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

什么是計(jì)算思維

計(jì)算思維是美國(guó)華裔科學(xué)家周以真于2006年首次提出的。她將計(jì)算思維看做除讀、寫(xiě)、算之外每個(gè)人都必須具備的另一種基本技能。她對(duì)計(jì)算思維的界定是：運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基本概念去求解問(wèn)題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類(lèi)的行為。計(jì)算思維強(qiáng)調(diào)問(wèn)題求解的操作過(guò)程和機(jī)器實(shí)現(xiàn)，是一種人機(jī)共存的思維。計(jì)算思維是通過(guò)約簡(jiǎn)、嵌入、轉(zhuǎn)化和仿真等方法，把看起來(lái)困難的問(wèn)題重新闡釋成我們知道怎樣去解決的問(wèn)題。

計(jì)算思維的提出引起了學(xué)界的廣泛共鳴，同時(shí)由于定義的寬泛也引起了一些爭(zhēng)論。為了便于在K-12中實(shí)施，國(guó)際教育技術(shù)協(xié)會(huì)(ISTE)和計(jì)算機(jī)科學(xué)教師協(xié)會(huì)(CSTA)于2011年通過(guò)給計(jì)算思維的各要素作描述的方式，下了一個(gè)操作性的定義，即計(jì)算思維是一個(gè)問(wèn)題解決的過(guò)程，該過(guò)程包括以下特點(diǎn)：(1)制定問(wèn)題，并能夠利用計(jì)算機(jī)和其他工具來(lái)幫助解決該問(wèn)題；(2)要符合邏輯地組織和分析數(shù)據(jù)；(3)通過(guò)抽象，如模型、仿真等，再現(xiàn)數(shù)據(jù)；(4)通過(guò)算法思想(一系列有序的步驟)，支持自動(dòng)化的解決方案；(5)識(shí)別、分析和實(shí)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(wèn)題的求解過(guò)程進(jìn)行推廣并移植到更廣泛的問(wèn)題中。

容易與計(jì)算思維相混淆的概念有兩個(gè)，即算法思維和生活算法。算法思維是通過(guò)程序設(shè)計(jì)用計(jì)算機(jī)的算法去求解問(wèn)題的思維方式。生活算法是國(guó)內(nèi)另一信息技術(shù)教育實(shí)踐者武健老師于2003年提出的概念，是運(yùn)用類(lèi)似計(jì)算機(jī)算法的策略來(lái)求解生活中的問(wèn)題，也可以說(shuō)是算法思維的外化。這兩個(gè)概念與計(jì)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(jì)算思維的一部分來(lái)對(duì)待。

計(jì)算思維與數(shù)字文化

由計(jì)算思維的概念，我們可以認(rèn)為，計(jì)算思維是伴隨計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)而產(chǎn)生的一種浸潤(rùn)著信息技術(shù)文化的特有思維方式。“正如印刷出版促進(jìn)了3R(閱讀、寫(xiě)作和算術(shù))的普及，計(jì)算和計(jì)算機(jī)也以類(lèi)似的正反饋促進(jìn)了計(jì)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(jì)算思維貫穿在三個(gè)層級(jí)的目標(biāo)之中，既包含用以解決問(wèn)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(wèn)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(tái)協(xié)作共創(chuàng)的普及，程序設(shè)計(jì)的可視化與自然語(yǔ)言界面，人、機(jī)、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(jì)算思維去思考如何解決問(wèn)題。

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

我們對(duì)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(shí)產(chǎn)業(yè)為支柱，以數(shù)字化產(chǎn)品和知識(shí)的生產(chǎn)、分配、傳播、交流、使用作為人們普遍的活動(dòng)內(nèi)容，通過(guò)這一活動(dòng)過(guò)程，引起人類(lèi)生存方式全面變革而形成的數(shù)字化時(shí)代的文化形態(tài)。所以，計(jì)算思維可以看做數(shù)字文化的一個(gè)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(wèn)題的方式與習(xí)慣。

我們的實(shí)踐

2010年下半年開(kāi)始，我們開(kāi)展了Scratch的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，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(guò)程中學(xué)習(xí)計(jì)算思維。如果按照ISTE的定義，我們主要從“通過(guò)算法思想，支持自動(dòng)化的解決方案”和“將該問(wèn)題的求解過(guò)程進(jìn)行推廣并移植到更廣泛的問(wèn)題中”兩方面去做嘗試。下面的案例滲透了計(jì)算思維的培養(yǎng)方法。

1 提出創(chuàng)作主題

師：同學(xué)們，通過(guò)一段時(shí)間的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)對(duì)Scratch軟件有了一定的掌握。今天，我們將動(dòng)手來(lái)做一個(gè)“躲避游戲”，體驗(yàn)它的神奇之處。有誰(shuí)愿意上來(lái)玩玩這個(gè)游戲?看看你能在游戲中堅(jiān)持多久。

2 范例研習(xí)

教師打開(kāi)范例并提問(wèn)：這個(gè)例子中有幾個(gè)角色?各個(gè)角色都有哪些動(dòng)作?會(huì)涉及哪些語(yǔ)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(guò)對(duì)3個(gè)角色的分析(表1和表2)，弄清游戲的設(shè)計(jì)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(gè)腳本功能塊都分開(kāi)來(lái)撰寫(xiě)。

3 模仿設(shè)計(jì)

結(jié)合范例進(jìn)行模仿設(shè)計(jì)的活動(dòng)，既可小組合作，也可單獨(dú)設(shè)計(jì)制作。教師把范例投放在大屏幕上，學(xué)生開(kāi)始模仿制作。通過(guò)模仿和實(shí)驗(yàn)，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(gè)角色的造型、動(dòng)畫(huà)效果、背景圖，增加角色的數(shù)量及其運(yùn)動(dòng)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(jì)出全新的“躲避游戲”。這一環(huán)節(jié)體現(xiàn)的是“將該問(wèn)題的求解過(guò)程進(jìn)行推廣并移植到更廣泛的問(wèn)題中”的計(jì)算思維的培養(yǎng)目標(biāo)。

在自由創(chuàng)作的過(guò)程中，學(xué)生可以采取邊嘗試邊修改的辦法進(jìn)行構(gòu)思、設(shè)計(jì)、制作，并可以下位觀摩其他組的設(shè)計(jì)，以相互啟發(fā)。圖2是通過(guò)“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(lèi)小游戲的模型建構(gòu)和算法設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)。以學(xué)生展示分享為主，教師根據(jù)課堂中普遍存在的問(wèn)題做提示和補(bǔ)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(diǎn)，以改進(jìn)或思考新的游戲設(shè)計(jì)。

計(jì)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(duì)Scratch教學(xué)的實(shí)踐，所涉及的只是計(jì)算思維諸多特征中的某些部分。要想全而反映計(jì)算思維解決問(wèn)題的思想與方法，僅靠一個(gè)軟件或者僅靠信息技術(shù)這一門(mén)課程，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。這也意味著，計(jì)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))