中、美、英三国信息技术学科能力比较研究
摘 要：学科能力是衡量学生发展的重要指标，也是反映学生学业成就表现的重要组成部分。我国的信息技术教育长期未建立起明确的学科能力框架，这不利于信息技术教育的发展。本文通过“学科发展——学科能力”为主线，将英国、美国与中国的信息技术学科能力进行对比分析与研究，最终对我国信息技术学科能力进行界定。
关键词：信息技术；学科能力；比较研究；中国；英国；美国
中图分类号：G434 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2017）21-0001-06
学科能力是衡量学生发展的重要指标，也是反映学生学业成就表现的重要组成部分。在当今社会，信息技术已经成为推动科技进步和经济发展不可或缺的力量；而与之相对的，我国的信息技术教育却长期未建立起明确的学科能力框架，在信息技术学科学习过程中应该培养学生哪些方面的能力，这些能力又如何从课程中进行体现，都是我们需要研究突破的问题。因此，对信息技术学科能力进行研究，能够加强信息技术教学的针对性，最终提升信息技术教学质量，培养适合当今信息社会的合格人才。
关于学科能力，北京师范大学林崇德教授给予了这样的定义：学科能力是指中小学生在各门课程学习过程中表现出来的比较稳定的心理特征和行为特征，体现为内隐的学科思维过程和外显的学科行为反应，包括一般学科能力和特殊学科能力两部分。学科能力是学生的智力、能力与特定学科的有机结合，是学生智力、能力在特殊学科中的具体表现[1]。根据林教授的定义，笔者尝试以“学科发展——学科能力”为主线，将英国、美国与中国的信息技术学科能力进行对比研究，最终对我国信息技术学科能力进行界定。
一、英国信息技术学科能力研究
1.英国信息技术教育发展概述
英国的信息技术教育起源于计算机科学教育；从1988年正式被英国政府列入国家统一课程以来，英国的信息技术教育已经历了近30个年头。近年来，英国政府发起了一场信息技术教育改革的运动，其先后于2007年、2012年、2013和2014年对信息技术的国家课程标准、课程框架、学习计划等进行了反复修订。英国近年来信息技术发展重大事件如表1所示。
2013年，CSA（Computing at School Working Group，以下简称CSA）发起了对现行信息技术课程修改的民意调查活动：收到民众在7个方面进行课程改革的建议超过17000份。其中，对于将课程名称从ICT（Information and Communication Technology）改为Computing的建议，赞成和反对的比率为39：35，另有26%的被调查者选择了“不确定”[2]。面对公众的各种质疑，英国教育部力排众议，于2013年9月正式颁布《英国国家课程：计算课程学习方案》。该方案对ICT课程进行了全面的修订，将计算机科学（computer science）与数字能力（Digital Competence）及信息技术（Information Technology）进行了重新定义和分割，并突出强调了计算机科学在整个计算课程体系中的关键地位。2014年，英国教育部发布了新的英国国家课程标准，其中特别提出了在计算课程中引入计算思维的重要性，并指出：计算课程的核心是计算机科学，课程教授学生信息与计算的原则：数字系统如何工作，及如何将这方面的知识应用到程序设计中[3]。2015年，英国教育部对GCSE（普通中等教育证书，对应我国的普通初中毕业证书）中涉及到原ICT领域的课程内容重新进行了规划，将课程分为计算机科学（computer science）及设计与技术（Design and technology）两科。计算机科学课程要求学生理解和应用计算机科学的基本原理和概念，包括抽象、分解、逻辑、算法和数据表示，并通过合理使用这些知识，解决计算方面的实际问题，包括设计，编写和调试程序。课程还特别关注学生计算思维的发展，要求学生在学习该课程的过程中，逐步培养出利用计算思维分析及解决问题的能力：能够进行问题的分析，方案的设计，通过编程进行实现，并对程序进行调试和评估[4]。
2.英国计算（computing）学科能力分析
笔者结合新版计算课程标准及GCSE中计算机科学部分内容，提炼出英国计算课程相关的学科能力：
（1）计算思维能力：2014年版英国国家课程标准在计算章节的学习目标中明确指出“高质量的计算教育将能让学生使用计算思维和创造性去理解及改变世界”[5]。计算思维的具体框架包括：
