國外高利害性考試中計算思維的評價研究

劉 煉

（上海市上海中學，上海 200231）

近年來，一些國家和國際課程組織開始圍繞計算思維的概念，重組各自的信息技術或計算機科學類課程，形成了以計算思維培養(yǎng)為核心的信息技術課程內容體系與評價體系。我國《普通高中信息技術課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱信息技術新課標）也將計算思維視作學科核心素養(yǎng)之一。如何清晰地界定“計算思維”這一較為抽象的概念，并在評價中明確指向這一學科核心素養(yǎng)目標，將是信息技術新課程實施的重要問題。本文選取英國A-level（Oxford Cambridge and RSA版，簡稱OCR）、美國進階先修項目（Advanced Placement，簡稱AP）、國際文憑項目（International Baccalaureate Diploma Program，簡稱IBDP）三類課程體系的計算機科學高利害性考試為研究對象，分析國外主要高利害性考試課程體系中計算機科學課程的計算思維的評價方式，以期為我國高中信息技術新課程的評價實施提供參考。

一、國外高利害性考試中的計算思維概覽

高利害考試一般指會給參與者帶來重要影響的考試評價。①李欣：《美國高利害測驗項目解析》，《外國教育研究》2012年第7期，第87-94頁。本文所選取的三大課程體系中的計算機科學課程考試，是英國、美國以及國際學校課程體系中具有代表性的，對于學生的升學具有重要作用的高利害性考試。其中，A-level考試可以看作英國大學的選拔考試，英國是由不同考試局設計不同版本的課程和考試，本文選擇的是面向英國本土的OCR考試局課程；AP成績是幫助學生申請美國大學的重要條件，由美國大學委員會（College Board）組織考試；IBDP的計算機科學考試結果則被世界上多數國家的大學認可，由總部設在歐洲的國際文憑組織提供。而我國高中信息技術課程同樣決定學生是否能夠合格從高中畢業(yè)或是否能夠達到大學錄取要求。因此，分析國外計算機科學高利害性考試中的計算思維評價，對于我國高中信息技術新課程實施具有重要價值。

2011年前后，上述三個項目的計算機科學課程開始圍繞計算思維概念的課程重構。一方面，著力于重構課程目標，課程目標的重構必將帶來課程內容和評價等一系列變革。A-level和IBDP課程改寫了各自的教學目標，A-Level計算機科學教學的首要目標是“發(fā)展計算思維技能”，課程的首要核心概念也是計算思維；IBDP計算機科學則申明“本課程以計算思維為基礎”；而AP則在保留原計算機科學課程的基礎上，試點并正式開設新的“計算機科學原理”課程，將“計算思維實踐”作為課程培養(yǎng)學生的能力目標。另一方面，三個項目都在推動計算機科學課程的地位變化。由于計算思維概念的提出，原本僅在學科領域出現的思維可以拓展到更加大眾的一般領域。①Berland M，Wilensky U：“Comparing Virtual and Physical Robotics Environments for Supporting Complex Systems and Computational Thinking”，Journal of Science Education and Technology，Vol.24，no.5（2015），pp.628-647.其中，IBDP的做法最為大膽，將計算機科學課程并入自然科學一組，學生選擇計算機科學課程就可以滿足科學組的選學目標，而無須選擇物理、化學等科目。②International Baccalaureate Organization：Computer Science Curriculum Review Report 2009，載IB組織官網：https：//resources.ibo.org/data/d_5_comsc_crr_0901_1_e.pdf，最后登錄日期：2022年3月15日。這樣的嘗試進一步提高了其評價的利害性，同時也充分顯示計算思維在其課程體系中的重要性。

二、國外高利害性考試課程中計算思維評價設定

從高利害性考試的角度出發(fā)，首先，要對“計算思維”這一課程核心目標和核心概念進行明確的界定，形成一系列可測的、具體的概念、技能和實踐。其次，從核心概念的界定出發(fā)，三類課程體系的計算機科學課程為計算思維的評價設定了相應的評價結構。而一個成功的評價結構需要關注評價目標、評價形式及其與概念本身的匹配性。

1.計算思維概念的界定

A-level、IBDP、AP課程體系中的計算機科學對計算思維的界定主要有三個層面，如圖1所示。這三個層面是為了較為方便地開展教學和評價過程而對這一素養(yǎng)目標進行的解構，它們之間存在關聯性，如圖1中虛線所示，不同層面的思維能力或技能也服務于其他層面的問題解決。

