師范生計算思維發(fā)展現(xiàn)狀與影響因素
——基于津冀魯三地高校的調(diào)查

房 敏 孫 穎 陳 偉 呂慎敏

(1.天津大學 教育學院，天津 300350；2.曲阜師范大學 教育學院，山東濟寧 273100)

一、研究背景

人工智能時代需要計算思維教育。計算思維(computational thinking)最早由卡內(nèi)基·梅隆大學周以真(Wing，2006)給出定義，歷經(jīng)十余年發(fā)展，逐漸被視為一種適應信息化社會生存和發(fā)展的重要素質(zhì)。統(tǒng)計顯示，全世界已有52個國家明確將計算思維納入小學課程(Tang et al.，2020a)，大量圍繞計算思維教育的實驗項目覆蓋基礎(chǔ)教育和高等教育，形式與內(nèi)容呈現(xiàn)出多元與泛化的特點。隨著人們對計算思維認識的深入，計算思維教育從單純依靠信息技術(shù)專門課程走向跨學科融合教育，越來越多地關(guān)注普遍情境下復雜問題的計算化解決，國內(nèi)外學者先后使用“計算思維2.0”(陳國良，2020)、“計算參與”(Yasmin，2016)等詞匯描繪這一趨勢。近兩年來，我國教育部先后發(fā)文，明確將編程教學與實驗教學、多學科教學融合，大力培養(yǎng)能夠開展計算思維教育的中小學師資，這標志著K-12階段的計算思維教育已不僅是信息技術(shù)教師的工作，也成為各類學科教師應承擔的重任。

教育者計算思維能力水平直接影響計算思維教育質(zhì)量，然而當前對學科教師及師范生計算思維的發(fā)展與評價研究較薄弱。從國際層面看，學者指出這一領(lǐng)域的實證研究偏少，多以質(zhì)性研究為主，量化研究存在樣本數(shù)少、信效度不足等問題(Kong et al.，2020；Tang et al.，2020b)。回顧國內(nèi)研究進展可以發(fā)現(xiàn)，針對教師及師范生的計算思維探討更少，已有研究多聚焦于國際計算思維教育標準引介及對教育者角色責任的思辨討論，同樣缺少針對計算思維教育者能力水平和發(fā)展特點的實證研究。鑒于此，本研究以未來的計算思維教育者——師范生為對象，從計算思維評價入手，探析我國師范生計算思維的特點及影響因素，為后續(xù)研究提供支持。

二、評價框架與研究問題

(一)評價框架

1.計算思維的認識取向：兩種差異的分析與選擇

研究者對計算思維組成成分的認識存在差異。近年來，有研究將合作、批判、創(chuàng)造力等非智力因素融入抽象、算法、模式識別等傳統(tǒng)的計算思維智力要素。作為計算思維的核心成分(Filiz et al.，2016；Korkmaz et al.，2017；Akyol，2019)，本研究將非智力因素參與計算思維成分組成的認識差異稱為第一種差異。師范生計算思維的界定采用何種取向，里昂等(Lyon & Magana，2020)指出，計算思維操作性定義需要與具體的教學活動和評價設(shè)計相結(jié)合才能產(chǎn)生實際意義。給出一個讓師范生能夠與自身學科知識和生活經(jīng)驗發(fā)生聯(lián)系，還能嵌入學科教學活動實現(xiàn)職業(yè)化理解的定義，對于開展計算思維評價和提高研究信效度具有重要價值。因此，對這種差異選擇的關(guān)鍵考量是，哪種取向能夠清晰地向師范生解答跨學科計算思維教育的作用。一些研究者認為，非智力要素的引入有助于研究者和非計算機專業(yè)的教育者們跨學科地遷移解讀計算思維，不僅能使計算思維貼近其他學科知識，也有助于塑造學習者的完整人格(Oluk & Korkmaz，2016；房敏等，2021)。本研究更傾向于非智力因素參與的認識取向。

基于是否需要思考計算思維的職業(yè)情境，又產(chǎn)生了第二種認識差異：一類觀點從生活應用情境出發(fā)，將計算思維視為生存所需的基本能力，在培養(yǎng)與評價上與非師范類學生無差別?？茽柨笋R茲等(Korkmaz et al.，2017)從跨學科角度提出的師范生計算思維評價體系，費爾哈特等(Ferhat & Pinar，2019)從計算機學科角度開展的師范生計算思維訓練研究，均屬這一類。另一類觀點考慮了職業(yè)情境，把計算思維教學能力看作師范生計算思維的重要組成部分。阿科約爾(Akyol，2019)在分析已有計算思維量表時指出，應當在具體行業(yè)情境及職業(yè)生涯中探討計算思維的成分和評價維度。一些研究者通過開展師范生訓練活動、開發(fā)計算思維量表等方式，將這類觀點付諸實踐(Mouza et al.，2017；Peter et al.，2020)。鑒于計算思維教育能幫助師范生掌握計算機化思考的能力，理解這種思維與所學專業(yè)知識之間的聯(lián)系，并在未來職業(yè)活動中有效傳播計算思維，第二類觀點已成為當前把握師范生計算思維內(nèi)涵的主流取向。

