本文發表於《數字教育》2020年第5期（總第35期）理論探索欄目，頁碼：14-19。轉載請註明出處。
摘要：計算思維已經納入信息素養，為了系統、全面地了解國內外計算思維的發展趨勢與研究熱點，文章以CNKI和WOS資料庫刊載的計算思維文獻為數據源，運用文獻計量和內容分析的方法，對國內外的計算思維研究從年度分布、學科類別分布、研究機構分布、高產學者分布、關鍵詞與聚類結果分析和研究趨勢分析幾個部分進行了知識圖譜的構建。國內計算思維知識圖譜形成了三大主題，分別是以實驗教學為核心的研究主題、以大學計算機學科體系建設為核心的研究主題、以信息技術為核心的研究主題。國外計算思維知識圖譜也形成了三大主題，分別是以計算思維概念、方法、特徵為核心的研究主題，以教學實踐為核心的研究主題，以遊戲建設為核心的研究主題。
關鍵詞：計算思維；可視化分析；知識圖譜
隨著高中信息技術新課標的發布，計算思維能力的培養在中小學信息技術教育中越來越受到重視。因此，相關人員對計算思維的各個領域進行了不同程度的研究。卡耐基梅隆大學周以真教授(JeannetteM.Wing)提出計算思維是用計算機科學的元素求解問題和設計系統的科學方法[1]。自從2006年周以真教授提出計算思維的概念以來，許多組織和學者都對計算思維進行了深入的研究[2]。為了系統、全面地了解國內外計算思維的發展趨勢與研究熱點，本研究以中國知網（CNKI）和科學引文資料庫(WOS)為信息源，對比分析計算思維研究在國內外兩大權威資料庫中的年度分布、學科類別分布、研究機構分布、高產學者分布以及關鍵詞與聚類結果分析。
（一）數據來源
本研究使用的國內數據來源為知網核心期刊，以「計算思維」為主題詞進行檢索，檢索的時間跨度為2000年至2019年，剔除會議通知、會議報導、期刊徵稿等消息類文獻後得到有效文獻290篇。本研究使用的國外數據源為科學引文資料庫下屬的科學引文索引(SCI)、社會科學引文索引（SSCI），以「ComputationalThinking」為主題詞進行檢索，檢索條件設置同上，剔除不屬於本領域的文獻，得到有效文獻490篇。
（二）研究方法
本文採用文獻計量和內容分析的方法，對搜集的CNKI與WOS數據進行定量與定性分析，使用的研究工具主要有引文分析軟體（HistCite）、書目共現分析系統（BICOMB）、社會網絡分析工具（UCINET）和信息可視化分析軟體（Cite Space4.5.R1）。研究步驟分為以下三步：首先，藉助HistCite對搜集的數據進行年度分布分析；其次，藉助BICOMB、UCINET對學科類別、研究機構、高產學者進行分析；最後，藉助CiteSpace對高頻關鍵詞與關鍵詞的聚類結果進行分析，進而直觀地反映出計算思維的研究主題和熱點。
（一）年度分析
從圖1可以看出，CNKI與WOS資料庫中的文獻數量整體呈現逐年上升趨勢。從2006年到2008年，CNKI與WOS刊載文獻量都很少，這段時期是計算思維研究的起步階段。自2009年以來，文獻數量逐年增加。WOS中期刊發文量持續保持增長。在2016年上半年，CNKI與WOS刊載文獻量保持持平。筆者進一步統計分析了WOS資料庫中從2000年到2019年刊載計算思維文獻國家（地區）分布情況，發現中國的發文量排在第二位，佔發文總量的18.9%，僅次於美國，遠遠超過其他國家（地區）的發文量。通過對中國在WOS資料庫中發文量的統計和分析，結合CNKI資料庫時間分布走勢圖，可以得出國內的計算思維研究已經達到國際水平的結論。
（二）學科類別分析
