中小學(xué)生計算思維測評工具開發(fā)一、引言在數(shù)字技術(shù)深度滲透生活與學(xué)習(xí)的當(dāng)下，計算思維作為數(shù)字化時代的核心素養(yǎng)之一，已被納入多國基礎(chǔ)教育課程體系。對于我國而言，隨著“人工智能+教育”戰(zhàn)略的推進(jìn)，培養(yǎng)中小學(xué)生運(yùn)用計算思維解決實(shí)際問題的能力，成為落實(shí)核心素養(yǎng)教育的重要抓手。然而，當(dāng)前教育實(shí)踐中普遍存在“重培養(yǎng)、輕測評”的現(xiàn)象——教師雖能通過編程課、信息科技課開展計算思維訓(xùn)練，但缺乏科學(xué)、系統(tǒng)的測評工具來精準(zhǔn)評估學(xué)生的思維發(fā)展水平，導(dǎo)致教學(xué)效果難以量化、教學(xué)改進(jìn)缺乏依據(jù)。開發(fā)一套符合中小學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)、覆蓋思維發(fā)展全維度的測評工具，不僅是教育評價改革的必然要求，更是推動計算思維培養(yǎng)從“經(jīng)驗驅(qū)動”向“數(shù)據(jù)驅(qū)動”轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵支撐。二、理論基礎(chǔ)與核心框架構(gòu)建（一）計算思維的內(nèi)涵界定與發(fā)展特征計算思維的概念由美國計算機(jī)科學(xué)家周以真教授首次系統(tǒng)提出，其核心是“像計算機(jī)科學(xué)家一樣思考”，具體表現(xiàn)為通過分解、抽象、算法設(shè)計、調(diào)試優(yōu)化等步驟解決問題的思維方式。對于中小學(xué)生而言，計算思維并非要求掌握復(fù)雜的編程代碼，而是更注重思維過程的外顯化：如將復(fù)雜問題拆解為可處理的子問題（分解）、從具體現(xiàn)象中提取關(guān)鍵特征（抽象）、用簡單規(guī)則描述步驟（算法思維）、通過嘗試修正錯誤（調(diào)試優(yōu)化）等。中小學(xué)生的計算思維發(fā)展呈現(xiàn)顯著的階段性特征。小學(xué)低段（1-3年級）學(xué)生以具體形象思維為主，更適合通過實(shí)物操作（如積木編程、圖形化指令）感知“順序”“循環(huán)”等基礎(chǔ)概念；小學(xué)高段（4-6年級）逐步向抽象邏輯思維過渡，能理解簡單的條件判斷與模式識別；初中階段（7-9年級）則具備初步的系統(tǒng)思維，可嘗試設(shè)計多步驟算法并分析其效率。測評工具需充分尊重這一認(rèn)知規(guī)律，避免“一刀切”設(shè)計。（二）測評工具開發(fā)的理論依據(jù)開發(fā)科學(xué)的測評工具需依托成熟的理論框架。一方面，國際上已有研究為我們提供了參考：如國際教育技術(shù)協(xié)會（ISTE）提出的學(xué)生計算思維標(biāo)準(zhǔn)，將其分為問題解決、系統(tǒng)思維、算法思維、協(xié)作創(chuàng)新四個維度；英國國家計算課程（NC）則將計算思維分解為邏輯推理、算法設(shè)計、評估與改進(jìn)三個能力層級。另一方面，我國《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)》明確將“計算思維”列為核心素養(yǎng)之一，并細(xì)化了各學(xué)段的培養(yǎng)目標(biāo)（如小學(xué)階段側(cè)重“感知”，初中階段側(cè)重“應(yīng)用”），這為測評維度的劃分提供了政策依據(jù)。此外，教育測量學(xué)中的“目標(biāo)-過程-結(jié)果”三維評價理論也為工具設(shè)計提供了方法論指導(dǎo)：既要關(guān)注學(xué)生最終的問題解決結(jié)果（如是否完成編程任務(wù)），也要記錄思維過程（如如何分解問題、是否嘗試不同策略），更要關(guān)聯(lián)教學(xué)目標(biāo)（如是否達(dá)成該學(xué)段的抽象能力要求）。三、開發(fā)流程與關(guān)鍵環(huán)節(jié)（一）需求分析：明確測評的核心目標(biāo)開發(fā)前的需求分析是確保工具有效性的基礎(chǔ)。首先需明確測評的核心目標(biāo)：是診斷學(xué)生的思維發(fā)展水平（診斷性評價），還是檢驗教學(xué)效果（形成性評價）？不同目標(biāo)會直接影響工具的設(shè)計方向——診斷性評價需覆蓋思維的全維度，而形成性評價則更關(guān)注特定能力的進(jìn)步。其次要考慮目標(biāo)群體的特征：如針對小學(xué)低段學(xué)生，測評任務(wù)需以游戲化、可視化為主；針對初中學(xué)生，可增加開放性問題以考察創(chuàng)新思維。