圖1 計算機思維的界定

從問題解決的視角出發(fā)，自下至上的分析可知：層面三聚焦的是對一個結構相對清楚、邊界相對明晰的具體問題的算法解決方案；層面二則關注一個復雜的、綜合性問題的整體解決方案，這個問題通常是結構不良的，需要在抽象、模式匹配、具體計算方法和工具取舍等方面做大量的決策，也常常要采用多種手段收集數據和信息，以便做出良好的判斷；層面一更加關注一般性、跨領域的問題，不一定借助計算機，而是應用計算思維來解決問題，強調把握與應用計算思維的本質。從層面三到層面一，計算思維的應用場景逐步擴增，不僅體現計算思維應用的廣泛性，也呈現出其超越狹義學科領域的可遷移的特性。這樣的計算思維特征需要在后續(xù)的評價結構中得到體現。

2.評價目標的設定

計算思維是一種高階的思維。高階思維的評價需要與之匹配的評價手段，相關的三個關鍵問題是測試題是否達到高階、測試形式是否誘發(fā)高階思維、評分有沒有區(qū)分高階思維表現。①汪茂華：《高階思維能力評價研究》，華東師范大學博士學位論文，2018年，第42頁。為確保最終達成對高階思維的檢測和評價，首先要依據計算思維的特征對命題、評分標準指向的評價目標進行重構，體現高階思維評價的特征。

A-Level計算機科學的評價目標分為三個級別：第一級為展示對包括抽象、邏輯、算法和數據表示等原理和概念的知識和理解；第二級為應用上述理解，包括從計算的角度分析問題；第三級為設計、開發(fā)和評估能解決問題的計算機系統(tǒng)，對其進行合理的判斷并得出結論。顯著的特征是評價目標中對于構成一般測試中基礎部分的“識記”環(huán)節(jié)涉及不多，起點主要是展示對概念的理解。而第二級與第三級則更加關注與高階思維有關的認知過程，即應用、分析、設計、編寫（程序）、評估、判斷、總結。在最終評價中，一至三級目標在命題中分別占比35%、30%、35%，由此可見，65%的命題可以符合高階思維評價的需要。

IBDP計算機科學設計了類似的評估目標層級，并在三級的基礎上增加了一項與思維觀念和問題解決綜合能力表現有關的目標：一方面，在開發(fā)指定產品的過程中，展示個人的合作和毅力技能，以及有效解決問題的技術、技能；另一方面，其大綱明確給出在命題中會使用的“指令術語（command terms）”，例如，第三級的指令術語包括分析、評估、證明、預測、對比、推斷、何種程度（to what extent）等。學生要熟悉這些指令術語，并了解如何在答題中回應相應指令術語的要求。指令術語的使用有助于基于證據的評價過程以及相關評價標準的制定，且反映對高階思維評測的指向。

AP計算機科學原理則將六個計算思維實踐技能一一轉換成具體技能，并作為學習目標，和具體的內容相結合。這些學習目標同時也作為評價目標，雖然沒有清晰劃分層級，但大部分目標使用了“解釋”“設計”“評估”“應用”來表述，也呈現出評價高階思維技能的特征。

3.評價形式的設定

三大類課程體系的計算機科學高利害性考試評價都采用了書面考試和非考試的表現性評價相結合的方式。其中，AP課程的書面考試全部為選擇題，其他兩門課程則采用了主觀題形式。不論具體的題型，題目主要呈現兩種形式：一是題目沒有詳細情境的描述，以問題簡單引入后，直接測試考生對知識或技能的理解與掌握，例如對程序控制結構的考查，偏向高階思維中的微觀維度。二是提供具有一定真實性的、生活化的任務或者情境。此類情境通常有一定的復雜度，因此，在一個情境下可以產生多個問題，形成一系列問題解決的場景。A-Level課程和IBDP課程采用此類綜合性的主觀性試題比重較大，基本都由情境引出問題。而采用選擇題的AP則受到一定程度的限制，依據大綱和樣題描述，在總數70道選擇題中，提供復雜情境的試題約占7%，提供簡單情境的試題約占25%左右。由于問題解決通?；谇榫?，因此，主觀性試題在評價問題解決能力方面具備比較顯著的優(yōu)勢。

綜合性的主觀性試題中有考查微觀編程技能的部分，例如對循環(huán)結構的掌握、對數組的使用等。但更多的是從“問題解決”角度考查計算思維的綜合應用，即試題要讓學習者針對問題做出一系列相互關聯的決策，學習者要調動計算思維分析問題，并在算法選擇、數據結構選擇、輸入輸出形式等方面進行比較、評估、決策。同時，學生思維的表達形式可以多元化，不一定要最終形成程序、算法，可以用結構化的自然語言、流程圖、偽代碼等多種形式描述。這樣的方式不但可以使學生熟悉不同的解決方案的表達方式，而且可以更加專注于計算思維的運用。