2.計算思維的界定與評價框架構(gòu)建

基于以上分析，本研究形成了對計算思維解讀的兩個基本觀點：1)師范生計算思維不僅包括計算思維的一般應用能力，還包括相應的職業(yè)應用能力即教學能力，后者由前者發(fā)展而來；2)對不同學科師范生計算思維基本要素的理解，包括建立信息模型、運用算法方法、引入非智力要素和解決模型問題。本研究借鑒科爾克馬茲(2017)對計算思維的表述，并結(jié)合教師職業(yè)特點認為，師范生計算思維是在一定情境下借助合作形式，運用算法方法創(chuàng)造性地解決問題，并能對這一過程進行績效改進、策略泛化和有效傳播的能力。在此基礎(chǔ)上，本文參照國際主流師范生計算思維評價設(shè)計思路，結(jié)合房敏等(2021)面向我國師范生計算思維評價維度，構(gòu)建了師范生計算思維評價框架(見圖1)。

圖1 師范生計算思維評價框架

(二)研究問題

1.計算思維發(fā)展的現(xiàn)狀與特點

研究發(fā)現(xiàn)，非計算機專業(yè)的教師普遍對計算科學知識和計算思維有恐懼感，缺乏技術(shù)使用意識和計算思維教學信心，在計算思維概念理解和教學方法選擇上也存在困難(Menekse，2015；Bower et al.，2017；Sands et al.，2018；Wang et al.，2020)。實驗表明，絕大多數(shù)師范生能夠經(jīng)過培訓快速掌握計算思維的相關(guān)概念和知識，但缺乏計算思維教學興趣，也很難保持這種興趣(Heintz et al.，2017；Zha et al.，2019)。通過分析可以看出，與生活密切相關(guān)的計算思維被師范生借助原有的信息技術(shù)知識同化發(fā)展后，能夠與自身學科知識產(chǎn)生聯(lián)系，形成可用于計算思維教學案例，但與計算思維教學相關(guān)的其他要素，如教學方法、策略、興趣、態(tài)度等能力的提升不那么簡單。然而，現(xiàn)有的研究結(jié)論幾乎全部來自歐美地區(qū)，國內(nèi)關(guān)于師范生計算思維水平的實證研究或經(jīng)驗性描述一直未見著述。因此，探析國內(nèi)師范生計算思維的現(xiàn)狀與特點，對于完善計算思維教育體系具有參考價值。

2.人口學因素對師范生計算思維的影響

區(qū)域和性別差異是目前探討較多的兩個造成計算思維差異的人口學變量。在區(qū)域研究方面，凱爾等(Kale et al.，2018)發(fā)現(xiàn)，美國南部三州城鎮(zhèn)教師與鄉(xiāng)村教師在計算思維知識、技能與教學能力方面差異顯著。約瑟(Jose，2020)發(fā)布的發(fā)展中國家計算思維教育調(diào)查報告顯示，經(jīng)濟狀況良好的地區(qū)開展計算思維教育條件更成熟，計算思維水平也更高。在性別方面，羅曼等(Roman et al.，2016)調(diào)查顯示，男性計算思維水平顯著高于女性。亞達夫等(Yadav et al.，2014)發(fā)現(xiàn)，性別僅影響計算思維興趣，而對計算思維其他成分的影響并不顯著。埃維克等(Evik & Ata，2020)對師范生的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，計算思維的各項能力在性別變量上均無顯著差異。性別對計算思維的影響并未形成統(tǒng)一的結(jié)論，但最新的針對中國社會的人口學調(diào)查研究顯示，性別對教育的獲得產(chǎn)生顯著影響(吳潔等，2020)。

基于以上分析，本研究提出假設(shè)1：城鄉(xiāng)差異、區(qū)域經(jīng)濟差異和性別差異會對師范生計算思維產(chǎn)生顯著影響。

3.學科專業(yè)對師范生計算思維的影響

不同學科背景的教師對計算思維認識不同，且存在能力差別(Jukeviien，2020；Angeli & Giannakos，2020)。在計算思維研究中，研究者達成了共識：按學科類別選擇研究對象或課程科學合理也更具針對性。里昂等(2020)在系統(tǒng)回顧師范生計算思維研究文獻的基礎(chǔ)上，提出將師范生分為理工學科和以教育學科、人文學科為主的“非專業(yè)”學科(與信息技術(shù)專業(yè)相關(guān)度較低)分類探討。賓等(Bean et al.，2015)將藝術(shù)類(音樂、美術(shù)等)師范生單獨歸類，與語言類師范生的計算思維進行對比。借鑒已有分類經(jīng)驗，本研究也將師范生分為理工學科、人文學科、教育學科、藝術(shù)學科四類。

