我國(guó)小學(xué)生計(jì)算思維量表研發(fā)與應(yīng)用

張屹 莫尉 張巖 高晗蕊 李妞 林郁菲

摘要：隨著計(jì)算思維相關(guān)研究的日益升溫，全球計(jì)算思維培養(yǎng)呈現(xiàn)出“低齡化”和“跨學(xué)科”的整體發(fā)展趨勢(shì)。針對(duì)目前缺乏小學(xué)階段計(jì)算思維量表的研究現(xiàn)狀，該研究通過(guò)對(duì)844名小學(xué)生問(wèn)卷調(diào)查，綜合運(yùn)用探索性因素分析和驗(yàn)證性因素分析方法，編制了我國(guó)小學(xué)生計(jì)算思維量表;并采用多組驗(yàn)證性分析，檢驗(yàn)了該量表跨性別、跨年級(jí)水平的測(cè)量等值性。研究結(jié)果顯示：最終量表共包含23個(gè)測(cè)量項(xiàng)目，分屬于創(chuàng)造力、批判思維、問(wèn)題解決能力、算法思維、合作能力等五個(gè)維度，五個(gè)維度可以有效地聚合到計(jì)算思維二階因子上。該量表克隆巴赫系數(shù)達(dá)0.928，各維度平均方差萃取量（AVE）在0.506-0.725之間，滿足跨性別和跨年級(jí)水平的嚴(yán)格等值性。綜合研究結(jié)果表明，該量表具有良好的信效度，可用于我國(guó)小學(xué)生群體計(jì)算思維能力評(píng)測(cè)。最后，研究對(duì)我國(guó)小學(xué)生計(jì)算思維量表進(jìn)行了初步應(yīng)用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：小學(xué)生計(jì)算思維能力在高、中年級(jí)水平與性別間均不存在顯著差異;計(jì)算思維能力能夠顯著預(yù)測(cè)學(xué)生數(shù)學(xué)和語(yǔ)文學(xué)業(yè)成績(jī)，且其影響存在學(xué)科差異。

關(guān)鍵詞：小學(xué)生;計(jì)算思維;量表;等值性檢驗(yàn);影響因素;學(xué)業(yè)成績(jī)

中圖分類號(hào)：G434

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

隨著計(jì)算機(jī)、信息技術(shù)的發(fā)展，人們的社會(huì)生活發(fā)生著日新月異的變化。面向未來(lái)的教育，應(yīng)是讓學(xué)生為迎接未來(lái)的生活做好準(zhǔn)備，讓他們有能力使用目前還未發(fā)明的技術(shù)來(lái)解決未來(lái)的問(wèn)題[1]。為此，卡梅隆大學(xué)周以真教授2006年重新描述了Papert于1980年提出的計(jì)算思維（ComputationalThinking）概念，將其定義為“運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)”[2]，為信息化時(shí)代的問(wèn)題解決增加了新的內(nèi)涵。自該概念提出以來(lái)，計(jì)算思維獲得了全球范圍的廣泛關(guān)注，被認(rèn)為是一項(xiàng)“每個(gè)人都應(yīng)該學(xué)會(huì)與使用的一種應(yīng)用態(tài)度與技能”[3]，對(duì)于為未來(lái)世界做好準(zhǔn)備至關(guān)重要。

為“確保所有人理解和應(yīng)用計(jì)算思維提供一個(gè)共同而堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)”[4]，將有效、公平的計(jì)算思維教育引入小學(xué)階段便顯得十分必要。目前，全球計(jì)算思維培養(yǎng)已呈現(xiàn)出“低齡化”和“跨學(xué)科”的整體發(fā)展趨勢(shì)[5]。我國(guó)在《高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》中將計(jì)算思維確立為信息技術(shù)學(xué)科四大核心素養(yǎng)之一[6]，并采取了系列舉措著力推動(dòng)計(jì)算思維培養(yǎng)向中小學(xué)階段的過(guò)渡。美國(guó)、新加坡、澳大利亞、歐洲各國(guó)等均在K12人才培養(yǎng)計(jì)劃和課程體系中納入計(jì)算思維相關(guān)內(nèi)容。同時(shí)，發(fā)展心理學(xué)的研究結(jié)果已確切表明，小學(xué)生不能被簡(jiǎn)單地看作是較年長(zhǎng)青年的能力較弱版本，他們有其特殊的認(rèn)知特點(diǎn)與學(xué)習(xí)需求，應(yīng)當(dāng)在教學(xué)及相應(yīng)的評(píng)價(jià)過(guò)程中適當(dāng)?shù)胤从吵鰜?lái)[7]。然而，作為近年來(lái)才被廣泛關(guān)注的概念，目前關(guān)于小學(xué)生計(jì)算思維發(fā)展特點(diǎn)的研究還較少，更加缺乏具有針對(duì)性的評(píng)價(jià)量規(guī)，為計(jì)算思維教育的開(kāi)展帶來(lái)障礙?；诖?，本研究將在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上：（1）按照科學(xué)的量表編制程序，開(kāi)發(fā)小學(xué)生計(jì)算思維量表;（2）在對(duì)所開(kāi)發(fā)量表的跨性別及跨年級(jí)水平測(cè)量等值性檢驗(yàn)的基礎(chǔ)上，探討影響小學(xué)生計(jì)算思維的因素;（3）探索計(jì)算思維能力對(duì)學(xué)生學(xué)業(yè)成績(jī)的影響。旨在為后續(xù)相關(guān)研究做更深入的探討提供理論參考及工具支持。