此外，還需調(diào)研一線教師的實(shí)際需求：通過問卷與訪談發(fā)現(xiàn)，教師普遍希望測評工具能提供具體的能力發(fā)展建議（如“該生抽象能力薄弱，建議加強(qiáng)特征提取練習(xí)”），而非僅給出分?jǐn)?shù)。（二）指標(biāo)體系構(gòu)建：從理論到實(shí)踐的轉(zhuǎn)化基于前期的理論研究與需求分析，需將計算思維的抽象概念轉(zhuǎn)化為可觀測、可測量的具體指標(biāo)。這一過程需遵循“層層拆解、逐級細(xì)化”的原則：首先確定一級維度（如分解問題、抽象建模、算法設(shè)計、調(diào)試優(yōu)化、計算倫理），再在每個一級維度下設(shè)置二級指標(biāo)（如“分解問題”可細(xì)分為“能將復(fù)雜任務(wù)拆解為子步驟”“能識別子問題間的邏輯關(guān)系”），最后為每個二級指標(biāo)設(shè)計具體的觀測點(diǎn)（如“能將‘整理書包’任務(wù)拆解為‘分類書本-放入對應(yīng)隔層-檢查遺漏’三個步驟”）。值得注意的是，指標(biāo)體系需體現(xiàn)“發(fā)展性”。例如，針對“抽象建?！边@一維度，小學(xué)低段的觀測點(diǎn)可設(shè)計為“能從圖片中找出相同形狀的物體”（基于具體形象的抽象），小學(xué)高段可升級為“能從故事中提取關(guān)鍵事件并排序”（基于語言信息的抽象），初中階段則要求“能從實(shí)驗數(shù)據(jù)中歸納變量間的關(guān)系”（基于符號與數(shù)據(jù)的抽象）。這種分層設(shè)計既符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，也便于教師定位學(xué)生的思維發(fā)展階段。（三）工具設(shè)計：形式與內(nèi)容的適切性測評工具的形式需與內(nèi)容高度匹配。目前常見的測評形式包括：任務(wù)驅(qū)動型測評：通過完成具體任務(wù)（如用圖形化編程軟件設(shè)計“自動澆花程序”），觀察學(xué)生的思維過程。此類工具能直觀反映學(xué)生的問題解決能力，但需注意任務(wù)難度的梯度設(shè)計（如從“單條件判斷”到“多條件嵌套”）。問卷訪談法：通過結(jié)構(gòu)化問卷（如“遇到難題時，你會先做什么？”）或半結(jié)構(gòu)化訪談（如“你為什么選擇這個步驟？”），收集學(xué)生的思維策略。這種方法適合補(bǔ)充任務(wù)測評的不足，但需注意問題設(shè)計的引導(dǎo)性（避免誘導(dǎo)性提問）。作品分析法：分析學(xué)生的編程作品（如流程圖、代碼），從結(jié)構(gòu)完整性、邏輯嚴(yán)謹(jǐn)性等維度評估思維水平。例如，一個包含“循環(huán)”“條件判斷”的作品，通常比僅含“順序執(zhí)行”的作品體現(xiàn)更高階的算法思維。在內(nèi)容設(shè)計上，需遵循“真實(shí)性”與“趣味性”原則。真實(shí)性指任務(wù)情境應(yīng)貼近學(xué)生生活（如“設(shè)計班級圖書角管理程序”），避免脫離實(shí)際的虛擬場景；趣味性則要求通過卡通角色、闖關(guān)模式等設(shè)計激發(fā)學(xué)生參與興趣，尤其對低齡段學(xué)生而言，興趣是保證測評數(shù)據(jù)有效性的前提。（四）預(yù)測試與修訂：確保信效度的關(guān)鍵步驟工具初步設(shè)計完成后，需通過預(yù)測試檢驗其信度（結(jié)果的一致性）與效度（是否測到了想測的內(nèi)容）。預(yù)測試的樣本需覆蓋不同學(xué)段、不同學(xué)業(yè)水平的學(xué)生（如選取3所城市小學(xué)、2所農(nóng)村初中的學(xué)生參與）。測試過程中需記錄：學(xué)生完成任務(wù)的時間、遇到的典型困難、對測評形式的反饋（如“圖形題比文字題更有趣”）；同時收集教師的評價（如“任務(wù)3的難度過高，超出五年級學(xué)生水平”）。基于預(yù)測試數(shù)據(jù)，需對工具進(jìn)行修訂。例如，若發(fā)現(xiàn)某道題目在不同班級的得分差異過大（信度不足），可能是題目表述不清，需修改語言；若某維度的指標(biāo)與學(xué)生實(shí)際思維表現(xiàn)關(guān)聯(lián)度低（效度不足），則需重新審視指標(biāo)設(shè)計是否偏離了該維度的核心。修訂過程可能需要反復(fù)3-5輪，直至信效度達(dá)到可接受水平（通常信度系數(shù)需≥0.7，效度需通過專家評審確認(rèn)）。