关键词：计算思维；内容分析法；编程语言；计算机科学；信息技术；计算思维教育；编程教育；Python
一、引言
二、研究设计
三、国内计算思维研究成果的数量统计分析
（一）文献数量分析
（三）研究类型分析
通常，研究类型是对研究问题总体研究方式的抽象概括，它能较好地反映研究者的研究方式和研究思路[12]。为此，我们参照社会研究类型的分类方式[13]，从研究目的、研究内容两个不同的视角，对计算思维文献的研究类型进行分析，如表1所示。
以表1的分类方式为指导，我们对139篇计算思维的文献进行分类，按照研究目的分类与研究内容分类所获得的结果，分别如图2、图3所示。
如图2所示，根据研究目的分类的总体情况，我国学者对计算思维的研究主要以探索性研究为主，描述性研究其次，解释性研究的数量最少，只有7篇，仅占文献总数的4.76%。从文献数量的发展趋势上看，2010年以后，探索性研究与描述性研究的数量都有一定的增长。到2014年，探索性研究和描述性研究的数量分别为26篇和11篇，较上年分别增长了136.36%和120.00%。可以认为，探索性研究与描述性研究的数量都有较为明显的增长趋势，且增长的速度较快。而解释性研究的数量不仅少，也无明显的增减趋势，反映出当前我国学者对计算思维的研究还处在认识和资料积累的探索阶段，对计算思维的研究深度还有待进一步加强。
如图3所示，从研究内容分类的总体情况看，我国学者对计算思维的研究在2010年以前以理论研究为主，2010年以后主要以应用研究为主，应用研究的文献数量占总数的59.71%，主要聚焦于如何有效的培养学生的计算思维。从文献数量的发展趋势上看，2010年以后，应用研究与理论研究的数量都有较为明显的增长趋势。除了2009年与2017年理论研究的文献数量高于应用研究的之外，其余年份理论研究的数量都显著低于应用研究。这反映我国学者对计算思维的研究，刚起步不久就已实现由理论层面的探讨向应用研究方向转变。然而，随着研究的推进，不少学者意识到理论研究对应用具有重要的指导作用，而计算思维的理论体系还不完善，因此不少学者又重新回到了对计算思维理论的探讨上。
四、国内研究成果的述评
以上通过对计算思维研究的数据统计，可以反映出这个领域的宏观态势，而文献的研究成果，则可以全面呈现该领域发展的具体情况。我们从研究类型分类方式中的研究内容视角出发，对计算思维的理论研究与应用研究成果进行简要的阐述与总结，便于更为全面地反映国内计算思维研究领域现有的研究成果与发展趋势。
（一）理论研究成果述评
1、计算思维的概念与内涵
2、计算思维的特征与价值
综上，计算思维具有概念化、抽象化、有限性、自动化、可解释性、关联性等特征，是融合了数学、工程与科学思维的一种跨学科思维，可被迁移到新的情境，为理解和认识自然、社会及其他现象提供了一个新的视角，为求解问题提供一个新的途径。故此，计算思维实质上是一种可以灵活运用计算工具和方法求解问题的思想方法或思维活动，它的价值不仅体现在能有效地克服知识鸿沟，搭建跨学科的对话桥梁；更为重要的是它对促进人的整体发展和终身发展，具有不可替代的重要作用。
（二）应用研究成果述评
理论研究与应用研究两者是相辅相成的，理论研究的成果指导着应用研究的开展，而应用研究与实际需求是理论研究的推动力；同时，应用研究的成果可以丰富已有的理论知识体系。因此，我们通过对计算思维应用研究的分析与总结，不仅可以展示当前国内计算思维应用研究的研究成果，也可以在一定程度上反映出计算思维研究的发展趋势。
1、应用研究的层次
由于计算思维的应用研究主要集中在教育领域，我们将计算思维应用研究的层次划分为学前教育、中小学教育与普通高等教育。考虑到除上述几种类型外，可能还有教师教育、培训教育等或者是没有明确界定的其他情况。因此，增列了一个“其他领域”的分类。
2、应用研究的内容