一、文獻(xiàn)綜述

（一）計(jì)算思維定義及概念維度

目前，國(guó)內(nèi)外研究者們圍繞計(jì)算思維定義的討論，分為狹義層面和廣義層面兩種脈絡(luò)。狹義層面突出強(qiáng)調(diào)計(jì)算思維與具體學(xué)科的關(guān)系，認(rèn)為計(jì)算思維是通過(guò)使用編程、高效率專用算法和數(shù)值分析培養(yǎng)起來(lái)的心智習(xí)慣[8][9]，在不同學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)表現(xiàn)出獨(dú)特內(nèi)涵[10]。廣義層面概念則抽象于具體學(xué)科外，傾向于計(jì)算思維的通用化和普適性，認(rèn)為計(jì)算思維是在形成問(wèn)題及其快速有效解決方案時(shí)所必備的思維能力[11]。其中，美國(guó)國(guó)際教育技術(shù)協(xié)會(huì)（簡(jiǎn)稱ISTE）2015年提出的定義是較為典型的代表，認(rèn)為計(jì)算思維是能夠“有效結(jié)合數(shù)字技術(shù)與人類思想，解決復(fù)雜現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的一系列心智工具集”[l2]。在該廣義定義的基礎(chǔ)上，為深入分析概念內(nèi)涵和結(jié)構(gòu)表征，ISTE聯(lián)合美國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)教師協(xié)會(huì)（簡(jiǎn)稱CSTA）及美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（簡(jiǎn)稱NSF）在一項(xiàng)旨在指導(dǎo)K-12階段教育者如何幫助學(xué)生獲得計(jì)算思維技能的項(xiàng)目中，擬定了計(jì)算思維通用框架[13]?？蚣軓哪芰τ^的角度出發(fā)，將計(jì)算思維視為包含創(chuàng)造力、算法思維、批判性思維、問(wèn)題解決、合作能力及其相互作用的復(fù)合能力，為教育者在所有年級(jí)和所有學(xué)科領(lǐng)域教授計(jì)算思維提供理論依據(jù)，是對(duì)計(jì)算思維進(jìn)行的最為全面的解析。在此框架基礎(chǔ)上，可以脫離編程環(huán)境開(kāi)展研究與討論，適宜于作為計(jì)算思維通用測(cè)評(píng)量表開(kāi)發(fā)的理論依據(jù)，從而為大范圍了解特定對(duì)象群體計(jì)算思維整體狀況奠定基礎(chǔ)。

（二）計(jì)算思維量表研究

計(jì)算思維的測(cè)量一直是該研究領(lǐng)域的難點(diǎn)，特別是針對(duì)計(jì)算思維的量表開(kāi)發(fā)處于較滯后的狀態(tài)?，F(xiàn)有計(jì)算思維量表編制主要以更成熟的群體為研究對(duì)象，尚缺少針對(duì)小學(xué)生群體的計(jì)算思維量表。土耳其研究者Korkmaz等人在2017年編制了計(jì)算思維量表CTS[14]，該量表能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)大學(xué)生計(jì)算思維的測(cè)量，是目前國(guó)際上使用和引證最為廣泛的量表。Korkmaz還針對(duì)初中學(xué)生編制了計(jì)算思維量表CTLS[15]，該量表與CTs-樣包含創(chuàng)造力、批判思維、問(wèn)題解決能力、算法思維、合作能力等5個(gè)維度，但在CTs的基礎(chǔ)上從29道題縮減為22題。與CTs相比，CTLS更加凸顯中學(xué)的情境性及被試群體特點(diǎn)。華東師大顧小清團(tuán)隊(duì)在CTLS量表基礎(chǔ)上進(jìn)行了漢化[16]，對(duì)量表信效度進(jìn)行了較為全面的檢驗(yàn)，驗(yàn)證了在高中階段的適用性。本研究也曾在CTs的基礎(chǔ)上進(jìn)行本土化研究，但該量表所選用的分維度量表與小學(xué)生群體的認(rèn)知水平、教育情境相差較大，經(jīng)兩輪迭代修訂后問(wèn)卷信效度仍難以通過(guò)檢驗(yàn)。這也證明了計(jì)算思維在不同教育階段具有其獨(dú)特性的表現(xiàn)，針對(duì)小學(xué)階段，編制適當(dāng)量表是具有理論與實(shí)踐意義的研究工作。

（三）性別、年級(jí)水平等因素對(duì)計(jì)算思維的影響研究

分析學(xué)習(xí)者計(jì)算思維影響因素是制定相關(guān)教育政策、設(shè)計(jì)具有針對(duì)性教學(xué)策略的前提。現(xiàn)有研究探討了性別、年級(jí)水平對(duì)計(jì)算思維能力的影響。Atmatzidou[17]結(jié)合問(wèn)卷調(diào)查與質(zhì)性分析，對(duì)初、高中生計(jì)算思維水平進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)男女生之間不存在顯著差異，且初中和高中組的整體計(jì)算思維能力處于相同水平，僅在分解、一般化等分維度上表現(xiàn)出與認(rèn)知成熟度相關(guān)的差異。Werner[18]對(duì)10-14歲學(xué)生在游戲編程任務(wù)中的計(jì)算思維表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)估，也未發(fā)現(xiàn)計(jì)算思維能力與性別、年級(jí)水平存在相關(guān)性。但另一些研究則有不同結(jié)論。白雪梅、顧小清[19]通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)我國(guó)高中男生計(jì)算思維能力顯著高于同年級(jí)女生，同時(shí)隨著年級(jí)水平的提高計(jì)算思維能力顯著下降。Roman_Gonzalez[20]通過(guò)CTT測(cè)試考察西班牙學(xué)生計(jì)算思維概念水平，研究表明中小學(xué)男女生之間存在差異，并發(fā)現(xiàn)5-6年級(jí)與7-8年級(jí)沒(méi)有編程經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生計(jì)算思維能力與年級(jí)水平為正相關(guān)關(guān)系。Seiter等人[21]對(duì)150名一到六年級(jí)小學(xué)生編寫的程序進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)計(jì)算思維概念應(yīng)用的熟練程度隨年級(jí)水平增長(zhǎng)的趨勢(shì)。由此可見(jiàn)，現(xiàn)有研究結(jié)論未呈現(xiàn)一致性，且性別、年級(jí)水平對(duì)小學(xué)生群體的影響展現(xiàn)出與青年和成年學(xué)習(xí)者不同的特征。眾說(shuō)紛紜的研究結(jié)果，一方面說(shuō)明了學(xué)習(xí)計(jì)算思維技能的過(guò)程對(duì)于不同年級(jí)、性別的學(xué)生而言都是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，另一方面也說(shuō)明了需要從計(jì)算思維評(píng)價(jià)工具的科學(xué)性人手，進(jìn)一步確定性別、年級(jí)水平對(duì)計(jì)算思維能力的影響程度和差異。

