計算思維在兒童數(shù)字文化創(chuàng)作課程中的地位及培養(yǎng)

王繼華 吳向東

什么是計算思維

計算思維是美國華裔科學(xué)家周以真于2006年首次提出的。她將計算思維看做除讀、寫、算之外每個人都必須具備的另一種基本技能。她對計算思維的界定是：運用計算機科學(xué)的基本概念去求解問題、設(shè)計系統(tǒng)和理解人類的行為。計算思維強調(diào)問題求解的操作過程和機器實現(xiàn)，是一種人機共存的思維。計算思維是通過約簡、嵌入、轉(zhuǎn)化和仿真等方法，把看起來困難的問題重新闡釋成我們知道怎樣去解決的問題。

計算思維的提出引起了學(xué)界的廣泛共鳴，同時由于定義的寬泛也引起了一些爭論。為了便于在K-12中實施，國際教育技術(shù)協(xié)會(ISTE)和計算機科學(xué)教師協(xié)會(CSTA)于2011年通過給計算思維的各要素作描述的方式，下了一個操作性的定義，即計算思維是一個問題解決的過程，該過程包括以下特點：(1)制定問題，并能夠利用計算機和其他工具來幫助解決該問題；(2)要符合邏輯地組織和分析數(shù)據(jù)；(3)通過抽象，如模型、仿真等，再現(xiàn)數(shù)據(jù)；(4)通過算法思想(一系列有序的步驟)，支持自動化的解決方案；(5)識別、分析和實施可能的解決方案，找到最有效的方案，并且有效結(jié)合這些步驟和資源；(6)將該問題的求解過程進行推廣并移植到更廣泛的問題中。

容易與計算思維相混淆的概念有兩個，即算法思維和生活算法。算法思維是通過程序設(shè)計用計算機的算法去求解問題的思維方式。生活算法是國內(nèi)另一信息技術(shù)教育實踐者武健老師于2003年提出的概念，是運用類似計算機算法的策略來求解生活中的問題，也可以說是算法思維的外化。這兩個概念與計算思維的內(nèi)涵有一定的相通之處，但相比之下，都顯得狹隘和單薄。當(dāng)然，也可以將它們作為計算思維的一部分來對待。

計算思維與數(shù)字文化

由計算思維的概念，我們可以認(rèn)為，計算思維是伴隨計算機的出現(xiàn)而產(chǎn)生的一種浸潤著信息技術(shù)文化的特有思維方式?！罢缬∷⒊霭娲龠M了3R(閱讀、寫作和算術(shù))的普及，計算和計算機也以類似的正反饋促進了計算思維的傳播”。

按照兒童數(shù)字文化創(chuàng)作課程的目標(biāo)體系，計算思維貫穿在三個層級的目標(biāo)之中，既包含用以解決問題的“操作方法”與“技術(shù)規(guī)則”層面，也包含思考和改變解決問題方式的“數(shù)字文化”層面。藝術(shù)創(chuàng)作的“大規(guī)模業(yè)余化”，借由網(wǎng)絡(luò)協(xié)作平臺協(xié)作共創(chuàng)的普及，程序設(shè)計的可視化與自然語言界面，人、機、網(wǎng)、物之間的互聯(lián)，這一切的改變都需要人們用全新的計算思維去思考如何解決問題。

需要再次強調(diào)的是，計算思維不僅存在于“程序與控制”中，不能把它簡單等同于程序設(shè)計中的算法。比如數(shù)字藝術(shù)，如果只是一味地強調(diào)模仿現(xiàn)有的繪畫工具在繪圖板上作畫，那么，繪畫軟件中許多新工具的特效就發(fā)揮不出來，這樣在電腦上作畫的畫家是不具備計算思維的。計算思維就是要借助計算機的能力達(dá)到前所未有的極限。