四、維度設(shè)計與指標(biāo)細(xì)化示例（一）分解問題：從復(fù)雜到簡單的思維拆解分解問題是計算思維的基礎(chǔ)能力，其核心是將復(fù)雜問題拆解為可處理的子問題。針對中小學(xué)生，可從“拆解完整性”“邏輯關(guān)聯(lián)性”“適應(yīng)性調(diào)整”三個二級指標(biāo)進(jìn)行評估。例如：小學(xué)低段：能將“整理教室”任務(wù)拆解為“收本子-擺桌椅-擦黑板”三個步驟（完整性），但可能忽略步驟間的順序（如先擦黑板再收本子會弄臟桌面）；小學(xué)高段：不僅能完整拆解，還能根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整順序（如“先收易丟失的鉛筆，再擺桌椅”）；初中階段：能預(yù)判子問題的潛在風(fēng)險（如“如果先倒垃圾，可能會弄臟剛擺好的桌椅，所以最后倒垃圾”），體現(xiàn)出對全局的統(tǒng)籌思維。（二）抽象建模：從具體到一般的特征提取抽象建模要求學(xué)生從具體事物中提取關(guān)鍵特征，忽略無關(guān)信息。以“識別交通信號燈規(guī)律”任務(wù)為例：小學(xué)低段：能抽象出“紅燈停、綠燈行”的簡單規(guī)則（基于顏色與動作的對應(yīng)）；小學(xué)高段：能進(jìn)一步抽象出“燈的狀態(tài)（紅/黃/綠）→持續(xù)時間（如紅燈30秒）→動作指令（停/準(zhǔn)備/行）”的因果關(guān)系；初中階段：能建立數(shù)學(xué)模型（如用變量t表示時間，當(dāng)t≤30時紅燈亮），并用符號語言描述規(guī)律。（三）算法設(shè)計：從思路到步驟的邏輯表達(dá)算法設(shè)計是計算思維的核心環(huán)節(jié)，重點(diǎn)考察學(xué)生能否用清晰、有序的步驟描述解決方案。例如“設(shè)計一個給同學(xué)分糖果的算法”：小學(xué)低段：可能用自然語言描述（“先給小明1顆，再給小紅1顆，直到分完”），但步驟重復(fù)且無終止條件（如“如果糖果分完了就停止”）；小學(xué)高段：能使用“循環(huán)”結(jié)構(gòu)（“重復(fù)：給每個同學(xué)1顆，直到糖果不夠分”），并加入條件判斷（“如果剩下的糖果比同學(xué)少，就每人分1顆，剩下的給老師”）；初中階段：能優(yōu)化算法效率（如“先計算總?cè)藬?shù)和糖果數(shù)，每人分2顆，剩下的平均分配”），并分析不同算法的優(yōu)缺點(diǎn)（如“逐個分發(fā)”vs“批量計算”哪種更快）。五、實(shí)施挑戰(zhàn)與優(yōu)化方向（一）實(shí)施過程中的常見挑戰(zhàn)盡管測評工具經(jīng)過科學(xué)設(shè)計，實(shí)際實(shí)施中仍面臨多重挑戰(zhàn)。首先是年齡差異帶來的適切性問題：低齡學(xué)生可能因理解能力有限，無法準(zhǔn)確完成文字類任務(wù)；高齡學(xué)生則可能因任務(wù)趣味性不足而缺乏參與動力。其次是教師的專業(yè)能力限制：部分教師對計算思維的內(nèi)涵理解不深，難以準(zhǔn)確解讀測評結(jié)果（如將“編程錯誤”簡單歸為“操作不熟練”，而忽略背后的邏輯思維缺陷）。此外，數(shù)據(jù)收集與分析的復(fù)雜性也不容忽視：任務(wù)測評會產(chǎn)生大量過程性數(shù)據(jù)（如操作日志、修改記錄），如何高效分析這些數(shù)據(jù)并生成個性化反饋，對技術(shù)支持提出了較高要求。（二）優(yōu)化方向與改進(jìn)策略針對上述挑戰(zhàn)，可從三方面優(yōu)化：一是建立分層測評體系，根據(jù)學(xué)段特點(diǎn)設(shè)計不同難度的任務(wù)包（如小學(xué)階段以圖形化編程為主，初中階段增加代碼編程任務(wù)），并配套游戲化界面（如“思維小偵探”闖關(guān)模式）提升參與度。二是加強(qiáng)教師培訓(xùn)，通過工作坊、案例庫等形式幫助教師理解計算思維的核心指標(biāo)（如“抽象”不僅是提取特征，更是建立普遍聯(lián)系的過程），并掌握測評結(jié)果的解讀方法（如通過學(xué)生的錯誤類型判斷思維薄弱點(diǎn)）。三是引入數(shù)字化測評平臺，利用人工智能技術(shù)自動記錄學(xué)生的操作軌跡（如點(diǎn)擊順序、修改次數(shù)），并通過自然語言處理分析訪談內(nèi)容，提高數(shù)據(jù)處理效率；同時，平臺可生成可視化的能力雷達(dá)圖（如分解能力★★★☆、抽象能力★★☆☆），為教師提供直觀的教學(xué)改進(jìn)建議。六、結(jié)語中小學(xué)生計算思維測評工具的開發(fā)，是一項融合教育理論、認(rèn)知科學(xué)與測量技術(shù)的系統(tǒng)工程。它不僅需要科學(xué)的理