美國(guó)中小學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)課程發(fā)展新動(dòng)向及啟示 *

錢松嶺，董玉琦

(1. 吉林師范大學(xué) 教育科學(xué)學(xué)院，吉林 四平 136000；2. 上海師范大學(xué) 教育技術(shù)系， 上海 200234)

美國(guó)中小學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)課程發(fā)展新動(dòng)向及啟示 *

錢松嶺1，董玉琦2①

(1. 吉林師范大學(xué) 教育科學(xué)學(xué)院，吉林 四平 136000；2. 上海師范大學(xué) 教育技術(shù)系， 上海 200234)

該文聚焦美國(guó)中小學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)教育發(fā)展新動(dòng)向，介紹與評(píng)析其計(jì)算機(jī)科學(xué)課程政策，通過選取包括中小學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)組織CSTAK-12階段計(jì)算機(jī)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)、地方層面的印第安納州初中計(jì)算機(jī)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)、大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)組織美國(guó)大學(xué)委員會(huì)的大學(xué)預(yù)修課程等主要代表性計(jì)算機(jī)科學(xué)課程來說明美國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)課程目標(biāo)、課程內(nèi)容以及培養(yǎng)計(jì)算思維的學(xué)科核心素養(yǎng)，同時(shí)詳細(xì)介紹美國(guó)中小學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)課程實(shí)施現(xiàn)狀及存在的問題，在此基礎(chǔ)上提出對(duì)我國(guó)中小學(xué)信息技術(shù)課程發(fā)展的啟示。

美國(guó)；計(jì)算機(jī)科學(xué)；課程

自2015年底奧巴馬總統(tǒng)簽署“每位學(xué)生都成功法案(ESSA，Every Student Succeeds Act)”以來，一場(chǎng)自上而下的計(jì)算機(jī)科學(xué)教育運(yùn)動(dòng)在美國(guó)拉開了序幕。該法案強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)科學(xué)與數(shù)學(xué)、英文等必修學(xué)科地位相同。美國(guó)計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)CEO Bobby Schnabel評(píng)論：“將‘計(jì)算機(jī)科學(xué)’寫入“每位學(xué)生都成功法案(ESSA，Every Student Succeeds Act)”是重要的里程碑[1]”。一些美國(guó)學(xué)者更是將2016年稱為“計(jì)算機(jī)科學(xué)元年”。美國(guó)中小學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)課程發(fā)展的新動(dòng)向值得我們引起重視，分析其發(fā)展背景與趨勢(shì)對(duì)我國(guó)中小學(xué)信息技術(shù)教育發(fā)展具有重要的理論與實(shí)踐意義。

一、政府層面上的計(jì)算機(jī)科學(xué)課程政策

(一)每位學(xué)生都成功法案(ESSA，Every Student Succeeds Act)

2015年12月，奧巴馬總統(tǒng)簽署“每位學(xué)生都成功法案(ESSA，Every Student Succeeds Act)”，其中關(guān)于計(jì)算機(jī)科學(xué)的描述包含在STEM的規(guī)定當(dāng)中，此法案將計(jì)算機(jī)科學(xué)明確為與閱讀、寫作一樣重要的中小學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科，強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)科學(xué)與其他課程領(lǐng)域的聯(lián)系以及盡早開展計(jì)算機(jī)科學(xué)教育將會(huì)給美國(guó)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、勞動(dòng)力等方面帶來極大利益。

更為重要的是，“每位學(xué)生都成功法案”為計(jì)算機(jī)科學(xué)教師的培訓(xùn)與專業(yè)發(fā)展提供有力支持，主要體現(xiàn)在：

1.法案規(guī)定在州或?qū)W區(qū)層面，可以利用Title IV資金(一項(xiàng)聯(lián)邦政府的學(xué)生資助項(xiàng)目)資助非正式計(jì)算機(jī)科學(xué)教育，同時(shí)也資助應(yīng)用技術(shù)支持的教師專業(yè)發(fā)展；

2.為美國(guó)“STEM優(yōu)秀教師組織(STEM Master Teacher Corps)”與STEM教師專業(yè)發(fā)展建立新基金與新途徑(該組織目標(biāo)是在2021年之前培訓(xùn)100000名教師，美國(guó)政府預(yù)計(jì)為該計(jì)劃投入十億美元)；

3.國(guó)家教師質(zhì)量一攬子撥款(State Teacher Quality Block Grants)支持STEM教師專業(yè)發(fā)展[2]。

(二)為了全體學(xué)生的計(jì)算機(jī)科學(xué)(Computer Science For All)

2016年1月，奧巴馬總統(tǒng)宣布了一項(xiàng)名為“為了全體學(xué)生的計(jì)算機(jī)科學(xué)(Computer Science For All)”的計(jì)劃，旨在使美國(guó)年輕一代學(xué)生掌握所需要的計(jì)算機(jī)科學(xué)技能，在數(shù)字經(jīng)濟(jì)的社會(huì)中更具競(jìng)爭(zhēng)力。奧巴馬指出：“我們應(yīng)通過為每一位學(xué)生提供可動(dòng)手實(shí)踐的計(jì)算機(jī)科學(xué)與數(shù)學(xué)課程，使他們?cè)诔錾牡谝惶炀蜑槲磥砉ぷ髯龊脺?zhǔn)備[3]”。

此項(xiàng)計(jì)劃主要包括：

1.預(yù)算中要求40億美元資助各州以及1億美元資助學(xué)區(qū)用來推進(jìn)K-12計(jì)算機(jī)科學(xué)教育，其中包括教師培訓(xùn)，提供高質(zhì)量的學(xué)習(xí)資源以及建立有效的區(qū)域合作。

