2024年10期
计算思维融入义务教育的欧盟经验： 内在机理、发展趋势与实践样态
【关键词】 ；
【正文】 摘 要：2022年3月，欧盟委员会联合研究中心发布《义务教育计算思维研究报告》强调计算思维作为发展人工智能的关键技能，是人才培养和教育教学工作的重要内容。计算思维技能培养融入欧盟义务教育的现状如何？计算思维技能在欧盟是如何开展教学和评估的？如何改善和提升欧盟的计算思维教育？通过重新审思计算思维融入义务教育的内在机理，深度解读计算思维融入欧盟义务教育的实践样态、现实挑战和未来趋势，以期为中国的义务教育数字化转型提供方向与思路。
关键词：欧盟；计算思维；义务教育；数字教育
2022年4月国家发布的《义务教育信息科技课程标准》将“计算思维”作为培养学生的四个核心素养（即，信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任）之一，强调运用计算思维解决现实数字生活情境中具体问题的重要性。计算思维作为发展人工智能的基础思维和关键技能，对于人才培养和社会发展至关重要。随着互联网+、大数据等新兴信息技术发展，计算思维及其培养受到国内外的广泛关注。
欧盟委员会联合研究中心（European commission's Joint Research Centre，以下简称：JRC）于2022年3月3日发布的《义务教育计算思维研究报告》（Reviewing Computational Thinking in Compulsory Education）（以下简称《2022计算思维报告》），旨在策应后疫情时代，欧洲社会“构建数字教育新生态、提升数字技能、实现数字化转型，建设高质量、包容性和无障碍的数字教育新高地”的战略契机，并对JRC 2016年发布的欧盟“首个计算思维报告”——《在义务教育中培养计算思维：对政策和实践的影响》（以下简称《2016计算思维报告》）的研究结果提供新的数据支撑，从而为欧洲义务教育数字化转型提供了路径参考。
一、《义务教育计算思维研究报告》（2022）的出台背景
（一）时代背景：疫情危机下数字化教育转型的挑战
2022年《联合国教科文组织中期战略（2022—2029年）》报告指出，新冠肺炎疫情在全球教育领域引发了空前巨震，造成了严重的教育中断，在高峰时段剥夺了近16亿学习者的受教育机会，令大约2400万名学习者面临辍学风险，其影响可能造成一场“一代人的灾难”。疫情危机催生了数字技术应用的转折点，加剧了欧洲数字教育的不平等、边缘化和排斥，加速了欧洲社会互动的数字化，重塑了欧洲社会和经济结构。为增强欧洲教育系统的复原力，使欧洲教育在新冠危机中尽快复苏并“重建得更好”，欧盟JRC发布了《2022计算思维报告》，旨在通过推进计算思维融入义务教育，策应后疫情时代欧洲社会“构建数字教育新生态、提升数字技能和能力”的战略契机。
（二）政策背景：助力欧洲《数字教育行动计划（2021—2027）》
为解决欧盟各成员国之间数字教育不均衡、教师数字素养薄弱、不同人群之间数据鸿沟加剧、疫情期间紧急启用大规模在线教育引发的种种问题，2020年9月，欧盟委员会继《数字教育行动计划（2018-2020年）》后，再次发布《数字教育行动计划（2021-2027 年）》，提出了欧洲数字教育时代的两大战略重点：分别是“促进高性能数字教育生态系统的发展”与“提高欧洲全体公民应对数字化转型的数字技能和能力”。该计划提出要为欧洲所有学生提供高质量的“计算教育和信息技术教育”，实施计算思维教育是“提升欧洲公民数字化技能和能力”的战略重点之一，从基础教育阶段开始引入计算机科学教育被认为是欧洲社会和经济数字化转型的关键推动力。《2022计算思维报告》的出台正是对《数字教育行动计划（2021-2027年）》的策应和有力支撑。
二、框架基础：《在义务教育中培养计算思维：对政策和实践的影响》（2016）
为了解CT是如何被感知、理解和融入欧洲及其它地区的义务教育的最新情况，JRC于2021年4月至12月进行了为期7个月的调查。调研目标是阐明以下四个问题：1.CT技能融入欧盟义务教育的现状如何？2.CT与相关概念（计算机科学、编程和计算）有何区别？3.CT技能是如何被教学和评估的？4.如何改善欧盟的CT教育？
2016年，欧盟发布《2016计算思维报告》，全面概述了学生的计算思维（Computational Thinking，以下简称：CT）能力，剖析了CT教育的定义和框架，旨在理解计算思维教育的核心概念和属性及其在推动义务教育发展中的潜力。《2022报告》以《2016报告》为框架基础，重点关注“巩固理解、全面融合、系统推进及政策支持”四个领域，并设计了更为具体，更具实操性和前瞻性的“欧盟计算思维融入义务教育”建议框架图（见图1）。为使CT全面融入义务教育，首先要建立对CT技能和21世纪技能间的关系的共同理解。2016年报告提出建立对“什么是计算思维的理解”，以及澄清了计算思维和数字能力之间的重叠和区别；2022年则明确强调，数智时代，计算思维已演变成为21世纪必备的“5C”基本技能之一（即批判性思维、创造力、协作、沟通能力和计算思维）；其次，2016年报告开始思考CT如何成为学生解决问题的新技能，表达了将CT教学与义务教育全面融合的愿景，而2022年则更加具体阐明了CT技能融入义务教育课程的策略；再次，2016年提出应为CT教师提供相关的支持，而2022年则明确提出“要强化教师CT专业教学能力的培训，系统推进教师计算思维素养的提升”；最后，两份报告都提到借助监测系统和分析策略来评估CT教学改革的影响力及可持续性，2022年报告还关注了优质CT教育中的性别平等、公平性和包容性等问题。
图1： 欧盟计算思维融入义务教育政策建议框架图（2022年）