表現性評價通常要求學生在真實情境或模擬情境中，運用先前所獲得的知識完成某項任務或解決某個問題，以考查綜合、復雜能力的發(fā)展狀況。②趙德成：《表現性評價：歷史、實踐及未來》，《課程·教材·教法》2013年第2期，第97-103頁。要考查計算思維這樣綜合的、高階的思維能力，表現性評價是比較適合的手段。三門課程采用的表現性評價項目，分別是A-Level的“編程項目”、AP的“創(chuàng)新表現任務”和IBDP的“內部評價”，占最終得分的比例分別是20%、30%、20%。具體表現為，學生自主選擇一個計算問題或來自最終客戶的一項需求，完成問題分析、設計解決方案、開發(fā)與測試、評估等環(huán)節(jié)。此外，學生需要提交完整的項目與文檔，并在文檔中提供充足的證據材料，例如和最終用戶的交流記錄、分析的過程、運行的效果截圖或執(zhí)行過程的視頻文件、相關源程序代碼等。AP還要求學生在計劃、設計、編碼與測試階段和另外一名學生合作，但每位學生要獨立完成文檔、視頻的制作。A-Level和IBDP均采用了調節(jié)機制：先由教師評分，再由考試機構隨機抽樣評分，并對此教師所有學生同比例調整分數。而AP則是要求全體學生按照評價規(guī)定的數字檔案袋方式提交自己的作品，最后由考試主管機構統(tǒng)一評價。

在這些任務中，編程所需的技巧和算法并不局限于課堂中所學的部分，例如用戶界面編程，以及一些特別的算法或者工具、庫的使用均不包括在大綱中，但這些對于問題解決卻非常必要。因此，學生需要在教師的支持下廣泛探索和自主學習，來獲取必要的技巧。對三門課程的表現性任務而言，使用何種算法不是考試的重點，形成符合需要的產品才是關鍵，考試關注的是問題解決的全過程。另外，學生在完成自選的項目設計過程中，還需要和最終用戶、教師或同伴等進行交流或合作。若要正確地理解問題、界定問題和解決問題，交流與合作的能力必不可少，而評價可以推動相關能力的發(fā)展，并為計算思維能力的發(fā)展與實踐提供更好的基礎。

4.評價設定與計算思維界定匹配

在考查計算思維中具體一個思維概念時，清晰界定計算思維并將其分為不同層面，可以讓評價具有更加明確的指向性。以“抽象”這一思維概念為例，可以分別在三個層面上對于這一核心概念的應用進行評價，三門課程的解決方案是通過設定不同的情境以匹配三個層面不同的問題解決需要。例如，以“地圖為多種組件構成的一種抽象”“對于現實問題，消除不必要的細節(jié)，界定問題并抽象，以進一步開發(fā)計算解決方案”“堆棧是一種抽象的數據結構”三種情境引出同一概念在不同類型的問題解決的應用，為遷移知識的核心能力評價提供了可能。

由此，可以總結出三大類課程體系中計算機科學課程具有共性的計算思維評價結構，如圖2所示。從界定生成的三類“情境”和“評價目標”“評價形式”共同形成多種形式的結合，就可以生成多樣的計算思維評價維度，從而使這一具有豐富內涵的素養(yǎng)目標在評價中得到全方位的檢驗。

圖2 計算思維評價結構

三、對我國高中信息技術新課程計算思維評價的啟示

計算思維作為計算機類課程核心素養(yǎng)的組成部分，已經在全世界基礎教育領域達成共識。要充分地完成培養(yǎng)目標，將課程的教學范式從知識傳授轉向高階思維和核心素養(yǎng)培育，則要充分發(fā)揮評價的引導作用，利用精準設計的評價促使教學方式的改變。自2011年至今，以IBDP、A-level和AP等課程為代表的國外高中計算機科學課程已經在這方面做了探索，將計算思維這一概念作為課程的核心，評價體系也與之相匹配。其具體做法對我國信息技術課程的計算思維素養(yǎng)評價有一定的參考意義。

1.對計算思維做出明晰的界定

信息技術新課標對計算思維概念做了描述，指出“計算思維是指個體運用計算機科學領域的思想方法，在形成問題解決方案過程中產生的一系列思維活動”①中華人民共和國教育部：《普通高中信息技術課程標準（2017年版2020年修訂）》，人民教育出版社2018年版，第6頁。，同時指明具備計算思維的學生的能力特征。在進入評價環(huán)節(jié)之前，可以借鑒上述三類課程體系的做法，對計算思維的概念、能力、實踐等方面做出清晰的描述。界定清晰后，計算思維在教學與評價中的脈絡更加鮮明，不僅僅停留在概念或能力特征等理論層面，而是進入教學與評價的具體內容與實際操作層面，亦便于發(fā)揮評價的指揮棒作用，學科的目標就有了落實的基礎。

