课澀•熹材浚洙CURRICULUM,TEACHING MATERIAL AND METHOD Vol.41,No.4 April,2021
第41卷第4期
2021年4月
美国《CSTAK—12计算机科学课程标准（2017年修订版）》的解读与启示
王学男，林众
（1.中国教育科学研究院教育发展与改革研究所，北京100088；
2.人民教育出版社课程教材研究所，北京100081）
摘要：普及信息技术教育，是我国国家战略和教育发展改革的重要组成部分，扎根于课堂教学是有效落实的根本。《CSTAK-12计算机科学课程标准（2017年
修订版）》基于全纳教育的教育理念、计算机科学的学科本质、面向未来的教育需
求和实践可操作的教学标准进行研制和表达，其学科概念结构化体系、普及计算机
科学教育、将计算思维作为思维方式和教学目标融于多学科教学中、系统进阶的结
构化表述与呈现方式等方面的设计，对我国信息技术学科课程建设、课程标准内容
的设计、面向每个学生的课堂教学的推进，提供了有益的参考和借鉴。
关键词：课堂教学；信息技术教育；美国K-12计算机科学课程标准
中图分类号：633・6（712）文献标志码：A文章编号:1000-0186（2021）04-0138-06
2017年对于我国基础教育阶段的信息技术学科发展具有重大的标志性意义。国务院印发了
《新一代人工智能发展规划》，提出“应逐步开展全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程、逐步推广编程教育……”教育部正式公布了《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》明确了以信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任这四个信息技术学科素养为核心的教学实施系列要求，并着重对大数据、人工智能等知识体系的教育作出了明确的规定。2019年，经国家教材委员会专家委员会审核通过了五套以课程标准为依据编写的普通高中信息技术教科书；同时，本着校企合作、校本创新的理念，很多机构纷纷推出类似的书籍，为人工智能（AI）走入咼中课堂教学在机制和内容上进行了探索。信息技术课程进入实质性发展阶段，系统化、科学化、可操作性的课程标准是其重要依归。
一、研究背景：中美课程标准的发展演变
（一）我国信息技术课程标准的发展脉络
2017年、2018年，人工智能两次被写入政府工作报告。可见，对于信息技术教育的重要性和紧迫性，在国家战略规划层面一直拥有着充分的认知。但是在落实到课程教材和课堂教学的具体实践过程中却充满挑战。
基金项目：全国教育科学规划国家青年课题“STEM教育创新与实践：中小学机器人课程建设的研究”（CEA180262）
作者简介：王学男，中国教育科学研究院教育发展与改革研究所助理研究员，博士，主要从事教育政策、科学教育、民族教育研究；林众，人民教育出版社信息技术编辑室主任，编审，主要从事中小学信息技术课程和教材研究。
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信息技术学科课程标准的修订随着我国课程改革的推进而不断更新。2000年，教育部印发
了《关于在中小学普及信息技术教育的通知》和《中小学信息技术课程指导纲要（试行）》，提出分阶段、分区域将信息技术课程列入中小学生的必修课程。2001年开始的以推进素质教育为核心的“新课改”（第八次课程改革），在课程体系上实现了重大的创新，以三维教学目标，国家、地方、学校的三级
课程管理体系和“一纲多本”为主要特征。在同年印发的《义务教育课程设置实验方案》中，将信息技术纳入综合实践活动中开展教学。尽管在2003年印发的《普通高中课程方案（实验）》中，明确了将信息技术纳入技术课程独立开设的要求，并同期印发《普通高中技术课程标准（实验稿）》，在知识与技能维度上强调“信息技术课程教材目前要以计算机和网络技术为主，让学生了解和掌握信息技术的基本知识和技能”1，但随着社会经济和信息技术的快速发展，该课程标准在实施过程中也出现了"高中与初中内容重复率高，缺少合理衔接""必修模块的内容范围广、要求浅、课时过少”等问题22014年，教育部印发《教育部关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》，标志着基础教育课程改革进入深化阶段，并对原有的课程体系进行某种程度的纠偏与修正。在课程目标上，从“三维目标”深化到“核心素养”，围绕“学科核心素养”修订基础教育课程标准。⑷《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》，更加关注学科育人和核心素养，并考虑高中学生多样化的学习需求及高考要求，在保证共同基础的前提下，适当增加了课程的选择性，为不同发展方向的学生提供有选择的课程，力求实现因材施教。