2.2016 年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF)與國(guó)家與社區(qū)服務(wù)公司(CNCS)要為計(jì)算機(jī)科學(xué)研究提供可用資金1.35億美元。

3.通過“計(jì)算機(jī)科學(xué)10k計(jì)劃(CS10k Initiative)”優(yōu)先加入美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF)支持的項(xiàng)目與專業(yè)發(fā)展學(xué)習(xí)社區(qū)，此計(jì)劃倡導(dǎo)在其他學(xué)科中提供更多計(jì)算機(jī)科學(xué)課程學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)并進(jìn)行計(jì)算機(jī)科學(xué)課程創(chuàng)新，其中包括“探索計(jì)算機(jī)科學(xué)(Exploring CS)”“大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)預(yù)修課程(Advanced Placement)”。

4.吸引更多的政府與地方管理者、教育領(lǐng)導(dǎo)者共同在州級(jí)領(lǐng)導(dǎo)層面上推動(dòng)計(jì)算機(jī)科學(xué)教育，如特拉華、夏威夷、華盛頓、阿肯色以及超過30個(gè)校區(qū)已經(jīng)開始為學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)科學(xué)課程提供支持。

5.發(fā)動(dòng)企業(yè)CEO、慈善家、創(chuàng)新媒體、技術(shù)專業(yè)人員與教育人員共同為致力于計(jì)算機(jī)科學(xué)教育承擔(dān)責(zé)任。目前為止，已有50多個(gè)專業(yè)組織加入此行列。

(三)2015年STEM教育法案(STEM Education Act of 2015)

2015年10月，美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬簽署“2015年STEM教育法案(STEM Education Act of 2015)”，該法案修正了以往的STEM教育的定義，明確將計(jì)算機(jī)科學(xué)包括在內(nèi)：“術(shù)語‘STEM’意指包括計(jì)算機(jī)科學(xué)在內(nèi)的科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)學(xué)科中的教育[4]”。

該法案還從政府資助與經(jīng)費(fèi)使用兩方面提出對(duì)于非正式STEM教育的規(guī)定，指出國(guó)家科學(xué)基金(NSF)要繼續(xù)支持校外STEM創(chuàng)新學(xué)習(xí)，大力改善STEM學(xué)習(xí)環(huán)境，提高STEM學(xué)習(xí)效果，還要支持STEM領(lǐng)域中的前沿研究。各項(xiàng)STEM教育活動(dòng)應(yīng)包括獨(dú)立學(xué)科，多學(xué)科綜合以及融合于其他學(xué)科內(nèi)等方式，改善非正式環(huán)境STEM學(xué)習(xí)的研究與資源開發(fā)，提高對(duì)非正式環(huán)境下學(xué)生參與STEM學(xué)習(xí)作用的認(rèn)識(shí)；為學(xué)生、教師以及普通大眾設(shè)計(jì)STEM創(chuàng)新學(xué)習(xí)、評(píng)價(jià)的模式、課程及資源。

該法案還提出加強(qiáng)對(duì)數(shù)學(xué)、科學(xué)老教師培訓(xùn)及研究的經(jīng)費(fèi)支持，鼓勵(lì)社會(huì)專業(yè)組織開展STEM教育。

(四)STEM教育系列計(jì)劃

2016年4月，奧巴馬又在白宮宣布一系列計(jì)劃，旨在深入開展STEM教育。奧巴馬指出：“不論學(xué)生出身如何，我們要讓每一位學(xué)生獲得可以親自動(dòng)手實(shí)踐的STEM教育，這樣才能使他們成功并保持我們國(guó)家在21世紀(jì)的競(jìng)爭(zhēng)力。……正如我先前所說，新經(jīng)濟(jì)中計(jì)算機(jī)科學(xué)不是可選擇的，是與3R(Reading，Writing，Arithmetic)并重的[5]”。

在這個(gè)一系列計(jì)劃中包括來自甲骨文公司2億美元的投資，用于加強(qiáng)全美125,000名學(xué)生的計(jì)算機(jī)科學(xué)教育；一直致力于改善計(jì)算機(jī)科學(xué)教育的非盈利組織Code.org為已決定推進(jìn)計(jì)算機(jī)科學(xué)教育的500多所學(xué)校提供支持；另一個(gè)非盈利組織US2020也正在為開發(fā)全新在線課程提供支持并為STEM專業(yè)人員成為志愿者或任教提供機(jī)會(huì)；同時(shí)聯(lián)邦政府、學(xué)校以及其他組織都對(duì)提升STEM培訓(xùn)的問題給出了一系列承諾。

作為推進(jìn)STEM教育的部分計(jì)劃，2016年4月13日，美國(guó)教育部發(fā)布了給各州、學(xué)區(qū)、學(xué)校的STEM教育指南，其目的是幫助州、地方教育機(jī)構(gòu)及其合作伙伴了解如何使用聯(lián)邦資助進(jìn)行STEM教育創(chuàng)新[6]。該指南還提及了“每位學(xué)生都成功法案(Every Student Succeeds Act)”中對(duì)STEM教育的相關(guān)描述，以幫助州、地方教育機(jī)構(gòu)及其合作伙伴更好地從“不讓一個(gè)孩子掉隊(duì)(No Child Left Behind Act)”法案向“每位學(xué)生都成功法案(Every Student Succeeds Act)”轉(zhuǎn)變。