算法思维。算法思维指的是学生通过一系列明确的步骤解决复杂问题的思维方式。它要求学生能够制定一套规则（或者指令），让人或者计算机通过遵循这套规则（指令）进而解决同一类型的问题。算法思维不强调具体的运算结果，而是强调面对问题的思考方式[6]。
评估。学生应该具备对算法的鉴别和评估能力，包括算法的时间复杂度与空间复杂度，算法的优劣对比，从不同的算法方案中选取开销最小，最适合的方案的能力。
分解。在思考复杂的问题或实施大型的项目时，学生应该学会将其分解成较小的问题。通过分解原来的任务，学生可以找到更快速的解决办法，且分解的问题或任务在后期均可以进行集成，以便于解决复杂问题。
抽象。抽象主要指的是隐藏问题中不需要的细节部分，消除问题不必要的复杂性，使其更加易于思考。抽象包括对问题、进程、项目等隐藏其功能复杂性，也包括应用数据结构隐藏数据复杂性；此外，还要求学生在开发解决方案时识别不同的抽象信息。
泛化。泛化是一种应用以前已经解决过问题的思路，进行同类型问题快速解决的方法[7]。
（2）理解计算机系统与编程能力：计算课程要求学生理解计算机的基本架构，包括硬件及软件的工作原理；課程中还着重提到了学生需了解最新的嵌入式系统及新存储方式：光学及固态存储。编程方面，课程要求学生掌握经典的算法与数据结构，并理解计算机中进制的表示及转换、二进制加法的原理、布尔代数的运算与逻辑表示、独立编写代码及查错（Debug）的能力等。
（3）应用与评估信息技术的能力：计算课程要求学生在学习过程中逐步具备应用信息技术，包括最新技术的能力，并在应用的过程中对技术的功能和易用性进行判断评估。
（4）创新意识与技术使用的责任心：计算课程要求学生能够选择、组合和是用多个应用程序，开发有创新性的项目，从而实现具有“挑战性”的目标——包括数据分析及解决已知用户的需求等。了解如何安全、负责任地使用技术，包括保护网上身份及个人隐私；识别不适当的内容及行为，并学会如何对这些内容或行为进行报告。
纵观英国今年来的信息技术教育改革，我们不难发现，英国信息技术课程发展，从早先的重视专业变革及应用为主，现又重新回归到强调专业学习[8]；而在这个过程中，与计算机科学相关的学科能力，特别是计算思维能力及创新能力，越来越受到英国教育界的重视。
二、美国信息技术学科能力研究
1.美国信息技术教育发展概述
作为现代电子计算机的发明地，美国历来重视信息技术教育，早在1967年便已开设了计算机基础课程。1996年，美国教育部发表了：《让美国学生为 21 世纪做好准备：面向信息素养的挑战》，第一次提出了信息技术教育的国家目标[9]，其将信息技术的有效应用置于相当重要的位置，并提出了信息技术与课程的整合。此后，美国的信息技术课程便主要围绕信息技术的应用开展。表2简要归纳了美国信息技术教育发展的重大事件。在中小学阶段，信息技术并未独立成为一门学科，而是被整合成为了教育技术、信息素养和计算机科学三种课程[10]。其中，教育技术和信息素养课程将信息技术作为一种学习研究的有效工具，强调学科的整合。计算机科学则主要研究计算机的组成原理、计算机程序的设计及计算机对人类生活产生的影响等。由于美国是典型的教育分权国家，各州、学区的课程设置相对自由，学校信息技术学科的开设也呈现出多样化的局面，教学内容与课时分配不尽相同。随着2006年美国卡耐基·梅隆大学的教授周以真提出了“计算思维”的概念后，美国教育界对计算机科学的重视程度日益提高。
周以真教授将计算思维定义为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广度的一系列思维活动[11]。她指出，计算思维是现代人解决问题的基本技能，而不仅仅是计算机科学家的能力。以这个思想为基础，美国计算机教师协会（Computer Science Teachers Association，以下简称CSTA）于2011年推出了K12计算机科学标准，并不断进行修订，目前最新版本为2016年7月编制的新版临时K12计算机科学标准。
2.美国计算机科学课程学科能力分析
2011年，CSTA发布了新版计算机科学标准，标准中将学生的学科能力分为五个类别，计算思维能力，协作能力，计算实践与编程能力，计算机与通信设备，社区、全球及伦理影响[12]。