来源：基于《义务教育计算思维研究》P83-88整理
三、审思：计算思维的内在机理
（一）计算思维的内涵
2006年3月，美国卡内基·梅隆大学的周以真教授在国际权威期刊《美国计算机协会通讯》首次提出“CT”的定义，此后“计算思维”研究迅速引起学界的广泛关注。《2022计算思维报告》指出，学界关于CT的定义主要有以下几种：
1. CT被理解为一种思维方式，用于识别适用计算公式的真实世界问题，并用于开发可由计算代理（如计算机和机器人）处理和执行的解决方案的思维方式；2.CT是一种解决问题的思维过程；
3.CT是一种思维技能，即利用算法解决各种环境和学科中的“真实问题”的可转移和应用的思维技能。真实问题可以是：解决计算机科学和编程等特定领域的问题， 或者解决日常生活通用领域中的一般问题。
基于报告文献梳理，发现学界对CT内涵的理解主要有以下几方面：
1. 主要呈现三种理解维度：问题解决视角，强调CT的功能性；计算机科学视角，强调工具性和专业技能；思维过程视角，强调程序化的思维过程。
2. 无论哪种理解维度，都强调了CT“解决问题”的能力特征：即CT是指以计算机（人或机器）可以有效执行的方式提出问题并表达其解决方案的思维过程。
3. 强调CT不是像“计算机”一样思考，而是像“计算机科学家”一样思考，以计算机科学基本思想的思维方式，更好地理解和分析复杂问题，形成具有概念化、模块化、抽象化、系统化等计算特征的问题解决方案。
4. 计算思维不是“计算机科学家”独有，未来CT将成为数智时代人人必备的跟阅读、写作、算术一样的基本技能，普适计算之于今天就如“计算思维”之于明天。
5. 计算思维可以转移到其他专业和科学领域，有助于发展元认知技能，这种理解具有更广泛的横向维度。
（二） 计算思维的技能特征
《2022计算思维报告》指出，很多关于CT的研究，都围绕着CT的“编程技能”特征进行。编程和计算思维是紧密交织，双重关联的。编程是计算思维的重要组成部分，它使计算思维的概念变得更具体，编程教育成为促进计算思维能力提升的有效途径。CT和编程技能相关与否取决于解决问题的“具体情境”，即，在解决计算机科学的问题研究中，对CT的编程技能特征更重视；而在解决其他通用领域的问题，CT的其他技能特征（创造性解决问题的思维能力、逻辑推理、抽象、概括、数据分析、系统性的思考）的作用更为突出。
基于文献回顾和案例调研，报告梳理了当前计算思维的主要技能特征
表1 计算思维的技能特征
（三） 计算思维和计算、计算机科学之间的关系
计算思维这一概念最早是由麻省理工学院（MIT）的Seymour Papert教授在1996年提出的，后经美国卡内基梅隆大学（CMU）的周以真（Jeannette M.Wing）推广而受到学界广泛关注。《2022报告》对计算思维、计算机科学和计算的关系进行了阐释。报告指出，“计算”是利用计算方法、模型或系统的任何活动或研究领域，如信息管理、计算机工程、人工智能、数据科学、娱乐媒体等；“计算机科学”是一门涵盖诸如算法、数据结构、编程、系统架构、设计和问题解决等原理的科学学科。“计算思维”是一种运用计算机科学的基本概念、特征和原理来解决问题、设计系统和理解人类行为的方法。
2021年12月，美国“数字承诺”发布《包容性世界的计算思维》报告，提出了一个“计算机科学、计算思维和计算”三者关系图（见图2 ）。据图所示，“计算思维”和“计算机科学”都是“计算”的重要组成部分，两者都包含在“计算”里面；“计算思维”作为一种概念工具（如：编程、编码、算法）的提出，促进了计算机科学/信息学与普通教育之间的对话，更是一种增强和支持更复杂的特定学科发展和跨学科理解的新方式，编程包含在“计算机科学”里面；计算思维和计算机科学之间、计算思维和编程之间存在一定的交集。
图2 计算机科学、计算思维和计算三者关系图
四、剖析：CT融入义务教育的实践样态
（一）跨学科融合：欧盟CT教学实施概况
欧洲义务教育时间平均为10年，涉及6至16岁的学生。为了解义务教育CT教学的实践情况，《2022报告》基于多案例研究法，开展了3个多案例研究（见表2）。
表2 欧洲CT教学融入义务教育的实践案例
来源：根据《2022年报告》P20-21，P56-63整理编制
（二）欧盟CT教学有效融入义务教育的影响因素分析
报告指出，影响义务教育阶段CT教学实施的主要因素有以下三个：
1.与CT融入义务教育的方法有关；（1）小学阶段各国都综合运用了上述3种方法开展CT教学；（2）初中阶段，各国主要运用方法2和方法3进行CT教学；（3）CT技能教学先要在某一特定学科框架下开展教学，之后才能扩展应用于其他学科。例如，在立陶宛和斯洛伐克，CT 技能首先在“信息学”中培养，在挪威，CT 技能最初是作为“数学”的一部分进行教学，然后才跨学科应用。
2.与培养CT技能的教学课时总数有关：（1）欧盟大部分国家的课程指南只规定了不同科目的教学总学时，CT技能教学统整在其他科目（如数学和技术）中教学，即CT教学时间由教师自定；（2）其次，教师用于CT教学的时间主要由两个因素决定，一是分配给相关科目的总课时；二是统整在这些科目中的CT教学内容的多寡和难易程度；（3）小学阶段：教师在决定CT的教学内容和教学时间上比较自由和灵活。CT教学平均每周超过一小时。例如在挪威，CT技能在STEAM科目中的教学时间每周超过一小时。在克罗地亚，信息学在5-6？级每周授课两小时；（4）初中阶段：基本的CS概念（即算法和编程）教学统整在其他科目（数学和技术）中进行，CT技能的教学每周平均小于一小时（如芬兰和法国）。
