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摘要：《K-12计算机科学框架》描述了K-12阶段学生学习计算机科学需要掌握的概念和具备的技能，发布此框架是美国数字经济时代加强学生计算机科学技能和信息素养的重要举措。文章对《K-12计算机科学框架》的背景、特点和主要内容进行了深入分析与解读，并结合《K-12计算机科学框架》的特点和我国当前中小学信息技术教育存在的问题，总结得出我国中小学信息技术教育的努力方向，即注重对学生计算思维的培养，规范信息技术课程设置、评估与实施途径，提升教师专业发展能力等。
引言
年10月，美国《K-12计算机科学框架》（K-12ComputerScienceFramework）正式发布（下文简称《框架》）[1]。《框架》描述了计算机科学概念和实践的基本集合，是美国新版国家计算机科学教育标准研制的基础。同年，美国在《框架》的基础之上发布了《CSTAK-12计算机科学临时标准》（下文简称《K-12临时标准》），规定了一整套K-12计算机科学课程核心学习目标，旨在为K-12阶段学生提供完整的计算机科学课程并为该课程的实施奠定基础。《框架》明确界定了K-12教育中每个阶段学生必须掌握的计算技能，使学生在计算机科学领域应该“了解什么”和能够“做什么”有了统一的标准。我国《教育信息化“十三五”规划》强调积极探索信息技术在“众创空间”、跨学科学习、创客教育等新的教育模式中的应用，着力提升学生的信息素养、创新意识和创新能力[2]；我国信息技术学科新一轮课改的目标是发展学生核心素养，包括信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息责任，这与《框架》提倡的“实施计算机科学教育与培养学生计算思维”的核心观点不谋而合。因此，深入分析《框架》，了解美国计算机科学教育改革的最新发展动态，把握其内在规律与发展趋势，对深化我国中小学信息技术课程改革具有重要的借鉴意义。
一《框架》核心内容
1《框架》核心概念
年，美国计算机科学教师协会（CSTA）和计算机协会（ACM）在全美中小学计算机教育调研基础上研制了《K-12计算机科学标准》（下文简称《标准》），从“计算思维”、“合作”、“计算实践与编程”、“计算机和交流设备”以及“社区、全球化和伦理影响”五个方面制定了K-12阶段中小学生需要达成的计算机科学学习标准，并建议以“核心课程”的方式在中小学开设计算机科学教育[3]。《框架》将《标准》中“计算实践与编程”调整为“算法与编程”，并结合美国计算机科学教育的发展现状，提出由多个子核心概念组成的核心概念，如图1所示。《框架》的核心概念融入了“计算思维”，是计算机科学领域的主要内容。
图1核心概念图
2《框架》核心实践
《框架》除了重视对核心概念的培养，也强调培养接受计算科学教育的学生的实践能力，具体概括了7项核心实践，如图2所示。其中，计算思维是计算机科学实践的核心，通过实践3～实践6来描述，而实践1、2与实践7是计算机科学中对计算思维进行补充、独立、通用的实践。通过核心实践，具备计算机知识的学生能够更好地适应具有丰富数据的当今世界。与核心概念不同的是，《框架》中的核心实践没有直接和每个年级学生一一对应，没有提供每个年级具体的课程目标与计划，而是直接描述从幼儿园到高中阶段学生需要达到的目标。以实践3“识别和确定可计算的问题”为例，核心实践要求学生在高中毕业时达到以下目标：①确定可以用计算解决的复杂、跨学科的现实世界问题；②把复杂、跨学科的现实世界问题分解成现有解决方案或程序的子问题；③评估计算解决问题方法是否合适、可行。《K-12临时标准》则依据《框架》的目标，详细描述了每个年级学生的课程目标与计划，更加清楚、具体和可操作、可衡量。
图2包含计算思维的核心实践图
除核心概念与核心实践之外，跨学科概念也非常重要——它主要指计算机科学的核心概念与其它学科交叉融合（如图3所示），其核心是将其它学科的问题转化为一个计算问题，从计算思维的视角揭示这些问题的本质，实现一系列新的科学发现与技术创新。但在《框架》中跨学科概念不是一个独立维度，而是融入核心概念的学习之中。因此，《框架》既保留了跨学科概念的价值，又更便于受众理解与实施。
图3跨学科概念图
二《框架》主要特征
1强调学前教育计算机科学的重要性