這些課程政策為美國(guó)計(jì)算機(jī)課程發(fā)展指明了方向，在課程設(shè)置和實(shí)施方面做出決策和指示，從國(guó)家層面上為發(fā)展計(jì)算機(jī)科學(xué)教育提供資金支持，引導(dǎo)地方教育管理部門與社會(huì)各界利益相關(guān)者協(xié)同合作，鼓勵(lì)計(jì)算機(jī)科學(xué)課程創(chuàng)新。同時(shí)，也是2011年《美國(guó)創(chuàng)新戰(zhàn)略》掀起的“創(chuàng)新教育運(yùn)動(dòng)”推進(jìn)STEM教育的延伸與深入。當(dāng)前，美國(guó)有560萬工作崗位空缺，其中50萬是IT職位[7]。計(jì)算機(jī)科學(xué)課程在美國(guó)的發(fā)展是在全球化經(jīng)濟(jì)背景下，其經(jīng)濟(jì)發(fā)展的社會(huì)需求在學(xué)校課程中的直接反映，也體現(xiàn)了人們對(duì)于計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)科價(jià)值的重新認(rèn)識(shí)。

此次美國(guó)從聯(lián)邦政府層面上明確指出計(jì)算機(jī)科學(xué)的地位，并要求各州自幼兒園到高中要為學(xué)生提供計(jì)算機(jī)科學(xué)必修課程，這一歷史性轉(zhuǎn)變，將對(duì)美國(guó)基礎(chǔ)教育產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

二、美國(guó)中小學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)課程目標(biāo)、內(nèi)容

計(jì)算機(jī)科學(xué)作為一門學(xué)科在美國(guó)中小學(xué)開設(shè)，是基于這樣的理解：“計(jì)算機(jī)科學(xué)(CS)研究的是計(jì)算機(jī)和算法處理，包括其原理、硬件和軟件設(shè)計(jì)、應(yīng)用和對(duì)社會(huì)的影響[8]”。自2006年周以真教授明確計(jì)算思維的內(nèi)涵以來，作為計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)科的基本學(xué)科素質(zhì)和學(xué)科專業(yè)思維，計(jì)算思維得到了廣泛的認(rèn)同。2011年，美國(guó)國(guó)際教育技術(shù)協(xié)會(huì)(ISTE)、美國(guó)計(jì)算機(jī)教師協(xié)會(huì)(CSTA)與高等教育、工商界以及K-12教育領(lǐng)導(dǎo)者共同形成了可操性的“計(jì)算思維”定義，即：“計(jì)算思維”是問題解決過程，包括如下特點(diǎn)：“以一種方式使問題公式化，并可以利用計(jì)算機(jī)或其他工具解決；邏輯組織與數(shù)據(jù)分析；通過模型與模擬等抽象方式進(jìn)行數(shù)據(jù)表達(dá)；通過算法思維(一系列有順序的步驟)進(jìn)行自動(dòng)化求解；確認(rèn)、分析及實(shí)施可能的解決方案，以達(dá)到步驟與資源最優(yōu)化的目的；概括問題解決過程并將其應(yīng)用于各種問題解決[9]”。這些技能也對(duì)態(tài)度與能力有所要求，如下是計(jì)算思維的基本態(tài)度與能力維度。包括：“處理負(fù)責(zé)問題的信心；解決困難問題時(shí)的堅(jiān)持；問題不確定時(shí)表現(xiàn)出來的耐心；處理開放性問題的能力；為實(shí)現(xiàn)共同目標(biāo)或形成解決方案；與他人溝通與合作的能力[10]”。

根據(jù)不同學(xué)段學(xué)生發(fā)展需求，圍繞計(jì)算思維這一學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)，美國(guó)中小學(xué)的計(jì)算機(jī)科學(xué)課程形成了地方性多元化的特征，我們選取其中在全國(guó)范圍內(nèi)容影響廣泛的以及地方的典型課程加以介紹，包括：最具影響力的美國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)教師協(xié)會(huì)(CSTA)的計(jì)算機(jī)課程標(biāo)準(zhǔn)，其最大特點(diǎn)是小、初、高一體設(shè)計(jì)；高中與大學(xué)銜接的AP(Advanced Placement)課程(大學(xué)預(yù)修課程)，主要滿足高中學(xué)生打算在大學(xué)繼續(xù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)學(xué)習(xí)的需求，有近8成的高中選用；專業(yè)組織Code.org的計(jì)算機(jī)科學(xué)課程，主要滿足高中學(xué)生升學(xué)和就業(yè)需求；地方的計(jì)算機(jī)科學(xué)課程我們不能一一列舉，僅以印第安納州為例。

(一)美國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)教師協(xié)會(huì)的“CSTA K-12計(jì)算機(jī)科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)(2011)”

2011年，美國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)教師協(xié)會(huì)公布了“CSTAK-12計(jì)算機(jī)科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)(2011)”，此標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)小學(xué)(K1-6)、初中(K6-9)、高中階段(K9-12)三個(gè)不同水平階段，其總體目標(biāo)為：學(xué)生應(yīng)了解計(jì)算機(jī)科學(xué)的本質(zhì)及其在現(xiàn)代世界中的地位；學(xué)生應(yīng)理解計(jì)算機(jī)科學(xué)的概念并掌握相關(guān)技能；學(xué)生能運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)技能(尤其是計(jì)算思維)解決問題；計(jì)算機(jī)科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)可作為當(dāng)前學(xué)校中IT和AP課程的補(bǔ)充[11]。