基于以上分析，本研究提出假設(shè)2：學科專業(yè)會對師范生計算思維產(chǎn)生顯著影響。

4.信息技術(shù)學習對師范生計算思維的影響

計算思維源于編程教育活動。房敏等(2020)通過元分析法發(fā)現(xiàn)，學習編程的學段和累計學習編程的時長對計算思維培養(yǎng)影響顯著?？鼱査沟?Qualls & Sherrell，2010)認為，培養(yǎng)計算思維的信息技術(shù)課程應在小學開設(shè)，并持續(xù)到中學及以后。孫立會等(2020)借助皮亞杰(Piaget & Cook，1955)認知發(fā)展理論，論證了在中小學開展計算思維教育的重要性。近年來，越來越多的研究者開始關(guān)注小學低年級和學前階段的計算思維教育，認為計算思維應提早培養(yǎng)(Herrero，2020；Saxena et al.，2020)。從國內(nèi)信息技術(shù)教育體系看，多數(shù)省份已于小學三年級開設(shè)信息技術(shù)課程，部分地區(qū)自小學高年級(4-6年級)開始開設(shè)，還有部分地區(qū)雖然開設(shè)了此類課程，但往往開而不上(趙健等，2019)。而與信息技術(shù)、計算思維緊密相關(guān)的自然科學課程、游戲活動和課外培訓項目，受教育競爭意識及歐美發(fā)達國家科學教育低齡化趨勢影響(姚建欣等，2017)，又存在提前教育的現(xiàn)象。由此看出，一方面國內(nèi)師范生的信息技術(shù)學習經(jīng)歷不完全一致，另一方面不同信息技術(shù)學習經(jīng)歷對計算思維產(chǎn)生的效果可能也不同。

基于以上分析，本研究提出假設(shè)3：開始學習信息技術(shù)的時間和累計學習信息技術(shù)的時間會對師范生計算思維產(chǎn)生顯著影響。

5.教育技術(shù)課程對師范生計算思維的影響

教育技術(shù)課程是面向教師職業(yè)能力塑造、按照嚴格的職業(yè)能力培養(yǎng)順序嵌入師范教育體系的公共課程，也是培養(yǎng)師范生計算思維職業(yè)應用能力最合適的途徑(Yadav et al.，2017)。近年來，國際教育技術(shù)組織和學者以教育技術(shù)課程為依托開展了系列計算思維教育研究。羅梅羅等(Romero et al.，2017)借助教育技術(shù)課程面向基礎(chǔ)教育專業(yè)師范生實施計算思維教育，提出了計算思維評價改進方法。金等(Kim et al.，2012)通過使用Scratch、學習機器人等工具變革教育技術(shù)課程教學方法，提升未來教師適應和發(fā)展的能力，同時提出教育技術(shù)課程應重點關(guān)注包含計算思維在內(nèi)的思維技能培養(yǎng)。埃維克(2020)認為，教育技術(shù)課程可以加深師范生對媒體技術(shù)的認識，更容易采用并設(shè)計整合計算思維的教學案例。由此推斷，教育技術(shù)課程不僅可以直接或間接地向師范生提供計算思維知識、技能和觀念；更重要的、也是區(qū)別于信息技術(shù)課程的是，它將師范生的計算思維延伸到教育職業(yè)領(lǐng)域，并提供遷移經(jīng)驗和訓練機會。

基于以上分析，本研究提出假設(shè)4：教育技術(shù)課程會對師范生計算思維產(chǎn)生顯著影響。

三、研究設(shè)計

(一)研究對象

本次調(diào)查時間為2020年6月至2021年1月，采取目的抽樣、分層抽樣和隨機抽樣相結(jié)合的方式，確保樣本代表性和對無關(guān)變量的控制。調(diào)查以全日制本科在讀師范生為對象，師范生身份認定標準為：1)所屬專業(yè)的人才培養(yǎng)方案明確以在各級各類學校和教育機構(gòu)從事教育工作為主要就業(yè)目標；2)人才培養(yǎng)內(nèi)容包含教育學、教育心理學、教學法課程和教育實習(或以教育單位為依托的畢業(yè)實習)。選取地理區(qū)位靠攏、文化習慣相近、經(jīng)濟水平有一定差距(以人均GDP衡量，數(shù)據(jù)來自國家統(tǒng)計局)的天津、河北、山東三地作為樣本抽取的省級行政單位，并至少選擇一所綜合性院校和一所師范院校展開調(diào)研。出于對人口規(guī)模、高等師范教育規(guī)模和免費師范生教育政策的考慮，抽樣對象側(cè)重山東地區(qū)，最終選取八所高校，其中天津市二所(天津大學、天津師范大學)，河北省二所(河北大學、衡水學院)，山東省四所(山東師范大學、濟南大學、山東女子學院、濟寧學院)。專業(yè)覆蓋語文、數(shù)學、外語、物理、化學、政治、歷史、信息技術(shù)等基礎(chǔ)教育常見課程，并按學科專業(yè)分為理工、文史、教育、藝術(shù)四大類(分類標準下文詳述)，年級覆蓋大一至大四(以調(diào)研時間點計算)。調(diào)查抽樣確保每個省級行政區(qū)內(nèi)涵蓋上述四大類，且每個大類的樣本至少包含兩個及以上的年級(絕大多數(shù)為三到四個年級)，被調(diào)查者年齡介于16-24歲。班級與學生以隨機選取和自愿參與為主，問卷采用現(xiàn)場和網(wǎng)絡(luò)發(fā)放相結(jié)合，最終回收問卷3358份，其中有效問卷3105份，有效率92.47%，被調(diào)查者基本情況見表一。