基於CNKI內置的學科分類功能，我們可以看出計算思維研究多數分布在27個學科類別中，排名靠前的學科有高等教育（107）、計算機硬體技術（99）、計算機軟體及計算機應用（35）。國外計算思維研究分布在20個學科類別中，排名靠前的學科為教育教學研究（169）、計算機科學（152）。可以看出，國內計算思維的研究主要集中在教育領域和計算機應用領域。國際計算思維的研究主要聚焦在教育教學、計算機科學和工程相關學科，學科類別對比如表1所示。
（三）學術研究機構分析
國內計算思維發文量排在前列的研究機構有北京工業大學、哈爾濱工業大學、西安交通大學等。根據發文量和被引頻次統計，得出影響力最高的研究機構是桂林電子科技大學。桂林電子科技大學計算機與控制學院在計算思維方面成績斐然，研究領域涉及計算學科認知理論、計算機基礎教育和方法導論。國際計算思維發文量顯示出美國在該領域的強勢學術地位。根據發文量和被引頻次統計出的影響力最高的研究機構為卡內基梅隆大學。它是計算機教學的先驅，計算機科學學院建立了以計算機系、人機互動研究所、信息網絡研究所等科研系所為核心的美國第一大計算機學院。研究機構對比，如表2所示。
（四）高產學者對比
對2000—2019年兩期刊資料庫中高產學者進行統計分析，按照發文量排名，國內高產學者有蔣宗禮、李鋒、董榮勝。蔣宗禮是計算機軟體及計算機應用、計算機硬體技術及高等教育方面的專家。他認為計算思維是一種思維方法[3]。李鋒的研究在教育理論與教育管理、計算機應用等方面，他強調信息技術課程可以提高學生解決問題的能力[4]。在WOS中排名前幾位的高產學者有亞歷山大.雷彭寧（RepenningA）、戴維.韋布（WebbDC）。雷彭寧是計算教育、兒童編程及可視化編程方面的專家。周以真首次提出了計算思維的定義並引起學術界的關注。
研究者進一步研究了國內外學者在CNKI與WOS中的合作關係派系圖譜，發現CNKI中學者之間的聯繫比較鬆散，WOS中形成了兩大派系圖譜，分別是以科羅拉多大學博爾德分校計算機科學系的雷彭寧為中心的學者派系圖譜和以南洋理工大學機械與航空航天工程學院黃偉民為中心的學者派系圖譜。
（五）關鍵詞與聚類結果分析
為了考察計算思維研究的熱點與主題，本研究用CiteSpace分別對2000—2019年CNKI和WOS收錄的文獻題錄信息進行關鍵詞詞頻分析。
從表3可以看出，CNKI資料庫收錄的計算思維研究相關的高頻關鍵詞有計算思維（140）、教學改革（22）、大學計算機基礎（14）、計算機基礎教學（11）等。另外，國內計算思維研究在大學計算機基礎教學改革、計算思維能力培養等方面。從點度中心度來看，教學改革（0.09）、教學方法（0.05）、能力培養（0.04）這三類高頻關鍵詞反映出國內計算思維研究中教學改革已經深入教學方法方面。WOS資料庫收錄的計算思維研究高頻關鍵詞有計算思維（186）、基礎教育K12（14）、可視化編程軟體Scratch（10）。國外對於計算思維的研究主要在教育程序設計和計算思維能力培養方面。
為了進一步研究國內外計算思維的相關研究主題，在關鍵詞詞頻分析的基礎上，研究者利用CiteSpace分別做出了2000—2019年CNKI與WOS高頻關鍵詞的聚類知識圖譜。
圖2包含291個節點（N=291）和297條連線（E=297）的核心關鍵詞共現網絡，網絡密度（Density）為0.007。2000—2019年CNKI核心關鍵詞聚類圖中形成了13個有效聚類主題，分別為實驗教學、計算機課程、學科方法、雲計算等。通過對13個有效聚類的相似主題進行整合，形成了三大主題。
第一，以實驗教學為核心主題的研究。這個主題包含的聚類詞有實驗教學、計算思維，包含的關鍵詞有案例教學、教學實踐等。劉光蓉[5]認為，程序設計實驗可以提高學生實踐能力和利用計算思維解決實際問題的能力。因此，計算思維能力的培養應重視上機實驗，讓學生在編程過程中解決問題、學習知識、擴展思維。四川大學計算機教學中心陳杰華等提出，實驗教學可以讓學生在編程過程中學習基礎知識並擴展計算思維。
