1、1832023年第8期（总第332期）计算语言【提 要】利用 Citespace 软件工具，采用文献计量法和可视化分析法，挖掘国内计算思维在教育领域研究的发展历程、研究热点和未来发展趋势。研究发现，国内计算思维教育的发展与教育政策紧密相关，整体可分为三大发展阶段：早期萌芽阶段、高等教育探索阶段、K-12 探索阶段。当前计算思维教育的研究热点是问题解决、人机协同、跨学科、学业评价。未来计算思维教育的发展将继续走“问题解决、多元学科、人机协同、完善评价”的发展趋势。【关键词】计算思维教育 文献计量法 可视化分析法 Citespace2006 年 3 月，周以真提出：“计算思维是运用计算机科学的基础
2、概念进行问题求解、系统设计、以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动”（Wing，2006）。她认为，计算思维是一种抽象的“思维过程”，它应该像阅读、写作、算术一样，成为每个人的基本技能。自此，全球学者和政策制定者开始关注计算思维。中国、美国、英国、澳大利亚陆续将计算思维纳入课程计划之中。在全球范围内培养学生计算思维的教育革新势在必行。基于此，本文致力于以中国知网（CNKI）为数据库，利用 Citespace 分析计算思维教育研究相关文献的关键词共现视图分析，探究国内计算思维在教育领域研究的发展历程及研究热点，以期为计算思维教育的发展提供借鉴参考。一、数据来源与方法（一）数据来源
3、本研究的数据来源于 CNKI 数据库的学术期刊，限定“关键词=计算思维，来源类别=北大核心期刊 OR CSSCI 期刊 OR CSCD 期刊”，检索日期为 2022年 4 月 2 日，获得文献 465 篇；再限定“主要主题=计算思维”，剩下文献 190 篇。经数据清洗，剔除法学等非教育教学领域的学术期刊论文和重复论文，最终获得文献 188 篇。（二）研究方法本研究主要采用文献计量法和可视化分析法。通过文献计量法对年度发文量、聚焦领域、出版期刊等指标，进行描述性统计分析，以展示计算思维教育研究的整体概貌。利用 Citespace 对样本文献进行可视化分析，探索国内计算思维教育的研究图景发展历程、
4、研究热点和未来发展趋势。二、数据分析与研究结果（一）计算思维教育发展历程年度发文量在一定程度上表明该领域受关注程度的年变化情况及发展趋势。根据文献年度分布及各年的文献的聚焦领域及期刊来源分析，将国内计算思维教育研究的发展历程分为三个阶段，分别为早期萌芽阶段、高等教育探索阶段、K-12探索阶段，如表 1 所示。2010 年之前，称为早期萌芽阶段。该阶段的研究聚焦于计算机领域提取计算思维，探讨计算思维的定义和重要性，从计算机问题解决能力的角度出发，利用计算思维去认识和研究世界。2010 年 9 月30 日，“计算思维能力的培养”在九校联盟计算机基础教学发展战略联合声明中，被确定为计算机基础教学的核
5、心任务（何钦铭等，2010）。从此，国 内 计 算 思维教育的研究图景苏煌婕表 1 国内计算思维教育研究发展的三个阶段阶段时间文献数聚焦领域主要期刊来源早期萌芽阶段2010 年之前8 篇“计算机”计算机科学62.5%；高等教育探索阶段2011 年-2016 年95 篇“高等教育”“计算机”中国大学教学32.26%；计算机工程与科学18.28%；实验技术与管理8.6%；K-12 探索阶段2017 年之后85 篇“中等教育”“计算机”现代教育技术24.68%；电化教育研究15.58%；中国电化教育11.69%；远程教育杂志9.09%；DOI:10.14014/11-2597/g2.2023.08.