二、小學(xué)生計(jì)算思維量表編制、預(yù)測(cè)試及項(xiàng)目分析

（一）量表編制

為克服計(jì)算思維研究中的挑戰(zhàn)，Weintrop等人建議“有必要將計(jì)算思維分解為一組定義明確且可衡量的技能、概念或?qū)嵺`”[22]。因此，本研究采用ISTE五維能力框架，將計(jì)算思維理解為：在計(jì)算任務(wù)和活動(dòng)中，所涉及的相關(guān)認(rèn)知技能的概括性集合。形成如下頁(yè)圖1所示的計(jì)算思維能力結(jié)構(gòu)圖。

首先，（1）在創(chuàng)造力維度關(guān)注學(xué)生從事創(chuàng)造性活動(dòng)時(shí)的認(rèn)知過(guò)程，包括：針對(duì)特定問(wèn)題產(chǎn)生大量想法和思路的能力;考慮特定項(xiàng)目盡可能多的用途的能力;產(chǎn)生具有獨(dú)創(chuàng)性想法的能力;通過(guò)與新想法結(jié)合，擴(kuò)充和改進(jìn)已有方案的能力。（2）小學(xué)生處于批判思維能力啟蒙階段，主要表現(xiàn)在評(píng)價(jià)、分析能力的提升以及抽象、推理和歸納能力的發(fā)生。因此，應(yīng)著重關(guān)注學(xué)生塑造和評(píng)估自己想法的過(guò)程，從尋找真相、開(kāi)放思想、分析能力、系統(tǒng)化能力等角度進(jìn)行評(píng)價(jià)。（3）問(wèn)題解決能力維度主要考察學(xué)習(xí)者問(wèn)題解決策略的使用，通過(guò)判斷在問(wèn)題分類、問(wèn)題理解、問(wèn)題處理方式等方面的差異來(lái)確定小學(xué)生問(wèn)題解決能力水平。（4）本研究將算法思維界定為個(gè)人在解決問(wèn)題的過(guò)程中詳盡列出解決方案步驟的認(rèn)知過(guò)程。結(jié)合小學(xué)教育特點(diǎn)，簡(jiǎn)化“算法可解性”的要求，側(cè)重于評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)處理流程和數(shù)據(jù)間關(guān)系的把握，以及是否具有“一種解決問(wèn)題的步驟可以用于解決一系列類似問(wèn)題”的意識(shí)。（5）本研究綜合教育領(lǐng)域相關(guān)研究的主流觀點(diǎn)，認(rèn)為“合作能力”是小組活動(dòng)和團(tuán)隊(duì)任務(wù)中個(gè)體的人際交往能力或社交技能，包含合作意識(shí)、合作技能、合作品質(zhì)。

以上述小學(xué)生計(jì)算思維各維度分析為基礎(chǔ)，本研究通過(guò)查閱文獻(xiàn)和咨詢專家意見(jiàn)，進(jìn)行了量表題項(xiàng)的初步編制。為確保量表的信度和效度，各維度題項(xiàng)通過(guò)直接引用或改編已有成熟評(píng)價(jià)項(xiàng)目的方式完成。題項(xiàng)首先由1位教育技術(shù)學(xué)博士生及2位教育技術(shù)學(xué)碩士生進(jìn)行單獨(dú)選擇，然后對(duì)所選項(xiàng)目進(jìn)行比較，并達(dá)成共識(shí)。接著，采用專家法進(jìn)行所選題項(xiàng)內(nèi)容效度檢驗(yàn)。專家組由5人構(gòu)成，包括3位高校教育信息技術(shù)領(lǐng)域?qū)＜遥ń淌凇⒏苯淌?、講師各1位），1位中小學(xué)信息技術(shù)教研員以及1位教育技術(shù)學(xué)在讀博士生。語(yǔ)言評(píng)估由1位小學(xué)語(yǔ)文教師輔助研究者進(jìn)行。最后遴選出42道測(cè)試題項(xiàng)，均采用Likert 5點(diǎn)計(jì)分。各維度具體參照如表1所示。

（二）量表預(yù)測(cè)試

本研究通過(guò)預(yù)測(cè)試及項(xiàng)目分析，初步檢驗(yàn)量表中各題項(xiàng)的適用性，包括題項(xiàng)的鑒別度檢驗(yàn)及題目表述的修訂。從我國(guó)小學(xué)計(jì)算思維培養(yǎng)實(shí)施現(xiàn)狀來(lái)看，主要依托于信息技術(shù)、科學(xué)、數(shù)學(xué)、綜合實(shí)踐等含STEM主題的課程進(jìn)行[28]。為保證量表的適切性及樣本數(shù)據(jù)的代表性，本研究預(yù)試選取我國(guó)中部地區(qū)H省W市A實(shí)驗(yàn)小學(xué)進(jìn)行，該校近年來(lái)通過(guò)常規(guī)課堂、社團(tuán)課程等形式開(kāi)展了豐富多彩的STEM類校本課程。本研究隨機(jī)選取了三年級(jí)及五年級(jí)各一個(gè)自然班學(xué)生共120人為研究對(duì)象，采用問(wèn)卷星進(jìn)行預(yù)測(cè)問(wèn)卷在線填答，回收有效問(wèn)卷113份，其中男生62名，女生51名。

