問(wèn)題解決過(guò)程視域下小學(xué)生計(jì)算思維評(píng)價(jià)量表的開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證

傅騫　胡婉青　呂巾嬌　鄭婭峰

摘 要：計(jì)算思維評(píng)價(jià)是當(dāng)前計(jì)算思維教學(xué)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，已經(jīng)受到教育工作者越來(lái)越多的重視。已有計(jì)算思維評(píng)價(jià)量表多重視評(píng)價(jià)計(jì)算思維發(fā)展的技能結(jié)果，而較少關(guān)注評(píng)價(jià)計(jì)算思維發(fā)展的思維過(guò)程，導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)于計(jì)算思維教學(xué)過(guò)程的指導(dǎo)意義不足。基于此，本研究從問(wèn)題解決過(guò)程視域出發(fā)，開(kāi)發(fā)了面向問(wèn)題解決思維發(fā)展過(guò)程的三因子計(jì)算思維評(píng)價(jià)量表。對(duì)該量表進(jìn)行信效度檢驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，該量表具有清晰的因子結(jié)構(gòu)及較好的聚斂效度、區(qū)分效度和信度。進(jìn)一步應(yīng)用該量表對(duì)小學(xué)生群體進(jìn)行計(jì)算思維調(diào)查，結(jié)果表明，五年級(jí)學(xué)生的計(jì)算思維總體得分和各個(gè)維度得分均顯著高于四年級(jí)學(xué)生；學(xué)生的計(jì)算思維得分在性別上沒(méi)有顯著性差異；學(xué)過(guò)編程的學(xué)生在計(jì)算思維總體上與沒(méi)有學(xué)習(xí)編程的學(xué)生無(wú)顯著差異，但在方案評(píng)價(jià)子維度上顯著高于沒(méi)有學(xué)過(guò)編程的學(xué)生。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維量表；小學(xué)生；因子分析

中圖分類(lèi)號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-0069（2023）01-0046-08

收稿日期：2022-09-09

引言

從2006年周以真教授提出“計(jì)算思維”這一概念之后，面向計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)活動(dòng)在世界范圍內(nèi)受到了廣泛關(guān)注[1]。《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》的發(fā)布更加強(qiáng)調(diào)了計(jì)算思維作為學(xué)科核心素養(yǎng)的重要地位；同時(shí)，在當(dāng)前廣泛開(kāi)展的基于STEAM的跨學(xué)科教學(xué)活動(dòng)中，計(jì)算思維也成為重要培養(yǎng)目標(biāo)。因此，設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)科學(xué)有效的計(jì)算思維評(píng)價(jià)工具是計(jì)算思維有效融入多學(xué)科教學(xué)的關(guān)鍵，也是當(dāng)前跨學(xué)科領(lǐng)域開(kāi)展計(jì)算思維教學(xué)實(shí)踐效果評(píng)估的基本前提[2]。

傳統(tǒng)計(jì)算思維評(píng)價(jià)方法多以題目測(cè)試或基于項(xiàng)目活動(dòng)打分的形式開(kāi)展。這兩種方式簡(jiǎn)單高效，且較為靈活，但其評(píng)價(jià)內(nèi)容高度依賴(lài)于編程概念或者編程環(huán)境，不適用于當(dāng)前計(jì)算思維與非計(jì)算機(jī)學(xué)科不斷融合的教學(xué)改革趨勢(shì)[3]。為應(yīng)對(duì)這一趨勢(shì)，近年來(lái)開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)量表測(cè)量計(jì)算思維成為跨學(xué)科教學(xué)中的計(jì)算思維培養(yǎng)效果的重要測(cè)評(píng)方式。這些量表大多數(shù)主要以問(wèn)題解決能力、協(xié)作能力等綜合技能發(fā)展為評(píng)價(jià)維度，是典型的面向結(jié)果的計(jì)算思維概念認(rèn)識(shí)視角。

但是大量研究者強(qiáng)調(diào)計(jì)算思維的過(guò)程性，認(rèn)為計(jì)算思維是以問(wèn)題解決為導(dǎo)向的一步步的思維過(guò)程組成的，而不能簡(jiǎn)單等同為創(chuàng)造力、批判性思維、合作能力等技能的集合[4]。基于該觀點(diǎn)，對(duì)計(jì)算思維的評(píng)價(jià)也不應(yīng)局限于概念原理或技術(shù)工具，或簡(jiǎn)單映射為多種技能的綜合，而應(yīng)將其聚焦在解決問(wèn)題所經(jīng)歷的思維過(guò)程[5]。對(duì)于處于具體運(yùn)算階段和形式運(yùn)算階段的小學(xué)生而言，重視對(duì)思維發(fā)展過(guò)程的評(píng)價(jià)而非簡(jiǎn)單評(píng)測(cè)綜合技能更具有教學(xué)意義。