我們對數(shù)字文化的界定是：以現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)的廣泛應(yīng)用為基礎(chǔ)，以數(shù)字化產(chǎn)品和知識產(chǎn)業(yè)為支柱，以數(shù)字化產(chǎn)品和知識的生產(chǎn)、分配、傳播、交流、使用作為人們普遍的活動內(nèi)容，通過這一活動過程，引起人類生存方式全面變革而形成的數(shù)字化時代的文化形態(tài)。所以，計算思維可以看做數(shù)字文化的一個重要部分，它滲透在數(shù)字文化的方方面面，影響著我們發(fā)現(xiàn)、思考和解決問題的方式與習(xí)慣。

我們的實踐

2010年下半年開始，我們開展了Scratch的教學(xué)實驗，將“程序與控制”和“數(shù)字藝術(shù)”兩部分融合，讓學(xué)生在創(chuàng)作小故事與小游戲的過程中學(xué)習(xí)計算思維。如果按照ISTE的定義，我們主要從“通過算法思想，支持自動化的解決方案”和“將該問題的求解過程進行推廣并移植到更廣泛的問題中”兩方面去做嘗試。下面的案例滲透了計算思維的培養(yǎng)方法。

1提出創(chuàng)作主題

師：同學(xué)們，通過一段時間的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)對Scratch軟件有了一定的掌握。今天，我們將動手來做一個“躲避游戲”，體驗它的神奇之處。有誰愿意上來玩玩這個游戲?看看你能在游戲中堅持多久。

2范例研習(xí)

教師打開范例并提問：這個例子中有幾個角色?各個角色都有哪些動作?會涉及哪些語句?教師將例子中重復(fù)的角色刪除，讓學(xué)生瀏覽所需要用的腳本(圖1)和角色(小球、精靈和幽靈)，并通過對3個角色的分析(表1和表2)，弄清游戲的設(shè)計思路，即游戲的建模方法和其中的算法思想。為了便于清晰地分析腳本，每一個腳本功能塊都分開來撰寫。

3模仿設(shè)計

結(jié)合范例進行模仿設(shè)計的活動，既可小組合作，也可單獨設(shè)計制作。教師把范例投放在大屏幕上，學(xué)生開始模仿制作。通過模仿和實驗，學(xué)生感悟游戲建模的方法和其中的算法思想。

4自由創(chuàng)作

這一階段可以讓學(xué)生嘗試各種變化，比如改變各個角色的造型、動畫效果、背景圖，增加角色的數(shù)量及其運動方式、并賦予角色各不相同的行為，甚至設(shè)置變量，增加游戲的難度等，以設(shè)計出全新的“躲避游戲”。這一環(huán)節(jié)體現(xiàn)的是“將該問題的求解過程進行推廣并移植到更廣泛的問題中”的計算思維的培養(yǎng)目標(biāo)。

在自由創(chuàng)作的過程中，學(xué)生可以采取邊嘗試邊修改的辦法進行構(gòu)思、設(shè)計、制作，并可以下位觀摩其他組的設(shè)計，以相互啟發(fā)。圖2是通過“照相”功能，直接用攝像頭拍攝照片，然后在“編輯”中擦去除腦袋之外的多余部分，最終得到的真人版“躲避游戲”。

5分享交流

本階段要讓學(xué)生分享躲避類小游戲的模型建構(gòu)和算法設(shè)計等方面的知識。以學(xué)生展示分享為主，教師根據(jù)課堂中普遍存在的問題做提示和補充，一方面鞏固所學(xué)，另一方而使學(xué)生看到自己作品的優(yōu)缺點，以改進或思考新的游戲設(shè)計。

計算思維與兒童數(shù)字文化創(chuàng)作課程的目標(biāo)、內(nèi)容和教學(xué)_方法是水乳交融的。我們目前對Scratch教學(xué)的實踐，所涉及的只是計算思維諸多特征中的某些部分。要想全而反映計算思維解決問題的思想與方法，僅靠一個軟件或者僅靠信息技術(shù)這一門課程，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。這也意味著，計算思維的培養(yǎng)與信息素養(yǎng)一樣，不僅是信息技術(shù)課程的主要目標(biāo)和內(nèi)容，也是其他課程的主要目標(biāo)和內(nèi)容。

(作者單位：華南師范大學(xué)附屬小學(xué))