高中生計算思維評價量表的應(yīng)用研究

朱元錕

根據(jù)新課標(biāo)的要求，計算思維的培養(yǎng)教育實踐在我國中小學(xué)課程中得到積極開展，于是，衡量學(xué)生計算思維能力水平以及判斷計算思維培養(yǎng)成效的評價手段變得至關(guān)重要。國外對計算思維的研究開展較早，經(jīng)過多年的發(fā)展，針對計算思維評價方面的研究也得到了深入開展，而我國在這方面的研究仍舊比較薄弱。在基于量表的評價方式中，土耳其學(xué)者柯爾克瑪茲（Korkmaz）等人設(shè)計開發(fā)的針對大學(xué)生計算思維的評價量表在學(xué)界獲得了較高的認(rèn)可度并被廣泛借鑒，后來柯爾克瑪茲等人對其進(jìn)行修改，使其適合測量中學(xué)生的計算思維水平。國內(nèi)學(xué)者白雪梅等人對該量表進(jìn)行本土化，將量表翻譯成中文并進(jìn)行了應(yīng)用研究，研究結(jié)果表明，中文版的計算思維量表適用于測量我國中學(xué)生的計算思維能力，這為我國研究者和實踐者評價中小學(xué)生計算思維提供了一個測量工具。因此，本研究采用此中文版評價量表對高中生的計算思維能力進(jìn)行測量。

計算思維評價量表

柯爾克瑪茲等人對國際教育技術(shù)學(xué)會（ISTE，2015）提出的計算思維理論框架進(jìn)行分析研究后，認(rèn)為量表由五個因素組成：①創(chuàng)造力，是一種需要運(yùn)用心智和想象力來表達(dá)自我的能力，創(chuàng)造力需要創(chuàng)造性思維、批判性思維和問題解決的能力，而編程的過程是一個將問題數(shù)值化從而得到解決的過程，因此，創(chuàng)造力是計算思維中的能力之一;②算法思維，是一種理解、運(yùn)用、分析并生成算法的能力，一個具有算法思維的個體在遇到問題時都能以一種詳細(xì)而有目的、按順序排列的方式來解決，因此這也是計算思維的重要能力之一;③批判性思維，被視為個體形成并評估自己的觀點(diǎn)、假設(shè)、價值與態(tài)度的過程的能力，因此也是計算思維中的重要能力之一;④問題解決能力，人生中需要解決許多問題，而程序設(shè)計的過程是一個典型的問題解決的過程，計算思維是問題解決能力的延伸，因此問題解決能力是不能忽視的能力之一;⑤合作技能，在21世紀(jì)人們不可避免地為了同一個目標(biāo)而合作，用不同的技能解決復(fù)雜問題，因此，合作技能也是計算思維中的能力之一。

數(shù)據(jù)分析

1.量表題項與數(shù)據(jù)來源

本研究采用的中文版計算思維評價量表具有五個因素共22個題項，其中創(chuàng)造力因素包含4個題項（標(biāo)記為C1～C4），算法思維因素包含4個題項（標(biāo)記為A1～A4），批判性思維因素包含4個題項（標(biāo)記為T1～T4），問題解決能力因素包含6個題項（標(biāo)記為P1～P6），合作能力因素包含4個題項（標(biāo)記為O1～O4）。量表采用李克特五點(diǎn)計分法進(jìn)行測量，分別為非常不同意、不同意、不確定、同意、非常同意。

本研究選取了上海交通大學(xué)附屬中學(xué)高一年級五個班級的學(xué)生作為研究對象，最終回收192份問卷數(shù)據(jù)。

2.因素分析

通過使用統(tǒng)計分析軟件SPSS對計算思維評價量表數(shù)據(jù)進(jìn)行因素分析，運(yùn)用主成分分析方法提取相關(guān)因素，方差最大化旋轉(zhuǎn)，將具有顯著載荷的因子挑選出來驗證五個因素。數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，該量表題項適合進(jìn)行因素分析（KMO值為0.851>0.8），并且P值顯著（p<0.000）。

因素分析結(jié)果顯示，題項C4在各因素上的載荷均小于0.4，題項P6載荷到了另一個因素上，因此將這兩個題項進(jìn)行刪除，量表最后保留剩余的20個題項進(jìn)行后續(xù)的數(shù)據(jù)分析。

3.信度分析

在對高中生計算思維評價量表進(jìn)行信度分析后，結(jié)果顯示量表整體的Cronbach系數(shù)為0.871，說明量表具有很好的信度。

4.相關(guān)性分析

表1為每個因素和其包含的測量題項之間的相關(guān)性分析結(jié)果。結(jié)果顯示創(chuàng)造力因素與其所含測量題項之間的相關(guān)系數(shù)在0.672～0.771之間，算法思維因素與其所含測量題項之間的相關(guān)系數(shù)在0.796～0.822之間，合作能力因素與其所含測量題項之間的相關(guān)系數(shù)在0.778～0.866，批判性思維因素與其所含測量題項之間的相關(guān)系數(shù)在0.704～0.812之間，問題解決能力因素與其所含測量題項之間的相關(guān)系數(shù)在0.736～0.828之間，且p值均小于0.001，相關(guān)性顯著。研究還對每個題項與計算思維總分的相關(guān)性進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)相關(guān)系數(shù)在0.378～0.664之間，均達(dá)到顯著水平（p<0.001）。