基于此，本研究開(kāi)發(fā)了一個(gè)面向小學(xué)生的、以問(wèn)題解決過(guò)程為導(dǎo)向的計(jì)算思維評(píng)價(jià)量表。該量表不依賴(lài)于具體的編程概念，強(qiáng)調(diào)對(duì)問(wèn)題解決過(guò)程中計(jì)算思維發(fā)展過(guò)程的測(cè)量，因而更具有靈活性和遷移性，可以應(yīng)用在跨學(xué)科背景下的計(jì)算思維教學(xué)中，為計(jì)算思維評(píng)價(jià)提供更多的選擇。

一、文獻(xiàn)綜述

當(dāng)前計(jì)算思維評(píng)價(jià)主要包含面向知識(shí)測(cè)試和綜合技能的兩種評(píng)價(jià)手段?；谥R(shí)測(cè)試的評(píng)價(jià)是當(dāng)前使用最為廣泛的計(jì)算思維評(píng)價(jià)方法，其具體形式主要是題測(cè)評(píng)價(jià)和作品評(píng)價(jià)。題測(cè)評(píng)價(jià)使用基于編程概念或者編程技能的測(cè)試題來(lái)測(cè)評(píng)學(xué)生的計(jì)算思維，是目前使用最為廣泛的形式，如使用國(guó)際計(jì)算思維競(jìng)賽題目檢驗(yàn)學(xué)生計(jì)算思維能力[3]。作品評(píng)價(jià)通常是教師利用評(píng)分表，依據(jù)學(xué)生使用的計(jì)算思維概念對(duì)學(xué)生完成的編程項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)估打分。由此可見(jiàn)，依據(jù)知識(shí)維度進(jìn)行評(píng)價(jià)的工具大都依賴(lài)編程概念或者編程環(huán)境，對(duì)于非計(jì)算機(jī)學(xué)科領(lǐng)域的教師來(lái)說(shuō)具有較高門(mén)檻。

基于綜合技能的計(jì)算思維評(píng)價(jià)是近幾年跨學(xué)科教學(xué)背景下計(jì)算思維研究發(fā)展的新趨勢(shì)，即計(jì)算思維評(píng)價(jià)不再與具體的編程知識(shí)結(jié)合，而是泛化為具體的能力集合。這種評(píng)價(jià)視角使得計(jì)算思維評(píng)價(jià)方式更具遷移性，順應(yīng)了當(dāng)前計(jì)算思維融入其他非計(jì)算機(jī)學(xué)科的教學(xué)趨勢(shì)，具體形式主要是通過(guò)量表評(píng)價(jià)。這些量表主要參考了國(guó)際教育技術(shù)學(xué)會(huì)（International Society for Technology in Education，簡(jiǎn)稱(chēng)ISTE）構(gòu)建的基礎(chǔ)教育階段計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)習(xí)能力的能力框架，包含了創(chuàng)造力、算法思維、批判性思維、問(wèn)題解決能力、合作能力、溝通技能六個(gè)方面[6]。國(guó)外研究者基于該框架設(shè)計(jì)了針對(duì)大學(xué)生的計(jì)算思維五因子量表[7]。在此基礎(chǔ)上，白雪梅等[8]將該量表進(jìn)行了漢化，保留了該量表的五因子結(jié)構(gòu)，針對(duì)我國(guó)的高中生群體進(jìn)行了適當(dāng)改編，并測(cè)量了我國(guó)高一、高二學(xué)生的計(jì)算思維。張屹等[9]基于ISTE的框架，設(shè)計(jì)了面向小學(xué)生的計(jì)算思維量表，并測(cè)評(píng)了三年級(jí)和五年級(jí)學(xué)生的計(jì)算思維。這些量表在概念傾向上認(rèn)為計(jì)算思維是由一系列思維技能組成的，因而測(cè)量?jī)?nèi)容多是對(duì)綜合技能的測(cè)量。

在計(jì)算思維領(lǐng)域中，較多的研究者更傾向于計(jì)算思維是由一系列以問(wèn)題解決為導(dǎo)向的思維過(guò)程組成的。這些思維過(guò)程包含了抽象、算法設(shè)計(jì)、自動(dòng)化、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)表征、分解、模式識(shí)別、仿真、調(diào)試、評(píng)價(jià)等。陳興冶等人[10]進(jìn)行了初步的嘗試，建立了計(jì)算思維評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，將計(jì)算思維技能劃分為分解、抽象、概括、算法、評(píng)估，體現(xiàn)了計(jì)算思維的過(guò)程評(píng)價(jià)。但該量表是基于高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)的，因而包含算法的設(shè)計(jì)、測(cè)試、評(píng)價(jià)等文字描述內(nèi)容，難以進(jìn)行跨學(xué)科應(yīng)用。

