翻译：郭宪 东南大学脑与学习科学系

研究生导师：柏毅 

作者：Shuchi Grover, Roy Pea

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三、K-12 CT相关研究综述

过去三十年来，关于教学和学习编程以及计算机辅助教学的文献非常丰富。然而，大部分的CS教育研究是建立在本科背景下的。

1、培养CT的环境和工具

“低门槛，高上限”（Low floor, high ceiling.）作为儿童编程环境创建的指导原则之一的理念自它出现以来就一直存在。它本质上意味着，尽管初学者应该很容易跨越门槛创建工作程序（低门槛），但该工具也应该足够强大和广泛，以满足高级程序员的需求（高上限）。为学龄儿童提供计算丰富的环境和有效的CT工具，必须具有低门槛和高上限、脚手架、支持转移、支持公平，并具有系统性和可持续性。其中最受欢迎的是图形编程环境，如Scratch、Alice、Game Maker、Kodu和Greenfoot；基于Web的模拟创作工具，如agentsheets和agent cubes；机器人工具包和有形媒体，如Arduino和Gogo Boards。图形编程环境相对容易使用，并且允许集中于设计和创建，避免编程语法问题。初学者可以通过抓取控制屏幕上不同动态参与者动作的图形块来构建程序，麻省理工学院的流行产品scratch等环境实际上使编程变得简单。

其中一些介绍性的计算使用了三个阶段的“使用-修改-创建”过程，20世纪80年代中期到90年代初，这一技术首次广泛应用于苹果的Hypercard应用程序。诸如游戏设计和机器人学之类的课程活动通常是CT迭代探索的一种手段，使其不仅是激发和吸引学童的理想方式，而且是将他们引入计算机科学的理想方式。可视化的和有形的编程往往是基于高级编程语言，如Python、Java和Stand。

新兴的计算环境将为在正式和非正式环境中参与CT提供更多机会，同时也将吸引女孩参与其中。电子纺织品和其他“计算工艺”工具包使用小型、强大的硬件，如Lilypad Arduino，使儿童能够将传统的艺术和工艺（如缝纫和素描）与计算和电子技术结合起来。麻省理工学院应用程序发明家（MIT Appinventor）是一个可视化编程环境，它使用类似草稿的图形代码块来构建Android移动应用程序，比大多数工具更加中性和完整。它设置了一个低门槛，允许简单地构建创造性应用程序，同时仍然融合了复杂的CT概念，包括程序和数据抽象、迭代和递归思维、结构化任务分解、条件和逻辑思维以及调试。

2、CT评估

如果不注重评估，CT就不可能成功进入任何K-12课程。此外，为了判断任何包含CT的课程的有效性，需要验证教育者能够评估孩子所学内容的措施。

针对CT评估问题的研究，Werner等人（2012）使用学生创建的或预先设计的编程工件来评估学生在进行Alice中《童话故事》项目时，对抽象概念的理解、使用以及条件逻辑、算法思维和其他CT概念来解决问题的能力。Fields等人（2012）评估学生调试有漏洞的电子纺织项目时的工程和编程技能。

在过去的二十年里，“学术讨论”被用来促进和评估数学和科学素养。学生在参与丰富的计算活动过程中使用CS的词汇和语言，这为测量CT的增长提供了更多的途径。

四、K-12计算机教育

Wilson和Guzdial坚持认为，尽管国家迫切需要加强K-12的STEM，这已经转化为数十亿美元的资金，但在计算教育方面的研究仍然资金不足。尽管正在进行的CT开发研究将有助于在K-12期间为计算课程提供信息，但对于正在为计算教育进行准备的教师和保证性别平等方面仍然是巨大的挑战。佐治亚州计算联盟在全国范围内为教师准备、发展CT/CS K-12课程以及激励CS女学生所做的努力中处于领先地位。佐治亚理工大学的Guzdial在他的博客中指出，要达到CS10K的最后期限，面临的挑战包括回答以下问题：为了成为成功的计算机科学教师，教师需要什么？什么样的教育方法适合在职高中教师的生活？什么是计算机科学教学内容知识？

在课程方面，除了针对AP-CS的CS原则外，探索性的CS课程为41门，旨在成为一门针对高中生的1年制大学预备课程。其他旨在将计算机科学引入学校的举措还包括CS4HS和以计算机科学为核心的计算课程，这两项举措都代表着学术界、国家机构以及微软和谷歌等组织之间的合作。CSTA的K-12计算机科学示范课程提供课程建议，帮助培养学生对计算机科学的兴趣、参与和激励。此外，谷歌探索计算思维网站有丰富的CT资源。ACM在其《Inroads》季刊中引入了一个新的主题Edudits，该主题突出了ACM及其附属组织中的主要教育活动。

五、扩大讨论范围和实证研究的重点

关于CT的许多工作主要集中在定义问题和促进CT发展的工具上。在定义培养计算能力和评估其发展的课程方面已经取得了一些进展。然而，仍然存在着巨大的差距，需要进行实证研究。在Alfred Aho的观点中，Wing认为：“在能够进行设计的年级和适合的年龄层中，学习研究科学的应用是必要的，以使其对K-12学生的影响和意义最大化。”很少有人考虑到当代社会文化和情境学习中学习科学的研究，分布和体现的认知，以及活动、互动和话语分析。对学龄儿童CT的实证研究可以利用对初学者CS本科生在其早期编程经验中所面临的问题类型的广泛研究，这些问题超越了句法问题：在开发儿童CT的某些元素（如递归）的过程中，是否存在明确的障碍或困难目标？如果是，这些是什么？如何解决？关于CT和CS的倾向、态度和刻板印象，以及它们与学习者身份发展的关系，在很大程度上还没有开发出来。当我们努力为女孩和男孩提供旨在培养CT能力的学习经验时，这些因素有多重要？

显然，还有很多工作要做，以帮助培养对儿童计算能力的更清晰的理论和实践理解。例如，一旦孩子们参加了一个旨在发展CT的课程，我们能期望他们知道或做得更好吗？如何评价这一点？这些问题可能是最重要的问题之一，在大规模的学校推广CT发展课程之前，需要回答这些问题。

东南大学科学教育与评测研究室简介：21世纪是我国创新型人才培养的关键期。东南大学科学教育与评测研究室结合信息技术、生物医学工程、脑科学技术，进行青少年科学素养的国际比较研究和学生核心概念掌握水平的评测系统的研究与开发，我们的目标是：（1）面向中小学学生综合能力发展的steam研究；（2）通过实证教育研究，探究科学素养的本质及有效的培养途径；（3）将科学素养的传统评测方法与现代信息技术相结合，探究基于ECD模型的学生科学素养评测方法研究；（4）运用ERP、EEG和眼动等脑科学技术，开展对学生核心概念熟练掌握程度的评测研究。

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