3.与开展CT教学的各科目教师之间的合作有关：（1）焦点小组的学生表达了他们对技术活动课程（如编程机器人）的偏好； 认为比解决开放式数学问题或构建视频游戏等数学任务具吸引力；（2）学生的这种想法主要源于传统的数学教学法和技术教学法的根本不同：数学教学法强调教授的知识源于学术知识；技术教学法则认为教学内容不能仅限于学术知识，还应考虑与知识应用相关的社会实践；（3）当算法和编程等CT技能整合到“数学或技术”科目进行教学时，数学教师和技术课教师的合作与否、合作程度高低也会对CT教学产生重要影响。
（三）CT的教学方法
总体而言，小学阶段教师主要采用：游戏教学法、边做边学、从错中学、同伴学习法和小组合作等方法，开展计算机科学概念教学，以培养学生的CT技能。
在初中阶段，CT教师侧重于选择“能激发学生学习自主性和能动性、着重培养学生解决问题和逻辑思维能力”的教学法：如个性化学习法、项目教学法、合作学习法、结对编程、个人导向学习法、问题探究法和轮换角色法等。例如，在结对编程期间，两名学生在驾驶员（控制键盘和指导程序实施）和导航员（提供输入、查找错误和访问资源）之间每15分钟定期交替角色，从而形成结构化的互动，这有助于让学生在编程过程中采取积极和反思的态度。这种教学方要求教师对编程活动进？适当的设计和结构化，并将这些活动嵌入到协作框架中。此外，初中CT教师强调了调试的价值，即鼓励学生重视对错误的重新评估，从错误中学习的价值。
（四）CT教学的评估方法
CT教学的评估既有终结性评估，也有形成性评估。国际计算机和信息素养研究（ICILS）和PISA2022数学框架，强调了评估指标应与CT技能严格对接，并强调CT教学终结性评估的重要性。为此，ICILS提出了“CT终结性评估框架”的两个重要评估要素——即对“概念化的问题”和“可操作化的解决方案”进行评估。概念化问题包含3个方面：了解和理解数字系统；制定和分析问题；收集数据和数据表示。可操作的解决方案包括：规划和评估解决方案；开发算法、程序和接口、相关测试模块的制定等。CT技能的终结性评估的方法包括：口试、笔试和基于计算机的考试、电子档案、学生项目、在线测试或应用程序等，主要侧重于评估学生对编程任务的理解和提出的解决方案的能力。目前法国和瑞典已经将CT技能考试纳入全国的初中期末考试，即终结性评估中。
在案例访谈中，教师们指出，当前他们对学生CT技能的评估大多是形成性评估。小学教师主要使用测验（例如Bebras国际计算思维挑战赛任务）、练习和调查作为评估工具。中学教师主要采用评估量表和列表、电子档案袋、自动反馈、自我评估、任务或模拟、数字学习日记、自适应任务和同伴评估等方法，例如，在进行CT项目工作时，会向学生提供他们的解决方案应满足的标准列表。
报告还对当前CT技能的五种评估工具进行了梳理总结：1.CT终结性评估工具：如基于性向的CT测试、基本编程能力测试和交换评估测试；2.CT形成迭代工具，旨在为学生提供即时的自动反馈，如Dr Scratch和计算思维模式图；3.CT技能转移工具，如国际计算思维挑战赛Bebras中的任务、计算思维模式测验。4.CT感知-态度量表，如，计算思维量表。5.CT词汇评估，用于测量学生在编程和编码过程中的语言技能的工具。
（五）欧盟CT教师专业能力发展分析
报告指出，“缺乏足够的具有合格CT教学胜任力的教师”是欧洲CT教学有效融入义务教育的关键抑制因素。例如，英国是CT教学的先驱，于2014年首先在学校强制实施计算思维和编程，但目前正面临着日益严重的CT教师短缺问题。
1.CT教师教学能力建设的基本要求
CT融入学科教学的可持续性取决于能否让CT技能成为每位教师的基本教学技能的一部分。报告提出了教师CT教学能力建设的三个基本要求：
首先，为教师建构能描述或映射CT技能领域知识的知识模型。即从CS概念、CT技能特征、课程整合定位、方法和策略相结合的方式来建构，以帮助教师更有针对性培养学生的CT技能。
其次，将CT技能教学融入职前教师教育：即在本科生的教师教育课程中，将CT技能嵌入教育学和教育技术学模块中进行教学，为CT教师培养后备军；建立计算机科学教育者和教师教育者之间的协作关系，开发与CT技能和实践相结合的课程；借助方法论课程，将CT技能应用到各个学科领域。
再次，实施CT教师专业发展计划：包括建立CT工作坊、讲习班和培训课程等，以进一步提高在职教师的CT技能和数字化素养。
2.CT教师专业能力发展的关键因素分析
英国皇家学会指出，计算机科学教师在CT技能融入义务教育的变革中起到主导性作用，但由于缺乏结构化和持续性的CT教师专业发展项目的充分支持，许多教师在CT教学方面举步维艰。
为此，欧洲各国都采取了相应措施，加强对CT教师专业能力发展的干预。
2018年1月，克罗地亚科学和教育部在Moodle平台上开设了第一个“教师虚拟教室”，为了中小学教师引入信息学课程。在2018-2020年期间，128间虚拟教室连续运行，共有5万多名（几乎包含所有中小学教师）参与者；芬兰教育部通过“竞争性赠款”项目为CT课程教学的实施和发展提供资金援助，并规定教师每年必须完成12-18小时的CT专业发展培训；立陶宛的大学、国家教育局和学校都开展了在职CT技能教师培训活动；挪威开设了名为“编程和CT”的MOOC课程；波兰开展了旨在培养学生算法和编程兴趣、针对大、中、小学教师的CMI培训项目，目前该项目已覆盖波兰全部省份。“波兰教育和科学部”还提出，从2021-2022学年开始全面支持高校计算机科学教师的专业发展，重点是实施新的“计算机科学”课程。
总结分析欧洲各国提升CT教师专业能力的各种实践可以看出，影响CT教师专业能力发展四个主要因素是：系统性、持续性的CT专业技能课程学习；教师参与CT教师专业能力提升的各种培训项目、课题研讨的主观意愿和动机；建立学校和CT专业社区（高校计算机学院、人工智能研究机构和基金会等）的交流和联系，获得专业同伴支持并在交流中进行实践反思；CT教学内容的“可教性”原则也是提升教师CT教学能力不可忽视的因素。