綜上所述，盡管目前國(guó)內(nèi)外研究者已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一些計(jì)算思維評(píng)價(jià)量表，但是當(dāng)前的量表更多地關(guān)注評(píng)價(jià)計(jì)算思維發(fā)展的技能結(jié)果，較少評(píng)價(jià)計(jì)算思維發(fā)展的思維過(guò)程。因此，設(shè)計(jì)面向計(jì)算思維過(guò)程評(píng)價(jià)的量表，不僅能夠更好地滿(mǎn)足小學(xué)生計(jì)算思維過(guò)程發(fā)展的評(píng)價(jià)需求，也能夠?yàn)橛?jì)算思維與跨學(xué)科教育教學(xué)融合的多樣化評(píng)價(jià)提供更多工具選擇。

二、理論框架

來(lái)自瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院的學(xué)者莫甘娜·奈特（Morgane Knight）等[11]從問(wèn)題解決的角度界定了計(jì)算思維，構(gòu)建了計(jì)算問(wèn)題解決模型，其中包含問(wèn)題界定、形成想法、制定機(jī)器人的行為、編寫(xiě)程序、方案評(píng)價(jià)幾個(gè)過(guò)程。本研究基于該計(jì)算問(wèn)題解決模型，進(jìn)一步將“形成想法、制定機(jī)器人的行為、編寫(xiě)程序”概括為“問(wèn)題解決”，最終形成“問(wèn)題界定”“問(wèn)題解決”和“方案評(píng)價(jià)”三維計(jì)算思維框架，使其更適應(yīng)跨學(xué)科及非編程課程的計(jì)算思維過(guò)程發(fā)展評(píng)價(jià)。其三維方面具體描述如下：

（一）問(wèn)題界定

問(wèn)題界定是計(jì)算思維發(fā)展的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)?！皢?wèn)題”可以被定義為任何混淆人類(lèi)思維、有挑戰(zhàn)性的、模糊不清的東西，而問(wèn)題解決的第一步就是問(wèn)題界定。問(wèn)題界定指的是學(xué)習(xí)者以符號(hào)、圖像或言語(yǔ)等形式抽象提取出關(guān)鍵問(wèn)題信息的過(guò)程。對(duì)于學(xué)習(xí)者的計(jì)算思維發(fā)展而言，學(xué)習(xí)者能夠清晰認(rèn)識(shí)自己所面臨的問(wèn)題并提取出有效信息至關(guān)重要，由此可以看出評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)者問(wèn)題界定的關(guān)鍵在于評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)者對(duì)問(wèn)題信息進(jìn)行抽象的能力。學(xué)習(xí)者對(duì)問(wèn)題信息進(jìn)行抽象的思維過(guò)程是評(píng)價(jià)其計(jì)算思維發(fā)展的重要指標(biāo)。周以真[12]明確提出，計(jì)算思維的基礎(chǔ)就是判斷關(guān)鍵環(huán)節(jié)和次要環(huán)節(jié)的過(guò)程。因此，在問(wèn)題界定中，判斷學(xué)習(xí)者是否能夠有效識(shí)別問(wèn)題信息、能夠把握問(wèn)題本質(zhì)，可以有效地評(píng)價(jià)其計(jì)算思維的發(fā)展水平。

（二）問(wèn)題解決

問(wèn)題解決是計(jì)算思維發(fā)展的核心環(huán)節(jié)，是計(jì)算思維的重要組成部分。學(xué)習(xí)者應(yīng)用計(jì)算思維的最終目的就是解決問(wèn)題。因此，學(xué)習(xí)者能夠思路清晰地設(shè)計(jì)問(wèn)題解決方案是評(píng)價(jià)其計(jì)算思維發(fā)展水平的重要指標(biāo)。如在編程任務(wù)中，學(xué)習(xí)者需要設(shè)計(jì)算法讓計(jì)算機(jī)自動(dòng)化地解決問(wèn)題，這些算法實(shí)際上就是解決問(wèn)題的步驟[4]。由于本研究中所提出的框架更關(guān)注在非編程學(xué)科中評(píng)價(jià)計(jì)算思維，因此將算法設(shè)計(jì)泛化為涉及特定策略的方案設(shè)計(jì)。這一觀點(diǎn)也得到了研究者的支持[13]。即在評(píng)價(jià)計(jì)算思維問(wèn)題解決這一環(huán)節(jié)時(shí)，不應(yīng)該局限于使用特定的技術(shù)，而是更具有廣泛性。

（三）方案評(píng)價(jià)

