計(jì)算思維研究熱點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)解析

緒論：寫作既是個(gè)人情感的抒發(fā)，也是對(duì)學(xué)術(shù)真理的探索，歡迎閱讀由發(fā)表云整理的1篇計(jì)算思維研究熱點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)解析范文，希望它們能為您的寫作提供參考和啟發(fā)。

0引言

隨著新興計(jì)算技術(shù)的蓬勃發(fā)展，21世紀(jì)的每個(gè)人幾乎無時(shí)無刻不在跟計(jì)算機(jī)進(jìn)行溝通，計(jì)算在各行各業(yè)中展現(xiàn)出與日俱增的重要性，作為計(jì)算形態(tài)所對(duì)應(yīng)的思維方式，計(jì)算思維也成為高中信息技術(shù)學(xué)科四大核心素養(yǎng)之一，成為我國教育領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。通過探究我國計(jì)算思維已有研究現(xiàn)狀、熱點(diǎn)領(lǐng)域和發(fā)展趨勢(shì)，有利于為優(yōu)化國內(nèi)計(jì)算思維研究提供參考。例如：劉敏娜等[1]對(duì)國外計(jì)算思維的研究從“概念解讀”到“計(jì)算思維的教育內(nèi)容類型”再到“計(jì)算思維如何評(píng)價(jià)”等方面進(jìn)行內(nèi)容分析；范文翔等[2]從理論研究和應(yīng)用研究?jī)蓚€(gè)大方向?qū)鴥?nèi)外的計(jì)算思維研究進(jìn)行分析。但總的說來，目前國內(nèi)計(jì)算思維的研究還存在研究方法單一、研究成果量少等不足。為了進(jìn)一步明晰國內(nèi)圍繞計(jì)算思維已經(jīng)作了哪些研究，并且未來會(huì)朝著哪一個(gè)方向發(fā)展等問題，本研究基于Bicomb、SPSS等軟件，采用聚類分析初步探索關(guān)鍵詞之間的關(guān)系，運(yùn)用多維尺度分析進(jìn)一步呈現(xiàn)各關(guān)鍵詞所處的位置，分析我國計(jì)算思維研究的熱點(diǎn)和主題，為相關(guān)學(xué)者進(jìn)行計(jì)算思維研究提供參考。

1數(shù)據(jù)方法與工具

1.1數(shù)據(jù)來源

本研究的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)來源于中國知網(wǎng)（CNKI）。首先打開高級(jí)檢索界面，接著選擇檢索條件為主題詞，并在檢索欄中輸入“計(jì)算思維”開始檢索，檢索文獻(xiàn)的類型為期刊論文，來源類別為“SCI”“核心期刊”和“CSSCI”三種。依據(jù)以上限定條件檢索之后，共有412篇期刊論文與計(jì)算思維相關(guān)，通過手工篩選刪除與主題內(nèi)容無關(guān)的文章之后，總計(jì)有效文獻(xiàn)為364篇，后續(xù)的量化統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)均為這364篇文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)。

1.2研究方法

無論運(yùn)用哪種軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，核心前提都是需要理解每一種分析方法的原理，只有掌握了原理才能夠在處理數(shù)據(jù)和操作軟件時(shí)達(dá)到游刃有余。因此，在做共詞分析時(shí)需要明晰共詞分析法的原理，即統(tǒng)計(jì)詞甲和詞乙兩個(gè)關(guān)鍵字在文獻(xiàn)1和文獻(xiàn)2中同時(shí)出現(xiàn)的次數(shù)，這個(gè)過程稱為共現(xiàn)。詞甲和詞乙在兩篇不同文獻(xiàn)中同時(shí)出現(xiàn)的次數(shù)可以表征兩篇文獻(xiàn)的親疏程度或者連接強(qiáng)度，出現(xiàn)的次數(shù)越多，說明兩篇文獻(xiàn)與主題詞之間的關(guān)系越緊密，是需要仔細(xì)研讀并分析的重要文獻(xiàn)。本研究通過Bicomb這一書目分析軟件，對(duì)搜索到的符合條件的國內(nèi)計(jì)算思維相關(guān)文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞進(jìn)行提取和分類，在導(dǎo)出相關(guān)矩陣的前提下，利用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件客觀地歸納出該領(lǐng)域的直觀量化信息。

1.3研究工具與思路

1.3.1準(zhǔn)備研究工具

本研究以Bicomb2.0和SPSS20.0作為主要研究工具，并輔以Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換。前兩個(gè)軟件需要提前下載并安裝，為接下來的數(shù)據(jù)提取和數(shù)據(jù)分析做準(zhǔn)備。