目前，我国学者和教育教学工作者对于信息技术课程标准的认识和重视不断增强。自《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》研制之初，就有研究者认为这一版仍处于在实践中探索检验的阶段，通过新旧版本的比较分析，旨在转变“狭义工具论”指导下的技术操作训练和利用技术解决问题成为教育的全部的现状，囚思考如何将计算思维融入学科教学和学科素养中。鉴于义务教育阶段独立开设信息技术课程的呼声越来越高，认为现行的《中小学信息技术课程指导纲要（试行）》及《中小学综合实践活动课程指导纲要》中的教学理念，与当下强调的学科核心素养理念差异较大。
（二）美国计算机科学课程标准的修订背景
“2015年STEM教育法案”中修订了STEM教育的定义，强调包含计算机科学在内的科学、技术、工程、数学学科教育。2016年美国宣布“为了全体学生的计算机科学（Computer Science For All）”的计划，旨在使 美国年轻一代学生在数字经济时代掌握必要的计算机科学技能。囚此计划除了明确增加财政支持，更着重探索在现有K-12和高中后课程中增加或扩大重点关注计算机科学的管理措施。7 2011年，美国计算机科学教师协会（CSTA）和计算机协会在全美中小学计算机教育调研的基础上研制了《CSTA K—12计算机科学标准》，建议以“核心课程”的方式在中小学开设计算机科学教育，从计算思维、合作、计算实践与编程、计算机和交流设备及社区、全球化和伦理影响五个方面制定覆盖小学（K—6）、初中（7—9）、高中（10—12）三个不同水平阶段的中小学生需要达到的计算机科学学习标准。囚在此基础上，出台了纲领性的《K—12计算机科学框架》（以下简称《框架》）
美国的计算机科学教育与我国的信息技术教育面临着共性问题。第一，社会发展使大多数家长希望学校提供计算机科学课程，大多数美国人相信计算机科学和数学、阅读、写作一样重要，在未来的职业生涯中会广泛使用。第二，美国现有的学习计算机科学的机会和质量均不高，许多学生不得不等到高中才学习计算机科学。第三，由于课程不够多样化，仅有不到一半的学校教授有意义的计算机科学课程，巨大的教育机会上的差距往往会使传统上弱势体的学生边缘化并反映在其就业上。第四，国家和地方教育行政部门、学校、教师和家长对计算机科学的理解不统一，无法开展有效的教学。因此，CSTA于2016
年、2017年又分别修订并发布了《CSTA K—12计算机科学标准（2017年修订版）》（以下简称《标准》），为美国各州、各地区的学校制定本地化课程大纲提供指导和依据。•
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二、
《标准
》的结构、内容与特征
《标准》与《框架》的理念一脉相承，是对 《框架》的具体化和可操作的落实，是衔接国家 发展战略与学校课程教学的内容支撑，是贯通计
算机科学的学科专业与面向全体学生可教可学的
学习引领
。《标准》基于全纳教育的教育理念、 计算机科学的学科本质、面向未来的教育需求和 实践可操作的教学标准进行研制和表述，在下述 五方面体现得尤为突出。
（一）通过学科概念的结构化体系来设计课
程标准内容
基于计算机科学的学科特点，
兼具很强的理
论性和实践性，
因而体现在《标准
》中是通过核
心概念与核心实践共同构成的概念体系，来体现
计算机科学的学科本质和教学所需达到的目标要
求（
见图1
）
。在“核心概念”部分还涉及“子
概念”和“跨学科概念”，这是对计算机科学的
学科体系向内部细化和向外部延伸的系统化思
考，既体现了课程的学科素养要求，
又体现出课
程发展的跨领域融合趋势。
通过这一框架结构将
概念和实践有效地联通，将跨数学、语文、科 学、社会等多个学科的理解联系起来，用于解决 现实世界的真实问题。
核心概念
A.计算机系统
B.网络和互联网
C.数据与分析
D.算法与编程
E.计算机的影响
设备
硬件和软件 故障排除
网络通信与组织 信息安全
收集 存储
可视化与转化 推理与模型
发 化开
法量制块序 算变控模程文化
社会交往
安全、法律和道德
厂跨学科概念
— 核心实践
1.培养包 容的计算 机文化
2.围绕计算 机开展合作
3.确认并定
义计算（性） 的问题
4.发展和 利用抽象
5.创造计 算（性） 的产晶
6.测试并 改善计算 （性）的产晶
7.关于计
算机的交 流与沟通
I.抽象 n .人机交互 川.系统关系 IV .通信和协调 V.隐私与安全