方案評(píng)價(jià)是計(jì)算思維發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，也是計(jì)算思維中重要的思維過(guò)程。學(xué)習(xí)者在應(yīng)用計(jì)算思維解決問(wèn)題時(shí)，需要對(duì)問(wèn)題解決的方案和問(wèn)題解決的結(jié)果進(jìn)行分析與判斷，并根據(jù)分析的結(jié)果修改方案。因此，對(duì)問(wèn)題解決方案的效率、影響、優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析是評(píng)價(jià)計(jì)算思維發(fā)展水平的有效指標(biāo)。在計(jì)算機(jī)學(xué)科中，解決問(wèn)題的方案對(duì)應(yīng)的是設(shè)計(jì)的算法，評(píng)價(jià)的內(nèi)容關(guān)注的是時(shí)間、效率和存儲(chǔ)等；在非計(jì)算機(jī)的領(lǐng)域中，解決問(wèn)題的方案并不指具體的算法，而是一個(gè)個(gè)解決問(wèn)題的步驟，此時(shí)對(duì)方案的評(píng)價(jià)意味著評(píng)價(jià)問(wèn)題解決方案的效率、資源（如物力、人力、財(cái)力）的使用等[14]。例如，有研究者在對(duì)學(xué)生的計(jì)算思維考察中，就非常重視學(xué)生在評(píng)價(jià)效率和資源利用方面的能力，以及識(shí)別和評(píng)估結(jié)果的能力[13]。因此，判斷學(xué)生是否能夠?qū)?wèn)題解決方案的效率、影響、優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行合理分析可以有效地評(píng)價(jià)其計(jì)算思維的發(fā)展水平。

三、研究方法

（一）研究對(duì)象

本研究中采取方便抽樣的方法，面向小學(xué)三年級(jí)到六年級(jí)的229名學(xué)生發(fā)放了問(wèn)卷，一共收回203份有效問(wèn)卷，其中，男生112人（55.2%），女生91人（44.8%），140人（69.0%）有過(guò)編程學(xué)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)，63人（31.0%）沒(méi)有學(xué)習(xí)過(guò)編程。參與調(diào)查的學(xué)生主要來(lái)自西南地區(qū)的學(xué)校，其中，三年級(jí)11人（5.4%），四年級(jí)54人（26.6%），五年級(jí)134人（66.0%），六年級(jí)4人（2.0%）。本研究在量表驗(yàn)證部分使用了所有年級(jí)的數(shù)據(jù)，由于部分年級(jí)樣本數(shù)量較少，不具有代表性，因此在量表應(yīng)用部分僅分析四、五年級(jí)共計(jì)188名學(xué)生數(shù)據(jù)。

（二）研究工具

本研究設(shè)計(jì)的問(wèn)卷包含兩個(gè)部分：第一個(gè)部分是對(duì)人口統(tǒng)計(jì)學(xué)信息的調(diào)查，包含性別、年級(jí)、地區(qū)以及是否學(xué)習(xí)過(guò)計(jì)算機(jī)編程；第二個(gè)部分是計(jì)算思維測(cè)量量表，設(shè)計(jì)了包含問(wèn)題界定（例如“當(dāng)我遇到問(wèn)題時(shí)，我會(huì)思考此問(wèn)題是否有可能解決”）、問(wèn)題解決（例如“當(dāng)我做事情前，我會(huì)制訂一個(gè)清晰的計(jì)劃”）、方案評(píng)價(jià)（例如“在應(yīng)用解決方案后，我會(huì)想該問(wèn)題是否得到了真正的解決”）三因子結(jié)構(gòu)的計(jì)算思維量表。其中，問(wèn)題界定與方案評(píng)價(jià)依據(jù)概念定義進(jìn)行相應(yīng)題項(xiàng)設(shè)計(jì)，問(wèn)題解決這一維度的題項(xiàng)設(shè)計(jì)參考了經(jīng)典的“問(wèn)題解決量表”，該量表自1982年被提出后受到研究者的廣泛應(yīng)用[15]。初始量表包含以李克特五點(diǎn)量表測(cè)得的25個(gè)問(wèn)題。

（三）數(shù)據(jù)處理與分析

使用開(kāi)源統(tǒng)計(jì)分析工具jamovi將樣本隨機(jī)分為了兩個(gè)子樣本，并且使得兩個(gè)樣本中學(xué)生的年級(jí)分布大致相似。其中，樣本一共計(jì)109人，用于探索性因子分析；樣本二共計(jì)94人，用于驗(yàn)證性因子分析。其他數(shù)據(jù)分析均使用到樣本總體。

四、研究結(jié)果

（一）量表的驗(yàn)證

（1）探索性因子分析

本研究使用jamovi對(duì)樣本一（n=109）的數(shù)據(jù)進(jìn)行了主成分分析，選擇斜交旋轉(zhuǎn)法進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。結(jié)果顯示：KMO=0.909，巴特利特（Bartlett's）球形檢驗(yàn)x2（300）=2014，p＜0.001。KMO≥0.8，說(shuō)明各變量適合進(jìn)行因子分析，且巴特利特球形檢驗(yàn)結(jié)果達(dá)到了顯著水平，也說(shuō)明各個(gè)變量適合進(jìn)行因子分析。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行探索性因子分析后，以因子載荷大于0.4且不存在交叉載荷為標(biāo)準(zhǔn)，刪去了3個(gè)測(cè)量題項(xiàng)。

