教育数字化国际比较研究 李 睿 唐白仙：美国计算机科学教育的发展研究bg电子游戏平台

2023/05/26

　　原标题：教育数字化国际比较研究 李 睿 唐白仙：美国计算机科学教育的发展研究

　　摘要：为推动美国联邦政府重视计算机科学教育的发展质量，构建有制度保障的计算机科学教育体系，实现计算机科学教育的远景发展目标，美国相关专业研究组织联合发布年度《计算机科学教育报告》，旨在为政策制定者、倡导者和教育实践者提供改革的依据和思路，以期缩减计算机科学教育中的现存差距，有效解决计算机科学教育中的诸多问题。通过梳理2020—2022年《计算机科学教育报告》的核心内容，采用内容分析法，分别从计算机科学教育的目标旨向、九项政策、五项原则、实践情况、课程建设等方面进行深入分析，进而引发对我国基础教育阶段信息科技教育发展的一些主动思考：强调目标引领，倡导多方合作；注重持续跟踪，强化数据治理；鼓励融合创新，加强课程建设；重视教师发展，给予全面支持。

　　当前，国际社会正面临着经济变革、科技创新、技术赋能的发展新局势，计算机科学当属变革浪潮中的主力军。全球基础教育也加快了新一代数字化转型的发展步伐，带来了新的发展机遇和挑战。在基础教育数字化的实践变革中，计算机科学教育政策发挥着怎样的作用、计算机科学教育的发展成效如何体现、面临哪些挑战，上述问题都值得我们关注和深入思考。

　　2022年，由美国公益组织计算机科学教师协会（Computer Science Teachers Association，CSTA）、扩展计算机教育路径联盟（Expanding Computing Education Pathways，ECEP）联合发布了《2022年计算机科学教育报告：了解我们国家的当务之急》（2022 State of Computer Science Education: Understanding Our National Imperative，以下简称2022年报告） [1] bg电子游戏平台，对过去一年美国K-12计算机科学教育的整体发展情况进行了分析、总结和展望，如图1所示。2022年报告包括政策调控趋势、可视化地图、各州政策和执行情况、面临的问题和挑战等，展现了美国计算机科学教育的整体发展态势，为计算机科学教育的后续改革提供了现实依据。

　　“自2015年底奥巴马总统签署《每位学生都成功》法案（Every Student Succeeds Act，ESSA）以来，一场自上而下的计算机科学教育运动在美国拉开了序幕” [2] ，由此奠定计算机科学教育在整个教育体系中的重要地位。

　　为有效推进计算机科学教育的持续发展，美国又陆续发布了相关文件给予支持。如2016年的《面向所有学生的计算机科学》（Computer Science For All）计划 [3] 、2017年的《CSTA K-12计算机科学标准》（CSTA K-12 Computer Science Standards） [4] 等。这些计划和标准的出台与实施，既有美国联邦政府层面的总体规划，也有非政府层面专业组织的课程实施文件。由此可见，美国联邦政府在计算机科学教育政策制定方面的主导权是相对有限的。相反，相对成熟的专业组织在计算机科学教育的政策分析、全美各州执行情况的调查研究，则对联邦政府的学科教育政策制定起到了关键性的支持作用。

　　为更加清晰地了解和监测各州K-12计算机科学教育实践的实际进展情况，精准评估计算机科学教育的具体成效，并为各州后续改进工作提供参考依据，自2017年以来，美国已连续6年发布《计算机科学教育报告》，以更加专业的形式呈现计算机科学教育的实践情况，旨在全国范围内加强和指导计算机科学教育，评估正在进行的计算机科学教育工作，以确定取得的成效和明晰未来发展的路径，实现让每位学生都有机会学习计算机科学的目标。

　　该系列报告的研制是为满足美国联邦政府和各州对计算机科学教育评估的需求，其不仅仅是一个计算机科学教育分析报告，更是一个基于调查和数据驱动的教育实践指南，各州可以依据此报告来审视计算机科学教育的发展现状，以便制定适应未来发展的策略和计划。

　　该报告的核心发布组织由美国公益组织Code.org、计算机科学教师协会、扩展计算机教育路径联盟构成，从计算机科学的教育对象、教师队伍、学科属性方面，有效保证了系列报告的高度专业性和严谨性。

