“人工智能+教育”时代,技术作为教育发展和学习系统革命的关键要素之一,创新和改变了教学过程,为教育系统带来了新的发展机遇。编程是人工智能(AI)、机器人和自动化技术发展的基础,是数字世界中创造新产品、解决问题和实现想法的一种方式,也被视为培养学生高阶思维和计算思维的重要依托,日益受到国家政府、学术界乃至产业界的关注和重视。学生在编程过程中的行为,实质上反映了其利用计算工具解决问题的认知水平,也映射出其计算思维的发展过程,挖掘三者间的隐含关系有助于通过优化编程任务设计来改善对学生计算思维的培养。探究编程的认知基础对于理解学生思维和改变教育实践是很重要的,通过分析编程行为中蕴含的认知水平,揭示学生在从事编码活动时所达到的认知目标,表征编程活动中认知目标与计算思维的隐含关系,为针对性地设计可视化编程任务、有效培养高阶思维和计算思维提供参考。本文的内容结构包括:第一章为绪论,表述了当今时代及学术背景下高阶思维与计算思维培养的重要性、可视化编程行为分析的必要性,梳理了国内外编程教育、计算思维相关文献的研究现状,进而交代了研究问题、研究目标、研究的理论意义与实践价值及研究方法与思路。第二章为相关概念及理论基础,厘清了可视化编程、计算思维等相关概念及特征,阐述了思维三元理论、认知表征理论及建构主义学习理论,以此为基础进行教学案例设计,并开展实证研究。第三章以认知目标分类和计算思维三维框架为基础,构建了基于Scratch的编程行为表征框架。第四章为认知水平与计算思维间隐含关系挖掘的教学案例实证研究。根据研究问题设计并实施了教学案例,设计了访谈提纲。第五章为编程行为表征的数据收集与结果分析。利用质性分析工具NVivo及统计工具Excel分析了屏幕录像数据及访谈数据,构建了基于编程行为表征的认知水平与计算思维关系模型,并进行了讨论和建议。第六章为结论与展望。对本文研究进行了总结,反思了研究局限性,对后续研究工作进行了展望。本文通过概念化、创建、测试、修改、交互等编程行为表征,挖掘了编程行为、认知水平与计算思维的隐含关系。结果表明,一方面,认知水平与编程行为之间存在密切关系,知道与理解是编程行为的基础性认知,应用与分析是编程行为的核心,评价推动学生对编程行为的反思,而创造可激发编程行为产生新的作品。另一方面,在编程活动中,学生认知水平与计算思维的发展彼此关联且相互促进,编程行为中的低阶认知目标的达成是形成计算观念的基础,编程实践引发的高阶思维认知需求可促进学生对计算思维的领悟。此外,计算概念与知道、理解、应用低阶认知目标层次有关联;编程行为最直接体现计算实践能力,且基本涵盖了认知目标的高低层次;计算观念与分析、评价、创造高阶认知目标具有内在一致性。因此,应当遵循认知水平与计算思维的发展规律,有针对性地将面向各类认知目标的编程任务嵌入到教学设计中,方可有效实现利用编程对学生计算思维的培养。