随着美国《面向所有人的计算机科学教育》（ComputerScienceForAll）新计划的提出，在未来几年美国政府将向每一名K-12学生提供计算机课程和数学课程，为他们未来的工作做好准备。与《标准》不同，《框架》特别指出需要扩大计算机科学教育的覆盖面，强调早期儿童教育增加计算机科学教育。正如儿童在年幼时期学习语言、数学和科学活动一样，他们也可以在很小的时候进行计算机科学基础知识的学习。如在学前教育阶段的文学、数学和科学三项核心内容中嵌入计算机科学模式、问题解决、表示与排序四个重要理念，在游戏化的学习环境中发展社会和情感理念（如图4所示）。Resnick[4]曾说，计算机科学非常适合幼儿教育，它为儿童提供了一个可以“在玩耍中学习，在学习中玩耍”的环境。
图4计算机科学和学前教育理念的融合图
2拥有完整的计算机学习进程体系
《框架》提出了一个完整的K-12学习进程体系，以计算机科学核心概念为主线，整合了跨学科概念与实践，为学生参与计算机科学教育提供了完整的内容体系，并根据学科核心概念设计了以学段为节点的发展进程。《标准》将K-12划分为K-6、7-9与10-12三个阶段，《框架》进一步细化为K-2、3-5、6-8与9-12四个学段，以此来描述学生的学习进程。以核心概念“计算系统”的子概念“设备”为例，各阶段学生的学习进程如表1示，学生在低年段的学习内容为“学生学习计算设备常见应用和功能”，高年段需要学习“连接系统以及人和设备之间的交互是如何影响设计的”。《框架》的概念陈述也是相互联系的，如在“计算系统”的子概念“故障排除”中，K-2学段“清楚地描述每一个问题”为3-5学段“算法和编程”不断审查程序是否按预期工作提供了基础。
表1有关“计算系统”学习进程的设计
3计算思维是核心观念
《标准》将计算思维、计算实践和编程纳入学科基本主线，帮助学生拓宽计算视野，理解计算机科学的基本原理和方法。《框架》延续《标准》的思想，结合现代信息社会的发展，把计算思维作为核心观念融入实践进程中。计算思维反映了计算机科学的核心概念与核心实践，而计算机科学为学生发展计算思维提供了独特的机会。《框架》对计算思维的描述超出了教育中使用计算机和技术的一般情况，将概念延伸到了一些特定能力，如设计算法、分解问题和建模现象等，为计算思维在其它学科的发展提供了机会。年3月，美国卡耐基·梅隆大学计算机科学系主任周以真教授[5]在美国计算机权威期刊《美国计算机学会通讯》（CommunicationsoftheACM）上对计算思维进行如下定义：计算思维是指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。本质上它是一个问题解决的过程，包括充分利用计算机设计问题解决方案。计算思维是所有人都应具备的基本技能，不仅仅是计算机科学家的专利。它可以提供一种能够广泛应用于工作、学习、生活的组织和分析问题的新视角，将计算思维融入儿童的分析能力中，能让他们更好地阅读、写作和算数，并学会使用计算思维来解决身边的社会或自然问题。
三《框架》对我国信息技术教育的启示
1在实践中注重对计算思维的培养
计算思维培养是信息技术教育发展的新趋势。年12月10日，美国总统在白宫签署名为“让每个学生取得成功的法案”（EveryStudentSucceedsAct，ESSA）。该法案将以计算思维培养为核心的计算机科学课程提高到与数学、英语等同的重要地位，并投入巨资在美国广泛推行。可以看出，美国已经认识到以技术应用为取向的信息技术课程的落后性，开始积极推动培养计算思维的项目，将“计算科学”纳入中小学学科体系，并将其作为STEAM教育的重要部分。计算思维是一种适合现代社会的方式与方法。周以真[6]提出“计算思维面向所有的人、所有的领域”。对学生而言，养成计算科学的思维方式、问题解决和创造的习惯是难能可贵的。我国的中小学信息技术学科常常被认为是“小科”，其重要性往往被人们忽视，单纯由“简单的信息素养”观念主导的信息技术教育已越来越不适应当前国内外中小学信息技术教育重视计算思维培养的发展趋势，“我们应该意识到信息技术课程培养计算思维的独特性之于社会、个人发展的非凡价值”[7]。因此，为了帮助学生正确理解信息社会的本质特征并创造性使用信息技术，我国的信息技术教育不能只停留在工具运用的层面，而应在计算机科学实践中