表一 調(diào)查對象基本信息

(二)分類設(shè)計

本研究對學科專業(yè)、學習學段等進行了分類與編碼。其中，學科專業(yè)按上文提出的四大類劃分，分類標準參考《普通高等學校本科專業(yè)目錄(2020年版)》、被調(diào)研高校相關(guān)專業(yè)授予學位類別和已有研究的分類經(jīng)驗，學科專業(yè)與大類劃分對應關(guān)系見表二，具體編碼工作由調(diào)查對象自行勾選修讀專業(yè)后，再由研究人員對照關(guān)系表實施。學習計算機/信息技術(shù)相關(guān)課程的學段設(shè)計，按照小學1-3年級、4-5/6年級、初中、高中、大一(計算機公共課程)、大二/大三(教育技術(shù)課程)進行分類，采用復選方式供被調(diào)查對象選擇，未勾選項賦值0，勾選的選項賦值1，選項賦值加和用于衡量正式教育中的信息技術(shù)知識累計學習時間，括號內(nèi)課程代表當年修習了該課程，未修習則不勾選。將計算機公共課和教育技術(shù)課作為單獨學段賦值計算基于以下考慮：一是兩者知識體系相對獨立且完整，分置于不同學年且有先后修習關(guān)系；二是兩者知識內(nèi)容豐富，每門課程的授課學時和內(nèi)容量基本達到基礎(chǔ)教育階段二年左右的信息技術(shù)課程教育當量；三是方便對教育技術(shù)課程修習效果進行檢驗。

表二 學科專業(yè)-大類劃分對應關(guān)系

(三)研究工具

本研究使用房敏等(2021)開發(fā)的師范生計算思維量表作為評價工具，包括導語和題目兩部分：導語為師范生計算思維的定義，輔以簡單解釋，確保調(diào)查對象閱讀后能夠理解計算思維概念。題目共32題，均采用李克特五級量表，涵蓋問題界定與分析(PDA)、問題認知與解決(PCS)、教學策略與實施(ISI)、教學興趣與設(shè)計(IID)、創(chuàng)造力(CA)五個維度(對應圖1)。在原研究中，量表總體信度和各維度信度為：αCT=0.955，αPDA=0.910、αPCS=0.897、αISI=0.884、αIID=0.866、αCA=0.766。本研究的量表總體信度和各維度信度為：αCT=0.943，αPDA=0.908、αPCS=0.825、αISI=0.861、αIID=0.873、αCA=0.724。在使用Amos進行模型擬合度檢驗時，由于樣本數(shù)量大(n>3000)，χ2值受樣本數(shù)量影響較大(Kline，2011)，因此本研究僅提供χ2/df結(jié)果數(shù)值，不設(shè)參考值，其他各項指標均在理想范圍(見表三)，表明該量表推廣使用具備良好的信效度。本研究采用主觀匯報填寫，需要共同方法偏差檢驗，經(jīng)Harman單因素方法檢驗，第一主成分因子方差解釋率為37.059%，小于臨界值40%，經(jīng)潛在誤差變量控制法檢驗，ΔRMSEA小于0.05，其他各指標差值小于0.1(見表三)，可見本研究共同方法偏差不明顯。

表三 模型擬合度及共同方法偏差檢驗

四、結(jié)果與分析

(一)正態(tài)性檢驗與總體分析

本研究使用SPSS24分析處理數(shù)據(jù)，借助P-P圖和Q-Q圖正態(tài)分析各維度及總體得分發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)基本呈正態(tài)分布；偏度、峰度正態(tài)性檢驗顯示，各維度和總體得分偏度介于-0.206與-0.018之間，峰度介于3.338與3.902之間，滿足正態(tài)分布判斷條件，但各維度和總體得分呈微弱的負偏態(tài)、尖峰分布趨勢，表明師范生計算思維自我評價具有輕微趨同性和偏積極認知。各維度和總體得分的描述性統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，師范生在問題認知與解決、創(chuàng)造力維度的評價最高(分別為M=3.524，SD=0.553和M=3.524，SD=0.554)，其次為教學策略與實施(ISI，M=3.413，SD=0.448)，問題界定與分析、教學興趣與設(shè)計維度的評價得分相近且較低(分別為M=3.316，SD=0.679和M=3.313，SD=0.701)。由此看出，師范生在計算思維應用(問題解決、教學實施等)的得分較高，概念、算法、表征等計算思維知識內(nèi)容和計算思維教學興趣態(tài)度得分較低，一定程度上反映了師范生對計算思維認識不足，興趣匱乏，由此可以初步判斷我國師范生與國際研究描述的師范生計算思維特點相似。

(二)影響因素分析

1.人口學變量的影響

對省市、城鄉(xiāng)和性別變量的單因素方差檢驗發(fā)現(xiàn)，部分分組數(shù)據(jù)存在方差不齊，故采用Welch方法檢驗判斷，使用Scheffe方法對方差齊性分組進行事后檢驗，使用Games-Howell方法對方差不齊分組進行事后檢驗，結(jié)果見表四。本研究對三個省級行政區(qū)的政治、文化、經(jīng)濟分析發(fā)現(xiàn)，三省(市)地域毗連，互為高考生源地，教育政策、文化習慣相近，結(jié)合全國2005-2019年(此階段基本覆蓋調(diào)查對象接受學校教育的時間)人均GDP經(jīng)濟面板數(shù)據(jù)來看，三地存在較大的經(jīng)濟差異。從數(shù)據(jù)結(jié)果看，省域間的區(qū)域經(jīng)濟差異未對師范生計算思維發(fā)展水平帶來顯著影響(pCT=0.365)。從城鄉(xiāng)視角看，來自城市的師范生計算思維發(fā)展水平顯著高于來自鄉(xiāng)鎮(zhèn)的師范生(pCT=0.000，η2p=0.023)。從性別看，性別變量對教學興趣與設(shè)計維度影響顯著(pIID=0.000)，但效應較弱(η2p=0.008)，在其他維度和總體得分差異不顯著。