1.3.2收集數(shù)據(jù)

首先，進(jìn)入中國知網(wǎng)后，根據(jù)限定好的條件進(jìn)行文獻(xiàn)檢索；其次，通過中國知網(wǎng)題錄信息導(dǎo)出功能，以NoteFirst格式導(dǎo)出364篇有效文獻(xiàn)。

1.3.3進(jìn)行量化統(tǒng)計(jì)

首先，打開下載好的Bicomb2.0軟件，在主界面下方建立一個(gè)新項(xiàng)目，格式類型選擇.cnki，以適配剛剛在CNKI導(dǎo)出的NoteFirst格式；其次，輸入項(xiàng)目名稱，選取由CNKI導(dǎo)出的文件，進(jìn)行關(guān)鍵詞字提取操作；再次，點(diǎn)擊下方工具欄進(jìn)入統(tǒng)計(jì)功能區(qū)，進(jìn)行關(guān)鍵詞字段的頻數(shù)統(tǒng)計(jì)并導(dǎo)出至Excel表格中（若“導(dǎo)出至Excel”按鈕不可用，需要排查MicrosoftOffice的版本是否已升級(jí)到最新版本，若是，則需要降低版本號(hào)），從而生成可視化圖表；最后，點(diǎn)擊下方工具欄進(jìn)入矩陣功能區(qū)，生成高頻關(guān)鍵詞的詞篇矩陣和共現(xiàn)矩陣的文本文件。

1.3.4生成高頻關(guān)鍵詞的相似矩陣和相異矩陣

首先，打開已經(jīng)下載好的SPSS20.0軟件，導(dǎo)入保存好的后綴為.txt的詞篇矩陣文件，并按照如下步驟進(jìn)行操作。首先，在工具欄中選擇“分析”選項(xiàng)，在彈出的下拉欄中選擇“分類”選項(xiàng)，選擇“系統(tǒng)聚類”選項(xiàng)，值得注意的是需要在彈出的統(tǒng)計(jì)對(duì)話框中選中“近似值矩陣”選項(xiàng)，這一步的目的生成Ochiai系數(shù)相似矩陣）。其次，為了避免矩陣中“0”過多的問題，需要在SPSS的輸出界面將相似矩陣數(shù)據(jù)導(dǎo)出為以.xls為后綴的文件，并且將保存好的文件在Excel中打開：在表格空白處輸入數(shù)字-1，復(fù)制此單元格并粘貼到想要進(jìn)行數(shù)據(jù)變換的單元格上，右鍵選擇性粘貼，選擇粘貼方式為“數(shù)值”，計(jì)算方式選擇“乘”或“除”；將剛剛輸入的“-1”改為“1”，重復(fù)剛剛的選擇性粘貼步驟，但是需要將計(jì)算方式改為“加”。

1.3.5進(jìn)行高頻關(guān)鍵詞聚類分析和多維尺度分析

將上述轉(zhuǎn)換完成的相異矩陣導(dǎo)入SPSS20.0軟件，進(jìn)行聚類分析和多維尺度分析。值得注意的是，轉(zhuǎn)換完成的相異矩陣中包含一行無效數(shù)據(jù)需要?jiǎng)h除，并在變量視圖將第一列數(shù)據(jù)類型改為“數(shù)值”，以免影響聚類分析的結(jié)果。

2數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與結(jié)果分析

2.1論文發(fā)表年度分布

某一領(lǐng)域的文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量可以在一定程度上反映該領(lǐng)域研究的發(fā)展速度。篩選的2009—2021年文獻(xiàn)數(shù)量整體呈直線上升趨勢(shì)，如圖1所示。自2018年教育部頒布的《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》提出“信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任等四大信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)”[3]以來，計(jì)算思維引起眾多學(xué)者的關(guān)注，文獻(xiàn)數(shù)量一直呈上升趨勢(shì)。隨著人工智能、5G等新興技術(shù)的快速發(fā)展以及計(jì)算時(shí)代的來臨，未來計(jì)算思維的相關(guān)研究文獻(xiàn)數(shù)量將保持持續(xù)增長(zhǎng)的趨勢(shì)。

2.2高頻關(guān)鍵詞分析

一個(gè)領(lǐng)域較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的大量學(xué)術(shù)成果的關(guān)鍵詞集合，有助于確定該研究成果的總體特征以及熱點(diǎn)前沿。因此，本研究通過Bicomb2.0軟件對(duì)已導(dǎo)出的有效文獻(xiàn)進(jìn)行關(guān)鍵詞統(tǒng)計(jì)分析，數(shù)據(jù)處理結(jié)果如表1所示。這些核心高頻關(guān)鍵詞表述的研究?jī)?nèi)容反映出我國計(jì)算思維研究的核心內(nèi)容，在人工智能快速發(fā)展的時(shí)代背景下，眾多學(xué)者從關(guān)注“計(jì)算思維是什么”逐步過渡到關(guān)注“計(jì)算思維如何培養(yǎng)”，且研究領(lǐng)域多為大學(xué)的計(jì)算機(jī)類課程以及中小學(xué)的信息技術(shù)課程。

