師范生計(jì)算思維能力發(fā)展的影響因素

中圖分類號：G652

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2025.20.028

Influencing Factors of Computational Thinking Ability Development among Normal University Students

RENJiacheng，LIU Xuemin

（School of Educational Science， Jiamusi University， Jiamusi， Heilongjiang

AbstractWith therapid developmentofinformation technology，computational thinking has become an indispensable core competency for students.To explore the factorsthataffectthe developmentofcomputational thinkingability among normal university students，this article takes them as the research object and uses the Bebras Chalenge test and the Computational Thinking Scale （CTS）tool to investigate their creative thinking，algorithmic thinking，critical thinking， problem-solving，and cooperative leaming. The results indicate that problem-solving and cooperative leaming have a significant positive impact on students'computational thinking ability， whilecreative thinking，algorithmic thinking，and critical thinking have no significant impact on students' computational thinking ability.

Keywordscomputational thinking; normal university students; CTS

2015年，英國、瑞典等國家開始嘗試在多個學(xué)科的師范專業(yè)教育和中小學(xué)課程中引入“計(jì)算參與”（Computa-tionalParticipation）概念，使計(jì)算思維成為一種基礎(chǔ)的教育要素。2010年，《九校聯(lián)盟（C9）聯(lián)合發(fā)布的高校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》中，將“計(jì)算思維能力的培養(yǎng)”確立為高校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育的核心任務(wù)，許多學(xué)者都認(rèn)為，當(dāng)前正處于人工智能時代，必須關(guān)注學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)，以培育人工智能時代的高素質(zhì)人才。因此，本研究聚焦師范生計(jì)算思維影響因素的探索，為提升師范生計(jì)算思維能力提供參考依據(jù)。

1相關(guān)概念界定

早在20世紀(jì)50年代，SeymourPapert教授首次提出計(jì)算思維，但均未界定計(jì)算思維的內(nèi)涵[1。2019年，美國CSTA和ISTE認(rèn)為，計(jì)算思維是結(jié)構(gòu)化分析問題、構(gòu)造抽象模型、設(shè)計(jì)或選擇最優(yōu)算法方案的過程。本研究借鑒《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》，將計(jì)算思維概括為是學(xué)生在設(shè)計(jì)實(shí)施問題解決方案的過程中產(chǎn)生的一系列復(fù)雜的思維活動。計(jì)算思維可以劃分為創(chuàng)造性思維、算法思維、批判性思維、問題解決和合作學(xué)習(xí)，以下就其中部分概念進(jìn)行詳細(xì)說明。

1.1創(chuàng)造性思維

創(chuàng)造性思維從過程、特征、組成要素和能力等角度進(jìn)行定義。從過程角度，1996年，劉二中提出創(chuàng)造性思維是一種獨(dú)特的思維活動。2013年，林崇德提出創(chuàng)造性是根據(jù)一定目的，運(yùn)用一定已知信息，產(chǎn)生某種新穎、獨(dú)特的，有社會或個人價值的心理品質(zhì)2。創(chuàng)造性思維是智力因素，有五個特點(diǎn)： ① 獨(dú)特性與新穎性。 ② 想象與構(gòu)思。 ③ 突發(fā)性靈感。 ④ 分析思維和直覺思維的統(tǒng)一。 ⑤ 輻合思維和發(fā)散思維的統(tǒng)一[3。本研究認(rèn)為創(chuàng)造性思維是思維活動的高級過程，是在解決問題的過程中，運(yùn)用一定的已有知識，結(jié)合多種思維方式所產(chǎn)生的獨(dú)特的、新穎的、有創(chuàng)見性的思維活動。

1.2算法思維

算法思維的英文是“Algorithm”，早期是指阿拉伯?dāng)?shù)字的數(shù)學(xué)運(yùn)算規(guī)則。從廣義上，2006年，F(xiàn)utschek提出算法思維是使用認(rèn)知能力去理解和分析問題，采用一系列步驟以獲得合適的解決方法，再進(jìn)行逐步優(yōu)化，并找到替代步驟確保代替步驟的解決方法能夠得到滿足。2010年，Cooper等學(xué)者提出算法思維不是依賴于計(jì)算機(jī)和數(shù)學(xué)思維，而是依賴于人類的抽象化能力。從狹義上，2018年，祝智庭教授提出“算法思維是一種解決問題的過程性思維方式，也可以將算法思維認(rèn)定為人機(jī)協(xié)同的思維形式”[4。本研究認(rèn)為算法思維是人類在解決問題的過程中，有著清晰邏輯、有序步驟的一系列思維活動。

1.3批判性思維

批判性思維的英文是\"CriticalThinking”。2020年，我國一些學(xué)者將計(jì)算思維譯作為“審辨思維”，與“批判性思維”同義[5]，本研究所用的是直譯即批判性思維。認(rèn)知心理學(xué)方法中出現(xiàn)的批判性思維的定義包括：2007年，Willingham提出看問題從正反兩面出發(fā)，對與自己相悖的觀點(diǎn)持開放態(tài)度，不輕易下結(jié)論，從而解決所面臨的問題。本研究認(rèn)為批判性思維是一種高階思維，是反思性的一個過程。