其課程內(nèi)容包括“計(jì)算思維”“合作”“計(jì)算實(shí)踐與編程”“計(jì)算機(jī)與通信設(shè)備”“社區(qū)、全球與倫理的影響”為主線的五個(gè)方面。

1.計(jì)算思維：計(jì)算思維包含的問題解決、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、知識(shí)創(chuàng)新等可以應(yīng)用于大多數(shù)學(xué)科中。培養(yǎng)計(jì)算思維可以讓學(xué)生合理選擇處理，恰當(dāng)應(yīng)用工具分析、解決現(xiàn)實(shí)世界中的復(fù)雜問題，還要使學(xué)生理解現(xiàn)代世界中計(jì)算的優(yōu)勢(shì)和局限；

2.合作：計(jì)算機(jī)科學(xué)是合作的學(xué)科。一個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)需要很多計(jì)算機(jī)專業(yè)人才共同協(xié)作設(shè)計(jì)、編碼、測(cè)試、派出錯(cuò)誤、描述并維持程序；編程方法中的結(jié)對(duì)編程就是強(qiáng)調(diào)共同工作的重要性；能使擁有不同特長(zhǎng)的專家進(jìn)行團(tuán)隊(duì)合作才能保證正確、恰當(dāng)和有效的辦法[12]。

3.計(jì)算實(shí)踐與編程：包括創(chuàng)建與組織網(wǎng)頁的能力、編程解決問題的能力、為解決特殊計(jì)算問題選擇恰當(dāng)?shù)奈募?shù)據(jù)庫格式的能力以及使用合適的程序接口、軟件工具以及圖書館等解決算法與計(jì)算問題的能力。

4. 計(jì)算機(jī)與通信設(shè)備：學(xué)生應(yīng)了解計(jì)算機(jī)、交流設(shè)施和網(wǎng)絡(luò)的基本組成。理解互聯(lián)網(wǎng)如何促進(jìn)全球范圍內(nèi)的交流，如何做一個(gè)合格的數(shù)字公民。在交流關(guān)于技術(shù)的問題時(shí)，能使用合適的、準(zhǔn)確的專業(yè)術(shù)語。

5.社區(qū)、全球與倫理的影響：學(xué)生應(yīng)該學(xué)習(xí)遵守互聯(lián)網(wǎng)的道德規(guī)范，學(xué)習(xí)個(gè)人隱私、網(wǎng)絡(luò)安全、軟件許可證和版權(quán)的基本原則，成為負(fù)責(zé)任的公民。應(yīng)了解私有或開源等軟件類型，理解使用協(xié)議與許可的重要性。能評(píng)估互聯(lián)網(wǎng)上信息的準(zhǔn)確性與可靠性。應(yīng)了解什么是恰當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)行為，理解計(jì)算機(jī)對(duì)人際交流的重要意義[13]。

“CSTAK-12計(jì)算機(jī)科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)(2011)”正在修訂中，將于2016年9月公布新版。

(二)AP(Advanced Placement)課程(大學(xué)預(yù)修課程)

美國(guó)大學(xué)委員會(huì)(College Board)為高中學(xué)生設(shè)計(jì)了大學(xué)預(yù)修課程考試，其中AP計(jì)算機(jī)科學(xué)課程有計(jì)算機(jī)科學(xué)A與計(jì)算機(jī)科學(xué)原理兩種課程供學(xué)生選擇。計(jì)算機(jī)科學(xué)A以JAVA語言為基礎(chǔ)學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)編程，學(xué)習(xí)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的思想以及簡(jiǎn)單的算法，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算機(jī)操作能力、分析問題能力、代碼理解能力和程序設(shè)計(jì)能力。

另一門AP計(jì)算機(jī)科學(xué)原理課程是作為計(jì)算機(jī)科學(xué)A的補(bǔ)充，其目的是擴(kuò)大學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)科學(xué)的參與度，簡(jiǎn)要介紹計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)科的一般基礎(chǔ)領(lǐng)域，強(qiáng)調(diào)恰當(dāng)進(jìn)行交流的重要性以及與當(dāng)前社會(huì)需求相關(guān)的一些內(nèi)容。為了響應(yīng)“為了全體學(xué)生的計(jì)算機(jī)科學(xué)”計(jì)劃，大學(xué)委員會(huì)也重新修訂了計(jì)算機(jī)科學(xué)原理課程，計(jì)劃與2016年秋季開始實(shí)施。

修訂后的AP計(jì)算機(jī)科學(xué)原理課程內(nèi)容或大概念(Big Idea)包括：

1.創(chuàng)造力：計(jì)算是一個(gè)創(chuàng)造性的活動(dòng)。創(chuàng)造力與計(jì)算是創(chuàng)新的突出推動(dòng)力，以計(jì)算驅(qū)動(dòng)的創(chuàng)新已經(jīng)推動(dòng)并將持續(xù)其深遠(yuǎn)影響。

2.抽象：抽象是把信息與細(xì)節(jié)簡(jiǎn)化為相關(guān)概念。就是將細(xì)節(jié)轉(zhuǎn)換成可理解并能解決問題的相關(guān)概念的過程、策略以及結(jié)果。

3.數(shù)據(jù)與信息：數(shù)據(jù)與信息促進(jìn)知識(shí)創(chuàng)新。計(jì)算能促進(jìn)發(fā)現(xiàn)信息處理的新方法，并能促使從藝術(shù)到商業(yè)到科學(xué)等許多學(xué)科之間發(fā)生巨大變化。