（1）计算思维能力：计算思维能力主要包括制定解决问题的方式，对数据的逻辑组织和分析能力，通过抽象：如模型及模拟来表示数据的能力，分析并选取最适合的方案解决问题的能力。CSTA的计算思维能力还特别强调学生在学习过程中培养学生与他人协作及沟通能力，处理复杂问题的信心，坚持不懈的工作，面对困难问题及开放性问题的思维方式，学会倾听不同的见解[13]。
（2）协作能力：计算机科学是需要互相协作的一门学科。通常情况下，项目需要涉及编码、测试、调试及后期维护；所以发展协作能力是K12国家计算机科学标准中需要重点培养的能力之一。在小学阶段，就需要培养使用各种通信设备与他人沟通协调，并正确使用在线资源，参与到团队合作中。而在中学阶段，学生在软件开发中进一步学习团队合作、项目规划及管理、团队沟通及如何发表建设性建议的技能。
（3）计算实践与编程能力：计算工具的使用是各阶段计算机科学教育中非常重要的组成部分。其中，计算实践包括建立和组织网页，利用编程解决实际问题，包括是用适当的文件和数据库，合理利用API接口及图书馆资源等。“标准”中还特别强调，计算并不是单纯指的编程，而是能够让学生利用计算机科学知识在跨学科的各个领域发挥作用，便于学生今后的发展。
（4）计算机与通信设备：学生需要了解计算机及网络系统的基本组成和运行方式。包括处理、存储、输入输出设备，理解软件的编译方式；网络的结构，包括网址、网页及搜索引擎等；理解网络如何促进全球交流，如何利用专业术语在网络中进行良好的沟通交流，利用网络资源帮助他们的学习。
（5）社区、全球及伦理影响：主要强调了在使用计算机及网络时应当遵守的伦理道德规范，包括尊重个人隐私、网络安全、软件的版权意识、开源软件的是用准则、网络社交中的道德准则，判断网络信息的可靠性及准确性，对计算机及网络系统对社会的正面及负面影响进行评估。
2016年7月，CSTA发布了最新版的临时K12计算机科学标准，在2011年标准的基础上进行了进一步的修订，将原先定义的五种学科能力变更为计算系统，网络和互联网，算法和编程，数据分析和计算的影响。在课程内容部分，标准更细化为框架概念（Framework Concept）与框架实践（Framework Practice）两个模块。其中框架概念中包含算法与程序设计、计算系统、网络与互联网、数据分析、计算的影响；实践框架分为识别和定义计算问题、开发和使用抽象、创建计算工件、測试和精炼、关于计算的交流、合作、融合计算文化[14]。对比两版计算机科学标准，可以发现美国信息技术教育越来越重视计算机专业知识，特别是计算思维及程序设计能力的培养，在培养过程中强调团队协作。
三、中美英信息技术学科能力比较研究
1.中国信息技术课程及学科能力概述
目前，我国初中阶段信息技术课程国家标准并未制定完成，各地区信息技术课程的实施情况也不尽相同，但大致都是参照国家于2003年颁布的高中信息技术国定标准，将课程模块划分必修和选修两部分。必修部分以信息处理与交流、信息技术与社会实践为主线[15]，将内容分为信息的识别与获取、信息的存储与管理、信息的发布与交流；选修部分主要围绕程序设计、机器人、网络与物联网技术等几个模块展开。整体课程结构如图1所示。
根据以上课程结构，我国信息技术学科能力可分为：
（1）信息的识别与获取能力：包括信息与信息技术的基本概念，信息的价值甄别与搜索获取方法，获取信息以解决生活中的实际问题。
（2）信息的存储与管理能力：包括计算机硬件的组成与工作原理，系统软件的使用及维护，计算机中信息的表示，文件與文件夹的相关操作，信息安全与病毒的相关概念。
（3）信息的加工与表达能力：包括文字处理软件、表格制作软件、演示文稿软件、图像与声音处理软件、视频处理软件、动画制作软件、网页制作软件及程序设计软件的相关使用方法，使用此类软件处理实际问题的能力。
（4）信息的发布与交流能力：包括计算机网络的原理与工作机制，网络通讯工具的使用，网站的规划与制作，网络交流及网络文明礼仪（道德规范）等。
2.中美英信息技术课程的对比分析
笔者将中、美英三国的信息技术课程内容进行横向对比，发现我国信息技术课程主要存在以下两方面的问题：
（1）课程没有清晰明确的定位