2研究設(shè)計(jì)

2.1研究對象

本研究以在校師范生為研究對象，于2024年進(jìn)行調(diào)查。采用線上問卷的形式，一共發(fā)放194份問卷，回收率為 100% 其中大一到大四分別占比 23.7%，35.1%，31.4% 9.8% 。男女生分別占比 44.3% 和 55.7% 。

2.2研究方法

文獻(xiàn)研究法是將收集到的文獻(xiàn)資料進(jìn)行梳理和總結(jié)，從中提煉自己觀點(diǎn)的一種方法。本研究通過搜集鑒別和分析整理國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，了解計(jì)算思維的研究背景與現(xiàn)狀，獲得最新研究動態(tài)。針對師范生計(jì)算思維不足的情況，本研究在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，明確提出應(yīng)加強(qiáng)計(jì)算思維的培養(yǎng)，為后續(xù)研究提供強(qiáng)有力的支撐。

問卷調(diào)查法指研究者采用設(shè)計(jì)調(diào)查問卷的形式進(jìn)行調(diào)查，從被試者那里獲得信息、征求意見而采取的辦法。本研究的問卷調(diào)查主要用于測量師范生計(jì)算思維，結(jié)合計(jì)算思維量表和已有研究的計(jì)算思維問卷制定本研究所需的計(jì)算思維問卷。該問卷一共分為兩個部分，第一部分為問題維度測試題；第二部分為Bebras挑戰(zhàn)賽，以了解目前師范生計(jì)算思維培養(yǎng)現(xiàn)狀。

統(tǒng)計(jì)分析法：使用SPSS27.0對問卷數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采用描述性統(tǒng)計(jì)分析、相關(guān)分析、回歸分析和信效度分析考查師范生計(jì)算思維發(fā)展情況及其影響因素。

2.3研究工具

Bebras挑戰(zhàn)賽測試計(jì)算思維測試題：2004年，ValentinaDagiene教授提出Bebras計(jì)算機(jī)挑戰(zhàn)賽，其目的是培養(yǎng)學(xué)生對計(jì)算機(jī)科學(xué)的興趣。本研究借鑒14一16歲、16－18歲兩個維度的習(xí)題對在校大學(xué)生進(jìn)行測試。該習(xí)題分為單選題與多選題，難易程度按A、B、C劃分，難度逐題遞增。共10題，滿分100分，限時20分鐘。

計(jì)算思維量表：針對計(jì)算思維不同的定義，國內(nèi)外學(xué)者研發(fā)了一系列不同測試維度的評估工具。Korkmaz等學(xué)者根據(jù)ISTE對計(jì)算思維的理論框架分析，開發(fā)了具有5個因子29個測量指標(biāo)的計(jì)算思維量表（CTS）。同時，為了更好地體現(xiàn)師范生計(jì)算思維的現(xiàn)狀，量表加入相關(guān)題目，如“您對計(jì)算思維素養(yǎng)了解嗎？”“您認(rèn)為計(jì)算思維僅僅是計(jì)算機(jī)科學(xué)的概念嗎？\"等問題。該量表共39題，1-5題是基本信息，第6題開始采用李克特量表從“非常不認(rèn)同”到“非常認(rèn)同”，采用1一5計(jì)分。維度劃分從創(chuàng)造性思維、算法思維、批判性思維、問題解決和合作學(xué)習(xí)出發(fā)。

3研究結(jié)果與討論

3.1信效度分析

使用SPSS軟件對師范生計(jì)算思維培養(yǎng)的影響因素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行信效度分析，以此表明量表所得結(jié)果的可靠性和有效性。本問卷采用Cronbach'sAlpha系數(shù)來考查問卷的信度。創(chuàng)造性思維8題a系數(shù)（0.951），算法思維6題a系數(shù)（0.889），批判性思維5題α系數(shù)（0.924），問題解決6題α系數(shù)（0.936），合作學(xué)習(xí)4題α系數(shù)（0.910）。5個維度共29題Cronbachα均達(dá)0.8以上，總體為0.9，信度良好。KMO值均在0.8以上，Bartlett的球形度檢驗(yàn)顯著 （Plt;0.001） ，反映出效度較好，問卷適合進(jìn)行因子分析。