4.算法：我們利用算法形成并表達(dá)計(jì)算問題的解決方案。將算法在軟件中實(shí)現(xiàn)將會(huì)對(duì)世界產(chǎn)生深遠(yuǎn)、持久的影響。

5.編程：編程有助于問題解決、人類表達(dá)以及知識(shí)創(chuàng)新。編程與軟件創(chuàng)新已經(jīng)改變了我們的生活，編程結(jié)果即軟件的創(chuàng)新，它能促進(jìn)包括音樂、圖像及可視化等計(jì)算藝術(shù)品的創(chuàng)造。

6.互聯(lián)網(wǎng)：互聯(lián)網(wǎng)是現(xiàn)代計(jì)算發(fā)展的成就?；ヂ?lián)網(wǎng)及所建立的系統(tǒng)已經(jīng)對(duì)社會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)能支持交流與合作。

7.全球化影響：計(jì)算的影響是全球化的。由于計(jì)算機(jī)所帶來的創(chuàng)新使得我們進(jìn)行交流、合作、解決問題以及做生意的方式得以改變且還在變化之中[14]。

(三)Code.org的計(jì)算機(jī)科學(xué)課程

專業(yè)組織Code.org也為高中學(xué)生開發(fā)了計(jì)算機(jī)科學(xué)課程，目的是為學(xué)生進(jìn)入大學(xué)獲得計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)學(xué)位或是從事與計(jì)算機(jī)科學(xué)相關(guān)的職業(yè)做好準(zhǔn)備[15]，其內(nèi)容主要包括：

1. JavaScript中的計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論：主要教學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)與編程基礎(chǔ)，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維與問題解決技能；

2. Python中的計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論：主要教學(xué)計(jì)算機(jī)編程基礎(chǔ)以及Python語言高級(jí)特性，學(xué)生利用所學(xué)可以制作基于平臺(tái)的游戲；

3. AP計(jì)算機(jī)科學(xué)原理：主要教學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)基本概念，探究計(jì)算機(jī)與技術(shù)對(duì)社會(huì)產(chǎn)生的影響；

4. AP計(jì)算機(jī)科學(xué)in Java：幫助學(xué)生掌握J(rèn)ava基本知識(shí)，以通過AP計(jì)算機(jī)科學(xué)A考試。

(四)地方的計(jì)算機(jī)科學(xué)課程

為了響應(yīng)“每個(gè)學(xué)生都成功法案”“為了全體學(xué)生的計(jì)算機(jī)科學(xué)”等一系列政策，各州教育管理部門積極行動(dòng)，結(jié)合各自地方的實(shí)際情況制定自己的計(jì)算機(jī)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)。下面以印第安納州的計(jì)算機(jī)課程標(biāo)準(zhǔn)為例簡(jiǎn)要說明。

2016年4月15日，印第安納州教育委員會(huì)批準(zhǔn)了新K-12科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)，第一次要求在小學(xué)、初中開設(shè)計(jì)算機(jī)科學(xué)課程，于2016-2017學(xué)年開始實(shí)施。新科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中含有自幼兒園至八年級(jí)的計(jì)算機(jī)科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。該課程標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)是在不斷變化的計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域中為學(xué)生提供基于探究的、動(dòng)手實(shí)踐的兩方面內(nèi)容：概念與實(shí)踐。該標(biāo)準(zhǔn)基于5個(gè)核心概念，也是課程內(nèi)容的五個(gè)方面，即“數(shù)據(jù)與信息”“計(jì)算設(shè)備與系統(tǒng)”“編程與算法”“網(wǎng)絡(luò)與交流”與“(社會(huì))影響與文化”。

該計(jì)算機(jī)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)最大的特點(diǎn)就是從“具體標(biāo)準(zhǔn)”向“素養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)”(學(xué)生學(xué)習(xí)如何批判性地思考問題)轉(zhuǎn)變，它更加寬泛，不只是體現(xiàn)在科學(xué)課上，還可以體現(xiàn)在英語、數(shù)學(xué)、社會(huì)學(xué)習(xí)、音樂等其他學(xué)科中。學(xué)生通過在多學(xué)科領(lǐng)域中的學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)該標(biāo)準(zhǔn)的要求。表1是印第安納州計(jì)算機(jī)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中的K6-8階段的“計(jì)算設(shè)備與系統(tǒng)”部分內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)。

表1 印第安納州計(jì)算機(jī)科學(xué)K6-8階段“計(jì)算機(jī)設(shè)備與系統(tǒng)”內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)[16]

如讓學(xué)生掌握“應(yīng)用檢修策略來確認(rèn)并解決計(jì)算機(jī)日常使用過程中常規(guī)的硬件、軟件問題?！睂W(xué)生不一定在計(jì)算機(jī)科學(xué)課上學(xué)，他們可以在任何科目中使用計(jì)算機(jī)軟件時(shí)掌握，這就是所謂的“素養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)”。

三、美國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)課程的實(shí)施狀況

一直以來，美國(guó)中小學(xué)信息技術(shù)課程主要包括教育技術(shù)課程、信息素養(yǎng)課程或計(jì)算機(jī)科學(xué)課程等三種類型。在高中以計(jì)算機(jī)科學(xué)課程為主，有的以獨(dú)立學(xué)科設(shè)置，有的包含在數(shù)學(xué)、科學(xué)、技術(shù)、商業(yè)等學(xué)科之中，情況比較復(fù)雜。初中、小學(xué)則以教育技術(shù)課程、信息素養(yǎng)課程為主，多以整合于其他學(xué)科課程的方式設(shè)置，但自頒布“每位學(xué)生都成功法案(ESSA，Every Student Succeeds Act)”以來，一些地方初中、小學(xué)也發(fā)生了新變化。