我国信息技术课程在划分上归于综合实践课程体系之下的“技术”课程中。强调技术的应用，及信息技术与其他学科的融合，而忽视信息技术学科的学科性质，特别是计算机科学相关的专业知识。这就导致了信息技术学科在学科体系中长期处于次要地位；学生，甚至于某些信息技术教师都表现出对本学科的不重视。而反观英美等发达国家，在发展信息技术教育，提高信息技术学科，特别是与计算机科学的地位上可谓不遗余力。CSA在《咨询报告：将国家ICT课程更名为计算课程》一文中即明确指出：进行更名改革的一项重要原因即是要提高信息技术学科的地位[16]，而在21世纪，计算机科学是可以提高国家整体经济与科技实力的。英国政府从2009年开始的一系列改革，包括成立CSA、全面进行课程改革等。而美国也将计算及科学的重要性提升到与阅读、写作同样高度，作为二十一世纪公民的必要技能之一[17]。并在国家与民间学术组织两个层面，致力于提高信息技术课程的地位。2016年1月，奥巴马政府宣布了一项为全体学生学习计算机科学的新举措《Computer Science For All》，其中包含援助各州40亿美元，各学区1亿美元以用于计算机科学教育及相关的教师培训[18]；此外，美国计算机教师协会（CSTA）近年来也在为计算机科学教育的普及发展而努力，包括课程标准的制定与课程实施状况的调查研究，为国家计算机课程的推进提供专业咨询与支持。
（2）课程主要将时间用于各种应用软件使用的学习上，且内容重复率高
对比英美信息技术课程，中国的信息技术教育主要偏重于各种应用软件的使用：以苏科版的《初中信息技术》为例，在必修的七、八年级教材的十一个章节中，有七个章节是介绍各种应用软件的使用方法，信息技术课程几乎成为了办公自动化和设计软件的培训课程。学生对于信息技术的理解也完全脱离了计算机科学的范畴——根据笔者对所在辖区八年级学生进行的一项调查数据表明：超过40%的学生认为信息技术就是教授各种软件使用方法的一门课程；更为不妙的是，有相当数量的信息技术教师也持有这个观点。不断进行应用软件的操练也造成了课程内容重复的问题。据2013年对北京市高中学生的一项调查统计，高达44.3%的学生认为《信息技术基础》与初中所学内容的重复比例在20%-50%之间[19]。目前，我国的信息技术教育已基本普及，中学阶段（特别是高中阶段）“非零起点”的学生已经占绝大多数，但他们所学习的课程内容还是操作层面的重复，这不仅会滋长学生的厌学情绪，对信息技术教育及整个社会信息技术发展来说，也有巨大的负面影响。
其实，英美等国家在信息技术课程发展的阶段中也曾经遇到过类似的情况，但目前他们已经意识到这个问题的严重性并加以修正。如英国在2014年发布的《计算思维框架》中有这样的叙述：以往的ICT课程仅仅是商业界对办公技能的需求，将宝贵的课堂时间使用在这种技能的训练上有着明显的缺陷——首先，国家的经济发展依赖与技术的创新，而不只是技术的有效利用；其次，当前技术的变化日新月异，很有可能在学生离开学校以后所学习的技能就已经过时；最后，在技术渗透到我们生活各个方面的当今社会，办公自动化技术只是信息技术中很小的一个部分[20]。正是以这个思想为指导，英国才将信息技术课程名称从信息与通信技术改成了计算课程。修改课程名称，英国政府虽有矫枉过正之嫌，但从中也可以看出其改革的决心。
美国近年来也开始纠正其一贯重视信息技术应用技能的做法，开始关注信息技术中计算机科学模块的重要性。2015年，美国政府通过ESSA法案，从政府层面明确从小进行计算机科学学科培养的必要，并指出将为美国的社会和经济带来持久的利益[21]。ACM和CSTA更是对此欢呼雀跃，在多年前大胆提出的关于计算机科学学科作为美国中小学的核心课程之一的设想，如今已经变成了现实。如今，美国各州都开始在中小学实行计算机科学教育：弗吉尼亚州立法机构于2016年 4月通过了将计算机科学加入该州K12课程标准的法案，并于7月正式实行——这意味着弗吉尼亚州率先将计算机科学课程加入中小学核心课程标准。阿肯色州则要求该州所有的中小学最晚于2018年全部开设计算机科学课程。另外，包括罗德岛在内的一些州也已经推出了K12计算机科学课程；一些大型学区如芝加哥、纽约和旧金山等，正致力于在未来几年普及中小学的计算机科学教育[22]。从信息技术教育转变为计算机科学教育，美国正在用立法的形式，以自上而下的方式推动这场改革。
3.中美英信息技术学科能力的对比分析
根据郭元祥、马友平对学科能力的分类[23]，笔者从基础性学科能力、知识性学科能力及学科素养能力三个方面对中、美、英三国的信息技术学科能力进行分类，分类结果如表3。