第二，以大學計算機學科體系建設為核心主題的研究。這個主題包含的聚類詞有計算機基礎教學、程序設計基礎等。包含的主題詞有課程建設、計算機教育等。戰德臣[6]等通過分析非計算機專業學生未來對計算思維能力的需求，從專題化和系統化兩個方面展開研究。
第三，以信息技術為主題的研究。這個主題包含的聚類詞有信息素養、中小學信息技術。包含的關鍵詞有基礎教育、信息技術課程、信息技術教學、資訊時代、教育改革、數位化空間等。例如，李鋒[7]指出計算思維教育的STEM課程旨在通過項目活動為學生提供「做中學」「學中做」的活動環境。
圖3是包含312個節點（N=312）和769條連線（E=769）的核心關鍵詞共現網絡，網絡密度（Density）為0.0159。2000—2019年WOS核心關鍵詞聚類圖中共形成了14個有效聚類主題，分別是計算思維、可視化程式語言、智能系統、定義計算的思想、計算探索、遊戲建設、批判性思維、生態系統服務、軟體工程、戰略自律、計算工具、學科、實踐能力、學習計算機編程入門。通過對14個有效聚類的相似主題進行整合，形成了三大主題。
第一，以計算思維概念、方法、特徵為研究主題。這個主題包括的聚類詞有計算思維、批判性思維、定義計算的思想、計算探索、生態服務系統。周以真[8]教授認為計算思維就是通過約簡、嵌入、轉化和仿真等方法進行問題的解決。
第二，以教學實踐為核心的研究主題。這個主題包括的聚類詞有實踐能力、學習計算機編程入門等。圍繞這個主題的高頻關鍵詞有Scratch、K12、課程、多學科等。
第三，以遊戲建設為核心的研究主題。這個主題的聚類詞為遊戲化學習。圍繞這個主題的核心關鍵詞有可視化程序、遊戲設計、角色扮演遊戲等。詹森[9]等使用Game Maker Studio工具創建遊戲來培養學生的計算思維能力。
（六）研究趨勢分析
為了考察不同關鍵詞在各個年份內的分布情況，研究者按時間片統計了國內外計算思維前沿關鍵詞時序圖譜。通過CiteSpace繪製的關鍵詞共現時區視圖(Time-Zone View)，進一步獲取計算思維研究熱點隨時間變化的動態過程。
根據國內計算思維研究關鍵詞共現時區視圖，按照12個聚類詞的大小，從上下維度和時間維度來看，計算機基礎教學、教學改革分別在2010年、2013年引入，至今發展成為影響力較大的核心關鍵詞。這表明國內已經通過改革計算機基礎教學的方式來培養學生的計算思維。另外，根據國外計算思維研究關鍵詞共現時區視圖，從上下維度來看，按照6個聚類詞的大小排序為遊戲化學習、建構主義、計算機科學教育等。按照時間從遠到近來看，在2008年出現的關鍵詞有計算思維和教育程序。隨後出現的關鍵詞有計算機科學教育、計算機科學、K12教育、教育遊戲。值得注意的是遊戲化學習排在最靠前的位置，說明在國外已經有研究者通過遊戲化學習的方法來培養學生的計算思維能力。例如，加利福尼亞大學沃納[10]等試圖通過遊戲編程任務測量學生對計算思維概念的理解程度。
（一）研究結論
本文利用文獻計量學統計和知識圖譜可視化的分析方法，對比CNKI與WOS刊載計算思維為主題的研究，在一定程度上反映出國內外對計算思維研究的發展趨勢與研究熱點。研究結果顯示：
（1）從年度分布來看，近年來國內外計算思維研究整體呈現上升趨勢，都經歷了起步期與增長期兩個階段。國內的計算思維研究從刊載文獻量上來說，與國際水平基本保持一致。在2015年，國內計算思維研究有下降趨勢，說明國內研究人員在計算思維研究方面關注度不夠。
