近日，美國白宮網站發布由計算素養跨機構工作組（IWGCL）編寫的《通過STEM教育培養計算素養:聯邦機構和利益相關者指南》報告，總結了在STEM教育中培養計算素養（Computational Literacy）的最佳做法，包括在線學習、多樣性、公平、包容和可及性方面的實踐例子，將計算素養成功融入STEM教育的例子，以及通過新興技術實現計算素養的例子。同時就解決計算素養培養面臨的障礙提出了建議。

該文件認為，培養計算素養對于促進美國創新和競爭力，以及建立一支能夠加強國家安全、促進經濟繁榮和提高生活質量的勞動力隊伍是必要的。目前美國各行業超過90%的工作至少需要一些數字技能，需要具備計算素養才能獲得好的工作和擁有穩定的職業生涯。

一、什么是計算素養

計算素養跨機構工作組（IWGCL）綜合多方觀點，提出了計算素養的一個通用定義：

計算素養是指使用信息、信息處理代理、數字資產、網絡組件、應用程序和系統的能力，這些能力結合在一起，使人和組織能夠在數字世界中進行交互，并單獨或與團隊一起解決問題;從個人和專業背景下的數字信息中得出有意義和合理的結論;安全，合乎道德地使用網絡(有線和無線)和數據;并了解計算、數據和連接如何影響社會?；窘M成部分還確定社會和文化背景，包括社會如何參與技術的使用以及如何確保這種使用有利于社會。

計算素養幫助個人：

（A）合乎道德、安全、高效地使用信息處理代理、數字工具和數字平臺來教授、學習和解決問題，包括敏感信息問題；

（B）解決問題(例如，將問題分解為可管理的部分;啟發式推理;算法思想;計算思維)。

（C）遞歸地思考；

（D）駕馭多層次抽象；

（E）識別模式；

（F）收集、分析、管理、可視化和交流數據;

（G）將領域知識轉化為數學和視覺模型；

（H）了解計算技術的社會、技術和文化動態，包括公平性、包容性和可及性；

（I）批判性地評估信息、數據和技術。

二、為什么將計算素養融入STEM教育

報告指出，在全球經濟中，技術的快速發展和應用要求當前和未來的學習者需要具備計算素養。使用基本的數字工具和具備基本的數字素養技能已經不夠了。跨多個部門的勞動力職業越來越需要更高階的數字技能和計算素養所特有的思維處理能力。

K-12課堂提供了一個開始培養這種素養的理想機會，但個人將在他們的教育和工作旅程中繼續獲得這種素養。STEM教育工作者現在面臨著巨大的挑戰，他們需要精通計算素養，并且需要有效地實施越來越多的新工具、應用程序和課程，以在STEM學習中培養計算素養。

報告指出，雖然將技術融入課堂的概念并不新鮮，早在20世紀90年代初就有研究開始為教師在所有年級采用計算機輔助教學制定指導方針。近年來，將技術融入課堂的一種方法是編程，這種方法在過去十年中在K-12年級得到了大量實施，導致了一些中學課程中加入編程的運動。

然而，在不以編程為中心的STEM課程或一般的計算機科學課程中嵌入計算素養是有利的，對于那些可能無法獲得特定計算機科學機會的人來說，這可能被認為是一種公平的策略，可以克服時間和可訪問性限制。

為了通過更高階的計算素養來增強現有的STEM教學法和課程，出現了一些新興的課程主題，包括建模和模擬、數據科學、計算問題解決和系統思維。這些方法強調現實世界的適用性，可以幫助教師和學生認識到計算素養的價值。

從STEM教育的角度來看，報告指出，STEM將科學和數學作為技術和工程的兩端?？茖W和數學對于宇宙的基本理解至關重要，而工程和技術是人類與宇宙互動的手段。STEM不僅僅是學生可以從教科書或所攻讀的學位中學到的課程、學科或知識。