(一)高中階段的計(jì)算機(jī)科學(xué)課程實(shí)施狀況

美國(guó)計(jì)算機(jī)教師協(xié)會(huì)(Computer Science Teachers Associate)的研究委員會(huì)于2015年春季對(duì)10182名將自己定義為計(jì)算機(jī)科學(xué)、計(jì)算機(jī)編程或大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)預(yù)修課程教師進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)問卷調(diào)查，回收了1354份(回收率為13.3%)有效問卷。

該調(diào)查結(jié)果顯示：89.4%的學(xué)校開設(shè)計(jì)算機(jī)科學(xué)課程，73.7%的學(xué)校課后開設(shè)計(jì)算機(jī)科學(xué)課程或俱樂部等活動(dòng)，63.4%的學(xué)校把計(jì)算機(jī)科學(xué)作為必修課要求學(xué)生學(xué)習(xí)[17]。

其學(xué)分所屬學(xué)科情況比較多樣，如表2所示。

表2 美國(guó)高中計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)分分布情況[18]

以上學(xué)分分布情況說明，計(jì)算機(jī)科學(xué)在現(xiàn)實(shí)中多數(shù)情況下是屬于商業(yè)課程的一部分內(nèi)容。同時(shí)也可以看出人們對(duì)于計(jì)算機(jī)科學(xué)課程的認(rèn)識(shí)與理解不盡相同，對(duì)學(xué)分處理方式也呈現(xiàn)出差別。這帶來的最直接問題是，想從事計(jì)算機(jī)科學(xué)教學(xué)的職前教師很難決定要申請(qǐng)哪個(gè)學(xué)科資格證書。

關(guān)于高中計(jì)算機(jī)科學(xué)的主要學(xué)習(xí)內(nèi)容如表3所示。

表3 美國(guó)高中計(jì)算機(jī)科學(xué)主要學(xué)習(xí)內(nèi)容[19]

美國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)科內(nèi)容主要集中在“編程、問題解決、信息技術(shù)與信息系統(tǒng)中的邏輯應(yīng)用、軟件、硬件以及社會(huì)與道德問題”。其中計(jì)算機(jī)科學(xué)教學(xué)中使用的編程語言或軟件工具類型與比例包括：Scratch(60.8%)、Python(54.3%)、C++(48.2%)、ECS(Exploring Computer Science)(48%)、Greenfoot(19.5%)、Java(17.6%)、Alice(10.5%)、AppInventor(9%)、Java Script(10%)、Visual Basic(7.1%)、Bootstrap(0.8%)、GUTS(0.1%)[20]。

在開設(shè)計(jì)算機(jī)科學(xué)課程的高中，有75%的學(xué)校采用CSTA的計(jì)算機(jī)課程標(biāo)準(zhǔn)，66.1%的學(xué)校采用Code.org課程。78.7%的學(xué)校開設(shè)大學(xué)預(yù)修課程計(jì)算機(jī)科學(xué)A，66.2%的學(xué)校開設(shè)計(jì)算機(jī)科學(xué)原理(CS Principles)課程[21]。

(二)初中、小學(xué)階段的實(shí)施狀況

在美國(guó)K-12計(jì)算機(jī)科學(xué)運(yùn)動(dòng)中，阿肯色州率先要求2017-2018學(xué)年，該州所有小學(xué)和初中學(xué)生將學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)科學(xué)課程。2016年4月初，弗吉尼亞州立法委員會(huì)通過一項(xiàng)法案，要求將計(jì)算機(jī)科學(xué)加入該州K-12學(xué)習(xí)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中。該法案將計(jì)算機(jī)科學(xué)、計(jì)算思維包括計(jì)算機(jī)編碼等內(nèi)容加入弗吉尼亞州學(xué)習(xí)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中，已通過眾議院與參議院全體無異議投票，將于今年7月份簽發(fā)。弗吉尼亞州很可能成為全美第一個(gè)將計(jì)算機(jī)科學(xué)融合其小、初、高核心課程學(xué)業(yè)要求當(dāng)中的州[22]。

包括羅德島在內(nèi)的一些州也開始行動(dòng)推進(jìn)K-12計(jì)算機(jī)科學(xué)教育，佛羅里達(dá)州教育委員會(huì)將采用新計(jì)算機(jī)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)，以指導(dǎo)學(xué)區(qū)設(shè)計(jì)相應(yīng)課程，新計(jì)算機(jī)課程標(biāo)準(zhǔn)將包含在科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中，但還沒有提出相關(guān)教學(xué)要求[23]。一些大的學(xué)區(qū)如芝加哥、紐約、圣弗朗西斯科已經(jīng)決定2017年為學(xué)生提供計(jì)算機(jī)科學(xué)課程。

(三)課程實(shí)施中的問題

美國(guó)的中小學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)課程實(shí)施中也面臨一些挑戰(zhàn)，如計(jì)算機(jī)科學(xué)與數(shù)學(xué)課程、教育技術(shù)課程、信息素養(yǎng)課程都有交叉，導(dǎo)致大家對(duì)于計(jì)算機(jī)科學(xué)的理解不夠清晰，并且表現(xiàn)出了一種將計(jì)算機(jī)科學(xué)與其他學(xué)科領(lǐng)域混同的趨勢(shì)：如技術(shù)教育/教育技術(shù)、工業(yè)或?qū)W習(xí)技術(shù)、信息系統(tǒng)管理、乃至計(jì)算機(jī)支持其他學(xué)科領(lǐng)域的應(yīng)用。