结合对三国信息技术课程的对比分析不难发现，我国信息技术学科能力主要侧重于对信息的处理，在这个过程中强调应用技术的学习与使用；而对计算机科学，特别是计算机学科的专业知识（包括软件及硬件知识）和计算思维能力的关注程度远不及英、美两国。
四、结论与建议
目前，信息技术的发展可谓日新月异，而英美等国的信息技术教育也发展到了一个新的高度。发展信息技术，特别时计算机科学教育，不仅是社会发展的需求，也是国家经济增长，科技进步的需求。有鉴于此，笔者对我国信息技术教育的建议如下：
（1）课程内容方面：选择适合我国实际情况的基础教育信息技术课程内容。具体来说，在现有的课程框架下，在初中、高中阶段减少重复的应用软件使用内容，增加与计算思维相关的程序设计内容，适量增加计算机系统原理知识部分的内容，增加信息技术与相关学科（如数学、物理）等的结合，如使用计算机解决其他学科的实际问题。
在课程内容的分配方面，可以参照图2。
（2）学科能力方面：借鉴英美等发达国家的学科能力分类，重新对我国的信息技术学科能力进行界定。
学科素养能力：计算思维能力。计算思维能力在今后相当一段时间内，应该成为我国信息技术教育的关键设置核心能力，相关能力的培养主要通过培养计算机编程能力实现。在小学阶段，主要通过形象化的编程工具（如Scratch）来进行计算思维的培养；在初中及高中阶段，可以借助一些面向对象语言（如VB）实现。
知识性学科能力：包括信息处理能力、计算机系统（包括网络系统）及编程能力。小学阶段着重培养信息的处理能力，小学高年级到初中阶段应该开始培养编程能力，并让学生开始了解计算机系统（包括网络系统）的工作原理；而高中阶段，学生应重点培养计算机编程能力，并对计算机系统的工作原理（包括网络系统）有深入了解，为学生进入大学进一步学习做好准备。
基础性学科能力：包括信息的获取、甄别与发布能力、协作能力与创新能力，对技术的评估能力。这些能力主要贯穿于整个信息技术教育中，利用任务驱动及小组合作等方式进行培养。
参考文献：
[1]林崇德.论学科能力的构建[J].北京师范大学学报（社会科学版），1997（1）：5-12.
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[16]CONSULTATION REPORT： CHANGING ICT TO COMPUTING IN THE NATIONAL CURRICULUM[EB/OL]. https：/www.gov.uk/government/uploads/system/uploads/attachment_data/file/193838/CONSULTATION_REPORT_CHANGING_ICT_TO_ COMPUTING_IN_THE_NATIONAL_CURRICULUM.pdf，2017-01-22.
[17][21] ACM Hails New “Every Student Succeeds” Law Sweeping Legislation Will Bolster Computer Science in K-12 Education[EB/OL]. http：//www.acm.org/media-center/2015/december/essa-epc， 2017-01-22.
[18]Computer Science For All[EB/OL]. http：//www.whitehouse.gov/blog/2016/01/30/computer-science-all，2017-01-22.
[19]中小學信息技术教育实施论证报告[R].北京：基础教育课程教材专家工作委员会信息技术学科组，2013.
[22]Virginia Could Be First State to Require All K-12 Students to Learn Computer Science[EB/OL].http：//blogs.edweek.org/edweek/curriculum/2016/04/virginia_could_become_first_state_require_K12_computer_science.html， 2017-01-22.
[23]郭元祥，马友平.学科能力表现：意义、要素与类型[J].教育发展研究，2012（8）：29-34.
（编辑：王晓明）