對(duì)回收的預(yù)測(cè)問(wèn)卷采用臨界比值法（CriticalRation）進(jìn)行鑒別度檢驗(yàn)[29]，以剔除鑒別度不符合要求的測(cè)量題項(xiàng)。經(jīng)分析，PP1和PP8兩題臨界比值未達(dá)到顯著性差異，即題項(xiàng)不具有鑒別度，予以刪除。隨后，對(duì)剩余的40個(gè)題項(xiàng)計(jì)算題總相關(guān)，以考察各題項(xiàng)與所對(duì)應(yīng)的分量表總分的相關(guān)度。分析結(jié)果顯示各題項(xiàng)題總相關(guān)系數(shù)在0.441-0.830之間，均在p<0.001水平達(dá)到顯著，故40個(gè)題項(xiàng)均予以保留。此外，預(yù)測(cè)施測(cè)后還收集了預(yù)測(cè)對(duì)象對(duì)于題項(xiàng)表述理解的問(wèn)題，以便對(duì)問(wèn)卷作進(jìn)一步修訂。由此，形成包含40道測(cè)量題項(xiàng)的初步施測(cè)量表。

三、小學(xué)生計(jì)算思維量表結(jié)構(gòu)探索與驗(yàn)證

在問(wèn)卷預(yù)測(cè)試的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步精煉題項(xiàng)，確保問(wèn)卷的適切性。本研究選取另一樣本群體進(jìn)行正式施測(cè)，分別利用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 23和Mplus 7，通過(guò)探索性因素分析、驗(yàn)證性因素分析對(duì)編制的“小學(xué)生計(jì)算思維量表”結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

（一）研究對(duì)象情況

現(xiàn)有研究表明，從小學(xué)三年級(jí)開(kāi)始學(xué)生對(duì)計(jì)算思維概念有了全面的初步了解[30]。因此，本研究正式施測(cè)采用整群抽樣的方法，選取與預(yù)測(cè)對(duì)象同區(qū)域同層次的Z實(shí)驗(yàn)校，對(duì)三到六年級(jí)共908名學(xué)生進(jìn)行整群施測(cè)，研究對(duì)象年齡范圍為9-12歲。正式施測(cè)通過(guò)問(wèn)卷星進(jìn)行在線發(fā)放，組織被試現(xiàn)場(chǎng)集中填答。共回收有效問(wèn)卷844份，其中男生421名，占49.9%，女生423名，占50.1%。三年級(jí)學(xué)生171人，占20.3%;四年級(jí)學(xué)生242人，占28.6%;五年級(jí)學(xué)生232人，占27.5%;六年級(jí)學(xué)生199人，占23.6%。正式測(cè)試樣本數(shù)據(jù)被隨機(jī)分半，一半（N=422）用于探索性因素分析，另一半（N=422）用于驗(yàn)證性因素分析。

（二）量表結(jié)構(gòu)的探索性分析

本研究首先通過(guò)探索性因素分析對(duì)小學(xué)生計(jì)算思維量表的結(jié)構(gòu)進(jìn)行探索。樣本數(shù)據(jù)KMO值為0.962，Bartlett球形檢驗(yàn)達(dá)到顯著，說(shuō)明適合進(jìn)行因素分析。具體分析采用斜交旋轉(zhuǎn)及主成分分析法進(jìn)行。依據(jù)研究者提出的判定準(zhǔn)則[31]，剔除因子負(fù)荷低于0.5以及兩個(gè)因子之間負(fù)荷差異不小于0.1的項(xiàng)目。經(jīng)多輪探索性分析后，綜合特征值大于1、解釋方差總量、碎石圖等準(zhǔn)則，最終提取出五個(gè)因子。各因子下屬題項(xiàng)的含義一致，不存在命名困難，分別為：創(chuàng)造力、批判性思維、問(wèn)題解決、算法思維和合作能力，共包含23個(gè)測(cè)量項(xiàng)目，各測(cè)量項(xiàng)目的因子負(fù)荷均在0.662以上。具體分析結(jié)果如表2所示。

（三）量表結(jié)構(gòu)的驗(yàn)證性分析

在探索性因素分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，本研究對(duì)另一半樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證性因素分析。其中，一階驗(yàn)證性因素分析用以檢驗(yàn)小學(xué)生計(jì)算思維量表的五因子結(jié)構(gòu)擬合程度，二階驗(yàn)證性因素分析用以檢驗(yàn)計(jì)算思維能力結(jié)構(gòu)的合理性。

從表3及下頁(yè)圖2所示的一階驗(yàn)證性因素分析各項(xiàng)參數(shù)結(jié)果來(lái)看，擬合指數(shù)符合X 2/df<5，RMSEA<0.08，CFI>0.9，TLI>0.9，SRMR<0.08的理想標(biāo)準(zhǔn)，模型對(duì)數(shù)據(jù)擬合良好。說(shuō)明驗(yàn)證性因素分析支持探索性因素分析得出的小學(xué)生計(jì)算思維量表的五因子結(jié)構(gòu)模型，修訂后的包含23個(gè)題項(xiàng)的小學(xué)生計(jì)算思維量表具有良好的結(jié)構(gòu)。

依據(jù)計(jì)算思維能力結(jié)構(gòu)理論，計(jì)算思維由創(chuàng)造力、批判思維能力、問(wèn)題解決能力、算法思維、合作能力相互作用的復(fù)合能力組成。為驗(yàn)證該理論，本研究采用二階驗(yàn)證性因素分析，來(lái)檢驗(yàn)是否能使用一個(gè)高階因子（計(jì)算思維）去解釋上述五種能力。判斷二階因子是否成立，包括兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)[32]： （1）二階負(fù)荷較高;（2）與一階模型相比，二階模型未顯著惡化。