图1《标准
》的框架体系
（二）通过计算机科学教育的全纳普及促进 有教无类的实现
计算机科学，作为一门真正要深入到中小学
学校教育中的科学，作为未来信息社会的基本技
能和工具媒介，被赋予了促进公平的更多责任和
功能。《标准》在教育理念上，明确强调包容性、 多元性和公平性，并在具体条目、课程建议、教 师资源和课例中均有意识地给予重点呈现。计算 机科学教育的教育理念和教学目标是基于人口的 多样性、未来工作的复杂性和教学实施的可行性
而制定的，通过扩大计算机科学的参与，来实现
教育的全纳性和公平性
，即我国传统教育理念的
“有教无类
”。
一方面，《标准》致力于教育起点的机会公 平，通过将K —12作为计算机科学教育的对象 （从幼儿园的5岁到高中三年级），注重学龄前的 计算机科学启蒙教育。计算思维的养成不是在高 中阶段或者大学阶段自然形成或一蹴而就的，而 是从小培养、不断提升的连续过程。计算机科学 教育可以和幼儿教学活动有效融合，与游戏结合
在“玩中学”，在发展幼儿社会情感的同时培养 逻辑思维等。此外，计算机科学的教育普及要面• 140
•
向全体学生，力保每个学生都可以学、能学会。基于公平正义的差异补偿原则，应特别或优先关注对弱势体有意识的倾斜和包容。并例举对特殊教育儿童、少数民族女童的教学，可以通过实物化游戏、图形化编程等渐进展开，尽量降低身体和语言的影响。另一方面，力求教育过程的质量公平，在《标准》中对教学内容和教学目标的标准化阐释。不但将计算机科学作为一种知识和应用工具进行教学，而且注重培养计算思维，将计算机科学作为学习和表达各种学科和兴趣的工具，使每个学生不仅是计算机技术的消费者，也能成为使用者和创造者来解决问题。
（三）以算法和编程为核心注重计算机科学知识体系的结构清晰
《标准》将K-12阶段计算机科学学习分为Levell—3共3个等级，Level1根据年级分为Level1A、Level1B，Level3根据难度分为Level3A、Level3B O这3个等级与5个年龄段、年级段相互对应（见表1）o Level3A及之前的等级是面向所有学生的，Level3B是针对对计算机科学有进一步兴趣的学生的。
表1《标准》核心概念分布
年级（等级）
核心概念
计算机
系统
网络及
互联网
数据与
分析
算法与
编程
计算机
的影响
K—2(1A)31383 3—5(1B)322104 6—8(2)333104 9—12(3A)354117 11—12(3B)223174核心概念和核心实践是根据学生的认知和计算机科学的学科体系，在每个等级中系统设置、
循序渐进。首先，“算法与编程”所占比重最大，除去3B之外占42.39%，是计算机科学的重点内容。对核心概念与核心实践交叉重叠的知识点进行统计发现，在“算法与编程”和“创造计算（性）的产品”交叉形成的数量最多，重点突出。同时，对概念与实践的有机联通进行体系化的设计，提供了很好的示范。其次，随着年级的升高，算法与编程的比重也逐步增加；对同一个子概念有不同难度的标准要求，可以明显区分出教学的重点和差异度。在横向维度上，可以总览全局结构和重点内容，在纵向维度上，可以区分教学梯度和难度。
（四）将计算思维作为思维方式和教学目标融于多学科教学
《标准》对计算思维进行了操作性定义，将其分为九个子技能：数据收集、数据分析、数据呈现、问题分解、抽象、算法和程序、自动化、仿真和并行，并对计算机科学的课程实施提供了“信息技术本位”和“STEM（或STEAM）理念下的学科融合”两类思路。其中，问题分解是指将任务分解成较小的、可以控制的部分；抽象是指降低复杂性来定义观点；自动化是指让电脑或机器做重复或乏味的任务；仿真是指一个过程的陈述和模拟，包括运用模型来模拟和运行实验；并行是指组织资源同时进行几个任务来达成目标。通过《标准》的具体说明，不断延展教师关于计算思维的教学思路，避免教师在教学过程中，特别是在低年龄段对“计算思维”理解和教学的窄化或单纯编程化。
对于计算思维的理解和教学，更多体现为高阶思维能力的培养，并由这种能力迁移到其他学科领域、生活世界中真实复杂问题的解决能力。计算思维的教学，可以通过编程来实现，也可以通过生活中的事件（如数糖果等）、历史社会（比较罗马帝国的崛起等）来体现。在此基础上，教师才能不断提高教学的难度和信息技术的本位，通过解析问题、优化流程、控制结构、调整变量、程序开发、调用数据库、测试优化等，进行以编程为核心的计算机科学教学。12年义务教育
三、对我国课程标准修订及教学发展的启示
（一）优化内容结构重点突出，注重纵向连续横向联通
一门成熟的课程应该能为不同需求的学生提供适合的课程内容，应该采用具有一定的空间和弹性课程结