通过对计算思维应用研究的内容进行分析，我们发现，国内计算思维应用研究的内容主要聚焦于对计算思维培养策略、计算思维教学模式和计算思维支持系统的设计与开发这三个方面。
（3）计算思维支持系统的设计和开发。国内学者对计算思维支持系统的设计与开发的研究还很少，目前仅有王芬等人与王耀华对计算思维支持的系统进行了设计与开发。王芬等人以培养学生的计算思维为目标，设计并开发了“大学计算机基础在线教育平台”，该平台主要包含基于计算思维的大学计算机基础网站和大学计算机基础课程练习测试两个部分，并将平台应用于大学计算机的教学中[54]。虽然王芬等人开发的平台功能较为简单，使用的效果也有待验证，但说明了我国学者已经开始在应用开发层面对计算思维开展了较为深入的研究；王耀华设计并开发了基于计算思维的游戏化学习（CT-GBL）系统，该系统将计算机科学经典问题以游戏化的方式呈现，在增加学习趣味性的同时，使学习者理解计算思维的基本原理与知识体系，从而达到培养其计算思维能力的目的，为计算思维的培养提供了一个新的思路与途径[55]。
（三）计算思维的研究趋势分析
1、计算思维的发展现状
（2）当前国内计算思维研究范围较为广泛，却缺乏深度。计算机科学与教育技术研究领域的学者是国内研究计算思维的主力军，此外，农学、医学等其他学科领域的学者也相继地对计算思维教育做了一些探讨。由于学者们研究目的与学科背景都不尽相同，在很大程度上致使计算思维的研究并不聚焦，范围较泛甚至略微有些散。我们通过对文献内容的梳理，发现国内计算思维研究的一致性理论并不多，学者们对计算思维的认识看法也各不相同，计算思维研究的面比较广，研究内容比较分散、不够系统，且研究多停留在尝试和探索阶段，因此我们认为，国内计算思维研究的深度有待进一步提升。
2、计算思维的发展趋势
计算思维的理论探讨正逐步深入。一直以来，国内也有一些学者专注于计算思维的理论研究，对计算思维的概念、内涵、特征、价值等方面进行了有益的探讨。但鲜有对计算思维理论体系进行深入分析并进行架构，使得对计算思维理论体系的探讨一直不温不火。正因为如此，计算思维的理论体系至今还不完善。令人欣喜的是，2017年理论研究的文献数量不仅暂时领先，而且学者们除了探讨计算思维的概念、本质、特性之外，对计算思维的基础进行了分析[56]。还有学者从计算科学和思维科学的双重视角，根据思维的三棱结构尝试建构了计算思维的三棱结构[57]。可见，对计算思维理论体系的探讨开始逐步深入。实践活动离不开科学理论的指导，只有学者们持续不断地对计算思维的理论体系进行深入探讨并创新，才能促进计算思维实践的进一步发展。
五、国外研究进展及比较与借鉴
（一）国外计算思维研究进展
1、对计算思维的解读
国外学界对于计算思维的解读也存在多样性。最早，周以真教授将计算思维解读成是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计，以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动[59]。2011年，美国国际教育技术协会（ISTE）与美国计算机科学教师协会（CSTA）联合发布了计算思维的操作定义：计算思维是一种可利用计算机和其他工具的方式来解决问题的过程，涉及数据收集、数据分析、数据表示，利用算法思维来制定步骤与资源的最优组合的自动化解决方案，并可将问题的解决过程推广到其他领域[60]。2016年，美国计算机科学教师协会在《K-12计算机科学标准》（K-12ComputerScienceStandards）中更新了对计算思维界定：计算思维是一种解决问题的方法论，这种方法可从计算机科学的领域扩展到所有学科，为分析和开发能够通过计算方法解决的问题，提供一种独特的方法。计算思维专注于抽象、自动化和分析，是计算机科学更广泛学科的核心元素[61]。