　　Code.org创建于2013年，其认为每个孩子都应该接受高质量的计算机科学教育，并致力于在整个教育领域开展工作，设计属于自己的课程，并与专业的教师和大学等进行合作。其中，最典型的计算机科学教育实践是“编程一小时”活动，加快了计算机科学教育在全球的普及程度。

　　美国计算机科学教师协会由计算机协会（Association for Computing Machinery, ACM）于2004年成立，其成员包括K-12的计算机教师、大学教师、政府成员等。宗旨是为全球的计算机科学教师赋能，致力于学科标准制定、教师培训等工作，以促进计算机科学教育的持续发展。

　　扩展计算机教育路径联盟是美国国家科学基金会（National Science Foundation，NSF）通过扩大参与计算联盟的计划来支持发展，旨在通过支持州一级的计算机科学教育，进而增加接受计算机科学教育学生的多样性。可见，从各组织的发展历程、目标宗旨、典型实践来看，都为实现计算机科学教育的普及提供了动力和支持。

　　该系列报告中强调计算机科学是适应社会变革和解决社会公平问题的关键要素，推动和发展计算机科学教育刻不容缓。bg电子游戏平台其中探讨的“计算机科学是指对计算机和算法的研究，包括原理、硬件和软件设计、实现以及对社会产生的影响” [5] 。计算机科学已被证明可以支持问题解决、创造力、数学能力/技能、元认知等的发展，被认为是学生的核心素养，与阅读、写作和数学同等重要，学生学习计算机科学意味着要成为技术的创造者，而不仅仅是消费者。

　　该系列报告是衡量美国计算机科学教育取得成效的数据体现，是为美国K-12计算机科学教育提供政策动态调整的依据，如计算机科学教师的专业发展、计算机科学课程的建设、初高等计算机科学教育的衔接等。报告中呈现了国家整体和州一级计算机科学教育的可视化数据和地图，致力于从宏观发展视角探讨计算机科学教育是如何影响国家和地区的发展，倡导计算机科学教育成为教育政策系统的基本组成部分。此外，着重关注计算机科学在实现教育公平和缩小不同性别、种族/民族、地区之间发展差异中起到的重要作用和核心价值。通过增加学生获取和参与计算机科学教育的数量来缩小现存的差异，从而实现计算机科学教育的全民普及性和高质量发展。

　　为了使计算机科学成为国家教育系统的重要组成部分，Code.org提出了九项政策建议，指出九项政策旨在建立一个全面的国家政策框架，以扩大计算机科学的教与学，并支持九项政策建立在五项原则基础之上（见表1）：①公平和多样性；②清晰性；③能力；④领导力；⑤可持续性。其中，需要优先考虑公平和多样性原则，要求倡导者和决策者充分考虑影响计算机科学教育中学生多样性的系统因素，以期促进计算机科学教育的公平。

　　为满足各州和地方对计算机科学教育指导性政策建议的迫切需求，考虑到五项原则的指导性，该系列报告将延续使用由Code.org等制定的政策框架，并致力于通过九项政策去引导和扩大各地区计算机科学教育的参与度，提高计算机科学的学科地位。

　　九项政策中并不包含具体的实施标准，而是一个高水平的参考指南 [6] ，是为了建立和维持一个支持扩大计算机科学教育的全面政策框架 [7] 。报告中指出并不是每个州都必须采取每一项政策，而是鼓励政策制定者、倡导者和教育领导者采取全面的方法，通过合理实施和创新九项政策，优先考虑公平，确保所有学生都有机会学习计算机科学，努力使计算机科学成为教育系统的核心。

　　通过分析2020—2022年《计算机科学教育报告》（以下分别简称为2020年报告、2021年报告、2022年报告）的主题和九项政策（见表2），能够发现近年来美国计算机科学教育发展的变化。

