节包含更加丰富的计算思维能力应用场景，需要以不同的形式进行评价。

3.使用多元化的评价手段

当教学从以知识为中心的范式转换到追求形成“真实性学力”④钟启泉：《学科教学的发展及其课题：把握“学科素养”的一个视角》，《全球教育展望》2017年第46期，第11-23页，第46页。的基于核心素养的教学，评价除了在目标上指向计算思维的发展，具体的评价形式也必须匹配素养目标的内在要求，以更加有效的方式评价真实性学力。国外课程在终结性评价整体框架设计方面有可借鉴之处。

第一，表现性评价的应用。测量学生于复杂任务中的综合能力、高阶认知能力和计算思维，表现性评价具有较好的契合性。同时，计算机科学或信息技术作为一门实践性极强的学科，国外课程所采用的表现性评价方式不仅仅可以开展综合能力的评估，也体现了基于项目学习、档案袋评价等现代教育理念和实践的要求。当然，采用如此的评价形式对于整个评价系统、学校、教师、教育管理部门都是非常大的挑战，同时，表现性评价需要的时长和相应的编程基础对教学安排的要求也很高。

第二，主观性试题的综合使用。除了AP课程，其他两门课程都采用了主观性试题。即使对比AP，亦可发现包含情境的、综合性的主观性试题所覆盖的计算思维应用场景，在复杂度上要高于客观性试题。学生在解答主观性试题时，不仅要理解问题、分析问题、解决问题，还常常要呈现自己的思考过程。对于培养计算思维这样的核心素养和综合能力而言，评价思维的过程要优于评价思维的结果。由此可见，随着我国信息技术教学和评价转向以核心素养为目标，客观性试题的局限性和主观性试题的优势需要得到再次审视和反思。

综上所述，计算思维作为一种重要的问题解决思维方法，不仅改变了计算机相关学科的内容组织形式、教学形式，也改变了计算机科学课程在国外基础教育阶段的地位，逐渐被视作一种通用性的科学学科。通过对国外高中阶段高利害性考试中计算思维评价的方式进行分析，得出需要将计算思维在内容和实践层面有更加明晰的界定，对思维能力、思维过程的应用划分不同层次，以多元化的形式和手段全面、综合地考查计算思维。本文希望可以为发展我国高中信息技术课程的评价起到借鉴作用，并借此推动教学范式的转变，落实素养培育目标。