2.多層次評估學生的計算思維能力

多層次評估計算思維有兩個含義：第一，多類型情境中的遷移。遷移性是思維能力發(fā)展的重點，因此，要依據對計算思維多層次的界定，設計與之對應的甚至是綜合性的情境，不僅考查學生在同類問題中遷移應用的能力，而且考查其跨越情境實現有效的遷移的能力。對于計算思維而言，它反映的是計算機科學的核心概念與思想，但是它的應用卻不局限于計算機科學領域。其概念和獨特的思維方法亦可用于其他領域的問題求解，也可以用于日常生活中對一般事物運行規(guī)律的理解。有學者認為，常見的評價方式，未考慮在非編程活動的情況下計算思維水平會存在差異②張進寶：《計算思維教育：概念演變與面臨的挑戰(zhàn)》，《現代遠程教育研究》2019年第31期，第89-101頁。，缺乏一般通用的、脫離編程的計算思維評價工具，③劉敏娜，張倩葦：《國外計算思維教育研究進展》，《開放教育研究》2018年第24期，第41-53頁。而A-Level、IBDP等課程在此方面則做出嘗試。因此，信息技術課程需要將“思維”單獨抽離出來，放置于不同情境中進行教學和評估，而不是繼續(xù)隱藏在知識體系中無法評估，只能意會而不能言傳，只能內化而不能外顯。跳出常規(guī)的編程場景，評估計算思維的實際使用，則更加有利于計算思維作為通用型思維技能的發(fā)展。

第二，問題解決中綜合思維過程的考查。對于計算思維這樣多元、綜合的思維能力的評價，必然要從問題解決出發(fā)。和三大類課程體系中計算機科學一樣，普通高中信息技術新課程標準也同樣強調問題解決能力。那么在計算思維的評價中，要將問題解決能力的評價和代碼編寫的評價區(qū)分開來。究其根本，編碼只是復雜的、綜合性問題解決中的一環(huán)。編程、實現算法不能和問題解決畫等號，過度考核編程語言的語法則更不適宜。在制定計算方案的過程中，問題的界定、分析、表征、識別、設計、評估等環(huán)節(jié)包含更加豐富的計算思維能力應用場景，需要以不同的形式進行評價。

3.使用多元化的評價手段

當教學從以知識為中心的范式轉換到追求形成“真實性學力”④鐘啟泉：《學科教學的發(fā)展及其課題：把握“學科素養(yǎng)”的一個視角》，《全球教育展望》2017年第46期，第11-23頁，第46頁。的基于核心素養(yǎng)的教學，評價除了在目標上指向計算思維的發(fā)展，具體的評價形式也必須匹配素養(yǎng)目標的內在要求，以更加有效的方式評價真實性學力。國外課程在終結性評價整體框架設計方面有可借鑒之處。

第一，表現性評價的應用。測量學生于復雜任務中的綜合能力、高階認知能力和計算思維，表現性評價具有較好的契合性。同時，計算機科學或信息技術作為一門實踐性極強的學科，國外課程所采用的表現性評價方式不僅僅可以開展綜合能力的評估，也體現了基于項目學習、檔案袋評價等現代教育理念和實踐的要求。當然，采用如此的評價形式對于整個評價系統(tǒng)、學校、教師、教育管理部門都是非常大的挑戰(zhàn)，同時，表現性評價需要的時長和相應的編程基礎對教學安排的要求也很高。

第二，主觀性試題的綜合使用。除了AP課程，其他兩門課程都采用了主觀性試題。即使對比AP，亦可發(fā)現包含情境的、綜合性的主觀性試題所覆蓋的計算思維應用場景，在復雜度上要高于客觀性試題。學生在解答主觀性試題時，不僅要理解問題、分析問題、解決問題，還常常要呈現自己的思考過程。對于培養(yǎng)計算思維這樣的核心素養(yǎng)和綜合能力而言，評價思維的過程要優(yōu)于評價思維的結果。由此可見，隨著我國信息技術教學和評價轉向以核心素養(yǎng)為目標，客觀性試題的局限性和主觀性試題的優(yōu)勢需要得到再次審視和反思。

綜上所述，計算思維作為一種重要的問題解決思維方法，不僅改變了計算機相關學科的內容組織形式、教學形式，也改變了計算機科學課程在國外基礎教育階段的地位，逐漸被視作一種通用性的科學學科。通過對國外高中階段高利害性考試中計算思維評價的方式進行分析，得出需要將計算思維在內容和實踐層面有更加明晰的界定，對思維能力、思維過程的應用劃分不同層次，以多元化的形式和手段全面、綜合地考查計算思維。本文希望可以為發(fā)展我國高中信息技術課程的評價起到借鑒作用，并借此推動教學范式的轉變，落實素養(yǎng)培育目標。