6、062计算语言1842023 年第 8 期（总第 332 期）对于计算思维的研究开始转向教育领域。2011 年-2016 年称为高等教育探索阶段。该阶段的研究主要专注于将计算思维与大学计算机基础课程教育相结合的教学探究。2017 年新版普通高中信息技术课程标准中，将计算思维列为信息技术学科四大核心素养之一。自此，计算思维的研究由高等教育转向中小学教育，且研究群体日趋低龄化。2017 年之后称为 K-12 探索阶段。该阶段主要致力于探究 K-12 阶段计算思维的培养研究，同时也出现与其他学科相结合的教学模式。（二）计算思维教育研究热点关键词是最能反映文章核心思想主旨的一系列概念或词组，在某种程度
7、上呈现了研究者的重视和焦点。以关键词为节点进行共现网络分析，全图共有257个节点，连线441条，整体网络密度为0.0134。调整阈值为 K7，得到图 1 关键词共现网络分析图。结合图1关键词共现网络分析图及各节点的中心性，归纳出当前计算思维教育最热的研究领域：问题解决、人机协同、跨学科、学业评价。图 1 关键词共现网络分析图1.问题解决周以真认为，计算思维是运用计算机科学的基础概念，求解问题，设计系统和理解人类行为的一系列思维活动（Wing 2006）。美国 ITEST 和 CSTA对计算思维的操作性定义：涉及问题的分析、数据的处理、解决方案的制定和实施，以及解决问题过程的迁移运用等（ISTE
8、，CSTA，2011）。在国内，王荣良（2012）认为，计算思维是把复杂的困难问题，通过简化、嵌入、转换和仿真等方法,解释成简单的容易理解的、可以解决的问题；郁晓华等（2018）认为，解决问题的思维和能力是计算思维的本质。尽管学界对于计算思维的概念定义存在不同的见解,但是，其共同之处在于：计算思维的迁移与运用体现在问题求解的全过程中。因此，国内对于计算思维的应用研究越来越重视在问题解决过程中培养、发展和测评学生的计算思维水平。如，郁晓华等人（2017）以游戏项目为例，让学生分析在具体情境中真实问题的方案，不断迭代“解决小的具体问题”的过程，最终利用编程工具实现问题解决。丁世强等人（2020）亦
9、是以项目式教学为手段，在教学过程中提出问题，让学生独立自主思考，逐步建立解决问题的数学模型，最终将问题解决过程可视化。2.人机协同人工智能当前发展前进的主要方向是人机协同，是追求人类与机器的协调、协同工作，而非只是简单地代替人类工作。在计算思维教育教学领域，一方面，人机协同体现在研究者日益重视发展人机协同手段或工具，以促进计算思维教育教学工作。如，梁云真等人（2022）设计了面向计算思维发展的人机协同精准教学模式。另一方面，是重视培养学生在人机协同的问题解决或项目式学习中发展计算思维。如，陈赞安等人（2021）归纳了计算思维发展从计算机领域的算法发展，到学科领域的计算模型构建，到人机协同的问题
10、解决，即在解决问题的过程中，让学生参与人机交互的过程，参与构建适合问题解决的计算模型，创新性地解决问题，从而培养计算思维。3.跨学科随着人类经济社会的发展，人类所面临的问题从“衣食住行等简单的单一学科问题”发展成“全球变暖、人口老龄化、贫富差距过大等多学科交叉问题”。为解决这些复杂的交叉学科问题，往往需要借助计算与计算机相关知识才能提升解决问题的效率（李晓明，2012）。因此，跨学科的计算思维教育显得至关重要，学生应该学会在不同学科思想和方法论的基础上，综合性地理解问题本身，运用计算和计算机相关知识寻找缓解或解决问题的方法。同时，跨学科教育有助于计算思维的迁移运用和发展，促进问题解决（马志强等
11、，2019）。徐迎晓等人（2014）认为，在跨学科的课堂中进行计算思维练习能够帮助学生掌握计算思维的本质与通性。张文兰等人（2020）在对美国 ISTE教育者标准：计算思维能力的解读中发现，该标准鼓励不同教育者组织跨学科的教学活动，促进学习者对计算思维和计算机科学知识的理论和迁移。目前，最常见的跨学科教育是结合 STEM 的教育，如有学者提出在STEM 课堂中培养小学生的计算思维的教学模型，研1852023年第8期（总第332期）计算语言究显示，该模型对小学生计算思维培养具有显著的促进作用（周平红等，2022）。4.学业评价计算思维学业评价的主要目的是，用于判断学习目标达成的效果，发现学生学习