　　2020年，因受疫情影响，在线教育、远程教育较为盛行，从而加剧了宽带和网络设备接入方面的不平等，拉大了计算机科学教育中少数族裔、农村地区、残障学生等之间的差距。为了有效应对这一系列问题，2020年报告以“阐明差异”为主题bg电子游戏平台，在前3期报告的基础上进行调整和更新，力图从不同层面和角度阐明学生参与计算机科学教育的差异，便于政府和相关机构及时作出有效应对，倡导收集更加广泛的数据，在最大程度上实现计算机科学的公平、多样性和包容性。

　　2021年报告以“通过倡导加速行动”为主题，内容结合计算机科学教育的年度变化继续进行了更新和调整。2022年报告以“了解我们国家的当务之急”为主题，旨在强调基于线下教育逐渐恢复的情形下，各州和联邦政府应该重新审视从幼儿园到高中毕业学生的基本需求，来加速计算机科学教育的发展，指出政策制定者和学校决策者必须响应这一号召，重新评估吸引学生、支持学习目标和为学生未来生活作准备的知识、技能和课程，以确保所有学生都能平等地接受计算机科学教育。

　　九项政策建立在五项原则之上，每一项政策都需要优先考虑公平和多样性原则，这充分体现了计算机科学教育致力于解决公平和多样性问题的核心主旨。当决策者将公平和多样性作为政策制定和实施监测的重点时，九项政策便能够在最大程度上促进计算机科学课程的获取和公平。

　　九项政策具体如表2所示：其中，政策①和②主要对应清晰性原则。政策③、④、⑤这三项政策主要对应能力原则。而政策⑥主要体现了领导力原则。政策⑦、bg电子游戏平台⑧、⑨这三项政策主要对应可持续性原则。当然，2020年报告中强调仅仅制定这些政策并不能保证学生在计算机科学方面取得成功，还需要优秀的教师和领导、技术设备等共同致力于计算机科学教育的有效实现。

　　通过综合分析2020年报告、2021年报告、2022年报告中计算机科学教育的实践情况（见表3），能够更加清晰地了解九项政策的实际效用。从表3可知，美国的计算机科学教育取得了一定进展，2020年47%的高中开设了计算机课程，2021年51%的高中开设，2022年增长到53%的高中开设，表明被采纳的政策数量和实施政策的州的数量都在逐年增加。

　　虽然计算机科学教育得到了一定的发展，但是仍存在一些问题：许多学生根本没有机会学习计算机科学，甚至在开设了计算机科学课程的学校，代表性不足的学生是少有机会学习计算机科学课程的。可见，全面普及计算机科学教育是一项艰巨的时代任务，必须综合考虑地理和社会经济因素的影响，各方共同努力才能逐渐缩小计算机科学教育的现实差距。

　　通过分析2020—2022年《计算机科学教育报告》中关于计算机科学课程的内容，能够清楚地了解美国计算机科学课程的局部发展变化和关注焦点（见表4）。从中可知，计算机科学课程设置基于九项政策和五项原则的指导，呈现出多元化的特征，注重各学段之间的有效衔接，考虑到学生在不同发展阶段的需要，为实现计算机科学教育公平助力。

　　表4《计算机科学教育报告》（2020—2021年）中提及的计算机科学课程

　　各州结合国家的课程标准和区域的文化特色，创建了蕴含地域文化的计算机科学课程。例如：美国原住民程序姐妹会（The Sisterhood of Native American Coders，SONAC）为9—12岁的美国原住民女孩提供低门槛的STEM入门课程，强调创造力和保持土著传统，通过建立支持性的社区，让她们接触计算机科学教育，关注到了代表性不足学生的计算机科学教育。

　　此外，美国国家科学基金会支持开发一种将计算机科学标准与怀俄明州印第安人的全民教育3—5年级标准结合起来的一种课程。目的是提高计算机科学教师的自我效能感，增加教学内容知识，并创建融合部落传统文化的相关项目。在2021年报告中许多州扩大了对每所中学提供计算机科学课程的要求，鼓励各州加大在解决计算机科学课程参与和差异等方面的透明度和问责制度。2022年报告中强调各州开设计算机课程具有一定的灵活性和自主性，因而并未明确给出具体的课程内容。