3.多方协同，质量监督：提升教师CT专业能力的建议
首先，应利用教育部与教育基层组织和其他组织之间的协同作用，提供适合CT教师大规模培训的项目和机会；其次，在职前和在职教师培训中嵌入有关计算科学概念教学和基础的编程培训； 再次，在CT教师专业能力发展过程中，营造一种开放包容的“安全犯错”教学评估氛围，使CT教师无惧犯错、直面失败，敢于尝试和创新，同时共建共享一个联通“学校-社区-国家层面-国际层面”的CT教师合作网络平台，鼓励教师们勇于分享CT教学经验和典型教学案例；最后，建立国家层面的“CT培训项目实施监督调查小组”，监督和研究CT教师培训项目的具体实施情况，从而确定不同难易内容、不同频率的CT技能培训项目，帮助教师更好掌握CT教学技能，并更有效对学生传道、授业和解惑。
五、解读：CT融入义务教育的发展趋势
报告显示，调查的29个国家中，有大约一半的国家在《2016年报告》出台前，就已经实施了CT课程教学；2016年以来，欧洲CT教育发展迅猛，直至2022年，已有25个国家将CT技能教学作为法定义务教育课程的一部分，这25个国家中有18个自2016年后与时俱进地更新了CT课程教学的内容，余下的国家有的正进行学校CT教学试点（如丹麦），有些已制定CT课程草案（如比利时弗兰德地区），还有的预计实施战略计划来推进CT和义务教育的融合（如捷克）。
（一）将CT技能融入义务教育的主要动机
调查发现，大多数国家积极推进CT融入义务教育的最主要动机，是为了培养学生21世纪的“5C”基本技能，使拥有CT技能的学生能积极并游刃有余地生活在数字世界中。在此动机目标下，绝大部分国家（如德国和瑞士）认为开展CT课程教学的基本原理就是为了提升学生解决问题的能力、编程技能和逻辑思维能力，这反映出“各国将CT技能作为通识教育基础的一种理解，也跟欧盟积极推动全欧CT教育融入义务教育的努力目标相一致”；此外约2/3的国家（如西班牙、卢森堡）表示开展CT教学是为了促进学生在数字世界的就业能力；约一半国家（如：以色列、罗马尼亚）认为开展CT教学是为了以此为契机吸引学生进入计算机科学领域，培养创新型人才后备军。
值得一提的是，许多国家强调了CT教学对培养学生的可迁移技能（如：批判性思维能力、创造力、沟通协作能力、分析能力等）、提升学生STEM（数学、科学、技术和工程）兴趣和能力的重要作用；一些国家（如丹麦、斯洛伐克）对数字技术使用伦理和数字安全给予关注。
（二）CT技能的课程定位
关于CT的课程定位，主要从“开展CT教学的学段年级水平（小学、初中、高中、职业教育初始阶段）、课程科目、是否作为必修或选修科目纳入义务教育”等方面来考察。《2022计算思维报告》指出，关于CT在义务教育课程中的定位，几乎所有被调查的欧洲国家（29个国家中有27个）将CT课程视为是“编程/编码”课，22个国家视之为“算法思维”课，16个国家直接以“计算思维”定位该课程，11个国家（如立陶宛、罗马尼亚）视其为“计算机科学教育”课；部分国家（如，奥地利、西班牙）将CT教学定位为“信息学和计算机科学”学科、或STEM学科的一部分。以上数据反映出的主要特征趋势：1.CT被视为是通过计算机科学的基本概念（算法和编程）而发展和培养的技能；2.计算机科学技术的快速成熟为CT的进一步发展铺平了道路；3.CT技能和学生数字能力和数字素养息息相关；4.CT技能融入欧盟义务教育为大势所趋。
（三）CT融入义务教育课程的主要方法和挑战
报告指出，在小学阶段有19个国家将CT教学纳入必修课，3个国家则将其作为选修课。初中阶段，必修课和选修课的国家比例分别是20个和4个。将CT融入义务教育课程的方法主要有三种：将CT作为跨学科主题的一部分进行教学（即CT教学在所有学科中都涉及，所有科目教师都参与培养学生的CT技能）；将CT作为独立学科（即计算机科学中的某一门学科，如信息学）中的一部分内容进行教学；将CT内嵌、统整在其他科目（如数学、技术课）中教学，CT技能是数学、技术和公民学科的组成部分。大部分国家都综合运用了这三种方法将CT教学融入义务教育中。此外，报告还指出，欧洲各国推进CT教育最大的挑战是缺乏较为优质CT教师；以及是CT课程与其他优先级课程之间的竞争；另外就是计算思维/编程技能的评估标准问题。
六、结语
随着物联网、云计算、人工智能等技术的快速发展和普及，数字技术无处不在，计算优势在许多行业领域都显示出优越的意义。但计算科学在基础教育领域所呈现的关键技术和核心内容并不稳定，技术工具层面的应用远超于价值素养层面的理解。欧盟《2022计算思维报告》的出台，是对欧盟“构建数字教育新生态、提升数字技能和能力”战略目标的强有力支撑，也为理解“计算思维融入义务教育”的命题提供了崭新的视角。报告围绕“计算思维融入义务教育”提出一系列政策建议：建立对“计算思维作为21世纪数字公民必备的基本技能”的共同理解；通过建立CT教育专项资金、制定实施计算思维教有机融合的整体计划来加强对计算思维教育的政策支持力度；开展全面贯穿整个义务教育阶段的“数字教育战略规划”；通过开发建设国家层面的教师CT教学能力发展学习平台系统推进、全面提升在职教师信息素养和数字胜任力；；关注计算思维教育的应用伦理问题，持续推进教育领域中有效培养计算思维的教学实践等。以上建议为我国加速推进计算思维教育教学改革进程，重塑更具前瞻性、适应性和灵活性的义务教育数字新生态指明了方向与思路。
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作者简介：黄杉杉：广东工程职业技术学院副教授，博士 ，研究方向为外语智慧教学、比较教育学。