3.2計(jì)算思維水平的描述性統(tǒng)計(jì)分析

計(jì)算思維測試題描述性統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明（滿分100）：整體樣本中，師范生的計(jì)算思維最低分為22，最高分為100，60分以下 （M-42.43，SD-8.94），60-80 分 （M=68.03，SD=6.18） ，80-100分 （M=91.6，SD=6.84） ，樣本表明師范生計(jì)算思維較低，上升空間較大。同時，挑戰(zhàn)賽 （M=46.04，SD=13.54） ，創(chuàng)造性思維 （M=29.64，SD=8.49） ，算法思維 （M=21.54 ，SD=5.91），批判性思維（M=16.92， $S _ { ? } ＼mathrm { ? - } 5 . 1 5 ? ? ^ { }$ ，問題解決（M=20.38，SD-6.22），合作學(xué)習(xí)（M=13.44，SD=4.678）。

3.3各個維度自變量與因變量Bebras挑戰(zhàn)賽得分的相關(guān) 分析

本研究采用皮爾遜積差相關(guān)分析方法，分析結(jié)果顯示：學(xué)生的批判性思維、問題解決、合作學(xué)習(xí)與計(jì)算思維測試題（Bebras挑戰(zhàn)賽得分）顯著正相關(guān) （r-0.189，Plt;0.001 ·r=0.271，Plt;0.001;r=0.287，Plt;0.001） ，而創(chuàng)造性思維、算法思維與因變量計(jì)算思維的相關(guān)性不顯著。

3.4各個維度與Bebras挑戰(zhàn)賽的回歸分析

國際教育技術(shù)協(xié)會（ISTE）制定的“21世紀(jì)學(xué)生標(biāo)準(zhǔn)”包括創(chuàng)造性思維、算法思維、批判性思維、問題解決和合作學(xué)習(xí)5部分。為此本研究將創(chuàng)造性思維、算法思維、批判性思維、問題解決、合作學(xué)習(xí)作為自變量，把Bebras挑戰(zhàn)賽測試題作為因變量。采用多元線性回歸分析（見表1），結(jié)果顯示，問題解決 （β=0.370，Plt;0.05） 、合作學(xué)習(xí)（β=0.573，Plt;0.05） 對學(xué)生計(jì)算思維具有顯著的正向影響，而批判性思維對學(xué)生計(jì)算思維的影響并不顯著。計(jì)算思維能力的回歸方程： Y=0.173x₁+0.37x₂+0.573x₃+27.874 。

4結(jié)語

師范生的計(jì)算思維能力關(guān)乎未來教育的發(fā)展，因此應(yīng)加強(qiáng)對師范生計(jì)算思維發(fā)展的研究。本研究基于師范生計(jì)算思維數(shù)據(jù)的調(diào)查結(jié)果，對師范生創(chuàng)造性思維、算法思維、批判性思維、問題解決、合作學(xué)習(xí)與挑戰(zhàn)賽進(jìn)行相關(guān)性分析和回歸分析，探索學(xué)生已有創(chuàng)造性思維、算法思維、批判性思維、問題解決和合作學(xué)習(xí)對Bebras挑戰(zhàn)賽的影響。研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的性別、高中文理科和年級對其計(jì)算思維測試的影響并不顯著。學(xué)生的問題解決、合作學(xué)習(xí)能力對學(xué)生的計(jì)算思維能力具有顯著的正向影響，而創(chuàng)造性思維、算法思維和批判性思維對學(xué)生的計(jì)算思維影響不顯著。因此應(yīng)加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維、算法思維和批判性思維，從而進(jìn)一步提升學(xué)生的計(jì)算思維水平。如何提高師范生的創(chuàng)造性思維、算法思維、批判性思維，是需要進(jìn)一步深入研究的問題。

未來的研究可從以下幾個方面展開：一是對促進(jìn)師范生計(jì)算思維發(fā)展的課程設(shè)置與教學(xué)方法進(jìn)行深入探討，以期找到更加高效的發(fā)展策略。如何設(shè)計(jì)更多基于問題解決與合作學(xué)習(xí)的教學(xué)活動來激勵學(xué)生主動參與，使其計(jì)算思維能力在實(shí)踐活動中得到鍛煉與促進(jìn)。二是進(jìn)一步檢驗(yàn)不同背景和專業(yè)的學(xué)生其計(jì)算思維發(fā)展的差異性，從而為個性化培養(yǎng)方案的開發(fā)奠定基礎(chǔ)。另外，應(yīng)更加注重計(jì)算思維等學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)，并探索采用跨學(xué)科教學(xué)及實(shí)踐活動以促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。三是在人工智能與大數(shù)據(jù)技術(shù)日益發(fā)展的背景下，如何利用這些先進(jìn)技術(shù)輔助師范生計(jì)算思維的培養(yǎng)也是未來進(jìn)一步研究的方向。

*通信作者：劉學(xué)敏

? 基金項(xiàng)目：省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2022年重點(diǎn)課題“面向深度學(xué)習(xí)的‘線上線下'混合式教學(xué)模式構(gòu)建與應(yīng)用效果研究\"（GJB1422676）；2021年度大學(xué)教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“專業(yè)認(rèn)證視角下的教育教學(xué)質(zhì)量評價與持續(xù)改進(jìn)機(jī)制研究”（ZYRZ2021-07）。

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