2.3高頻關(guān)鍵詞聚類分析

為了更好地挖掘出隱藏在高頻關(guān)鍵詞之間的關(guān)系和知識(shí)信息，需要對(duì)高頻關(guān)鍵詞進(jìn)行聚類分析[4]。由上可知，首先需要將“詞篇矩陣”轉(zhuǎn)為“相似矩陣”，再轉(zhuǎn)換為“相異矩陣”，經(jīng)過一系列的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后，相異矩陣的部分內(nèi)容如表2所示。由表2可知，各關(guān)鍵詞與計(jì)算思維的距離由遠(yuǎn)及近的順序依次為“編程教育（0.859）”“人工智能（0.849）”“信息技術(shù)（0.826）”“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)（0.751）”“教學(xué)改革（0.741）”。依據(jù)這些數(shù)據(jù)可知，學(xué)界學(xué)者在討論計(jì)算思維的相關(guān)研究時(shí)會(huì)更多的將其與編程教育、人工智能和信息技術(shù)聯(lián)系在一起。

2.4多維尺度分析

聚類分析可以得到國內(nèi)計(jì)算思維研究的主題結(jié)構(gòu)，但沒辦法明確各個(gè)主題在計(jì)算思維研究中所處的位置，因此需要采用SPSS20.0軟件對(duì)上述高頻關(guān)鍵詞構(gòu)成的相異矩陣進(jìn)行多維尺度分析。通過以上對(duì)已導(dǎo)出數(shù)據(jù)的處理和分析，本研究將我國計(jì)算思維的現(xiàn)有研究分為以下幾類。

2.4.1計(jì)算思維研究的時(shí)代要求

該主題由“人才培養(yǎng)”“創(chuàng)新能力”“智能時(shí)代”“跨學(xué)科”這四個(gè)關(guān)鍵詞構(gòu)成。從聚類樹狀圖可知，在距離0～15內(nèi)，“人才培養(yǎng)”“創(chuàng)新能力”與“智能時(shí)代”就完成聚類，說明這三個(gè)關(guān)鍵詞的關(guān)系十分緊密，并且對(duì)計(jì)算思維的培養(yǎng)是在智能時(shí)代背景下對(duì)人才培養(yǎng)的要求，且在跨學(xué)科中更能夠培養(yǎng)計(jì)算思維。從知識(shí)圖譜可知，該主題距離中心相對(duì)較遠(yuǎn)，說明其比較狹小。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)分析，眾多學(xué)者均以時(shí)代發(fā)展為依托去解讀計(jì)算思維的概念，從理論層面對(duì)計(jì)算思維未來的研究提出展望。

2.4.2面向計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)內(nèi)容研究

該主題由“美國”“計(jì)算機(jī)科學(xué)”“STEM”等八個(gè)關(guān)鍵詞構(gòu)成。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)分析可知：該主題是對(duì)美國ISTE（國際教育技術(shù)協(xié)會(huì)）發(fā)布的《教育者標(biāo)準(zhǔn)：計(jì)算思維能力》進(jìn)行的解讀、計(jì)算思維在教學(xué)中的應(yīng)用和計(jì)算思維對(duì)中小學(xué)課程的影響等。其中，信息技術(shù)課程是培養(yǎng)計(jì)算思維的主要陣地，文本編程工具和圖形化編程工具可以促進(jìn)計(jì)算思維的發(fā)展[5]。如張學(xué)軍等[6]以Python課程為載體，進(jìn)行數(shù)字化游戲教學(xué)實(shí)踐，結(jié)果表明：Python課程數(shù)字游戲化教學(xué)能顯著改善高中學(xué)生的計(jì)算思維態(tài)度，并提升其計(jì)算思維技能。但是，計(jì)算思維教育絕不僅僅止步于編程教育。如陳興冶等[7]以“網(wǎng)絡(luò)故障排查”為教學(xué)內(nèi)容，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，結(jié)果表明：選取除編程之外的教學(xué)內(nèi)容同樣能夠提升學(xué)習(xí)者的計(jì)算思維水平。然而針對(duì)“到底什么是計(jì)算思維”“計(jì)算思維在教學(xué)中以什么樣的內(nèi)容呈現(xiàn)”等問題，由于每位學(xué)者對(duì)計(jì)算思維的解讀不同，便出現(xiàn)以不同知識(shí)點(diǎn)為教學(xué)內(nèi)容的計(jì)算思維教學(xué)實(shí)踐。