该论文是2023年度中国高等教育学会高等教育科学研究规划课题《数智技术赋能外语课程思政——价值意蕴、现实挑战和逻辑进路》（23WYJ0415）的阶段性研究成果，黄杉杉为课题主持人。
关键词：欧盟；计算思维；义务教育；数字教育
2022年4月国家发布的《义务教育信息科技课程标准》将“计算思维”作为培养学生的四个核心素养（即，信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任）之一，强调运用计算思维解决现实数字生活情境中具体问题的重要性。计算思维作为发展人工智能的基础思维和关键技能，对于人才培养和社会发展至关重要。随着互联网+、大数据等新兴信息技术发展，计算思维及其培养受到国内外的广泛关注。
欧盟委员会联合研究中心（European commission's Joint Research Centre，以下简称：JRC）于2022年3月3日发布的《义务教育计算思维研究报告》（Reviewing Computational Thinking in Compulsory Education）（以下简称《2022计算思维报告》），旨在策应后疫情时代，欧洲社会“构建数字教育新生态、提升数字技能、实现数字化转型，建设高质量、包容性和无障碍的数字教育新高地”的战略契机，并对JRC 2016年发布的欧盟“首个计算思维报告”——《在义务教育中培养计算思维：对政策和实践的影响》（以下简称《2016计算思维报告》）的研究结果提供新的数据支撑，从而为欧洲义务教育数字化转型提供了路径参考。
一、《义务教育计算思维研究报告》（2022）的出台背景
（一）时代背景：疫情危机下数字化教育转型的挑战
2022年《联合国教科文组织中期战略（2022—2029年）》报告指出，新冠肺炎疫情在全球教育领域引发了空前巨震，造成了严重的教育中断，在高峰时段剥夺了近16亿学习者的受教育机会，令大约2400万名学习者面临辍学风险，其影响可能造成一场“一代人的灾难”。疫情危机催生了数字技术应用的转折点，加剧了欧洲数字教育的不平等、边缘化和排斥，加速了欧洲社会互动的数字化，重塑了欧洲社会和经济结构。为增强欧洲教育系统的复原力，使欧洲教育在新冠危机中尽快复苏并“重建得更好”，欧盟JRC发布了《2022计算思维报告》，旨在通过推进计算思维融入义务教育，策应后疫情时代欧洲社会“构建数字教育新生态、提升数字技能和能力”的战略契机。
（二）政策背景：助力欧洲《数字教育行动计划（2021—2027）》
为解决欧盟各成员国之间数字教育不均衡、教师数字素养薄弱、不同人群之间数据鸿沟加剧、疫情期间紧急启用大规模在线教育引发的种种问题，2020年9月，欧盟委员会继《数字教育行动计划（2018-2020年）》后，再次发布《数字教育行动计划（2021-2027 年）》，提出了欧洲数字教育时代的两大战略重点：分别是“促进高性能数字教育生态系统的发展”与“提高欧洲全体公民应对数字化转型的数字技能和能力”。该计划提出要为欧洲所有学生提供高质量的“计算教育和信息技术教育”，实施计算思维教育是“提升欧洲公民数字化技能和能力”的战略重点之一，从基础教育阶段开始引入计算机科学教育被认为是欧洲社会和经济数字化转型的关键推动力。《2022计算思维报告》的出台正是对《数字教育行动计划（2021-2027年）》的策应和有力支撑。
二、框架基础：《在义务教育中培养计算思维：对政策和实践的影响》（2016）
为了解CT是如何被感知、理解和融入欧洲及其它地区的义务教育的最新情况，JRC于2021年4月至12月进行了为期7个月的调查。调研目标是阐明以下四个问题：1.CT技能融入欧盟义务教育的现状如何？2.CT与相关概念（计算机科学、编程和计算）有何区别？3.CT技能是如何被教学和评估的？4.如何改善欧盟的CT教育？
2016年，欧盟发布《2016计算思维报告》，全面概述了学生的计算思维（Computational Thinking，以下简称：CT）能力，剖析了CT教育的定义和框架，旨在理解计算思维教育的核心概念和属性及其在推动义务教育发展中的潜力。《2022报告》以《2016报告》为框架基础，重点关注“巩固理解、全面融合、系统推进及政策支持”四个领域，并设计了更为具体，更具实操性和前瞻性的“欧盟计算思维融入义务教育”建议框架图（见图1）。为使CT全面融入义务教育，首先要建立对CT技能和21世纪技能间的关系的共同理解。2016年报告提出建立对“什么是计算思维的理解”，以及澄清了计算思维和数字能力之间的重叠和区别；2022年则明确强调，数智时代，计算思维已演变成为21世纪必备的“5C”基本技能之一（即批判性思维、创造力、协作、沟通能力和计算思维）；其次，2016年报告开始思考CT如何成为学生解决问题的新技能，表达了将CT教学与义务教育全面融合的愿景，而2022年则更加具体阐明了CT技能融入义务教育课程的策略；再次，2016年提出应为CT教师提供相关的支持，而2022年则明确提出“要强化教师CT专业教学能力的培训，系统推进教师计算思维素养的提升”；最后，两份报告都提到借助监测系统和分析策略来评估CT教学改革的影响力及可持续性，2022年报告还关注了优质CT教育中的性别平等、公平性和包容性等问题。
图1： 欧盟计算思维融入义务教育政策建议框架图（2022年）
来源：基于《义务教育计算思维研究》P83-88整理
三、审思：计算思维的内在机理
（一）计算思维的内涵
2006年3月，美国卡内基·梅隆大学的周以真教授在国际权威期刊《美国计算机协会通讯》首次提出“CT”的定义，此后“计算思维”研究迅速引起学界的广泛关注。《2022计算思维报告》指出，学界关于CT的定义主要有以下几种：