英国皇家学会（TheRoyalSociety）在其发布的《停止还是重启：英国学校计算教育的前进方向》（ShutDownorRestart：TheWayForwardforComputinginUKSchools）报告中指出，计算思维是一种认识周围世界计算方面的过程，通过应用计算机科学的工具和技术来理解和思考自然、人工系统和工序[62]。英国的CAS（ComputingAtSchool）组织发布的《教师计算思维指南》（ComputationalThinking：AGuideforTeachers）认为，计算思维是一个通过逻辑推理进行认知或思考的过程，主要包含算法思考能力、分解思维能力、思考泛化与识别并利用模式的能力、抽象思维能力与评估方面的思考能力[63]。
美国学者布伦南（Brennan）和雷斯尼克（Resnick）通过多年的Scratch在线社区和研讨会等活动，从实践的视角将计算思维分解为计算概念、计算实践与计算观点三个维度，如表3所示[64]。这种三维度的计算思维解读，在权威性方面虽然不如前面几个，但其有利于将计算思维的培养融合到具体的课程中，便于在不同的课程中培养学生的计算思维，被较为广泛地用于指导具体的计算思维培养实践。
2、应用研究层次主要集中在K-12阶段
3、计算思维的教学问题探讨
以建构主义为理论基础研究的共同特点，在于鼓励学生积极主动地构建他们的程序。在这个过程中，学生并不是一个人独自探索，而是在结构化的指导与支持下进行有意义的建构。还需要特别指出的是，由于以建构主义为理论基础的教学，可以较好涵盖计算思维的三个维度[103]，使得基于面向问题解决过程的计算思维框架，成为当前认可度较高的一种有效培养学生计算思维的教学方式[104]，具体如表4所示。
4、促进计算思维教育的工具
由于在培养学生计算思维的教学过程中，总是不可避免会涉及到算法，使得计算机语言成为了促进计算思维教育的重要工具[105]。随着计算机技术的迅猛发展，计算机语言的数量与日倶增。然而，无论是K-12还是高等教育阶段，学生在计算机语言方面的起点总是参差不齐。因此，并不是所有的计算机语言都适合作为计算思维教育的工具。
5、计算思维的评价
为充分了解学生计算思维的现状与不足，国外学者十分注重对计算思维进行评价，以期通过评价来促进计算思维教育的健康发展。近年来，国外学者探索与开发了不少可用于计算思维评价的工具，这些评价工具大致可以分为总结性工具、形成性迭代工具、技能转移工具、看法与态度量表与词汇评估五大类[114]，如表6所示。
有研究指出，如果没有可靠与有效的评估工具，计算思维很可能会失去融人教育课程的潜力。鉴于此，一些研究探讨了总结性评估工具CTt与形成性迭代工具BebrasTasks和Dr.Scratch相结合的综合评价方法[118]。此外，还有研究使用课堂作业与最终项目相结合的评价方法，来揭示CSUnplugged活动促进计算思维的程度，发现存在问题与需要改进的地方，从而制定有效的措施，使更多的学生能够有效发展并熟练地运用计算思维[119]。
（二）对国内计算思维研究的启示与建议
然而，我们通过与国外计算思维的研究比较，发现国内的计算思维研究还不够成熟，尤其是对基础教育阶段计算思维教育不够重视。关于如何培养学生的计算思维，国内学者虽然已开展了不少工作，但其可推广性与普适性还有待加强。此外，国内学者在计算工具的开发与应用、计算思维评价等方面的探索都还比较少，而这些都是非常值得深人研究的现实问题。鉴于此，我们在借鉴国外计算思维研究进展的基础上，提出以下期望与建议：
1、必须重视基础教育的计算思维，夯实计算思维理论与实践
关于计算思维的培养，“国际计算思维挑战赛”与国际教育界都聚焦于基础教育阶段，在我国2017新版《普通高中信息技术课程标准》中，也已将计算思维列为信息技术学科之核心素养。计算思维作为一种学习者终生受益的思想与方法，需要在长期、系统的训练中逐渐养成。而基础教育阶段的学生正处于行为、习惯形成的关键时期，因此，必须要格外重视基础教育阶段的计算思维教育。而关于如何开展，怎么与高等教育阶段的计算思维教育进行有效对接，如何构建系统化的计算思维教育体系等问题，很显然还需要我们开展更多的理论研究与实践探索。