2.4.3計(jì)算思維的教學(xué)模式研究

該主題由“教學(xué)模式”“大數(shù)據(jù)”和“實(shí)踐教學(xué)”等三個(gè)關(guān)鍵詞構(gòu)成。計(jì)算思維同其他思維一樣，不是與生俱來的，而是日積月累的，因此，國內(nèi)有眾多學(xué)者建構(gòu)了一些面向計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)模式。如肖鋒等學(xué)者[8]結(jié)合實(shí)際教學(xué)需求，構(gòu)建以計(jì)算思維培養(yǎng)為核心的PBL教學(xué)模式，并將該模式應(yīng)用于“SQL語言”一章節(jié)內(nèi)容的教學(xué)中，結(jié)果表明：PBL教學(xué)模式可以提升學(xué)生的計(jì)算思維。其他學(xué)者也對(duì)計(jì)算思維的培養(yǎng)模式進(jìn)行了探索，如WPBL教學(xué)模式、探究教學(xué)模式以及“輕游戲”教學(xué)模式等，均能夠有效地培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力[9-11]。

2.4.4計(jì)算思維在高等教育中的應(yīng)用研究

該主題由“課程體系”“抽象”“信息素養(yǎng)”等13個(gè)關(guān)鍵詞構(gòu)成，反映出計(jì)算思維在高等教育領(lǐng)域的研究受到眾多學(xué)者的關(guān)注。通過分析相關(guān)的政策背景，這很可能是因?yàn)榻逃扛叩葘W(xué)校大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)發(fā)表的《計(jì)算機(jī)教學(xué)改革宣言》《九校聯(lián)盟（C9）計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》等文件中，都明確地指出要培養(yǎng)大學(xué)生的計(jì)算思維能力。

2.4.5計(jì)算思維在基礎(chǔ)教育中的應(yīng)用研究

該主題由“信息技術(shù)”“核心素養(yǎng)”“人工智能”等九個(gè)關(guān)鍵詞構(gòu)成，反映出計(jì)算思維的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。計(jì)算思維以一種全新的思維方式出現(xiàn)在人們的視野，越來越多的學(xué)者意識(shí)到僅在高等教育階段培養(yǎng)計(jì)算思維遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，應(yīng)注重基礎(chǔ)教育階段的計(jì)算思維教育。因此，中小學(xué)信息技術(shù)課程成為開展計(jì)算思維教育的主要載體，提升教師的計(jì)算思維教學(xué)能力是未來計(jì)算思維教育研究的必要趨勢(shì)。

3結(jié)論與反思

綜上所述，我國學(xué)者對(duì)計(jì)算思維的熱情從未消散，并且越來越意識(shí)到計(jì)算思維對(duì)改變未來生活的重要性。關(guān)于我國計(jì)算思維的未來研究，可將重點(diǎn)放在以下方面。

（1）對(duì)計(jì)算思維進(jìn)行系統(tǒng)分析及較明確的定義。曾有學(xué)者提到下一個(gè)十年贏在計(jì)算思維，未來是人們和智能機(jī)器人一起仰望時(shí)空的時(shí)代。在此背景下，對(duì)計(jì)算思維概念的清晰界定能夠更好地指導(dǎo)計(jì)算思維教學(xué)實(shí)踐的開展。

（2）繼續(xù)圍繞計(jì)算思維的教學(xué)模式和應(yīng)用效果展開系統(tǒng)化研究，進(jìn)一步關(guān)注對(duì)計(jì)算思維的實(shí)證研究，通過分析基于計(jì)算思維的教學(xué)模式的應(yīng)用效果，從而客觀地進(jìn)行檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)。

（3）對(duì)學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)不是一項(xiàng)短期工程。雖然已經(jīng)有眾多學(xué)者關(guān)注到培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的重要性，但對(duì)教師計(jì)算思維教學(xué)能力的關(guān)注較少。因此，在如火如荼地開展計(jì)算思維教育的形勢(shì)下，也應(yīng)該認(rèn)識(shí)到教師的計(jì)算思維教學(xué)能力很大程度上決定了計(jì)算思維教學(xué)的效果，關(guān)注信息技術(shù)在職教師以及職前教師的計(jì)算思維教學(xué)能力，是為提升全民計(jì)算思維能力的基礎(chǔ)。

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作者:彭建蕊 李美鳳