表四 省市、城鄉(xiāng)、性別變量對計算思維的影響

2.學科專業(yè)的影響

對學科專業(yè)大類分組進行單因素方差分析結(jié)果見表五。數(shù)據(jù)表明，除問題認知與解決維度外，計算思維其他維度和總體水平均在大類分組上呈顯著差異。在問題界定與分析維度，理工類顯著高于其他三類(分別為pPDA=0.025，0.006，0.008)；在教學策略與實施維度，文史類顯著高于教育、藝術(shù)類(分別為pISI=0.017，0.021)；在教學興趣與設(shè)計維度，理工、教育類顯著高于文史、藝術(shù)類(分別為理工類pIID=0.000，0.000和教育類pIID=0.035，0.039)；在創(chuàng)造力維度，理工類顯著高于教育類(pCA=0.006)。總體而言，理工類顯著高于教育、藝術(shù)類(分別為pCT=0.019，0.006)。由此看出，不同學科專業(yè)的師范生，計算思維水平存在差別，學科專業(yè)確實對計算思維產(chǎn)生了顯著影響，但結(jié)合效應值判斷，影響并不大。

表五 學科專業(yè)對計算思維的影響

3.信息技術(shù)學習經(jīng)歷的影響

本研究設(shè)計了最早學習信息技術(shù)的時段(Et)和累計學習信息技術(shù)的時段(St)兩個變量探析信息技術(shù)學習經(jīng)歷對計算思維的影響。依據(jù)教育政策和實踐經(jīng)驗推斷，兩個變量存在相關(guān)和交互關(guān)系。經(jīng)斯皮爾曼相關(guān)性檢驗發(fā)現(xiàn)，兩變量顯著相關(guān)且達到中度相關(guān)性(p=0.000，r=0.700)。采用多變量兩因素方差分析檢驗的結(jié)果見表六，可以看出，最早學習信息技術(shù)的時段和累計學習信息技術(shù)的時段對計算思維總體水平影響顯著(pCT=0.000)，且二者對計算思維的影響存在交互作用，但交互效應較弱(η2p=0.009)。經(jīng)主效應和簡單效應事后檢驗發(fā)現(xiàn)，累計學習信息技術(shù)的時段對計算思維水平影響較大，學習時段越長，計算思維水平越高。最早學習信息技術(shù)時段的影響較復雜，事后檢驗結(jié)果見表七?？傮w看，小學和初中階段開始學習信息技術(shù)對計算思維的培養(yǎng)效果顯著優(yōu)于高中后，且開始學習的學段越低，效果越明顯；問題界定與分析、問題認知與解決維度的檢驗結(jié)果與總體水平表現(xiàn)基本一致，小學低年級階段開始學習信息技術(shù)的作用效果更明顯；因教學策略與實施維度在最早學習信息技術(shù)的時段分組上的效應檢驗不顯著，故不進行事后分析，而教學興趣與設(shè)計維度僅在高中階段出現(xiàn)，明顯低于其他階段的特異性，可以判斷教學策略與實施、教學興趣與設(shè)計兩個維度受最早學習信息技術(shù)的時段變量影響較??；在創(chuàng)造力維度，小學階段開始學習效果顯著。交互檢驗輪廓圖(見圖2)清晰顯示，從小學至初中階段，學習階段越早，學習時間越久，計算思維水平越高；高中及以后學習信息技術(shù)，短期時間提升計算思維的效果并不明顯；計算思維教學能力受信息技術(shù)起始學習時間影響較小。

表六 信息技術(shù)學習經(jīng)歷對計算思維的影響

表七 最早學習信息技術(shù)時段對計算思維影響的事后檢驗

圖2 交互檢驗輪廓圖

4.教育技術(shù)課程對計算思維的影響

師范生培養(yǎng)方案將教育技術(shù)課程定位于促進師范生信息化教學能力的發(fā)展，那么教育技術(shù)課程對計算思維培養(yǎng)是否發(fā)揮了作用，是否對所有專業(yè)的師范生都發(fā)揮了作用？為了回答這些問題，本研究采用多變量兩因素方差分析，探討教育技術(shù)課程對不同類別師范生計算思維發(fā)展的影響，結(jié)果見表八。由此看出，教育技術(shù)課程的主效應及與學科大類的交互效應均對計算思維各維度產(chǎn)生顯著作用(p<0.01)，特別是在教學興趣與設(shè)計維度上(η2p>0.02)。這說明教育技術(shù)課程確實對不同學科產(chǎn)生了不同作用，差異作用的事后檢驗結(jié)果見表九。由此看出，教育技術(shù)課程對文史類師范生的計算思維各維度影響不顯著(p>0.05)，對教育、藝術(shù)類師范生的計算思維各維度影響顯著(p<0.01)，對理工類師范生計算思維的問題界定與分析、教學策略與實施和教學興趣與設(shè)計維度影響顯著(分別為p=0.001，0.007，0.000)，而在問題認知與解決、創(chuàng)造力維度并無顯著影響(p>0.05)。