從表3及下頁(yè)圖2所示結(jié)果可以看出，在二階因子模型中，五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化二階負(fù)荷取值在0.740-0.932之間，說(shuō)明二階因子與五個(gè)一階因子間擁有較強(qiáng)的關(guān)系。同時(shí)，采用似然比檢驗(yàn)二階因子模型是否在一階因子模型基礎(chǔ)上存在惡化，分析結(jié)果為△X 2 =13.34<15.09（a=0.01），證明差異不顯著，即二階模型沒(méi)有顯著惡化模型擬合，且從各項(xiàng)擬合指數(shù)以及信息指數(shù)AIC和BIC來(lái)看，二階模型與一階模型相差無(wú)幾。由此，通過(guò)二階模型驗(yàn)證了創(chuàng)造力、批判思維能力、問(wèn)題解決能力、算法思維以及合作能力間的相關(guān)，能夠由一個(gè)高階因子（即計(jì)算思維）去解釋。計(jì)算思維能力結(jié)構(gòu)模型具有理論和實(shí)證上的合理性。

綜上所述，本研究在初步問(wèn)卷編制的基礎(chǔ)上，面向小學(xué)生群體展開(kāi)了第兩輪調(diào)研。結(jié)合探索性因素分析及驗(yàn)證性因素分析法，對(duì)量表所獲得的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了嚴(yán)格的篩選和檢驗(yàn)。最終確定包含創(chuàng)造力、批判思維能力、問(wèn)題解決能力、算法思維、合作能力五維度的計(jì)算思維模型在小學(xué)生群體中的適用性，形成了包含23道題項(xiàng)的我國(guó)小學(xué)生計(jì)算思維正式量表。

四、小學(xué)生計(jì)算思維量表質(zhì)量檢驗(yàn)

（一）量表信效度分析

依據(jù)探索性因素分析計(jì)算出的各測(cè)量題項(xiàng)的因子負(fù)荷量，對(duì)小學(xué)生計(jì)算思維量表的信度與效度做進(jìn)一步分析。通常采用克隆巴赫a系數(shù)（CronbachIsa）和組合信度（CR值）指標(biāo)作為信度的度量，當(dāng)大于0.7時(shí)表示量表信度良好。經(jīng)分析，計(jì)算思維總量表Cronbach's a系數(shù)為0.928，創(chuàng)造力、問(wèn)題解決、算法思維、合作能力等維度的CronbachIs a均大于0.8。批判思維維度Cronbach's a 系數(shù)值稍低于0.7，但該維度的組合信度指標(biāo)值達(dá)0.784，表明該維度內(nèi)部一致性在可接受范圍。因此，綜合考慮各項(xiàng)信度指標(biāo)，小學(xué)生計(jì)算思維量表的信度達(dá)到要求，說(shuō)明利用該量表獲得的測(cè)評(píng)結(jié)果具有良好的一致性、穩(wěn)定性和可靠性。效度檢驗(yàn)包括收斂效度和區(qū)分效度。收斂效度表示測(cè)量同一維度的題項(xiàng)之間的相關(guān)程度，區(qū)分效度表示不同維度間的差異程度。本研究采用平均方差萃取量（AVE值）檢驗(yàn)收斂效度以及AVE的平方根檢驗(yàn)區(qū)分效度。經(jīng)分析，小學(xué)生計(jì)算思維量表的AVE值在0.506-0.725之間（均大于0.5），表明測(cè)量模型具有良好的收斂效度。此外，依照Follnell-Larcker準(zhǔn)則，各維度AVE平方根值均大于維度間皮爾遜相關(guān)，表示量表具有良好的區(qū)別效度。綜上所述，說(shuō)明了小學(xué)生計(jì)算思維量表中各維度都緊密圍繞所屬特質(zhì)，各維度在計(jì)算思維整體中具有獨(dú)立的作用，驗(yàn)證了本研究所編制的小學(xué)生計(jì)算思維量表的可接受性。

（二）測(cè)量等值性檢驗(yàn)

測(cè)量等值性檢驗(yàn)是考察量表結(jié)構(gòu)在不同學(xué)生群體中的適用性，是進(jìn)行不同學(xué)生群體間計(jì)算思維能力水平差異比較的前提。

為檢驗(yàn)本研究所編制的小學(xué)生計(jì)算思維量表是否具有跨性別、跨年級(jí)水平的測(cè)量等值性，我們采用多組驗(yàn)證性因素分析，通過(guò)分別比較男女生分組、中年段（三、四年級(jí)）與高年段（五、六年級(jí)）分組下列五個(gè)嵌套模型之間的差異來(lái)實(shí)現(xiàn)：形態(tài)等值（Model 1，基線模型），即檢驗(yàn)不同群組之間潛變量與指標(biāo)的從屬關(guān)系相同;弱等值（Model 2），即檢驗(yàn)因子負(fù)荷在各組間是否相等;強(qiáng)等值（Model 3），即檢驗(yàn)各組間觀測(cè)變量的截距是否相等;因子方差協(xié)方差等值（Model 4）;嚴(yán)格等值（Model 5），即檢驗(yàn)不同群組之間誤差方差是否相等。當(dāng)嵌套模型間的差異值滿足相應(yīng)統(tǒng)計(jì)要求時(shí)，即認(rèn)為量表滿足所對(duì)應(yīng)的等值類型。本研究運(yùn)用MPlus7軟件進(jìn)行上述統(tǒng)計(jì)分析，選用穩(wěn)健極大似然估計(jì)方法（MLR）對(duì)全部844份問(wèn)卷樣本進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。采用卡方差異檢驗(yàn)、模型擬合指數(shù)CFI、TLI的差異（△CFI、△TLI）以及貝葉斯信息準(zhǔn)則（BIC）來(lái)評(píng)估測(cè)量等值性。分析結(jié)果表明，各模型均達(dá)理想的擬合水平，性別等值性、年級(jí)水平等值性分析均滿足嚴(yán)格等值（Model5）要求（X2/df﹤5， TLI>0.9， CFI>0.9， RMSEA<0.08，SRMR<0.08，△X2/A df<5，△TLI