构，在教材内容的编排上要能唤起学生对信息技术的探求渴望和对信息文化的纵深体验目前《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》中的一级维度框架已相对完备，以此为
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参照，
进一步优化基础教育阶段课程标准的内容
结构才是推动课堂教学有效变革的实质。国家课 程标准的首要原则是面向全体学生可教可学，既 需要有底线思维又要有可延展性。
因此，
建议在
阶段划分上，
不针对每个年级进行内容设置，
而 是按照学生思维发展水平的阶段性和学科内容体
系，给予不同区域、
不同师生一定的空间和弹
性，将义务教育阶段划分为3〜4个教学段，以 核心知识点为纲，以掌握程度为因地制宜的选择 性教学空间。布鲁纳提出：“任何学科的任何知 识，都可以用某种形式教给任何阶段的任何儿 童。”作为结构主义课程论的代表，他提出要重
视学生认知结构的发展和学科的知识结构发展之 间的相适性。因此，我们要注重从小学到高中的
信息技术课程标准学科知识的系统性和连贯性, 能够与现行的《普通高中信息技术课程标准
（2017年版
）》连接，又能与其他跨学科概念横
向联通，体现出稳定的核心知识和不稳定的非核 心知识的结构分布，帮助师生理解学科的重点与 本质。同时，信息技术的学科定位也正在转变, 不再只是少部分学生的“特长”，而是面向所有 学生，扎根于日常课堂教学中的基本素养和必修 学科”（二）转变义务教育阶段对信息技术学科的 工具性认知，注重高阶思维的培养对比中美课程标准发现，在义务教育阶段美 国重视逻辑训练，力推编程内容，中国重
视工具 应用，培训操作技能。转变对信息技术作为软件 操作的工具性认知，强调一体化建构学科知识体 系，在义务教育阶段独立开设信息技术课程，是 《标准》的重要启示。另外，要在核心素养和学 科融合的理念下，从课程整合的角度切入，特别 是在小学低年级不涉及核心科学的课堂教学时, 将信息技术的基础技能作为必学必备的能力，与 语文、道德与法治、艺术等其他学科有机整合, 以有效激发学生兴趣并系统培养高阶思维。当 然，这对任课教师的信息素养提出了更多挑战。《普通高中信息技术课程标准（2017年 版）》的颁布，已经释放出在课程、教材和教学
上转型的信号，其四大领域在本质上与《标准》 的框架维度是一致相通的；同时，通过必修、选 择性必修和选修三种类型的课程设置，在教学目
标、教学重点与难点的要求上又有不同程度的提 高，
体现出我国普通高中信息技术课程标准的国
际视野与本土回应
。
（三）兼顾区域差异，注重全纳性信息技术
教育和公平包容的计算机文化
计算机科学是当今和未来社会促进经济发展
和实现社会流动的一项基本的必要能力，
要缩小
信息素养的差距，
课堂教学是决定课程改革成败 和促进教育公平的“最后一公里”。“全纳性”
本 身就是教育公平在教学对象的范围维度上的体 现，“包容
”则是对多样化、差异性的教学内容
和程度维度的体现。因此越是在欠发达地区、高
寒高海拔地区、少数民族地区等，越应落实信息
技术课程的开设和差异化的教学。在开设时间上 建议与全国统一，从一年级开始落实起点公平。
一是学生经过2
〜3年的学前教育已经具备了一
定语言基础；
二是逻辑思维的培养需要从小开
始、循序渐进。在开设内容和结构上，建议注重 差异化和个性化，基于本地的知识经验起点和教 学环境，根据不同年龄阶段的心理与认知发展特 征、课程实施的形式、课时安排、教师配置等条 件， 制定相应的教学内容和教学难度。注重教育 目标和学科知识的系统性和连续性，小学低年级
阶段，以培养兴趣和科学精神为主,：10]小学中高 年级段，逐渐增加对于逻辑思维、信息意识的养
成，初中和高中阶段不断深入编程等计算机科学 的主体内容等。借鉴《框架》中提出的面向低年 级学生、初学者和少数民族学生使用多种方法让 他们感觉编程更容易接受，图形化编程、游戏化 学习可以减少语法错误或语言文字带来的障碍, 他们可以更有趣味地学习变量、循环、条件语 句、函数等。同时，这一过程也是贫困欠发达地 区中小学教师迅速学习和职后培训的契机，通过 将计算机科学融入课堂教学，从而推进学校管 理、教师观念和师生信息素养的转变。随着我国 网络环境的不断优化，信息技术教育及其课程资 源也将成为充实“三通两平台”和在线教育的重
要支点。参考文献：口]教育部关于在中小学普及信息技术教育的通知
[EB/OL ], http ： //old moe. gov. cn/publicfiles/・142・
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