本研究對(duì)修訂后的計(jì)算思維量表再次進(jìn)行了探索性因子分析。結(jié)果顯示：KMO=0.904，巴特利特球形檢驗(yàn)χ2（231）=1 772，p＜0.001，適合進(jìn)行探索性因子分析。選取主軸法進(jìn)行因子提取，使用斜交旋轉(zhuǎn)法進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。對(duì)于各項(xiàng)目的取舍，以因子載荷大于0.4，獨(dú)特剩余值小于0.6，且不存在交叉載荷為標(biāo)準(zhǔn)，刪去了7個(gè)測(cè)量題項(xiàng)，剩余15個(gè)測(cè)量指標(biāo)。然后抽取出來(lái)三個(gè)因子，分別是：?jiǎn)栴}界定、問(wèn)題解決和方案評(píng)價(jià)，累積解釋了總變異的64.2%。各因子的解釋率分別為：?jiǎn)栴}界定15.6%，問(wèn)題解決31.4%，方案評(píng)價(jià)17.2%。

（2）驗(yàn)證性因子分析

使用jamovi軟件對(duì)第二個(gè)樣本（n=94）數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證性因子分析。在分析過(guò)程中根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)載荷系數(shù)值對(duì)模型進(jìn)行修正，最終確定了11個(gè)測(cè)量指標(biāo)。圖1展示了驗(yàn)證性因子分析的結(jié)果。在檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臄M合程度時(shí)參照了以下擬合指標(biāo)：x2/df＜3，TLI＞0.9，CFI＞0.9，SRMR≤0.05，RMSEA≤0.1。結(jié)果顯示：x2=74.6，df=41，x2/df= 1.8195，TLI=0.933，CFI=0.950，SRMR=0.0401，RMSEA=0.0934，說(shuō)明計(jì)算思維的三維理論模型與數(shù)據(jù)的擬合程度較好。

（3）效度檢驗(yàn)

①聚斂效度

本研究進(jìn)一步對(duì)模型進(jìn)行了聚斂效度分析，分析了各個(gè)測(cè)量指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化因子載荷并計(jì)算了三個(gè)因子的組合信度。組合信度表示測(cè)量指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)度，較高的組合信度意味著測(cè)量指標(biāo)具有更好的同構(gòu)性，一般要求該數(shù)值在0.6以上。各個(gè)因子的組合信度值可以根據(jù)測(cè)量指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化因子載荷值及測(cè)量指標(biāo)的誤差方差計(jì)算得到。

結(jié)果如表1所示。該模型中測(cè)量指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化因子載荷取值在0.688～0.848，這代表這些測(cè)量指標(biāo)均具有較好的聚斂效度，可以有效反映對(duì)應(yīng)的因子。各因子的組合信度分別為：?jiǎn)栴}界定（0.843）、問(wèn)題解決（0.904）、方案評(píng)價(jià)（0.786）。三個(gè)因子的組合信度值都高于0.7，表示所有因子的測(cè)量題目具有較好的關(guān)聯(lián)度與同構(gòu)性。

②區(qū)分效度

本研究使用了異質(zhì)—單質(zhì)比率（Heterotrait—monotrait Ratio，簡(jiǎn)稱(chēng)HTMT）方法來(lái)計(jì)算量表的區(qū)分效度。該方法使用特質(zhì)間相關(guān)與特質(zhì)內(nèi)相關(guān)的比率來(lái)表征區(qū)分效度，該比率的數(shù)值越小，則區(qū)分效度越好。如果HTMT的值大于0.85或0.90，則表明區(qū)分效度不好。

結(jié)果如表2所示，問(wèn)題界定與問(wèn)題解決兩個(gè)因子的HTMT值為0.880，問(wèn)題界定與方案評(píng)價(jià)兩個(gè)因子的HTMT值為0.892，問(wèn)題解決與方案評(píng)價(jià)兩個(gè)因子的HTMT值為0.887，均在可接受的范圍內(nèi)，量表的區(qū)分效度較好。

（4）信度檢驗(yàn)

本研究采用克倫巴赫系數(shù)檢測(cè)量表的信度，并參照標(biāo)準(zhǔn)：假設(shè)，表示量表的信度良好；假設(shè)，表示量表的信度可以接受。分析結(jié)果顯示：計(jì)算思維量表的總信度是0.869，問(wèn)題界定、問(wèn)題解決及評(píng)價(jià)的克倫巴赫系數(shù)依次是0.795、0.839、0.820，均高于0.70，這說(shuō)明計(jì)算思維量表中三個(gè)因子具有較好的內(nèi)部一致性。