　　仅仅靠政策支持和课程设置并不能保障计算机科学教育的具体实现，还需要优秀的教师工作者。然而，美国获得正式认证的计算机科学教师数量相对较少，且在教师培训的项目中增加计算机科学教师的数量又显得十分困难 [8] 。2020年报告指出计算机科学教师的培训相当重要，只有拥有足够数量的、准备充分的计算机科学教师，才能保证K-12计算机科学的可持续发展 [7] ，才能满足学校对计算机科学教师的急切需求，从而增加学生接触高质量计算机科学教育的可能性。

　　通过回顾2020—2022年《计算机科学教育报告》中关于计算机科学教师专业发展的内容，可以发现大部分州的计算机科学教师还未拥有计算机科学证书，也很少有学校为计算机科学在职教师准备进修项目。教师证书的获得与否会成为学校开设计算机科学课程的主要障碍。

　　此外，只有少部分州有计算机科学教师的认证途径，这些认证途径的类型也存在巨大差异，其中某些认证方式对教师来说并不合适。缺乏清晰明确的认证路径，会造成教师、学校以及教育机构之间的混乱，最终影响计算机科学教育的稳步持续发展，也会进一步拉大各州计算机科学的教育差距。

　　为解决这些问题，报告中建议各州采取计算机科学教师认证制度（见表5），发展多方面的计算机科学教师准备项目和认证方案，采用多种战略来应对计算机科学教师专业发展的难题 [9] 。另外，在计算机科学教师培养和认证的过程中，针对不同的情况给予教师专业发展的专项奖励、学费减免、认证资金支持，倡导一对一的资金匹配，确保教师拥有实施计算机科学课程的技能和知识，从而确保计算机科学教育的高质量发展。

　　此外，在2019年发布的《CSTA 计算机科学教师标准》（CSTA Standards for Computer Science Teachers） [10] 中提出了计算机科学教师专业发展的标准和要求（见图2），旨在促进计算机科学教师的专业发展。

　　在这一版计算机科学教师标准中，基于琳达·达林哈蒙德（Linda Darling-Hammond）2017年提出的有效专业发展的七个特征，给出了清晰的覆盖12个方面（见图3）的评价指标维度和已经迭代实施了五年（2017—2021年）的计算机科学教师专业发展量规。

　　计算机科学教师协会专业发展委员会就高质量的计算机科学教师的专业发展达成共识，bg电子游戏平台具体包括：①为教师提供他们所需的知识与技能，以支持学生理解计算思维并获得基本的编程技能；②为教师提供机会，运用他们的技能来帮助学生积极地参与计算机科学的学习；③协作性；④通过持续的支持和/或辅导，将正式的项目开发经验延伸到支持和/或辅导；⑤激励教师对他们的实践进行反思，并鼓励他们将计算机科学教学的新策略带入课堂；⑥与标准保持一致，并采用基于研究的教学实践 [11] 。

　　为了确保美国计算机科学教育的发展质量，围绕计算机科学教师要求出发，设计了一套专业的、操作性强、支持教师主动学习的专业发展生态系统。当然，为了保证计算机科学教育的专业性，在2020—2022年《计算机科学教育报告》中强调要专门设立计算机科学主管的职位，专注于从事和研究计算机科学教育的实施规模和实施质量的重要工作，进而有效缩减现存的差距。

　　通过系统分析美国年度系列《计算机科学教育报告》后发现，美国联邦政府在计算机科学教育政策制定上，是相对被动和落后的。无论是在全美计算机科学教育的开课率还是计算机科学教育的质量保证方面，联邦政府还有很长的路要走。同时，由于宏观政策制定的缺失和缺少有效保障，直接导致经济水平低于平均水平的原住民、亚裔、拉美裔难以享受到公平的计算机教育权利。计算机教育发展的不平衡和受教育面的盲区，难以作为必要的劳动力质量保障，积极地支持美国长期的经济发展。与之形成鲜明对比的是，我国的计算机科学教育发展规划及课程实施直接由教育部组织制定，呈现了更多的政府在教育层面的责任与担当。但在美国计算机科学教育政策制定过程中，具有高度专业性的研究组织发挥了重要作用，形成对联邦政府政策制定的智囊支持。