五、小學(xué)生計(jì)算思維量表應(yīng)用

（一）小學(xué)生計(jì)算思維總體狀況

我國(guó)小學(xué)生計(jì)算思維總體狀況如表4所示，學(xué)生計(jì)算思維能力水平最低得分為25.33分，最高得分為100分，平均值為84.8分。整體而言，我國(guó)小學(xué)生計(jì)算思維水平處于較高水平。從計(jì)算思維各分維度來(lái)看，學(xué)生的得分均值從高到低依次為：合作能力（86.37）、創(chuàng)造力（85.85）、批判思維（85.32）、問(wèn)題解決能力（84.18）、算法思維（82.30），即我國(guó)小學(xué)生計(jì)算思維水平各維度中，合作能力水平最高，算法思維和問(wèn)題解決能力相對(duì)較弱。

（二）性別、年級(jí)水平等因素對(duì)小學(xué)生計(jì)算思維的影響研究

本研究利用結(jié)構(gòu)方程模型中的均值結(jié)構(gòu)模型對(duì)潛變量的組間均值進(jìn)行差異比較。小學(xué)生計(jì)算思維水平性別差異情況如表5所示。從結(jié)果可知，以計(jì)算思維整體能力而言，女生的得分略高于男生，但無(wú)顯著差異。在分維度方面，女生的合作能力和問(wèn)題解決能力顯著高于男生。男生則在算法思維上表現(xiàn)出優(yōu)于女生的趨勢(shì)。

小學(xué)生計(jì)算思維能力在年級(jí)水平上的差異，由表6結(jié)果所示。不同年級(jí)水平學(xué)生間的計(jì)算思維整體能力未見(jiàn)顯著差異，但中年級(jí)段得分略高于高年級(jí)段。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，中年級(jí)段學(xué)生的算法思維感知度顯著高于高年級(jí)學(xué)生。高年段學(xué)生在批判性思維和問(wèn)題解決能力上得分高于中年段學(xué)生，但不存在顯著性差異。

（三）小學(xué)生計(jì)算思維能力對(duì)學(xué)業(yè)成績(jī)的影響分析

本研究采用結(jié)構(gòu)方程模型，分析正式施測(cè)中四一六年級(jí)學(xué)生計(jì)算思維能力對(duì)學(xué)期末標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)驗(yàn)中數(shù)學(xué)和語(yǔ)文成績(jī)的影響（因施測(cè)學(xué)校課程考試改革，三年級(jí)無(wú)測(cè)驗(yàn)成績(jī)）。分析過(guò)程分兩步完成，首先分析了作為二階因子的小學(xué)生計(jì)算思維整體能力對(duì)數(shù)學(xué)、語(yǔ)文成績(jī)的影響，繼而分析了計(jì)算思維各子維度與數(shù)學(xué)、語(yǔ)文成績(jī)的關(guān)系。結(jié)構(gòu)模型分析結(jié)果如圖3所示。

通過(guò)圖3中標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)及其顯著性值可知，計(jì)算思維能力與數(shù)學(xué)成績(jī)（β=0.168，P

六、研究結(jié)論與展望

（一）研究結(jié)論

1.本研究所提出的我國(guó)小學(xué)生計(jì)算思維量表開(kāi)發(fā)過(guò)程科學(xué)、量表結(jié)構(gòu)合理，可用于評(píng)估中國(guó)小學(xué)生計(jì)算思維水平。本研究從計(jì)算思維廣義概念視角出發(fā)，以ISTE提出的計(jì)算思維能力結(jié)構(gòu)為理論基礎(chǔ)，依據(jù)量表編制標(biāo)準(zhǔn)化流程，通過(guò)文獻(xiàn)分析、專家論證以及兩輪調(diào)研，綜合探索性因素分析和驗(yàn)證性因素分析方法，最終確定了包含創(chuàng)造力、批判思維、問(wèn)題解決能力、算法思維、合作能力等五個(gè)子維度，由23個(gè)測(cè)量題項(xiàng)組成的我國(guó)小學(xué)生計(jì)算思維量表。該量表信度、收斂效度和區(qū)別效度均符合心理測(cè)量學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，在性別及年級(jí)水平等值性上滿足嚴(yán)格等值要求。綜上，該量表適宜于在編程與非編程環(huán)境下對(duì)我國(guó)小學(xué)生計(jì)算思維能力進(jìn)行測(cè)量，并可通過(guò)觀測(cè)分?jǐn)?shù)對(duì)不同性別、不同年級(jí)水平小學(xué)生的計(jì)算思維能力進(jìn)行跨組差異比較。同時(shí)，本研究從文獻(xiàn)支持和實(shí)證意義的角度驗(yàn)證了ISTE計(jì)算思維能力結(jié)構(gòu)劃分的合理性，進(jìn)一步說(shuō)明了培養(yǎng)計(jì)算思維的深層次意義在于，通過(guò)調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)者的問(wèn)題解決能力、創(chuàng)造力、批判思維、算法思維、合作能力等多種能力促使其普通思維方式發(fā)生變化。