（二）量表的應(yīng)用

（1）小學(xué)生計(jì)算思維總體現(xiàn)狀

本研究對(duì)小學(xué)生的計(jì)算思維得分進(jìn)行了描述性統(tǒng)計(jì)，計(jì)算了學(xué)生在計(jì)算思維三個(gè)維度上的均值、標(biāo)準(zhǔn)差、最小值和最大值，以分析學(xué)生的計(jì)算思維現(xiàn)狀，數(shù)據(jù)結(jié)果如表3所示。計(jì)算思維量表的滿(mǎn)分總分是55分，學(xué)生樣本得分的均值是46.4分，占滿(mǎn)分值的84.4%，這說(shuō)明小學(xué)階段學(xué)生的計(jì)算思維還是有一定提升空間的。同時(shí)，絕大多數(shù)的學(xué)生分?jǐn)?shù)都處于40～55的區(qū)間，可見(jiàn)小學(xué)生計(jì)算思維的總體水平是較好的。

（2）小學(xué)生計(jì)算思維差異分析

①不同年級(jí)學(xué)生的計(jì)算思維差異

本研究使用獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)的方法，檢驗(yàn)了兩個(gè)年級(jí)的學(xué)生在計(jì)算思維上的差異，結(jié)果如表4所示。研究發(fā)現(xiàn)：在計(jì)算思維總分上，各年級(jí)存在顯著性差異（T=－7.60，p=0.000），并且在問(wèn)題界定（T=－5.84，p=0.000），問(wèn)題解決（T=－6.83，p=0.000），方案評(píng)價(jià)（T=－6.89，p=0.165）幾個(gè)維度上，兩個(gè)年級(jí)都存在p＜0.001顯著性的差異。

②不同性別學(xué)生的計(jì)算思維差異

本研究使用了獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)的方法，檢驗(yàn)了不同性別的學(xué)生在計(jì)算思維上的差異，結(jié)果如表5所示。研究發(fā)現(xiàn)：在計(jì)算思維總分上，男女不存在顯著性差異（T=－0.958，p=0.339），并且在問(wèn)題界定（T=－0.242，p=0.809）、問(wèn)題解決（T=－1.245，p=0.215）、方案評(píng)價(jià)（T=－0.849，p=0.397）三個(gè)維度上，男女都沒(méi)有顯著性的差異。

③是否有編程學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生在計(jì)算思維上的差異

研究使用獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)的方法，對(duì)比了學(xué)過(guò)編程與沒(méi)有學(xué)過(guò)編程的學(xué)生在計(jì)算思維量表得分上的差異，結(jié)果如表6所示。研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)過(guò)編程的學(xué)生在方案評(píng)價(jià)上顯著高于沒(méi)有學(xué)過(guò)編程的學(xué)生（T=2.23，p=0.027）。在計(jì)算思維總分（T=1.79，p=0.075）以及問(wèn)題界定（T=1.53，p=0.129）和問(wèn)題解決（T=1.23，p=0.220）兩個(gè)維度上，并沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的顯著差異，但是有編程學(xué)習(xí)經(jīng)歷的學(xué)生也高于沒(méi)有編程經(jīng)歷的學(xué)生。

五、討論與分析

本研究中最終形成的量表為李克特五點(diǎn)式量表，具有三因子結(jié)構(gòu)，由11個(gè)項(xiàng)目組成，其中包括問(wèn)題界定（3個(gè)）、問(wèn)題解決（5個(gè)）、方案評(píng)價(jià)（3個(gè)）。因子分析、聚斂效度、區(qū)分效度以及信度檢驗(yàn)的結(jié)果都保證了該量表的有效性。在因子分析方面，進(jìn)行探索性因子分析時(shí)，由于部分指標(biāo)的因子載荷較低，刪去了一些測(cè)量指標(biāo)。例如“在沒(méi)有證據(jù)前，我不相信直覺(jué)”，該測(cè)量指標(biāo)屬于問(wèn)題解決的維度，分析該題項(xiàng)因子載荷較小的原因，可能是青少年在日常學(xué)習(xí)中很少體驗(yàn)到給出證據(jù)來(lái)論證觀點(diǎn)或者假設(shè)的學(xué)習(xí)過(guò)程，因此會(huì)對(duì)“證據(jù)”一詞感到陌生，在理解該測(cè)量指標(biāo)上遇到困難。在探索性因子分析之后，進(jìn)行了驗(yàn)證性的因子分析來(lái)驗(yàn)證三因子結(jié)構(gòu)的模型與數(shù)據(jù)是否有較好的擬合度。在考察測(cè)量數(shù)據(jù)與計(jì)算思維量表三因子結(jié)構(gòu)模型的擬合程度時(shí)，本研究使用了絕對(duì)擬合指數(shù)和增量擬合指數(shù)對(duì)模型卡方統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行了補(bǔ)充[16]。驗(yàn)證性因子分析的結(jié)果充分說(shuō)明了該量表具有較好的結(jié)構(gòu)效度。在區(qū)分效度方面，該量表的3個(gè)因子兩兩之間的HTMT值均≤0.9，其中問(wèn)題解決與方案評(píng)價(jià)的HTMT值剛好等于0.9，說(shuō)明問(wèn)題解決與方案評(píng)價(jià)這兩個(gè)因子的區(qū)分效度是稍有不足的。這可能是因?yàn)樵趹?yīng)用計(jì)算思維的過(guò)程中，問(wèn)題解決與方案評(píng)價(jià)的這兩種思維過(guò)程通常是接連發(fā)生的，學(xué)習(xí)者會(huì)在解決問(wèn)題的過(guò)程中不斷地評(píng)價(jià)方案，因此在評(píng)價(jià)這兩種思維過(guò)程時(shí)，不能很好地將兩個(gè)因子區(qū)分開(kāi)。但其HTMT值仍然是在可接受范圍內(nèi)的，量表整體的區(qū)分效度是較好的。

