面向包容世界的计算思维：教育者学习和领导资源（英）
包容性世界的计算思维：教育者学习和领导的资源Kelly Mills、Merijke Coenraad、Pati Ruiz、Quinn Burke 和 Josh Weisgrau2021 年 12 月H温度风矢量计算计算机科学编程湿度压力el一世 包容性世界的计算思维：教育工作者学习和领导的资源2推荐引文Mills, K.、Coenraad, M.、Ruiz, P.、Burke, Q. 和 Weisgrau J.（2021 年 12 月）。包容性世界的计算思维：教育工作者学习和领导的资源。数字承诺。 https://doi.org/10.51388/20.500.12265/138致谢本报告是在 Digital Promise 的 Kelly Mills、Merijke Coenraad、Pati Ruiz、Quinn Burke 和 Josh Weisgrau 的指导下编写的。作者感谢就本文内容接受采访的专家以及审阅和提供意见的专家。•Natalie Araujo Melo，西北大学•Steve Azeka，罗宾汉学习与技术基金•纽约市理工学院的琼·比阿特丽斯·拉达班•杰西卡·比布斯-福克斯，康普顿联合学区•Lautaro Cabrera，马里兰大学学院公园分校•Jacqueline DiSanto，纽约市立大学霍斯托斯社区学院•Ximena Dominguez，数字承诺•朱莉·埃文斯，明日计划•Jamie Ewing，纽约布朗克斯的 277 公立学校•Cheri Fancsali，纽约市学校研究联盟•大卫·戈麦斯，明日计划•纽约城市大学霍斯托斯社区学院的卡洛斯·格瓦拉•纽约大学克里斯托弗·霍德利•玛雅以色列，佛罗里达大学•Danae Kamdar，数字承诺•艾琳李，教育发展中心•蒂芙尼·莱昂斯，数字承诺•艾米·林达尔，弗雷德·哈钦森癌症研究中心•Emily Nestor，塔拉迪加县公立学校•Babette Moeller，教育发展中心•布鲁克摩根，塔拉迪加县公立学校•Amber Oliver，罗宾汉学习与技术基金•Aankit Patel，纽约城市大学•Melissa Rasberry，周五教育创新研究所•Meg Ray，纽约城市大学•Jeremy Roschelle，数字承诺•凯南·斯科特，Bitwise Industries•Heather Sherwood，教育发展中心•Joy Straub，Mission Vista 高中•Ronald Summers，CS4All，纽约市出发•Ashleigh Thompson，纽约城市大学•萨拉沃格尔，纽约大学这份报告是在罗宾汉学习和技术基金的慷慨支持下完成的。联系信息数字承诺：华盛顿特区：1001 康涅狄格大道 NW，套房 935华盛顿特区 20036加利福尼亚州圣马特奥：2955 Campus Dr. Suite 110 San Mateo, CA 94403 https://digitalpromise.org/ 包容性世界的计算思维：教育工作者学习和领导的资源3目录 包容性世界的计算思维：教育工作者学习和领导的资源4我们呼吁所有教育工作者将计算思维整合到 K-12 教育的学科学习中，同时以包容性为中心，为学生提供参与我们日益技术化的世界所需的技能，并为学生和整个社会促进正义。执行摘要技术在专业领域和我们的日常生活中变得越来越不可或缺，特别是自大流行开始以来。因此，学习计算思维的机会对所有学生都很重要——不仅仅是那些最终将学习计算机科学或进入信息技术行业的学生。然而，在为经历边缘化的学生培养计算思维技能所需的设备和学习机会方面，仍然存在很大的不平等。我们引入三个要素来阐明教育者的计算思维概念：•维恩图说明了计算机科学、计算思维、编程和计算之间的关系。•计算思维整合的框架，包括基础计算技能、应用计算实践和包容性教学法。