12、过程中存在的问题，便于教师有针对性地进行教学调整、教学指导（李锋等，2022）。惠恭健等人（2020）对国内外计算思维评价方式统计分析后将其分为四大类：试题评价、量表评价、编程评价、系统环境评价。而高宏钰等人（2021）将计算思维测评方式分为量化评价和定性评价，对计算思维进行测评，具体包括解决问题测评，图片排序、观察、视频分析、访谈、笔记分析。郁晓华等人（2020）将计算思维测评方式分为六大类：题目测试、编程测试、作品分析、调查、图文分析、观察访谈。不同的学者对于计算思维有不同的理解，其选择的教学方式、评价方式亦是不同。三、结论与反思国内计算思维教育研究的发展与国内教育政策密切相关，整体可分为
13、三大阶段：早期萌芽阶段、高等教育探索阶段、K-12 探索阶段 3.0 阶段。尽管陈赞安等人（2021）与笔者划分计算思维阶段的角度不同，但是，有异曲同工之妙。笔者也挖掘出：如今及未来对于计算思维的教育研究将会与“人工智能”紧密结合。当今，世界交叉学科问题突出、人工智能发展缓慢、计算思维的评价手段局限，计算思维将继续走“问题解决、多元学科、人机协同、完善评价”的发展趋势。本研究也存在一定的局限性，未对比国外研究进程。在未来的研究中，笔者将进一步对比国外计算思维教育的发展趋势，为国内计算思维未来发展提供参考借鉴。参考文献何钦铭、陆汉权、冯博琴 2010 计算机基础教学的核心任务是计算思维能力的培养
14、 解读，中国大学教学第 9 期。李晓明 2012 跨学科计算思维教学的认识与实践浅谈，中国大学教学第 11 期。王荣良 2012 计算思维对中小学信息技术课程的影响初探，中国教育技术装备第 27 期。徐迎晓、李 妍 2014 跨学科课堂的计算思维练习，计算机工程与科学第 S2 期。陈 悦、陈超美、刘则渊、胡志刚、王贤文 2015 CiteSpace知识图谱的方法论功能，科学学研究 第2期。郁晓华、肖 敏、王美玲、陈 妍 2017 基于可视化编程的计算思维培养模式研究兼论信息技术课堂中计算思维的培养，远程教育杂志第 6 期。郁晓华、肖 敏、王美玲 2018 计算思维培养进行时：在 K-12 阶段
15、的实践方法与评价，远程教育杂志第 2 期。郁晓华、王美玲 2020 计算思维培养之路还有多远？基于计算思维测评视角，开放教育研究 第1期。马志强、刘亚琴 2019 从项目式学习与配对编程到跨学科综合设计基于 2006-2019 年国际 K-12 计算思维研究的元分析，远程教育杂志第 5 期。惠恭健、兰小芳、钱逸舟 2020 计算思维该如何评？基于国内外14种评价工具的比较分析，远程教育杂志第 4 期。张文兰、闫 怡、刘盼盼 2020 教育者计算思维教学能力及其发展路径美国 ISTE 解读与启示，中国远程教育第 7 期。丁世强、王平升、赵可云、阎昭斐、杨 鑫 2020 面向计算思维能力发展的项目
16、式教学研究，现代教育技术第 9 期。陈赞安、李宁宇、尹以晴、柳晨晨、王佑镁 2021 从算法到参与构建计算模型：人机协同视域下计算思维的内涵演进与能力结构，远程教育杂志第 4 期。程 瑜、王兴辉、莫永华 2021 国内 K12 计算思维教学研究现状分析，广西广播电视大学学报第 4 期。高宏钰、李玉顺、代 帅、蒋云宵 2021 编程教育如何更好地促进早期儿童计算思维发展基于国际实证研究的系统述评，电化教育研究第 11 期。周平红、牛钰琨、王 康、张 屹、李 幸、上超望 2022 面向计算思维培养的 STEM 工程设计教学模式及应用，现代远程教育研究第 1 期。李 锋、程 亮、顾小清 2022 计算思维学业评价的内容构建与方法设计文献比较研究的视角，中国远程教育第 2 期。梁云真、刘瑞星、任丽玲 2022 面向计算思维培养的人机协同精准教学模式研究以小学六年级信息技术课“丝绸之路大闯关”为例，现代教育技术第 3 期。Wing M.J.2006.Computational thinking.Communications of the ACM.ISTE，CSTA.2011.Operationa