使用該量表調(diào)查小學(xué)生計(jì)算思維水平現(xiàn)狀，主要得出了三點(diǎn)結(jié)論：第一，在小學(xué)階段計(jì)算思維隨著年級(jí)的增長(zhǎng)而提升。本研究中四、五年級(jí)學(xué)生在計(jì)算思維得分上存在顯著差異，并且在計(jì)算思維以及其各個(gè)維度上，五年級(jí)學(xué)生都顯著高于四年級(jí)。一些相關(guān)研究也有類(lèi)似發(fā)現(xiàn)，如郁曉華等人[17]的研究中將學(xué)生的計(jì)算機(jī)發(fā)展水平為劃分幼兒園至二年級(jí)、三至五年級(jí)、六至八年級(jí)和九至十二年級(jí)4個(gè)階段，并發(fā)現(xiàn)六至八年級(jí)學(xué)生的計(jì)算思維發(fā)展水平較三至五年級(jí)學(xué)生更高。第二，小學(xué)生的計(jì)算思維在性別上沒(méi)有顯著性差異。這與一些相關(guān)研究的發(fā)現(xiàn)是存在共性的。國(guó)外研究者發(fā)現(xiàn)在小學(xué)階段，不同性別的學(xué)生在計(jì)算思維發(fā)展上并沒(méi)有顯著的差異，但是在初高中階段，性別的差異會(huì)凸顯出來(lái)[18]。我國(guó)研究者也有類(lèi)似發(fā)現(xiàn)，張屹等[10]發(fā)現(xiàn)我國(guó)小學(xué)生中男女的計(jì)算思維不存在差異，白雪梅等[9]發(fā)現(xiàn)我國(guó)高中生群體中男生的計(jì)算思維顯著高于女生。研究者指出應(yīng)當(dāng)在小學(xué)階段加強(qiáng)對(duì)學(xué)習(xí)者計(jì)算思維的培養(yǎng)，因?yàn)樵谶@個(gè)階段性別的差異是比較容易去彌補(bǔ)的，這對(duì)于縮小未來(lái)不同性別的計(jì)算思維水平差異至關(guān)重要。第三，有編程學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的小學(xué)生具備更強(qiáng)的方案評(píng)價(jià)能力，但是在其他計(jì)算思維維度上與沒(méi)有編程學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的小學(xué)生相比沒(méi)有顯著差異。由此可見(jiàn)，盡管近年來(lái)國(guó)家非常重視編程教育的推廣，但是小學(xué)階段以編程為媒介的計(jì)算思維教學(xué)效果還有提升空間?；谝陨习l(fā)現(xiàn)和討論，本研究針對(duì)小學(xué)的計(jì)算思維教學(xué)提出了以下三點(diǎn)建議：

第一，結(jié)合不同年齡段的認(rèn)知特點(diǎn)采取多元的計(jì)算思維教學(xué)方式。研究者指出結(jié)合認(rèn)知發(fā)展階段來(lái)制定適合不同年級(jí)的計(jì)算思維課程是至關(guān)重要的。在具體實(shí)施上，依據(jù)皮亞杰認(rèn)知發(fā)展理論，低年級(jí)的學(xué)習(xí)者（具體運(yùn)算階段）主要依靠他們的感知來(lái)解決問(wèn)題，這一時(shí)期學(xué)生開(kāi)始具有抽象的概念，但是思維活動(dòng)仍需具體活動(dòng)或?qū)嶓w材料的支持，因此可以通過(guò)卡片、拼圖等教具來(lái)輔助培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，讓學(xué)習(xí)者在具體的活動(dòng)中通過(guò)與實(shí)體工具的交互發(fā)展計(jì)算思維；而高年級(jí)的學(xué)習(xí)者（形式運(yùn)算階段）已經(jīng)超越對(duì)實(shí)體事物的依賴(lài)，具備處理抽象概念和假設(shè)推演的能力，因此針對(duì)這個(gè)學(xué)段可以依托圖形化編程工具來(lái)學(xué)習(xí)更為抽象、復(fù)雜的計(jì)算思維。