•包容性教学法，分为三类，以强调包容性的不同教学方法：设计无障碍教学，与学生的兴趣、家庭和社区联系起来，以及承认和打击不平等计算计算机科学编程抽象H算法思维自动化选择工具数据实践温度湿度压力风矢量调试计算建模模式识别分解le一世 包容性世界的计算思维：教育工作者学习和领导的资源5建议为了给所有学习者，尤其是那些被边缘化的学生提供参与计算思维的机会，教育工作者必须将计算思维与他们已经教授的主题相结合，如艺术、英语语言艺术、数学、科学和社会研究。我们建议教育工作者使用以下策略为学生设计强大的学习体验：利用协同效应提供机会促进学生代理学科之间为学生搭建和目的学习和计算思维计算思维年轻人的技能成绩将计算思维整合到每个教室中并不是可以留给个别教育工作者的事情。教育领导者必须优先考虑这一举措并培养教师这样做的能力。我们建议教师、建筑和地区领导者采用以下策略来扩展和维持计算思维整合：促进地区、学校和教师之间的共同领导发展持续的、个性化的专业学习机会将计算思维融入职前教师教育 包容性世界的计算思维：教育工作者学习和领导的资源6介绍艾莉森·雪莱为 EDUimages 拍摄的照片在我们 2017 年的报告《计算世界的计算思维》中，我们提出了一个问题：“在计算世界中，知道什么和知道如何做很重要？”我们认为技术已深深融入我们的日常生活，学习计算是教育的迫切需求。我们必须让学生具备充分参与的计算技能劳动力不断变化的性质，以及更广泛的社区和社会变化（Angevine 等，2017）。从那时起，技术进步了，我们的世界继续与计算集成并依赖于计算。特别是，COVID-19 大流行颠覆了我们的生活，改变了我们工作和社交的性质。教育工作者已将面对面教学转变为远程和混合学习。许多就业部门的人已经完全离开办公室，转向虚拟方法和系统来完成他们的工作。对于许多人来说，他们的主要交流和娱乐方式几乎完全依赖于数字平台。鉴于人们对连接的新需求并参与他们的工作和学习，现在比以往任何时候都更重要的是，让学生掌握在我们的计算世界中做出实质性贡献并真正建立联系的技能（Jackman 等人，2021 年）。具体来说，越来越需要将课堂中的计算能力重新定义为一种内在的社交和学习技能。最终目标不仅是提供对数字设备的访问，还包括开发使用数字设备的技能，以加强学科学习、批判性思维和自我表达。学生对计算机的使用必须超越消费信息或执行阅读、写作或演示等日常任务。学生需要有机会创建、解码、分析、定制或以其他方式操作计算机程序或预测模型来解决问题或支持他们的学习目标。他们还需要有机会考虑技术系统，包括设计到技术系统中的偏见，正在如何影响他们的生活。这些学习机会对所有学生都很重要——不仅仅是那些最终将学习计算机科学或进入信息技术行业的学生——因为技术现在已成为跨领域和我们日常生活中不可或缺的一部分。随着我们在学校扩大计算机会并鼓励学生成为创造者和关键用户，而不仅仅是技术的消费者，重要的是要认识到我们不断发展的计算机世界技术创新仍然植根于并加剧了系统性的不公正。这些不公正现象不仅是由技术系统内部的偏见造成的，算法偏见的例子证明了这一点（Noble，2018；Wachter-Boettcher，2017），还有数字学习和包容性差距（LearnPlatform，2021）。这种差距导致技术劳动力缺乏多样性（劳工统计局，2018；2019）。虽然工作 包容性世界的计算思维：教育工作者学习和领导的资源7越来越需要计算机的处理能力与人类的创造力和专业知识的互补伙伴关系（Warschauer & Matuchniak，2010），我们的教育系统历来只培养了一些学生具备这些技能（Margolis、Goode 和 Ryoo， 2015 年）并系统地排除了某些学生群体（Margolis 等人，2008 年）。在获得建立计算技能所需的设备和学习机会方面仍然存在巨大的不平等对于经历边缘化的学生（Code.org 等，2020）。当我们说在计算中经历边缘化的学生时，我们指的是黑人、美洲原住民和拉丁裔学生；残疾学生；女孩和非二元学生。