　　结合当前我国基础教育阶段信息技术教育的实施与发展情况，本研究进行了以下几点思考：

　　美国将计算机科学教育视为提高国际竞争力的重要途径，并将实现不同民族、种族、地区、性别等之间的教育公平愿景作为目标引领，倡导政策制定者、教育实践者、公益组织等进行合作，充分发挥各方在促进计算机科学教育发展中的优势和价值。

　　历年的《计算机科学教育报告》中强调并不是让所有的州和地区都以同样的方式来制定和实施九项政策，只是鼓励州和区域的政策制定者、倡导者和教育领导者等在各州的范围内思考和采纳适宜的政策，同时保持实施的客观性和忠诚度，关注每个学生参与计算机科学教育的公平和多样性问题。

　　九项政策和五项原则是基于实现教育公平问题的目标，是作为计算机科学教育的宏观调控和指导方针，也是各州计算机科学教育开展的实践依据。美国联邦政府高度重视计算机科学教育的发展，从政策制定上呈现出一种自上而下的形式，多方位、多层次的指导性政策也吸引了相关利益者和组织的投资和参与 [2] ，为计算机科学教育中的资金支持提供了保障，进一步壮大了发展计算机科学教育的队伍bg电子游戏平台，有助于增加计算机科学教育的参与率。该系列报告通过明确计算机科学的定义、共同发展目标和战略政策，加强了计算机科学教育的凝聚力，有利于计算机科学教育的延续性发展。

　　教育公平是整个社会繁荣发展的基础，也是实现社会公平的关键。2010年5月，我国颁布的《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》将教育公平作为国家基本的教育政策，不仅反映了国家对教育公平的重视程度，也凸显了要实现教育公平任务的长期性和艰巨性 [12] 。

　　当然，对于我国基础教育阶段信息科技教育的深远发展来说，要高度重视目标导向作用，鼓励多方进行深度合作，更为关键的是需要结合各地方的实际发展情况和文化特色进行动态调整和实践创新。依据国家标准制定符合自身发展的信息技术教育战略，吸引和鼓励各界积极参与到信息技术教育中来，发挥集体的智慧和力量，让信息技术教育真正惠及每一位学生。

　　该系列报告呼吁和倡导各州对计算机科学教育开展的实际情况进行持续跟踪，广泛收集各州计算机科学教育数据，从而形成具有一定规模的国家计算机科学教育数据。基于教育数据的可视化分析，能够清晰了解各州计算机科学教育的进展情况，并为后期改进和完善提供现实依据，为联邦政府层面的计算机科学教育持续发展和动态调整战略布局提供数据支持。

　　我国于2015年9月发布的《促进大数据发展行动纲要》中强调“数据已成为国家基础性战略资产，正式确立了数据成为第三大战略资源的地位” [13] 。随着我国进入教育信息化2.0时代，教育数据在量与质上发生了巨大变化，变得尤为复杂。进而需要注重对基础教育阶段信息技术教育发展的具体情况进行持续性的跟踪，着重关注偏远地区、少数民族地区和特殊学生的信息技术教育质量水平，构建和强化高质量包容性的教育数据治理体系，以应对未来的教育变革，对弥合日益凸显的数字鸿沟和促进教育数字化转型具有现实意义。

　　教育数据治理应聚焦于数据质量，既要关注技术层面的问题，也应关注机制体制层面的问题，只有在机制体制层面取得突破，才能到达数据治理的本质 [13] 。换言之，国家层面的政策和措施显得尤为重要和关键，需要打破数据资源的壁垒，开放共享教育数据资源，切实为信息技术教育改革提供数据支持，并实施有效的监督和评估机制。

　　美国计算机科学课程以国家计算机科学课程标准为行动指南，紧紧围绕标准中的核心概念和核心实践展开，各州根据实际发展情况开设相应的计算机科学课程。联邦政府明确规定从幼儿园就开设计算机科学课程，然后延伸至中小学阶段，并与大学课程进行有效衔接。该系列报告中涉及的计算机科学课程呈现多元化、多层次的特征，能够看出计算机科学教育不仅注重学生基础知识和基本技能的习得，还关注学生核心素养的培养。