第二，以問(wèn)題解決為導(dǎo)向，將計(jì)算思維教學(xué)融入其他學(xué)科教學(xué)中。研究者已經(jīng)達(dá)成共識(shí)，計(jì)算思維不僅可以應(yīng)用于計(jì)算機(jī)科學(xué)的領(lǐng)域，也可以應(yīng)用到數(shù)學(xué)、科學(xué)、英語(yǔ)和文學(xué)等學(xué)科中。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外的研究者都嘗試將計(jì)算思維融入學(xué)科教育中。將計(jì)算思維教學(xué)與其他學(xué)科教學(xué)融合，不僅能夠讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到計(jì)算思維并不局限于編程這一種形式，不局限于計(jì)算機(jī)科學(xué)這一領(lǐng)域，而是作為一項(xiàng)重要的思維能力可以幫助他們解決各個(gè)領(lǐng)域中的問(wèn)題，同時(shí)還可以促進(jìn)他們對(duì)于學(xué)科知識(shí)的深入理解。

第三，對(duì)學(xué)生應(yīng)用計(jì)算思維解決問(wèn)題的思維過(guò)程開(kāi)展評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)是計(jì)算思維教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)，在小學(xué)階段，對(duì)計(jì)算思維的評(píng)價(jià)不應(yīng)局限于對(duì)計(jì)算思維概念或者是對(duì)編程技能的考核，而應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)學(xué)生思維過(guò)程的重視。本研究中提出的理論框架從問(wèn)題解決過(guò)程的視角界定了計(jì)算思維的關(guān)鍵思維過(guò)程，并基于該理論框架開(kāi)發(fā)了量表。在未來(lái)，教育工作者可以基于該理論框架開(kāi)發(fā)其他形式的評(píng)價(jià)工具，從而幫助教師評(píng)價(jià)學(xué)生計(jì)算思維的思維過(guò)程，提升計(jì)算思維的教學(xué)質(zhì)量。

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（責(zé)任編輯 李強(qiáng) 孫志莉）

Elementary School StudentsComputational Thinking Evaluation Scale from the Perspective of Problem-solving Process

Fu Qian1，Hu Wanqing1，Lyu Jinjiao1，Zheng Yafeng2

（1.School of Educational Technology，Beijing Normal University，Beijing，China 100031;

2.Institute of Advanced Studies in Humanities and Social Sciences，Beijing Normal University at Zhuhai， Zhuhai，Guangdong，China 519000）

Abstract： As an important part in the teaching of computational thinking， the evaluation of computational thinking has received more and more attention of educators.The existing computational thinking evaluation scales pay more attention to the results of computational thinking from the macro level， but less focus on the process of computational thinking from the more micro level，which leads to little guiding significance of the evaluation results for teaching.Based on this，this research developed a three-factor computational thinking evaluation scale for the problem-solving process.Reliability and validity test results showed that the scale has a clear factor structure，good convergent validity，discriminative validity and reliability.Moreover，the results of computational thinking survey for elementary school students showed that the fifth graders both overall score and individual dimension score of computational thinking were significantly higher than those of the fourth graders.In addition，the computational thinking scores of students of different genders were not significant different.In general，the computational thinking scores of students who have learned programming have no significant difference with those who have not learned programming，but the program evaluation dimension score of students who have learned programming is significantly higher than those who have not learned programming.

Key words： Computational thinking scale;Pupil;Factor analysis

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金“中小學(xué)生在線編程自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究”（62077005）；2023年度河南省教育科學(xué)規(guī)劃重點(diǎn)課題《河南省中小學(xué)在線科學(xué)探究模式構(gòu)建及實(shí)踐效果研究》（2023JKZD14）

作者簡(jiǎn)介：傅騫（1978— ），男，浙江金華人，教授、博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)閯?chuàng)客教育、創(chuàng)新人才培養(yǎng)；胡婉青（1998— ），女，重慶市人，碩士研究生，研究方向?yàn)橛?jì)算思維、協(xié)作學(xué)習(xí)；呂巾嬌（1981— ），女，山西文水人，博士，助理研究員，研究方向?yàn)榻逃夹g(shù)基礎(chǔ)理論、教學(xué)設(shè)計(jì)；鄭婭峰（1979— ），女，河南洛陽(yáng)人，教授、碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)榻逃龜?shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)可視化，系本文通信作者。