美國(guó)的計(jì)算機(jī)科學(xué)教師資格證書也存在相當(dāng)大的問題，在2013年CSTA發(fā)布名為“系統(tǒng)中的BUG：全美計(jì)算機(jī)科學(xué)教師資格證書”的一份調(diào)查報(bào)告說明各州的計(jì)算機(jī)科學(xué)教師資格證書體制存在著“裂痕”。例如佛羅里達(dá)州規(guī)定想要成為一名計(jì)算機(jī)科學(xué)教師必須學(xué)習(xí)K-8階段計(jì)算機(jī)科學(xué)教學(xué)法的課程，但事實(shí)上，相關(guān)職前課程并沒有提供相關(guān)課程。也有一些州有計(jì)算機(jī)科學(xué)教師資格認(rèn)證，但都是附加在其他學(xué)科教師資格證書上的。甚至有些州都沒有明確的計(jì)算機(jī)科學(xué)教師資格證書制度。全美只有14個(gè)州將計(jì)算機(jī)科學(xué)課程作為學(xué)生在數(shù)學(xué)學(xué)科、科學(xué)學(xué)科或計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)科畢業(yè)要求[24]。

此外，在高中選修計(jì)算機(jī)科學(xué)課程的學(xué)生中，女生與少數(shù)民族參與比例極低，這也是美國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)教育面臨的一個(gè)問題。奧巴馬也敦促相關(guān)部門采取行動(dòng)解決計(jì)算機(jī)科學(xué)乃至STEM領(lǐng)域中的這種“結(jié)構(gòu)性偏見”的問題。

四、啟示

美國(guó)中小學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)課程正發(fā)展到一個(gè)史無前例的高度，無疑這是以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為基本特征的數(shù)字時(shí)代發(fā)展需求，是科技創(chuàng)新、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的現(xiàn)實(shí)呼喚。反觀我國(guó)中小學(xué)信息技術(shù)課程的發(fā)展，啟示如下。

(一)重認(rèn)信息技術(shù)課程價(jià)值

美國(guó)政府把計(jì)算機(jī)科學(xué)提高到與語文、數(shù)學(xué)相同的地位，這種轉(zhuǎn)變是隨社會(huì)發(fā)展，計(jì)算機(jī)科學(xué)課程價(jià)值凸顯出來，程序語言是未來科技創(chuàng)新的重要助推力，其相關(guān)課程不僅培養(yǎng)學(xué)生寫程序的能力，更是培養(yǎng)學(xué)生的組織能力、邏輯思維能力與獨(dú)立思辨解決問題的能力，培養(yǎng)計(jì)算思維，這是學(xué)生21世紀(jì)自主發(fā)展的核心素養(yǎng)之一。在我國(guó)，中小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科常常被認(rèn)為是“小科”，其重要性往往被人們忽視，我們應(yīng)該意識(shí)到信息技術(shù)課程培養(yǎng)計(jì)算思維的獨(dú)特性之于社會(huì)、個(gè)人發(fā)展價(jià)值非凡。

(二)教育管理部門推動(dòng)，課程政策驅(qū)動(dòng)

以總統(tǒng)身份強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)科學(xué)課程的重要性，這在課程發(fā)展史上也是少見的，這種自上而下的政府推動(dòng)必然會(huì)引起社會(huì)各界高度重視。同時(shí)，多方位，多層次的課程政策也吸引了相關(guān)利益者的投入、參與，這對(duì)課程發(fā)展的重要作用毋庸置疑。我國(guó)2000年《中小學(xué)信息技術(shù)課程指導(dǎo)綱要(試行)》和2003年《普通高中技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))》中的信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)，分別規(guī)定了義務(wù)教育階段與高中階段信息技術(shù)課程的性質(zhì)、目標(biāo)、內(nèi)容等。隨著時(shí)代發(fā)展，這些課程政策不盡完善，亟待更新。同時(shí)也要發(fā)揮地方、學(xué)校課程決策的主動(dòng)性，合理調(diào)控各方利益需求，形成共贏、可持續(xù)發(fā)展的綜合性課程政策。

(三)合理選擇符合我國(guó)國(guó)情的中小學(xué)信息技術(shù)課程內(nèi)容

美國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)課程精煉學(xué)科核心概念“抽象、數(shù)據(jù)與信息、算法、編程、互聯(lián)網(wǎng)、全球影響”等內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)動(dòng)手實(shí)踐。我國(guó)中小學(xué)信息技術(shù)課程總目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生信息素養(yǎng)，其內(nèi)涵顯然超出計(jì)算機(jī)科學(xué)范疇。在我國(guó)教育水平地域、城鄉(xiāng)不均衡的現(xiàn)實(shí)背景下，中小學(xué)信息技術(shù)課程更要滿足多方面需求。伴隨當(dāng)前以大數(shù)據(jù)分析為特點(diǎn)的信息化進(jìn)程，來源分散，格式多樣的數(shù)據(jù)成為知識(shí)創(chuàng)新的基本內(nèi)核，多種復(fù)雜信息系統(tǒng)的綜合運(yùn)用使虛擬與現(xiàn)實(shí)空間相互交織，在信息化生態(tài)環(huán)境中，利用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基本概念與信息技術(shù)工具去解決問題是每個(gè)人必需的技能。同時(shí)，微課、MOOC、翻轉(zhuǎn)課堂、創(chuàng)客教育的出現(xiàn)也改變著學(xué)生的學(xué)習(xí)方式。因此，除了計(jì)算思維的培養(yǎng)，我國(guó)中小學(xué)信息技術(shù)課程內(nèi)容的選擇還要體現(xiàn)出數(shù)據(jù)處理、信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)、數(shù)字化學(xué)習(xí)等方面的能力要求。