（2）從學科類別來看，國內外對於計算思維研究都集中在教育領域和計算機科學相關學科。國外計算思維研究在社會科學、經濟學、生物學、心理學等學科領域有一定的研究。而國內在計算思維研究方面需要與其他學科進行深度融合，來提升計算思維研究的廣度。
（3）從研究機構分布來看，美國的卡內基梅隆大學的計算機學院在計算思維的研究方面處於學界的領先地位，在計算機科學方面成績斐然。相對來說，國內在計算思維方面的研究機構也取得了很大的成就，研究機構的頻次比較集中。
（4）從高產學者來看，國外研究者雷彭寧在計算思維研究方面貢獻突出，而國內研究者平均發文量高於國外研究者。雖然國外在計算思維方面研究處於領先地位，但國內研究者對計算思維的關注度明顯高於國外研究者。
（5）從研究主題來看，國內計算思維研究形成了三大主題，分別為以實驗教學為核心的研究主題、以大學計算機學科體系建設為核心的研究主題、以信息技術為核心的研究主題。國外計算思維研究形成的三大主題為以計算思維概念、方法、特徵為核心的研究主題，以教學實踐為核心的研究主題，以遊戲建設為核心的研究主題。可以看出國內對於計算思維的研究緊緊圍繞教育教學。國外對於計算思維的研究學科間的跨度更大，創新性更強，除了對計算思維概念、原理、教學研究外，還把遊戲主題作為計算思維研究。
（6）研究前沿時序圖譜表明，國內的聚類詞數量明顯高於國外的聚類詞，國內計算思維研究主要集中於教學課程中，並在課堂上培養學生的計算思維能力。國外在計算思維方面研究涉及計算思維培養的模式的研究，但總的來看國際上遊戲化教學更受關注。
（二）研究啟示
通過對國內外計算思維的對比研究，明晰了國內與國外計算思維相關研究的聯繫與差異。研究結論對於國內外計算思維領域的研究者與實踐者有一定的參考價值，但是國內外就計算思維的研究方向性問題存在一些爭議，如計算思維能否替代信息素養等。具體啟示如下：
第一，重視基礎理論研究，構建計算思維課程體系。計算思維還沒有自己的學科體系，研究者基本依照自己的研究興趣結合自己的專業方向去做計算思維相關研究。美國教育家伯頓·克拉克認為，學科包括兩種含義：一是作為一門知識的「學科」，即知識形態的學科；二是圍繞這些「學科」而建立起來的組織，即組織形態的學科[11]。計算思維在概念、特徵、原理、培養方式方法等方面，還沒有形成課程體系。國內外相關專家、學者在這方面做的研究還不夠成熟，不足以形成學科體系。這樣就需要研究者在研究過程中結合自己的優勢與興趣，選好研究方向，腳踏實地地做好計算思維的基礎理論研究、實證研究。
第二，創新計算思維教學方法，促進新理念下的教學改革。教育教學研究是計算思維研究的重點。在國內外熱點聚類詞中形成了實驗教學、計算機課程教學等。國內在第二屆全國「計算思維與大學計算機課程教學改革研討會」上展示了具體的課程建設方案，以及從不同的角度說明了計算思維能力培養的重要性[12]。在國外計算思維的研究中也創造性地形成了以遊戲化學習為核心的主題。可以看出，現有的教育教學方法不能完全適應計算思維能力的培養要求，這就需要相關計算思維的研究者配合一線教師創新教學方法，進行實踐教學，推動教學改革。
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[12]餘大品.第二屆全國「計算思維與大學計算機課程教學改革研討會」在哈爾濱成功舉辦[J].中國大學教學，2013(8)：96.
作者簡介：
翟學坦（1989— ），男，山東鄆城人，北京師範大學天津生態城附屬學校，中教二級，研究方向為信息化教育；
李銳（1979— ）男，天津人，北京師範大學天津生態城附屬學校高級教師，研究方向為智慧校園。
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