2.我國(guó)小學(xué)生計(jì)算思維水平整體較高，在分維度上，學(xué)生的合作能力水平最高，算法思維和問(wèn)題解決能力相對(duì)較弱。自2016年我國(guó)發(fā)布《教育信息化“十三五”規(guī)劃》以來(lái)，作為培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維重要載體的STEM教育、編程教育，在我國(guó)經(jīng)歷了從萌芽到逐步普及的發(fā)展過(guò)程[33]。我國(guó)小學(xué)生計(jì)算思維水平整體處于較高水平，得益于近年來(lái)以跨學(xué)科特性和問(wèn)題解決為導(dǎo)向的STEM教育、編程教育的良好開(kāi)展。在計(jì)算思維各分維度上，學(xué)生的合作能力水平最高，創(chuàng)造力和批判思維能力次之，算法思維和問(wèn)題解決能力相對(duì)較弱。究其原因，隨著課程教學(xué)改革的不斷深入，合作學(xué)習(xí)逐漸成為學(xué)生較為熟悉的學(xué)習(xí)方式，大大提升了學(xué)生的合作能力。同時(shí)，現(xiàn)有研究表明，在合作交流中學(xué)生往往積極進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，進(jìn)一步激發(fā)了創(chuàng)造思維和批判思維的發(fā)展[34]。從認(rèn)知發(fā)展的角度來(lái)看，對(duì)于普遍年齡在9-13歲的小學(xué)中高年級(jí)學(xué)生而言，其正處于認(rèn)知發(fā)展的具體運(yùn)算階段，邏輯思維水平、抽象思維水平初步發(fā)展，因此算法思維所涉及的抽象概念，會(huì)造成小學(xué)生一定的理解困難。此外，目前小學(xué)階段的信息技術(shù)課程中仍以技術(shù)操作技能學(xué)習(xí)為主，而對(duì)學(xué)生思維培養(yǎng)的缺失現(xiàn)象比較嚴(yán)重，從而綜合表現(xiàn)出在算法思維和問(wèn)題解決能力上的弱勢(shì)。因此，小學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展與培養(yǎng)需要循序漸進(jìn)的過(guò)程與豐富多樣的形式.為學(xué)生提供合適的環(huán)境，讓他們用有形的物體和各種趣味任務(wù)來(lái)發(fā)展他們的算法思維技能。通過(guò)影響學(xué)生的推理、聯(lián)想、交流和算法思維技能，全面提高計(jì)算思維能力。

3.小學(xué)階段在高、中年級(jí)水平與性別間，學(xué)生計(jì)算思維整體能力均不存在顯著差異，但在算法思維、問(wèn)題解決能力、合作能力三個(gè)分維度上，小學(xué)生群體分別表現(xiàn)出年級(jí)水平或性別間的差異。小學(xué)生計(jì)算思維能力在中、高年級(jí)水平與性別間均不存在顯著差異的結(jié)論，與以往一些研究的結(jié)果一致，印證了相比中學(xué)階段，性別、年齡因素的影響力在小學(xué)階段相對(duì)減弱的判斷[35]。這一發(fā)現(xiàn)一方面說(shuō)明小學(xué)中、高年級(jí)學(xué)生對(duì)計(jì)算思維能力具有同等的感知度及平等的發(fā)展基礎(chǔ)，另一方面也說(shuō)明由年齡增加而獲得的認(rèn)知成熟度增加，并不能直接轉(zhuǎn)化成計(jì)算思維能力水平的提升，對(duì)小學(xué)生進(jìn)行有針對(duì)性的計(jì)算思維培訓(xùn)更可能起著決定性的作用。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著年級(jí)的提升，小學(xué)生算法思維呈現(xiàn)顯著下降的趨勢(shì)。算法思維關(guān)注學(xué)習(xí)者對(duì)數(shù)據(jù)處理流程及數(shù)據(jù)間關(guān)系的把握，在小學(xué)階段這一內(nèi)容通常屬于數(shù)學(xué)學(xué)科范疇。鑒于相關(guān)研究已證實(shí)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)興趣隨年級(jí)升高而逐步衰減[36]的趨勢(shì)，故算法思維呈現(xiàn)下降趨勢(shì)的原因或與學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)科興趣減弱相關(guān)。此外，女生在合作能力和問(wèn)題解決能力方面得分較男生更突出。該結(jié)論與學(xué)習(xí)科學(xué)、通用合作問(wèn)題解決以及PISA 2015的調(diào)查結(jié)果均表現(xiàn)一致[37]。因此，教師需要在課堂教學(xué)中采用兼顧性別差異的合作教學(xué)策略，為培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力營(yíng)造良好環(huán)境。

4.計(jì)算思維能力顯著影響小學(xué)生數(shù)學(xué)和語(yǔ)文學(xué)業(yè)成績(jī)，且其影響存在學(xué)科差異。目前研究還較少關(guān)注計(jì)算思維能力與學(xué)生學(xué)業(yè)成績(jī)的關(guān)系。本研究結(jié)果表明，計(jì)算思維能力越高的小學(xué)生，學(xué)業(yè)成績(jī)?cè)胶?，即?jì)算思維不僅對(duì)數(shù)學(xué)學(xué)科，而且對(duì)語(yǔ)文學(xué)科的學(xué)習(xí)同樣有促進(jìn)作用。因此，政府、學(xué)校、家庭需要進(jìn)一步關(guān)注這一影響，重視在學(xué)校課堂中培養(yǎng)計(jì)算思維的必要性。同時(shí)，計(jì)算思維能力各分維度對(duì)不同學(xué)科學(xué)業(yè)成績(jī)的預(yù)測(cè)作用存在差異。如算法思維、批判思維對(duì)數(shù)學(xué)成績(jī)有較強(qiáng)的預(yù)測(cè)作用，說(shuō)明這兩類能力是完成數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)必備的重要能力;而批判思維則對(duì)語(yǔ)文學(xué)科有較強(qiáng)的預(yù)測(cè)作用，說(shuō)明這項(xiàng)能力能夠有效促進(jìn)語(yǔ)言類學(xué)科的學(xué)習(xí)。因此，教師在對(duì)學(xué)生學(xué)科能力培養(yǎng)的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)重要的計(jì)算思維能力進(jìn)行有針對(duì)性地培養(yǎng)，從而更加有效地促進(jìn)學(xué)業(yè)成績(jī)的提高。基于本研究樣本，問(wèn)題解決能力與數(shù)學(xué)成績(jī)呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。任友群等人在相關(guān)研究中對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行了探討[38]，認(rèn)為其原因在于教師在課堂中普遍使用傳統(tǒng)的講授教學(xué)法，盡管講授法能夠讓學(xué)生聚焦于核心學(xué)科內(nèi)容，以提升數(shù)學(xué)成績(jī)，但卻妨礙了學(xué)生的主動(dòng)思考與知識(shí)遷移應(yīng)用，不利于學(xué)生問(wèn)題解決能力的培養(yǎng)。因此，在確保基本教學(xué)水平的基礎(chǔ)上，應(yīng)鼓勵(lì)教師進(jìn)行多樣化的課程開(kāi)發(fā)和實(shí)驗(yàn)，注重采用促進(jìn)學(xué)生自主、合作、探究學(xué)習(xí)的教學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)知識(shí)學(xué)習(xí)與思維能力的共同發(fā)展。