表八 教育技術(shù)課程對計算思維的影響

表九 不同類別師范生學習教育技術(shù)對計算思維影響的事后檢驗

五、討論與總結(jié)

(一)研究討論

本研究反映了國內(nèi)師范生計算思維發(fā)展水平的現(xiàn)狀和特點，揭示了影響師范生計算思維發(fā)展的部分因素，以及計算思維教育體系存在的問題。本部分將數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果、訪談時發(fā)現(xiàn)的線索與推斷存在的問題結(jié)合起來討論，以更好地呈現(xiàn)研究價值。

1.分裂與異化：計算思維發(fā)展不均衡與對“快餐化”教育的質(zhì)疑

通過分析數(shù)據(jù)，本研究發(fā)現(xiàn)師范生計算思維能力發(fā)展不均衡，在面向?qū)嶋H問題的操作能力自我評價上更積極，而在計算思維概念、知識、方法，以及在教育情境應用計算思維信心不足。研究者嘗試借助不同教學方法通過短期訓練提高師范生的計算思維知識水平和教學效能(Adler，2017；Piedade，2020)，然而政府的跟蹤調(diào)查項目質(zhì)疑了這類訓練的長效性(Heintz，2017)，特別是對知識熟練度、教學興趣和意愿的保持作用。從圖2看，雖然累計學習信息技術(shù)的時段對計算思維作用顯著，但低累計學習時段對計算思維的提升作用并不明顯，這反映了計算思維并非速成能力。此外，分析圖2的小學折線走勢可以發(fā)現(xiàn)，低累計學習學段向高累計學習學段過渡期間相應的計算思維水平增長明顯，斜率較大，說明計算思維教育出現(xiàn)學段斷層會對計算思維發(fā)展產(chǎn)生明顯的不利影響，尤其是在興趣培養(yǎng)和概念形成方面，造成了后續(xù)教育技術(shù)的授課困境。

根據(jù)問卷調(diào)查數(shù)據(jù)和已有研究判斷(趙健等，2019)，中學學段信息技術(shù)教育缺失是造成低累計學段值的主要原因。在功利的辦學向標下，信息技術(shù)教育價值的人為弱化割裂了學生信息技術(shù)能力發(fā)展的完整性，造成了計算思維能力體系中科學與人文品質(zhì)的非和諧統(tǒng)一。美國計算思維數(shù)字徽章項目正嘗試在學校教育體系外，通過提供完整的開放教育資源，支持學生和教育者完整而持續(xù)地發(fā)展，并期望通過混合認證的方式激勵學習者的學習動機(Hunsaker & West，2019)。我國具有適宜的組織優(yōu)勢進行類似嘗試，但與正式教育體系相關(guān)課程關(guān)系還需深入探討和厘清?？傮w來講，師范生的計算思維培養(yǎng)需要科學系統(tǒng)、完整持久的發(fā)展體系，一是對于優(yōu)秀的短期項目，宜圍繞教育對象的能力短板進行改造與吸收，納入國內(nèi)師范生計算思維的培養(yǎng)體系和課程方案；二是加強基礎(chǔ)教育階段信息技術(shù)課程師資建設(shè)，落實信息技術(shù)課程質(zhì)量保障監(jiān)督機制；三是改變單純依靠學校，或以學校為主商業(yè)機構(gòu)為輔的教育局面，推動開放教育系統(tǒng)及地方電教部門合作建立標準統(tǒng)一、形式多元的計算思維教育及認證體系。

2.性別與經(jīng)濟：社會環(huán)境對單一因素決定論的反證與解釋

通過對性別變量的檢驗，本研究發(fā)現(xiàn)性別對計算思維影響較小，僅對教學興趣與設(shè)計維度影響顯著。對K-12階段學生計算思維性別差異的追溯可以更好地解釋這一結(jié)論。埃斯皮諾等(Espino & González，2015)發(fā)現(xiàn)，幼兒階段兒童計算思維同質(zhì)性明顯，當前多數(shù)研究認為小學階段男女生的計算思維興趣存在差異但不顯著，且這種差異在不同研究中各有高低(Master et al.，2017；Sun et al.，2021)，而進入更高學段后，性別維度產(chǎn)生了顯著的興趣預測作用(Yadav et al.，2014)，本研究也發(fā)現(xiàn)了這一點。社會視角研究認為，兒童自學前段就開始接受了具有性別差異的職業(yè)引導(Fulcher，2008)，男性在接受技術(shù)教育過程中得到了更多的支持和鼓勵(吳潔等，2020；Sun et al.，2021)，潛移默化地影響了女性的技術(shù)興趣和參與意愿。由此看出，社會的分工需要與環(huán)境要素的刻板暗示，導致了性別維度的計算思維興趣差異。因此，在基礎(chǔ)教育階段保持女童計算思維的興趣，尤為重要。