1. CT被理解为一种思维方式，用于识别适用计算公式的真实世界问题，并用于开发可由计算代理（如计算机和机器人）处理和执行的解决方案的思维方式；2.CT是一种解决问题的思维过程；
3.CT是一种思维技能，即利用算法解决各种环境和学科中的“真实问题”的可转移和应用的思维技能。真实问题可以是：解决计算机科学和编程等特定领域的问题， 或者解决日常生活通用领域中的一般问题。
基于报告文献梳理，发现学界对CT内涵的理解主要有以下几方面：
1. 主要呈现三种理解维度：问题解决视角，强调CT的功能性；计算机科学视角，强调工具性和专业技能；思维过程视角，强调程序化的思维过程。
2. 无论哪种理解维度，都强调了CT“解决问题”的能力特征：即CT是指以计算机（人或机器）可以有效执行的方式提出问题并表达其解决方案的思维过程。
3. 强调CT不是像“计算机”一样思考，而是像“计算机科学家”一样思考，以计算机科学基本思想的思维方式，更好地理解和分析复杂问题，形成具有概念化、模块化、抽象化、系统化等计算特征的问题解决方案。
4. 计算思维不是“计算机科学家”独有，未来CT将成为数智时代人人必备的跟阅读、写作、算术一样的基本技能，普适计算之于今天就如“计算思维”之于明天。
5. 计算思维可以转移到其他专业和科学领域，有助于发展元认知技能，这种理解具有更广泛的横向维度。
（二） 计算思维的技能特征
《2022计算思维报告》指出，很多关于CT的研究，都围绕着CT的“编程技能”特征进行。编程和计算思维是紧密交织，双重关联的。编程是计算思维的重要组成部分，它使计算思维的概念变得更具体，编程教育成为促进计算思维能力提升的有效途径。CT和编程技能相关与否取决于解决问题的“具体情境”，即，在解决计算机科学的问题研究中，对CT的编程技能特征更重视；而在解决其他通用领域的问题，CT的其他技能特征（创造性解决问题的思维能力、逻辑推理、抽象、概括、数据分析、系统性的思考）的作用更为突出。
基于文献回顾和案例调研，报告梳理了当前计算思维的主要技能特征
表1 计算思维的技能特征
（三） 计算思维和计算、计算机科学之间的关系
计算思维这一概念最早是由麻省理工学院（MIT）的Seymour Papert教授在1996年提出的，后经美国卡内基梅隆大学（CMU）的周以真（Jeannette M.Wing）推广而受到学界广泛关注。《2022报告》对计算思维、计算机科学和计算的关系进行了阐释。报告指出，“计算”是利用计算方法、模型或系统的任何活动或研究领域，如信息管理、计算机工程、人工智能、数据科学、娱乐媒体等；“计算机科学”是一门涵盖诸如算法、数据结构、编程、系统架构、设计和问题解决等原理的科学学科。“计算思维”是一种运用计算机科学的基本概念、特征和原理来解决问题、设计系统和理解人类行为的方法。
2021年12月，美国“数字承诺”发布《包容性世界的计算思维》报告，提出了一个“计算机科学、计算思维和计算”三者关系图（见图2 ）。据图所示，“计算思维”和“计算机科学”都是“计算”的重要组成部分，两者都包含在“计算”里面；“计算思维”作为一种概念工具（如：编程、编码、算法）的提出，促进了计算机科学/信息学与普通教育之间的对话，更是一种增强和支持更复杂的特定学科发展和跨学科理解的新方式，编程包含在“计算机科学”里面；计算思维和计算机科学之间、计算思维和编程之间存在一定的交集。
图2 计算机科学、计算思维和计算三者关系图
四、剖析：CT融入义务教育的实践样态
（一）跨学科融合：欧盟CT教学实施概况
欧洲义务教育时间平均为10年，涉及6至16岁的学生。为了解义务教育CT教学的实践情况，《2022报告》基于多案例研究法，开展了3个多案例研究（见表2）。
表2 欧洲CT教学融入义务教育的实践案例
来源：根据《2022年报告》P20-21，P56-63整理编制
（二）欧盟CT教学有效融入义务教育的影响因素分析
报告指出，影响义务教育阶段CT教学实施的主要因素有以下三个：
1.与CT融入义务教育的方法有关；（1）小学阶段各国都综合运用了上述3种方法开展CT教学；（2）初中阶段，各国主要运用方法2和方法3进行CT教学；（3）CT技能教学先要在某一特定学科框架下开展教学，之后才能扩展应用于其他学科。例如，在立陶宛和斯洛伐克，CT 技能首先在“信息学”中培养，在挪威，CT 技能最初是作为“数学”的一部分进行教学，然后才跨学科应用。
2.与培养CT技能的教学课时总数有关：（1）欧盟大部分国家的课程指南只规定了不同科目的教学总学时，CT技能教学统整在其他科目（如数学和技术）中教学，即CT教学时间由教师自定；（2）其次，教师用于CT教学的时间主要由两个因素决定，一是分配给相关科目的总课时；二是统整在这些科目中的CT教学内容的多寡和难易程度；（3）小学阶段：教师在决定CT的教学内容和教学时间上比较自由和灵活。CT教学平均每周超过一小时。例如在挪威，CT技能在STEAM科目中的教学时间每周超过一小时。在克罗地亚，信息学在5-6？级每周授课两小时；（4）初中阶段：基本的CS概念（即算法和编程）教学统整在其他科目（数学和技术）中进行，CT技能的教学每周平均小于一小时（如芬兰和法国）。
3.与开展CT教学的各科目教师之间的合作有关：（1）焦点小组的学生表达了他们对技术活动课程（如编程机器人）的偏好； 认为比解决开放式数学问题或构建视频游戏等数学任务具吸引力；（2）学生的这种想法主要源于传统的数学教学法和技术教学法的根本不同：数学教学法强调教授的知识源于学术知识；技术教学法则认为教学内容不能仅限于学术知识，还应考虑与知识应用相关的社会实践；（3）当算法和编程等CT技能整合到“数学或技术”科目进行教学时，数学教师和技术课教师的合作与否、合作程度高低也会对CT教学产生重要影响。