2、以编程语言Python进课堂为契机，探索计算思维的有效培养途径
2016年，教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会发布的《大学计算机基础课程教学基本要求》中，建议将Python语言作为首选程序设计课程的教学语言[127]。2017年10月，教育部考试中心发布的《关于全国计算机等级考试（NCRE*体系调整的通知》中也指出，自2018年3月起，在计算机二级考试加入“Python语言程序设计”科目[128]。此外，浙江、北京和山东等省份，也相继将Python编程基础纳入信息技术课程与高考的内容体系中。可以预见，Python语言将迅速进人我国中小学与高校的课堂。在此之前，C语言、Java等语言也在不同程度进入过课堂。因此，可以Python等编程语言进人课堂为契机，深人探索不仅能够有效培养学生的计算思维，而且还具有较高推广价值的教学方式与途径。例如，尝试应用“面向问题解决过程的计算思维框架”，探索在Python语言教学中培养学生计算思维的有效方法等。
对学生计算思维的培养，应注重系统性和可持续性，良好的学习环境是吸引学生持续学习的有效保障。随着计算机技术的快速发展，涌现了不少有益于计算思维环境建构的计算工具，这为教学环境的建构提供了有力的技术支持[129]。当前，国外学者已经利用图形化/模块化编程语言、游戏化编程环境、基于网络的仿真部署工具与开源电子原型平台等工具，开展了诸多有益的探索。而我国仅有少数学者开展了以Scratch与AppInventor为工具的探究以及在可视化编程中开展计算思维[130]。在针对不同学生群体时，如何根据学生的计算机编程基础与计算思维的培养目标，在Alice、GameMaker、Kodu、Minecraft、CargoBot、Toontalk、LightBot与Tynker等众多的工具中，选择最为合适的工具，并探究如何利用这些计算工具建构起有效的计算思维教学环境，还需要开展更多的探讨与教学实践。
六、结语
计算思维作为计算时代的新产物，是由大众化信息技术普及而孕育并席卷整个社会的信息文化，正在从计算机科学领域向其他学科领域拓展，显现为一种新的、具有广泛意义的思想方法[131]。这种灵活运用计算工具与方法求解问题的思维活动，对促进计算时代人的整体与终身发展具有不可替代的重要作用。特别是随着人工智能在不同程度上嵌入到人类生活的各个领域，普及计算思维的培养，让人们能够充分运用计算思维来应对人工智能对人类生活与社会结构产生的重要影响和冲击，已成为人们的共识。正因如此，计算思维被视为21世纪人们最需具备的素养与技能之一。
作者简介：范文翔，南京师范大学教育学院在读博士研究生，研究方向为技术哲学与新技术视野下的教育应用；张一春，博士，南京师范大学教育科学学院博士生导师，研究方向为信息技术与教育应用；李艺，博士，南京师范大学教育科学学院博士生导师，研究方向为教育技术哲学、中小学技术课程等。
基金项目：本文受教育部人文社会科学研究规划基金项目“高职教师信息化教学能力发展研究”（项目编号：15YJA880108）；江苏省教育科学“十三五”规划2016年度课题“基于‘互联网+’的中小学智慧教育平台的建设与应用”（项目编号：B-b/2016/01/29）；江苏省高等教育教改研究重点课题“理事视域下的江苏省教育技术发展与教学促进研究”（项目编号：2017JSJG425）；江苏省高校优势学科建设工程资助项目（项目编号：PAPD）与重庆师范大学研究生科研创新项目“基于AHP的高校重点学科建设质量评价指标体系研究——与重庆市高校为例”（项目编号：YKC17013）资助。