Вычислительное мышление в контексте высшего образования: аналитический обзор

Введение. Вычислительное мышление – одна из тех категорий, которыми в настоящее время оценивается качество подготовленности людей к жизни, учебной и професси­ональной деятельности в современном мире, насыщенном информационными технологиями и цифровыми инструментами. Многие вопросы, связанные с тематикой вычислительного мышления применительно к студентам вузов, остаются пока недостаточно изученными, существенно слабее, чем применительно к общему образованию.

Целью статьи является как обсуждение сущности понятия «вычислительное мышление», так и главным образом состава его структурных элементов, способов их формирования и оценивания на уровне высшего образования. Дополнительная цель – сопоставить требования к имеющим сходства и различия вычислительному мышлению и цифровым компетенциям студентов вузов.

Методология, методы и методики. Исследование носит обзорный характер и имеет теоретический и прикладной аспекты. За исключением нескольких принципиально важных работ общего характера, в которых раскрывается само понятие «вычислительное мышление», проанализированы в основном обзорные публикации не старше пяти лет с целью выявить и систематизировать современные решения, относящиеся к цели работы.

Результаты и научная новизна. Анализ базовых понятий, связанных с вычислительным мышлением, показал, что на уровне определений, в силу их определенной абстрактности, вычислительное мышление студентов вузов не обладает особой спецификой перед вычислительным мышлением школьников. Такая специфика проявляется на уровне перечня когнитивных и некогнитивных навыков, ассоциируемых с вычислительным мышлением, требований к уровню их сформированности и способов оценивания. В вычислительном мышлении когнитивные навыки – это абстрагирование, декомпозиция, распознавание закономерностей, алгоритмизация, визуализация, логическое мышление, способность к коммуницированию, представлению, структури­рованию и анализу данных и некоторые другие. Среди некогнитивных навыков выделяют веру в себя, коммуникабельность, гибкость и другие.

Среди методов оценивания сформированности вычислительного мышления студентов фи­гурируют результаты решения задач в средах блочного программирования, таких как Scrath; тесты на знания/навыки, самооценочные шкалы/опросы; тесты на знание основ вычислительного мышления, интервью и наблюдения; собеседования, оценки за задания/курсы, опросы/анкеты, решение проблем, внешних по отношению к классу; использование специального программного окружения, использование критериев оценки вычислительного мышления и/или психометрических инструментов; оценки, основанные на решении роботизированных задач или оценивания артефактов, созданных в процессе игры, и другие.

Сопоставление вычислительного мышления с цифровыми компетенциями на уровне навыков приводит к выводу, что в вычислительном мышлении навыки представляют собой некоторый фиксированный набор метанавыков, необходимых студенту безотносительно к решению конкретных задач (например, навык абстрагирования), а в цифровых компетенциях они специфицируются по многочисленным видам и носят более конкретный характер.

Практическая значимость. Результаты работы могут быть использованы при проектирова­нии программ формирования вычислительного мышления и цифровых компетенций студентов вузов.

1. Wing J. M. Computational thinking // Communications of the ACM. 2006. Vol. 49, Issue 3. P. 33– 35. DOI: 10.1145/1118178.1118215

2. Hubwieser P., Giannakos M. N., Berges M., Brinda, T., Diethelm I., Magenheim J., Pal Y., Jackova J., Jasute E. A Global Snapshot of Computer Science Education in K-12 Schools // ITICSE-WGR ‘15: Pro­ceedings of the 2015 ITiCSE on Working Group Reports. 2015. P. 65–83. DOI: 10.1145/2858796.2858799

3. Босова Л. Л. Вычислительное мышление как стратегическая цель общего образования в области информатики и информационных технологий // Актуальные проблемы методики обучения информатике и математике в современной школе: материалы международной научно- практической интернет-конференции. 2019. С. 10–17. URL: https://elibrary.ru/download/elibrary_41517554_63361642.pdf (дата обращения: 01.11.2023).

4. Хеннер Е. К. Вычислительное мышление // Образование и наука. 2016. № 2. С. 16–33. DOI: 10.17853/1994-5639-2016-2-18-33

5. Denning P. J., Tedre M. Computational Thinking: A Disciplinary Perspective // Informatics in Ed­ucation. 2021. Vol. 20, No. 1. P. 361–390. DOI: 10.15388/infedu.2021.21

6. Denning P. J., Tedre M. Computational Thinking. Cambridge, MA: The MIT Press, 2019. Se­ries: The MIT press essential knowledge series. 199 p. URL: http://repository.universitasbumigora.ac.id/2217/1795/2019%20Computational%20Thinking%20by%20Peter%20J.%20Denning%2C%20Matti%20Tedre.pdf (дата обращения: 01.11.2023).

7. Sondakh D. E. Review of Computational Thinking Assessment in Higher Education // 9th Inter­national Schoolar’s Conference Proceedings. Saraburi, Thailand: Asia-Pacific International University. 2022. P. 808–815. URL: https://repository.unai.edu/id/eprint/344/1/Full%20Paper%20Proceeding%209ISC%202022.pdf (дата обращения: 01.11.2023).