　　2020年报告格外关注学生获取和参与计算机科学课程的情况，指出学生获取与参与计算机科学课程受多种因素影响，并给出了解决的措施和建议（见图4）。

　　实际上，与美国的计算机科学课程相比，我国中小学信息技术课程的目标其实质已经超出计算机科学范畴 [2] 。反观我国基础教育阶段信息技术教育的发展，已经具有了极具时代性和科学性的标准和文件，并且已经确立了信息技术课程的核心地位。为了深入挖掘契合我国基础教育阶段信息技术教育发展的适切路径，在借鉴国外计算机科学教育的优秀经验时，还需要结合我国国情深入探究信息技术课程的内容设置、实践路径和评估方式等 [14] ，积极鼓励课程建设的融合创新，以满足学生的现实需要和发展需求，进而实现信息技术的学科育人价值。

　　计算机科学教师是实施计算机科学课程的关键，而“课堂教学是决定课程改革成败和促进教育公平的‘最后一公里’” [15] 。所以，计算机科学教师的专业发展在整个计算机科学教育中占据非常重要的地位。美国倡导在推进计算机科学教师专业发展中提供政策支持、专项资金、技术设备等全方位支持，加大各组织和相关利益团体的合作力度，积极创设教师研学的各种项目，完善和细化教师专业发展的各项指标和相关要求，不断改进教师资格专业认证的方式和途径。

　　此外，比较注重职前教师和在职教师的专业性学习和持续性发展，通过设计和引进相关的学习课程来构建科学系统的教师专业发展评价指标，从而增强计算机科学教师的专业性，保障计算机科学教师专业发展的可持续性。

　　面对当前计算机科学教育发展的新态势，系统科学的计算机科学教师专业发展战略能够助力教师在日新月异的大环境中应对“变与不变”的时代问题。与此同时，国内信息技术教师专业发展也正在发生深切变革，能够从大量的政策文件、指导方针、改革策略等方面窥见改革的力度和成效。那么，如何有效甄别和借鉴国外优秀的计算机科学教师专业发展理论和实践经验，还需要进一步展开深入研究，以期找到具有中国特色的、本土化的信息技术教师专业发展路径。

　　美国以计算机科学教师协会为主的相关研究组织联合发布的年度系列《计算机科学教育报告》，作为窥探其计算机科学教育整体发展的重要战略和行动方针，不仅显示出联邦政府对提升K-12计算机科学教育发展质量的迫切需求，也是美国战略意识、教育逻辑和社会发展相互碰撞的时代产物。为了实现计算机科学教育的高质量发展，联邦政府联合各州/区域政府、教育机构以及社会组织等，共同致力于计算机科学教育的系统建设，为计算机科学教育改革提供方向和路径选择。

　　然而，我们需要进一步深入思考的是，高质量的计算机科学教育水平作为长远的国家经济发展的战略指标之一，如何始终保持学科教育的专业性以及时代回应性？某种程度上，依赖独立于政策制定之外的高度专业性组织的冷静分析与判断，有其相对合理性和必要性。这也恰恰为我国进一步优化计算机科学教育政策制定依据，以及在全国各地进行有针对性和地区性的计算机科学教育提供了前车之鉴和参考经验。

　　[2]钱松岭,董玉琦.美国中小学计算机科学课程发展新动向及启示[J].中国电化教育,2016(10):83-89.

　　[12]魏先龙,王运武.近十年中国教育信息化促进教育公平研究综述[J].现代教育技术,2015,25(2):12-18.

　　[14]邱美玲,李海霞,罗丹,等.美国《K-12计算机科学框架》对我国信息技术教学的启示[J].现代教育技术,2018,28(4):41-47.

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　　《中国教育信息化》创刊于1995年8月，是由中华人民共和国教育部主管，教育部教育管理信息中心主办，面向国内外公开发行的国家级学术期刊。期刊内容力求全面深入地记录我国教育信息化的建设进展、研究与应用成果和行业发展状况，开展我国教育信息化发展状况调研和教育信息化国际比较研究，服务于国家教育宏观决策；力求全面准确地把握教育信息化相关的方针政策和标准规范，及时追踪ICT前沿技术的发展趋势及其与教育的融合，深度挖掘教育信息化建设与应用的体制、机制创新，服务于我国教育信息化实践。