（二）研究展望

在合理有效評(píng)測(cè)的基礎(chǔ)上，科學(xué)地開(kāi)展計(jì)算思維教育是本研究的初衷。需要指出的是，計(jì)算思維作為全球公認(rèn)的信息時(shí)代公民必備能力，是一個(gè)高度抽象、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的多維度概念，難以通過(guò)一種方式同時(shí)對(duì)其整體性與細(xì)節(jié)性進(jìn)行全面測(cè)評(píng)。研究者們建議應(yīng)系統(tǒng)融合多種相互補(bǔ)充的測(cè)評(píng)工具，以實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生計(jì)算思維全方位的理解。因此，后續(xù)研究工作中我們將繼續(xù)深入探究我國(guó)小學(xué)生計(jì)算思維量表與其他計(jì)算思維測(cè)量工具間的關(guān)系，以及該量表在中學(xué)群體的適用性等問(wèn)題。

本研究分析了性別及年級(jí)水平對(duì)小學(xué)生計(jì)算思維及其各分維度能力的影響。然而，除上述兩個(gè)因素外，學(xué)生的內(nèi)部心理變量、先前知識(shí)經(jīng)驗(yàn)、教學(xué)環(huán)境等都可能對(duì)計(jì)算思維產(chǎn)生影響，且相關(guān)研究目前還較缺乏。因此，后續(xù)研究十分有必要基于真實(shí)的小學(xué)課堂，深入研究計(jì)算思維的影響因素和發(fā)展趨勢(shì)，從而更細(xì)化地分析出促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維發(fā)展的教學(xué)干預(yù)策略，為今后的計(jì)算思維培養(yǎng)提供更有力的實(shí)證指導(dǎo)。

本研究探索性地討論了計(jì)算思維對(duì)小學(xué)生數(shù)學(xué)和語(yǔ)文成績(jī)的影響。顯然，確切的影響機(jī)制還需要在后續(xù)研究中進(jìn)一步討論。鑒于采用跨學(xué)科教學(xué)、統(tǒng)整式教學(xué)模式在培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力的優(yōu)勢(shì)[39]。后續(xù)研究還需要對(duì)不同教學(xué)情境中計(jì)算思維培養(yǎng)的“質(zhì)”與“量”做進(jìn)一步的評(píng)估，以便系統(tǒng)探討計(jì)算思維與數(shù)學(xué)、語(yǔ)文、科學(xué)、英語(yǔ)等各科學(xué)業(yè)成績(jī)的關(guān)系。

參考文獻(xiàn)：

[1] Darling-Hammond L.A future worthy of teaching for America [J].PhiDelta Kappan，2008，89（10）：730-736.

[2] Wing J M.Computational thinking [J].Communications of theACM，2006，49（3）：33-35.

[3] The New Media ConsortiuⅡLThe NMC/CoSN Horizon Report：2017K-12 Edition [DB/OL].https：//library.educause.edu/-/media/files/library/2017/11/2017hrk12EN.pdf，2020-05-15.

[4]Wing J M_Computational thinking and thinking about computing[J].Philosophical Transachons of the Royal Soeiety A：Mathematical，Physical andEngjneering Sciences2008366（1881）：3717-3725.

[5]周佳偉，工祖浩.科學(xué)教育中的計(jì)算思維：理論框架與課程設(shè)計(jì)[J].中國(guó)電化教育，2018，（11）：72-78.

[6]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中課程方案和語(yǔ)文等學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[DB/OL].http：//www.moe.gov.cn/s rcsite/A26/s8 001/2018 01/t2 018 0115_3 24647.html，2019-10-08.

[7]孫立會(huì).聚焦思維素養(yǎng)的兒童編程教育：概念、理路與目標(biāo)[J].中國(guó)電化教育，2019，（7）：22-30.

[8] Denning P J.Beyond computational thinking [J].Communications of theACM，2009，52（6）：28-30.

[9]周宏仁.信息化：從計(jì)算機(jī)科學(xué)到計(jì)算科學(xué)[J].中國(guó)科學(xué)院院刊，2016，31（6）：591-598.

[10] Weintrop D，Beheshti E，et al.Defining computational thinking formathematics and science classrooms [J].Journal of Science Educationand Technology，2016，25 （1）：127-147.

[11] Syslo M M，Kwiatkowska A B.Informatics for all high school students：acomputational thinking approach[A].International Conference onInformatics in Schools：Situation，Evolution，and Perspectives [C].Berlin，Heidelherg：Springer press，2013.43 -56.