8. De Jong I., Jeuring J. Computational Thinking Interventions in Higher Education: A Scoping Lit­erature Review of Interventions Used to Teach Computational Thinking // 20th Koli Calling International Conference on Computing Education Research. 2020. Article number 35. DOI: 10.1145/3428029.3428055

9. Agbo F. J., Oyelere S.S., Simonen J., Adewumi S. A Systematic Review of Computational Thinking Approach for Programming Education in Higher Education Institutions // 19th Koli Calling International Conference on Computing Education Research. 2019. Article number 12. DOI: 10.1145/3364510.3364521

10. Castro L. M. C., Douglas K. A. Computational Thinking frameworks used in Computational Thinking assessment in higher education. A systematized literature review // 2021 ASEE Virtual Annual Conference. DOI: 10.18260/1-2--36824

11. Lyon J. A, Magana A. J. Computational thinking in higher education: A review of the literature // International journal engineering education. 2020. Vol. 36. P. 101–116. DOI: 10.1002/cae.22295

12. Zhang X., Specht M. A Review of Reviews on Computational Thinking Assessment in Higher Education // Conference CTE-STEM2022. The Netherlands. 2022. DOI: 10.34641/ctestem.2022.472

13. Lu Ch., Macdonald R., Odell B., Kokhan V., Epp C. D., Cutumisu M. A scoping review of compu­tational thinking assessments in higher education // Journal of Computing in Higher Education 2022. Vol. 34. P. 416–461. DOI: 10.1007/s12528-021-09305-y

14. Liu S., Peng Ch., Srivastava G. What influences computational thinking? A theoretical and em­pirical study based on the influence of learning engagement on computational thinking in higher edu­cation // Computer Applications in Engineering Education. 2023. Vol. 31, № 6. DOI: 10.1002/cae.22669

15. Klunnikova M. M., Bazhenova I. V., Pak N. I. Kirgizova E. V. Developing students computational thinking with a recursive polydisciplinary approach // Journal of Physics. Conference Series. 2020. DOI: 10.1088/1742-6596/1691/1/012190

16. Клунникова М. М. Методика развития вычислительного мышления студентов при изучении курса «Численные методы» на основе смешанного обучения // Информатика и образование. 2019. № 6. С. 34–41. DOI: 10.32517/0234-0453-2019-34-6-34-41

17. Baranov A. V. Forming Computational Thinking and Computer Modeling Project Activities in the Physics Course of the Technical University // ITM Web of Conferences. 2020. Vol. 35. DOI: 10.1051/itmconf/20203503002

18. Баранов А. В. Дидактический потенциал учебных физических задач в формировании вычислительного мышления студентов IT-направлений // Научно-педагогическое обозрение. 2019. № 1. С. 144–150. DOI: 10.23951/2307-6127-2019-1-144-150

19. Баранов А. В. Контекстное формирование вычислительного мышления в университетском курсе физики // Современное образование: качество образования и актуальные проблемы современной высшей школы: материалы международной научно-методической конференции. Томск. Изд-во ТУСУРа, 2019. С. 25–26. URL: https://nmk.tusur.ru/storage/125574/conference-2019.pdf (дата обращения: 01.11.2023).

20. Чигиринская Н. В., Григорьева О. Е., Бочкин А. М., Андреева М. И. Вычислительное мышление будущего инженера: понятийный аппарат и опыт формирования в техническом вузе // Современные наукоемкие технологии. 2023. № 2. С. 205–211. DOI: 10.17513/snt.39546

21. Бровка Н. В., Филимонов Д. В. О развитии вычислительного мышления при обучении студентов математике и программированию // Современные проблемы математики и математического образования: сборник научных статей Международной научной конференции: к 225-летию Герценовского университета. Санкт-Петербург, 2022. С. 47–51. URL: https://rep.herzen.spb.ru/file_viewer/351 (дата обращения: 01.11.2023).

22. Филимонов Д. В. О развитии вычислительного мышления и Agile-практиках в образовательном процессе учреждений высшего образования // Университетский педагогический журнал. 2022. Т. 2. С. 61–65. URL: https://elib.bsu.by/bitstream/123456789/293553/1/61-65.pdf (дата обращения: 01.11.2023).

23. Loureiro A. C., Meirinhos M., Osório A. J., Valente L. Computational Thinking in Teacher Dig­ital Competence Frameworks // Revista Prisma Social. 2022. Vol. 38, № 3. P. 77–93. URL: https://www.researchgate.net/publication/362343333_computationalthinkinginteacherdigitalcompetenceframeworks#fullTextFileContent (дата обращения: 01.11.2023).

24. Esteve-Mon F. M., Ángeles Llopis M., Adell-Segura J. Digital Competence and Computational Thinking of Student Teachers // International Journal of Emerging Technologies in Learning. 2020. Vol. 15, № 02. P. 29–41. DOI: 10.3991/ijet.v15i02.11588

25. Juskeviciene A., Dagiene V. Computational Thinking Relationship with Digital Competence // Informatics in Education. 2018. Vol. 17, № 2, 265–284. DOI: 10.15388/infedu.2018.14

26. Хеннер Е. К. Профессиональные знания и профессиональные компетенции в высшем образовании // Образование и наука. 2018. Т. 20, № 2. С. 9–31. DOI: 10.17853/1994-5639-2018-2-9-31

27. Универсальные компетентности и новая грамотность: от лозунгов к реальности / Под ред. М. С. Добряковой, И. Д. Фрумина [Электрон. ресурс] Москва: Высшая школа экономики, 2020. 468 с. URL: https://ioe.hse.ru/mirror/pubs/share/360763569.pdf (дата обращения: 01.11.2023)

28. Tzafilkou K., Perifanou M, Economides A.A. Development and validation of students’ digital competence scale // International Journal of Education Technology in Higher Education. 2022. Article number 30. DOI: 10.1186/s41239-022-00330-0