5.計算思維情況及差異分析

為了解參與測量的高中學(xué)生的計算思維總體情況，本研究對學(xué)生在計算思維及其各個因素上的得分均值、標(biāo)準(zhǔn)差、最大值、最小值等進(jìn)行了分析，并統(tǒng)計出學(xué)生在計算思維及其各因素上高水平、中等水平和低水平三個方面的占比情況。分析結(jié)果顯示，學(xué)生計算思維能力水平最低分為2.35分，最高分為5分，均值為3.55分。13.6%的學(xué)生的計算思維水平處于高水平，70.8%的學(xué)生的計算思維處于中等水平，15.6%的學(xué)生的計算思維處于低水平，可見，參與測量的學(xué)生的計算思維水平整體處于中等偏上水平。對于計算思維的五個因素來說，學(xué)生的得分均值從高到低分別為批判性思維（3.704）、合作能力（3.702）、創(chuàng)造力（3.696）、算法思維（3.449）、問題解決能力（3.299），也就是說在批判性思維上得分均值最高，在問題解決能力上得分均值最低。另外，在合作能力得分中，有16.1%的學(xué)生處于高水平，同時合作能力的得分均值也僅次于批判性思維，可見，在參與測量的學(xué)生計算思維各因素中，批判性思維能力和合作能力最高，而問題解決能力和算法思維相對較低。分析結(jié)果如表2所示。

同時，本研究還對量表數(shù)據(jù)就學(xué)生對計算思維的感知水平在性別上的差異進(jìn)行了獨(dú)立樣本t檢驗，分析結(jié)果如下頁表3所示。由表可見，學(xué)生的計算思維水平在性別上存在顯著差異（p=0.002<0.01），男生的計算思維水平整體上顯著高于女生（男生計算思維得分均值為3.677，女生計算思維得分均值為3.458）。在五個因素中，算法思維和批判性思維在性別上存在顯著差異（算法思維：p=0.000<0.01;批判性思維：p=0.002<0.01）;且男生得分均顯著高于女生（算法思維得分：男生均值為3.682，女生均值為3.279;批判性思維得分：男生均值為3.877，女生均值為3.579）。而創(chuàng)造力因素、合作能力因素和問題解決能力因素在性別上差異不顯著（p>0.05）。

總結(jié)與討論

我國中小學(xué)階段學(xué)生的計算思維培養(yǎng)起步比較晚，在2017年剛將計算思維的培養(yǎng)目標(biāo)納入到普通高中信息技術(shù)課標(biāo)中，后續(xù)逐步在教學(xué)實踐中落實該目標(biāo)需要一定的積累才能看出培養(yǎng)的成效。但從本研究的數(shù)據(jù)分析中可以看出，參與測量的大部分高中學(xué)生的計算思維水平處于中等偏上水平，這為后續(xù)開展培養(yǎng)計算思維的教學(xué)活動奠定了很好的基礎(chǔ)。

在本研究中，在計算思維的五個因素中，學(xué)生得分最高的是批判性思維，合作能力和創(chuàng)造力次之，得分最低的是算法思維和問題解決能力。其中，算法思維和問題解決能力得分最低這一研究結(jié)果，與白雪梅等學(xué)者的研究結(jié)論一致，考慮到可能的原因是，現(xiàn)階段我國中小學(xué)教育仍比較注重文化知識的傳授，較少涉及結(jié)合生活實際的問題解決情況，因此問題解決能力沒有得到很好的鍛煉，而算法思維也強(qiáng)調(diào)的是一種問題解決的過程，與問題解決能力相輔相成、互相影響。學(xué)習(xí)編程是一種很好的鍛煉算法思維的方式，但據(jù)筆者了解，參與測評的大部分學(xué)生在進(jìn)入高中階段之前并沒有接觸過編程學(xué)習(xí)，因此算法思維沒有得到鍛煉，這就導(dǎo)致了算法思維和問題解決能力的得分低。在性別差異上，男生的計算思維水平顯著高于女生，且在算法思維和批判性思維這兩個因素上也顯著高于女生。這一結(jié)果也與白雪梅等學(xué)者的研究結(jié)論相一致，考慮的可能原因是，女生在這方面的思維模式可能確實不具備男生的優(yōu)勢，或者由于存在這種自我認(rèn)知從而導(dǎo)致女生在這方面缺乏自信。

本研究的結(jié)果可以為后續(xù)計算思維的培養(yǎng)提供一些思路：首先，在計算思維的培養(yǎng)中，要注重培養(yǎng)算法思維和問題解決能力，讓學(xué)生具備運(yùn)用算法思維來解決實際生活中真實問題的能力。其次，新課標(biāo)大力提倡項目化學(xué)習(xí)方式，將教學(xué)單元置于真實的生活環(huán)境項目中，這是一種全新的教育教學(xué)方式，單元項目設(shè)計得真實有效，與教學(xué)內(nèi)容相融合，如果這一方式真正在信息技術(shù)學(xué)科的課堂上得到落實，相信在計算思維的培養(yǎng)上定能獲得很好的成效。同時，在計算思維的培養(yǎng)過程中，要注重對女生的關(guān)注，給予她們更多的支持與鼓勵，提升自信，提高她們的計算思維能力。