（三）CT的教学方法
总体而言，小学阶段教师主要采用：游戏教学法、边做边学、从错中学、同伴学习法和小组合作等方法，开展计算机科学概念教学，以培养学生的CT技能。
在初中阶段，CT教师侧重于选择“能激发学生学习自主性和能动性、着重培养学生解决问题和逻辑思维能力”的教学法：如个性化学习法、项目教学法、合作学习法、结对编程、个人导向学习法、问题探究法和轮换角色法等。例如，在结对编程期间，两名学生在驾驶员（控制键盘和指导程序实施）和导航员（提供输入、查找错误和访问资源）之间每15分钟定期交替角色，从而形成结构化的互动，这有助于让学生在编程过程中采取积极和反思的态度。这种教学方要求教师对编程活动进？适当的设计和结构化，并将这些活动嵌入到协作框架中。此外，初中CT教师强调了调试的价值，即鼓励学生重视对错误的重新评估，从错误中学习的价值。
（四）CT教学的评估方法
CT教学的评估既有终结性评估，也有形成性评估。国际计算机和信息素养研究（ICILS）和PISA2022数学框架，强调了评估指标应与CT技能严格对接，并强调CT教学终结性评估的重要性。为此，ICILS提出了“CT终结性评估框架”的两个重要评估要素——即对“概念化的问题”和“可操作化的解决方案”进行评估。概念化问题包含3个方面：了解和理解数字系统；制定和分析问题；收集数据和数据表示。可操作的解决方案包括：规划和评估解决方案；开发算法、程序和接口、相关测试模块的制定等。CT技能的终结性评估的方法包括：口试、笔试和基于计算机的考试、电子档案、学生项目、在线测试或应用程序等，主要侧重于评估学生对编程任务的理解和提出的解决方案的能力。目前法国和瑞典已经将CT技能考试纳入全国的初中期末考试，即终结性评估中。
在案例访谈中，教师们指出，当前他们对学生CT技能的评估大多是形成性评估。小学教师主要使用测验（例如Bebras国际计算思维挑战赛任务）、练习和调查作为评估工具。中学教师主要采用评估量表和列表、电子档案袋、自动反馈、自我评估、任务或模拟、数字学习日记、自适应任务和同伴评估等方法，例如，在进行CT项目工作时，会向学生提供他们的解决方案应满足的标准列表。
报告还对当前CT技能的五种评估工具进行了梳理总结：1.CT终结性评估工具：如基于性向的CT测试、基本编程能力测试和交换评估测试；2.CT形成迭代工具，旨在为学生提供即时的自动反馈，如Dr Scratch和计算思维模式图；3.CT技能转移工具，如国际计算思维挑战赛Bebras中的任务、计算思维模式测验。4.CT感知-态度量表，如，计算思维量表。5.CT词汇评估，用于测量学生在编程和编码过程中的语言技能的工具。
（五）欧盟CT教师专业能力发展分析
报告指出，“缺乏足够的具有合格CT教学胜任力的教师”是欧洲CT教学有效融入义务教育的关键抑制因素。例如，英国是CT教学的先驱，于2014年首先在学校强制实施计算思维和编程，但目前正面临着日益严重的CT教师短缺问题。
1.CT教师教学能力建设的基本要求
CT融入学科教学的可持续性取决于能否让CT技能成为每位教师的基本教学技能的一部分。报告提出了教师CT教学能力建设的三个基本要求：
首先，为教师建构能描述或映射CT技能领域知识的知识模型。即从CS概念、CT技能特征、课程整合定位、方法和策略相结合的方式来建构，以帮助教师更有针对性培养学生的CT技能。
其次，将CT技能教学融入职前教师教育：即在本科生的教师教育课程中，将CT技能嵌入教育学和教育技术学模块中进行教学，为CT教师培养后备军；建立计算机科学教育者和教师教育者之间的协作关系，开发与CT技能和实践相结合的课程；借助方法论课程，将CT技能应用到各个学科领域。
再次，实施CT教师专业发展计划：包括建立CT工作坊、讲习班和培训课程等，以进一步提高在职教师的CT技能和数字化素养。
2.CT教师专业能力发展的关键因素分析
英国皇家学会指出，计算机科学教师在CT技能融入义务教育的变革中起到主导性作用，但由于缺乏结构化和持续性的CT教师专业发展项目的充分支持，许多教师在CT教学方面举步维艰。
为此，欧洲各国都采取了相应措施，加强对CT教师专业能力发展的干预。
2018年1月，克罗地亚科学和教育部在Moodle平台上开设了第一个“教师虚拟教室”，为了中小学教师引入信息学课程。在2018-2020年期间，128间虚拟教室连续运行，共有5万多名（几乎包含所有中小学教师）参与者；芬兰教育部通过“竞争性赠款”项目为CT课程教学的实施和发展提供资金援助，并规定教师每年必须完成12-18小时的CT专业发展培训；立陶宛的大学、国家教育局和学校都开展了在职CT技能教师培训活动；挪威开设了名为“编程和CT”的MOOC课程；波兰开展了旨在培养学生算法和编程兴趣、针对大、中、小学教师的CMI培训项目，目前该项目已覆盖波兰全部省份。“波兰教育和科学部”还提出，从2021-2022学年开始全面支持高校计算机科学教师的专业发展，重点是实施新的“计算机科学”课程。
总结分析欧洲各国提升CT教师专业能力的各种实践可以看出，影响CT教师专业能力发展四个主要因素是：系统性、持续性的CT专业技能课程学习；教师参与CT教师专业能力提升的各种培训项目、课题研讨的主观意愿和动机；建立学校和CT专业社区（高校计算机学院、人工智能研究机构和基金会等）的交流和联系，获得专业同伴支持并在交流中进行实践反思；CT教学内容的“可教性”原则也是提升教师CT教学能力不可忽视的因素。
3.多方协同，质量监督：提升教师CT专业能力的建议