(四)平衡好“獨(dú)立開設(shè)”與“學(xué)科融合”的關(guān)系

美國(guó)政府明確要求中小學(xué)乃至幼兒園為學(xué)生開設(shè)計(jì)算機(jī)科學(xué)課程，并將其看做是STEM教育的重要組成部分。我國(guó)義務(wù)教育階段，在綜合實(shí)踐活動(dòng)課程標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中含有與信息技術(shù)課程相關(guān)的要求。當(dāng)前，我國(guó)有50%的小學(xué)、95%的初中獨(dú)立開設(shè)信息技術(shù)學(xué)科，這說明“獨(dú)立開設(shè)”符合我國(guó)相當(dāng)部分的地方需求。同時(shí)，我們也要看到信息技術(shù)對(duì)于其他學(xué)科學(xué)習(xí)的意義，美國(guó)大力開展STEM教育，發(fā)揮綜合課程在促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展的作用。因此，我們也需要深入開展相關(guān)研究，既有“獨(dú)立開設(shè)”，又有“學(xué)科融合”，科學(xué)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)中小學(xué)信息技術(shù)課程。

(五)加強(qiáng)信息技術(shù)學(xué)科師資培養(yǎng)

美國(guó)在推進(jìn)計(jì)算機(jī)科學(xué)教育進(jìn)程中，為解決師資嚴(yán)重短缺的問題采取了加大資金投入、吸引企業(yè)以及相關(guān)利益者資助、引導(dǎo)各種項(xiàng)目支持、加強(qiáng)教師培訓(xùn)、完善教師資格證書制度等措施。師資短缺同樣是我國(guó)推進(jìn)中小學(xué)信息技術(shù)課程改革進(jìn)程中的一大障礙，需要籌建區(qū)域教師培訓(xùn)中心等組織，完善相關(guān)教師專業(yè)發(fā)展制度等。

[1][2]ACM Hails New “Every Student Succeeds” Law Sweeping Legislation Will Bolster Computer Science in K-12 Education[EB/OL]. http://www.acm.org/media-center/2015/december/essa-epc, 2016-03-18.

[3]Computer Science For All [EB/OL]. https://www.whitehouse.gov/blog/2016/01/30/computer-science-all, 2016-03-18.

[4]H.R. 1020: STEM Education Act of 2015[EB/OL]. https://www.govtrack.us/congress/bills/114/hr1020, 2016-03-18.

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[14]AP Computer Science Principles Course Overview[EB/OL].https://secure-media.collegeboard.org/digitalServices/pdf/ap/ap-computerscience-principles-course-overview.pdf,2016-04-18.

[15]Four Year Curriculum Pathway[EB/OL].https://codehs.com/info/curriculum,2016-04-18.

[16]Indiana’s New Science Standards Require Computer Science[EB/OL].http://indianapublicmedia.org/stateimpact/2016/04/18/sciencestandards/,2016-04-19.

[17]-[21]CSTA NATIONAL SECONDARY SCHOOL CS SURVEY 2015[EB/OL].http://www.csta.acm.org/Research/sub/Projects/ResearchFiles/CSTA_NATIONAL_SECONDARY_SCHOOL_CS_SURVEY_2015.pdf,2016-04-18.

[22]Virginia Could Be First State to Require All K-12 Students to Learn Computer Science[EB/OL].http://blogs.edweek.org/edweek/curriculum/2016/04/virginia_could_become_first_state_require_K12_computer_science.html,2016-04-18.

[23]Florida considers computer science standards for public schools[EB/OL].http://www.orlandosentinel.com/features/education/school-zone/os-computerscience-florida-schools-standards-20160413-story.html,2016-04-18.

[24]Bugs in the System: Computer Science Teacher Certification in the U.S. [EB/OL]. http://csta.acm.org/ComputerScienceTeacherCertificati on/sub/CSTA_BugsInTheSystem.pdf,2016-04-20.

The New Trends and Revelation of K-12 Computer Science Curriculum Development in the USA

Qian Songling1, Dong Yuqi2
(1.College of Education Science, Jilin Normal University, Siping Jilin 136000；2.Department of Educational Technology,Shanghai Normal University, Shanghai 200234)

The article focuses on the new trends of computer science curriculum development in the U.S., introduces and analysis its curriculum policies, indicates the curriculum goals and contents through the introduction of the typical curriculums including CSTA K_12 CS standards, K6-8 CS standard in Indiana, Advanced Placement CS principle from College Board, in addition, the current status and the challenges in the computer science curriculum implementation are introduced as well. Finally, the revelations to the IT curriculum development in schools in China are put forward based on the previous introduction.

U.S.; Computer Science; Curriculum

G434

A

錢松嶺：博士，副教授，研究方向?yàn)樾畔⒓夹g(shù)教育(qiansongling@sina.com)。

董玉琦：博士，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)樾畔⒓夹g(shù)教育(dongyq@shnu.edu.cn)。

2016年7月3日

責(zé)任編輯：李馨 趙云建

1006—9860(2016)10—0083—07

* 本文系吉林省2016年度社科基金項(xiàng)目“吉林省高校教師教育技術(shù)能力現(xiàn)狀與提升策略”(項(xiàng)目編號(hào)：2016BS36)研究成果。

① 董玉琦為本文通訊作者。