通過對省市和城鄉(xiāng)變量的檢驗，本研究發(fā)現(xiàn)存在一定經(jīng)濟差距但教育政策、文化習慣具有相當同質(zhì)性的省份之間計算思維差異并不明顯，而在省域內(nèi)部的城鄉(xiāng)變量上差異較大。出于對人口學變量交互作用的考慮，本研究再次進行了協(xié)變量控制的多元線性回歸分析，得到了相同的顯著性檢驗結(jié)果，進一步證實省域間無差異，僅有城鄉(xiāng)變量存在顯著區(qū)別，這一結(jié)論否定了經(jīng)濟差異會造成師范生計算思維發(fā)展差異的觀點。很多研究認為經(jīng)濟是影響教育水平的核心要素，并通過財政分配影響教育政策實施(Jose，2020；王善邁等，2013)。而近年的教育研究顯示，經(jīng)濟要素的影響在減弱，教育政策、社會文化及人口結(jié)構(gòu)等社會因素的影響在不斷提升(李穎等，2015)。當經(jīng)濟水平達到一定高度后，基礎(chǔ)教育所需財政支持不會造成沉重的負擔，因此與教育密切相關(guān)的其他因素表現(xiàn)出更強的作用。本研究選取的省份雖存在較大的經(jīng)濟差異，但均在平均水平之上，就很好地說明了這一點。針對城鄉(xiāng)變量的研究發(fā)現(xiàn)，來自鄉(xiāng)鎮(zhèn)的師范生普遍接受信息技術(shù)教育較晚，學習“斷檔”現(xiàn)象嚴重，且教師信息化教學能力顯著弱于城市(孫妍妍等，2021)，這些都解釋了師范生計算思維為何在城鄉(xiāng)變量上差異明顯(η2p>0.02)，也證明了綜合社會環(huán)境因素在師范生計算思維發(fā)展上起重要作用。

3.生活與職業(yè)：計算思維發(fā)展關(guān)鍵期及早期教育價值的探討

通過對信息技術(shù)學習經(jīng)歷變量的檢驗，本研究發(fā)現(xiàn)最早學習時間和累計學習時間對師范生計算思維產(chǎn)生顯著而獨特的影響。從一般能力看，研究者普遍認為5-6歲和10-11歲是發(fā)展數(shù)理思維的關(guān)鍵階段(Piaget，1955；劉曉明等，1999；Hermans & Aivaloglou，2017)，后一個年齡段基本對應我國小學3-6年級(按6或7周歲入學)。結(jié)合本研究結(jié)果分析，小學階段開始學習信息技術(shù)的效果明顯優(yōu)于其他學段，特別是小學低年級開始接觸信息技術(shù)知識效果更突出，反映了小學低年級階段更可能是兒童計算思維發(fā)展的關(guān)鍵期。對于具體在幾年級開始進行計算思維教育活動最合適，研究者并未形成一致的觀點。部分國外實證研究表明，小學2-3年級開設(shè)信息技術(shù)課程最合適，還有部分研究者認為，對計算思維的有意識培養(yǎng)應以游戲化的形式提前至學前階段的中大班(Denner et al.，2019)。然而，國內(nèi)研究表明，兒童計算認知能力在小學1-3年級階段發(fā)展迅速，但個體差異遠大于年級差異(龔少英等，2004)，本研究采納了這一觀點，從兒童認知發(fā)展差異和教育公平的角度出發(fā)，未對小學低學段再做細化，也不期望提出更具體的時間節(jié)點，將探索和設(shè)計的空間留給地方教育部門和學校更合適。

從職業(yè)能力看，根巴特(Guenbatar，2019)發(fā)現(xiàn)師范生進入職業(yè)領(lǐng)域后運用計算思維解決問題的能力成長變緩甚至停滯，而其他與教育活動密切相關(guān)的計算思維能力會繼續(xù)得到發(fā)展。與之相似，本研究揭示的作為專門培養(yǎng)計算思維教育應用能力的教育技術(shù)課程，在問題界定、分析、解決等維度產(chǎn)生的作用明顯弱于對教育應用能力培養(yǎng)的作用。此外，通過對大四(經(jīng)歷教育實習，修習了教育技術(shù)課程)與大二、大三(未經(jīng)歷教育實習，修習了教育技術(shù)課程)的單因素方差分析也發(fā)現(xiàn)，他們之間問題解決能力差異并不明顯(大四-大三：pPCS=0.191，大四-大二：pPCS=0.064)，而計算思維教育應用能力有顯著提升(pISI=0.000，pIID=0.000)，說明教育實習環(huán)節(jié)同樣更多地在職業(yè)能力發(fā)展上產(chǎn)生作用。不可忽視的是，教育技術(shù)課程和教育實習環(huán)節(jié)同樣提供了發(fā)展計算思維一般能力的機會，但這些努力并未產(chǎn)生期望的效果。以上數(shù)據(jù)為計算思維不同子能力存在發(fā)展關(guān)鍵期提供了佐證，同時也說明計算思維教育體系的設(shè)計應在不同階段重點關(guān)注不同能力的培養(yǎng)，在基礎(chǔ)教育階段重點發(fā)展計算思維生活應用能力，在高等教育中后段側(cè)重發(fā)展職業(yè)應用能力。