STEM包含了一種學習方式，并為學生提供了一種探索周圍世界的方式。其中：

S代表科學，關注學生如何了解自然世界；

T代表技術，指的是工具和機器，包括計算機和數字資產，用于解決現實世界的問題；

E代表工程，研究事物是如何設計的；

M代表數學，即對數字、數量和空間的研究。

STEM方法將使學生做好準備，解決他們在全球社會中遇到的跨學科問題，無論他們選擇的專業或選擇的職業道路如何。STEM教育也將使各個年齡段的學生成為批判性和創造性的思考著、創新者、問題解決者、合作者和強大的溝通者。

盡管對STEM教育的關注帶來了好處，但教育系統正面臨失去創新協作方法的危險。隨著時間的推移，STEM的跨學科性質已經消失。相反，科學、技術、工程和數學被視為獨立的、通常是孤立的學科。

計算機科學、網絡安全、數據科學和量子科學只是加入這四個關鍵領域的幾個學科，對維持美國的世界經濟地位至關重要。然而，在所有這些學科中都有共同的組成部分:計算素養。

計算素養是這些學科融合的關鍵。

三、將計算素養融入STEM教育需要考慮什么

報告結合前期的調查，指出將計算素養融入STEM教育中需要考慮四個關鍵概念主題：

一是基本數字技能。具體而言，應從最年輕的學習者開始，通過創造更多接觸的機會(例如編程/網絡日、競賽、課外活動、學生俱樂部)，提高數字素養技能(例如，打字、網絡安全、編碼)；為殘障學生開發無障礙工具，讓他們參與計算素養活動(例如，數據可視化、數據分析和編程)，這對視障學生和STEM工作人員尤其需要。

二是教師專業發展。具體而言，增加計算素養專業發展計劃，為教育工作者提供培訓；將認知概念(例如，分解、抽象、模式識別和算法思維)納入計算素養學習目標；創造機會應用有關的實踐和技術，支持教學計算素養作為核心競爭力；聘請內容創建者為課程支持生成有意義的集成資源。

三是倫理。具體而言，確保將道德地使用納入計算素養學習目標；開發從小學到研究生的網絡安全教育材料和網絡行為的最佳實踐。

四是社區外展。具體而言，通過學校和社區組織開展更多的實踐活動，讓參與者了解計算素養概念的范圍；開展有關計算素養和技術應用的活動，以實現更安全、更可靠、更高效的世界；提高對計算素養的自我效能感和職業意識（例如，通過與相關領域的行業和專業人士合作），使參與者將自己視為未來的全球技術領導者和創新者。

四、如何將計算素養融入STEM教育

報告最后提出了在STEM教育中培養計算素養的政策建議，包括：

使用計算素養的通用定義來幫助解釋構成要素的復雜性，加強機構一致和清晰溝通的能力，創造一個能夠積極參與全球數字經濟的社會，并為日益需要更廣泛和更先進的數字和認知技能的勞動力做好準備。

增加教育工作者的專業發展計劃，將適用于其特定主題和年級水平的計算素養要素整合進去；

確定接入障礙并制定戰略，以增加所有地點的寬帶服務，無論人口密度如何，從小城鎮到城市社區，以及所有種族、教育程度和收入的人口群體；

提倡使用工具和應用程序，展示所有人都可以訪問的計算素養組件；

提高計算素養，作為通往STEM學術和職業選擇的多種途徑的一種手段，從而為美國人帶來高需求和高收入工作；

鼓勵部落、州、地方教育機構、高等教育機構和培訓機構在專業發展項目中、在使用行業認證和學術證書時、在為其員工選擇相關培訓機會時使用一致的語言，并開發包含計算素養內容和教學的培訓機會；

支持強調計算素養構成部分及建設計算素養社會需求的活動；

讓社區組織、家長協會、輔導員和其他支持學生選課決定和職業意識的利益相關者參與強調計算素養重要性的外展活動；

促進包括跨學科和STEM教育融合的計算素養內容的開發。

資料來源：

NSTC. Building Computational Literacy Through STEM Education: A Guide for Federal Agencies and Stakeholders, 27/11/2023，https://www.whitehouse.gov/wp-content/uploads/2023/11/Building-Computational-Literacy-Through-STEM-Ed-Guide-for-Federal-Agencies-FINAL-PUBLIC.pdf

（由于編者水平有限，編譯內容僅供參考，請以原文為主，點擊左下角“閱讀原文”可從官網下載該報告）