首先，应利用教育部与教育基层组织和其他组织之间的协同作用，提供适合CT教师大规模培训的项目和机会；其次，在职前和在职教师培训中嵌入有关计算科学概念教学和基础的编程培训； 再次，在CT教师专业能力发展过程中，营造一种开放包容的“安全犯错”教学评估氛围，使CT教师无惧犯错、直面失败，敢于尝试和创新，同时共建共享一个联通“学校-社区-国家层面-国际层面”的CT教师合作网络平台，鼓励教师们勇于分享CT教学经验和典型教学案例；最后，建立国家层面的“CT培训项目实施监督调查小组”，监督和研究CT教师培训项目的具体实施情况，从而确定不同难易内容、不同频率的CT技能培训项目，帮助教师更好掌握CT教学技能，并更有效对学生传道、授业和解惑。
五、解读：CT融入义务教育的发展趋势
报告显示，调查的29个国家中，有大约一半的国家在《2016年报告》出台前，就已经实施了CT课程教学；2016年以来，欧洲CT教育发展迅猛，直至2022年，已有25个国家将CT技能教学作为法定义务教育课程的一部分，这25个国家中有18个自2016年后与时俱进地更新了CT课程教学的内容，余下的国家有的正进行学校CT教学试点（如丹麦），有些已制定CT课程草案（如比利时弗兰德地区），还有的预计实施战略计划来推进CT和义务教育的融合（如捷克）。
（一）将CT技能融入义务教育的主要动机
调查发现，大多数国家积极推进CT融入义务教育的最主要动机，是为了培养学生21世纪的“5C”基本技能，使拥有CT技能的学生能积极并游刃有余地生活在数字世界中。在此动机目标下，绝大部分国家（如德国和瑞士）认为开展CT课程教学的基本原理就是为了提升学生解决问题的能力、编程技能和逻辑思维能力，这反映出“各国将CT技能作为通识教育基础的一种理解，也跟欧盟积极推动全欧CT教育融入义务教育的努力目标相一致”；此外约2/3的国家（如西班牙、卢森堡）表示开展CT教学是为了促进学生在数字世界的就业能力；约一半国家（如：以色列、罗马尼亚）认为开展CT教学是为了以此为契机吸引学生进入计算机科学领域，培养创新型人才后备军。
值得一提的是，许多国家强调了CT教学对培养学生的可迁移技能（如：批判性思维能力、创造力、沟通协作能力、分析能力等）、提升学生STEM（数学、科学、技术和工程）兴趣和能力的重要作用；一些国家（如丹麦、斯洛伐克）对数字技术使用伦理和数字安全给予关注。
（二）CT技能的课程定位
关于CT的课程定位，主要从“开展CT教学的学段年级水平（小学、初中、高中、职业教育初始阶段）、课程科目、是否作为必修或选修科目纳入义务教育”等方面来考察。《2022计算思维报告》指出，关于CT在义务教育课程中的定位，几乎所有被调查的欧洲国家（29个国家中有27个）将CT课程视为是“编程/编码”课，22个国家视之为“算法思维”课，16个国家直接以“计算思维”定位该课程，11个国家（如立陶宛、罗马尼亚）视其为“计算机科学教育”课；部分国家（如，奥地利、西班牙）将CT教学定位为“信息学和计算机科学”学科、或STEM学科的一部分。以上数据反映出的主要特征趋势：1.CT被视为是通过计算机科学的基本概念（算法和编程）而发展和培养的技能；2.计算机科学技术的快速成熟为CT的进一步发展铺平了道路；3.CT技能和学生数字能力和数字素养息息相关；4.CT技能融入欧盟义务教育为大势所趋。
（三）CT融入义务教育课程的主要方法和挑战
报告指出，在小学阶段有19个国家将CT教学纳入必修课，3个国家则将其作为选修课。初中阶段，必修课和选修课的国家比例分别是20个和4个。将CT融入义务教育课程的方法主要有三种：将CT作为跨学科主题的一部分进行教学（即CT教学在所有学科中都涉及，所有科目教师都参与培养学生的CT技能）；将CT作为独立学科（即计算机科学中的某一门学科，如信息学）中的一部分内容进行教学；将CT内嵌、统整在其他科目（如数学、技术课）中教学，CT技能是数学、技术和公民学科的组成部分。大部分国家都综合运用了这三种方法将CT教学融入义务教育中。此外，报告还指出，欧洲各国推进CT教育最大的挑战是缺乏较为优质CT教师；以及是CT课程与其他优先级课程之间的竞争；另外就是计算思维/编程技能的评估标准问题。
六、结语
随着物联网、云计算、人工智能等技术的快速发展和普及，数字技术无处不在，计算优势在许多行业领域都显示出优越的意义。但计算科学在基础教育领域所呈现的关键技术和核心内容并不稳定，技术工具层面的应用远超于价值素养层面的理解。欧盟《2022计算思维报告》的出台，是对欧盟“构建数字教育新生态、提升数字技能和能力”战略目标的强有力支撑，也为理解“计算思维融入义务教育”的命题提供了崭新的视角。报告围绕“计算思维融入义务教育”提出一系列政策建议：建立对“计算思维作为21世纪数字公民必备的基本技能”的共同理解；通过建立CT教育专项资金、制定实施计算思维教有机融合的整体计划来加强对计算思维教育的政策支持力度；开展全面贯穿整个义务教育阶段的“数字教育战略规划”；通过开发建设国家层面的教师CT教学能力发展学习平台系统推进、全面提升在职教师信息素养和数字胜任力；；关注计算思维教育的应用伦理问题，持续推进教育领域中有效培养计算思维的教学实践等。以上建议为我国加速推进计算思维教育教学改革进程，重塑更具前瞻性、适应性和灵活性的义务教育数字新生态指明了方向与思路。
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作者简介：黄杉杉：广东工程职业技术学院副教授，博士 ，研究方向为外语智慧教学、比较教育学。
该论文是2023年度中国高等教育学会高等教育科学研究规划课题《数智技术赋能外语课程思政——价值意蕴、现实挑战和逻辑进路》（23WYJ0415）的阶段性研究成果，黄杉杉为课题主持人。
- 【发布时间】2023/11/4 17:02:49
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