在学校，差异不仅存在于对计算设备的访问，还存在于这些设备和互联网的使用方式上。在低社会经济（SES）学校，学生更多照片由 Allison Shelley/The Verbatim Agency for EDUimages 拍摄可能会使用计算机进行训练和练习或熟悉软件应用程序，而不是出于更具创造性、复杂性或批判性思维的目的（Margolis et al., 2008; Warschauer & Matuchinak, 2010）。 2020 年春季向远程学习的转变只会加剧这些差异。经历边缘化的学生根据他们对计算设备和互联网的访问获得了不成比例的学习机会（Herold，2020；Hodges 等人，2020）。如果我们要让下一代的每个学生都具备参与我们技术社会的技能，那么所有跨学科和跨年级的教育工作者都需要为学生提供参与计算技能和实践的机会。将计算思维整合到每个教室中并不是可以留给个别教育工作者的事情。地区和学校层面的教育领导者必须优先考虑这一举措并培养教师这样做的能力。本报告是教育工作者的资源，从课堂教师到建筑管理员再到地区领导，以了解和培养学生从事计算思维的能力。在我们之前的报告中，我们提出了一个案例，将学习计算思维作为我们生活的世界的核心技能，定义为我们呼吁所有教育工作者将计算思维整合到跨学科学习中K-12 教育在以包容性为中心的同时，为学生提供参与我们日益技术化的世界所需的技能，并为学生和整个社会促进正义。 包容性世界的计算思维：教育工作者学习和领导的资源8计算思维及其与编码和计算机科学的关系，并建议 CT 可以跨学科领域进行整合。在本报告中，我们更新了这些定义并提供了将计算思维整合到学科学习中的策略。它分为三个部分。首先，我们简要介绍一下计算思维。我们所说的这个术语是什么意思，我们如何在实践中应用它？接下来，我们研究了 K-12 计算机教育的现状，以及为学生提供计算工具的访问权限以及解决计算机教育和更广泛的科技世界中的系统性不平等问题所面临的持续挑战。为了应对这些挑战，我们提出了一个以包容性教学法为中心的计算思维整合框架。最后，我们描述了教育工作者为计算创造包容性学习机会的两个不同需求：（1）将计算思维整合到学科学习中，（2）培养教师的计算思维能力。我们描述了解决每种需求的策略，并强调了教育工作者使用每种策略的实例。在报告结束时，我们希望读者能够确定具体的后续步骤，以在他们的背景下进一步推进包容性计算教育。 包容性世界的计算思维：教育工作者学习和领导的资源9计算思维计算思维计算思维计计计算算算机机机科科科学学学编码编码编码计算计算思维计算机科学编程计算思维：简要复习那么，什么是计算思维？许多教育工作者觉得这个词很神秘。尽管计算思维以前被定义为使用计算方法来解决跨学科和日常问题（Barr & Stephenson, 2011; ISTE & CSTA, 2011; Wing, 2006），但许多教育工作者发现该定义对实际课堂实施的指导不足。这可能部分是因为有许多术语用于解决与计算相关的技能。Digital Promise 在 2017 年用维恩图说明了计算机科学 (CS)、计算思维和编码之间的关系（Angevine 等人，2017；图 1）。最初，该图像试图简洁地捕捉计算机科学作为一门学科、计算思维作为一种实践以及编码作为一种独特技能的交叉和分离。然而，它也提高了对教育者如何使用这些术语的模棱两可的认识。我们对先前的计算术语表示进行了两次修改。首先，我们添加了“计算”一词，它涵盖了计算机科学和计算思维方面的技能和实践。此外，我们用术语“编程”替换了术语“编码”。在 2017 年的报告中，我们将编码定义为“开发一组计算机可以理解和执行的指令”。从那时起，“编码”一词的通俗用法明显变得更广泛，有时用于描述高度离散的技术技能，有时用于描述基础计算机科学教育。鉴于计算方面的进步，例如可以自主生成代码的人工智能的开发（Metz，2021 年），以及不断扩展的预先编写代码的在线库，软件开发不再是一个逐行的过程。相反，技能正在转向建