4.現(xiàn)實與超越：教育技術(shù)課程價值的失落與變革

通過對教育技術(shù)學習經(jīng)歷在不同學科專業(yè)的作用效果檢驗，本研究發(fā)現(xiàn)教育技術(shù)課程對教育、藝術(shù)類師范生的計算思維提高作用顯著，對理工類師范生的問題認知與解決和創(chuàng)造力、文史類師范生全部維度作用微弱。脫離自身學科專業(yè)知識，理工、教育、藝術(shù)類師范生都能夠在課程體系中找到與專業(yè)發(fā)展相關(guān)的技術(shù)內(nèi)容(如計算機技術(shù)、多媒體技術(shù)等)，而文史類專業(yè)師范生由于知識貫通點較少，技術(shù)興趣和創(chuàng)新冒險意識較弱(見表五)，很難產(chǎn)生知識共鳴。有研究者指出，現(xiàn)有的教育技術(shù)課程往往專注于教學技術(shù)工具的講解演示，未能與學科知識和其他教育課程的教學法知識融合(Yadav et al.，2017)，也未能有效建立TPACK-CT的能力關(guān)聯(lián)(Shinas et al.，2015)。國內(nèi)調(diào)查也反映了我國教師上課時往往更關(guān)注于信息技術(shù)應用，而非思維能力的培養(yǎng)(郭芳等，2008)，教育技術(shù)發(fā)力點的錯位引發(fā)了“教育技術(shù)危機”的討論(吳剛，2020)。

為更好地發(fā)揮教育技術(shù)課程的作用，一些致力于嵌入式計算思維教育的學者開展了融合教育課程改革的嘗試，將計算思維作為方法而非技術(shù)嵌入不同教育技術(shù)學習模塊中，讓學生設(shè)計最基本的學科教學案例，集中進行大量的教學展示(Mouza et al.，2017)。這種“低標準、寬口徑、高強度”的課程設(shè)計形式有助于學生發(fā)展計算思維與自身學科之間的聯(lián)系，形成實踐性知識。此外，將可視化編程工具(如Scratch)作為課程獨立模塊，幫助構(gòu)建基本的計算思維概念和激發(fā)學習興趣(Lehtinen et al., 2016)，對于非理工類師范生是可以嘗試的選擇，但這類學習工具不適合連續(xù)或長時間在課程教學中應用(Kim et al., 2012；Mouza et al.，2017；房敏等，2020)?？梢灶A見，未來教育技術(shù)課程將進一步走向技術(shù)分化和知識泛化，更靈活地適應技術(shù)進步對未來教師提出的能力訴求(Manches et al.，2020)，然而其面向的核心素質(zhì)不會發(fā)生改變。面對大班制混專業(yè)授課困境，加強教育技術(shù)教師思維而非技術(shù)教學的意識和能力，打造面向不同學科師范生的經(jīng)典計算思維教學案例，提供更多訓練和展示的機會，是基于現(xiàn)實條件的可行選擇。

(二)研究總結(jié)

本研究來源于對計算思維教育價值的反思和完善計算思維教育體系的現(xiàn)實需要，在“學科教育+”計算思維的背景下，結(jié)合當前師范生計算思維發(fā)展路徑和研究結(jié)論，抽取關(guān)鍵要素深入探討師范生計算思維發(fā)展的外部動因，論證國際研究普遍關(guān)注的若干作用變量的本土實證意義。所以放棄分步多元線性回歸分析，一是諸多研究已論證了部分變量作用的獨立性，即使有交互作用的變量也可采用協(xié)變量控制、主效應和交互效應分析進行探索；二是本研究分類變量較多，多元回歸反而不利于展示和論述變量的作用機制；三是對多元回歸的事后檢驗與探討，依然要回到方差分析的技術(shù)層面。為進一步證明效度水平，本研究再次實施了對以上七個變量的分步多元線性回歸分析，在顯著水平上得出了與方差分析一致的結(jié)果。

本研究認為，師范生計算思維發(fā)展存在不均衡的特點，社會環(huán)境的綜合作用、信息技術(shù)教育體系的科學完整性以及教育技術(shù)課程的形式內(nèi)容都對其產(chǎn)生了作用。對人口學變量的檢驗結(jié)果否定了社會上存在的“性別決定論”“經(jīng)濟決定論”觀點。作為高階復合能力的計算思維，從單一的內(nèi)、外生變量做出決定性論斷顯然是不科學的。對信息技術(shù)和教育技術(shù)學習經(jīng)歷的檢驗結(jié)果認同了計算思維是一種可培養(yǎng)的素質(zhì)，計算思維不同子能力的發(fā)展存在不同的關(guān)鍵期，當前研究更多地關(guān)注了計算思維一般能力發(fā)展的黃金時期，而對職業(yè)能力發(fā)展選擇了思辨討論或直接忽視。從這一角度看，致力于發(fā)展計算思維職業(yè)應用能力的教育技術(shù)課程應當被賦予更豐富的內(nèi)涵。對教育技術(shù)課程在各學科類別的檢驗結(jié)果反映了其現(xiàn)實價值的缺陷，教學條件的制約與技術(shù)的飛速發(fā)展為教育技術(shù)課程帶來了實踐層面的嚴峻考驗，面向不同專業(yè)的教育活動，降低準入基線與提高技術(shù)水平產(chǎn)生矛盾點，化解的關(guān)鍵在于圍繞思維教學目標校準課程靶向和提升課程精度，課改的路徑亦應在科學化的價值審視和檢驗中不斷得到論證、調(diào)整和發(fā)展。