信息技術(shù)課程的反思與計(jì)算思維教育的必要性

學(xué)習(xí)怎么樣使用應(yīng)用軟件并沒有什么錯(cuò)誤。但是我想我們的學(xué)生能夠?qū)W習(xí)更多和更深的概念。

——周以真

學(xué)會(huì)像計(jì)算機(jī)科學(xué)家一樣思考有可能成為信息技術(shù)課程的目標(biāo)之一。

——王榮良

中小學(xué)信息技術(shù)教育的學(xué)科價(jià)值除了讓學(xué)生掌握必要的知識(shí)與技能外，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用這些知識(shí)和技能解決實(shí)際問題的能力。而要做到這一點(diǎn)，就一定要讓學(xué)生逐漸地熟悉信息技術(shù)學(xué)科的思維方式。

——李冬梅

記者：第一個(gè)問題提給王榮良老師，您去年曾在我們雜志上刊登了一篇介紹計(jì)算思維的文章，請(qǐng)問您當(dāng)時(shí)為什么想要介紹計(jì)算思維的？第二個(gè)問題提給李冬梅老師，是什么原因促使您提及計(jì)算思維呢？

王榮良：很高興有機(jī)會(huì)通過貴刊交流有關(guān)計(jì)算思維的話題。上世紀(jì)80年代起，我就從事計(jì)算機(jī)本科專業(yè)教育，長(zhǎng)期的困惑就是：相對(duì)于學(xué)生畢業(yè)工作，大學(xué)課堂教授的永遠(yuǎn)是過時(shí)的技術(shù)，這是計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展特征所產(chǎn)生的無奈。所以，探尋計(jì)算機(jī)學(xué)科的方法論，以希望實(shí)現(xiàn)授之“漁”而非“魚”始終是計(jì)算機(jī)教育的夢(mèng)想。

計(jì)算思維概念最初是在大學(xué)公共計(jì)算機(jī)教育領(lǐng)域中興起的，是為了闡述學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)與從事計(jì)算機(jī)專業(yè)研發(fā)有無必然關(guān)系。計(jì)算思維努力想表明其普適性，即計(jì)算思維是對(duì)普通人都有用的，不僅僅是面對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)開發(fā)人員，也不僅僅是為了能熟練使用計(jì)算機(jī)。中小學(xué)信息技術(shù)課程存在著同樣的困惑。我曾提出信息技術(shù)課程的三種思維（算法思維、工程思維、批判性思維）以及基于這三種思維引申的六種能力（形式化、工程化表達(dá)與實(shí)施能力；全局觀和優(yōu)化能力；對(duì)工具的合理運(yùn)用、操作能力；限定條件下發(fā)揮個(gè)性和創(chuàng)造能力；質(zhì)疑與信息辨別能力；多種思維綜合運(yùn)用能力），以期能從某一視角表述信息技術(shù)課程的學(xué)科核心圖譜。在努力推導(dǎo)、實(shí)踐和論證這三種思維、六種能力的過程中，我關(guān)注到國(guó)內(nèi)外有關(guān)計(jì)算思維的討論，引入計(jì)算思維到中小學(xué)，可以讓未來的社會(huì)公民具備更強(qiáng)的信息社會(huì)適應(yīng)能力，同時(shí)也可解決信息技術(shù)課程中存在的一些問題。學(xué)會(huì)像計(jì)算機(jī)科學(xué)家一樣思考有可能成為信息技術(shù)課程的目標(biāo)之一。

李冬梅：是的，我曾經(jīng)在談?wù)撔畔⒓夹g(shù)學(xué)科價(jià)值的文章中提到過計(jì)算思維。我認(rèn)為中小學(xué)信息技術(shù)教育的學(xué)科價(jià)值除了讓學(xué)生掌握必要的知識(shí)與技能外，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用這些知識(shí)和技能解決實(shí)際問題的能力。而要做到這一點(diǎn)，就一定要讓學(xué)生逐漸地熟悉信息技術(shù)學(xué)科的思維方式。這也是信息技術(shù)學(xué)科的主要價(jià)值?！坝?jì)算思維”是計(jì)算機(jī)科學(xué)中討論的一個(gè)專業(yè)概念。由于要談中小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科的價(jià)值，我通俗地討論了信息技術(shù)學(xué)科思維方式的四個(gè)特點(diǎn)。

第一是細(xì)致的分析性。當(dāng)學(xué)生運(yùn)用信息知識(shí)與技術(shù)去解決問題時(shí)，首先要理性地分析問題，將一個(gè)復(fù)雜的問題轉(zhuǎn)變?yōu)槿舾杀阌诮鉀Q的簡(jiǎn)單問題。通過細(xì)致的分析，可以自上向下，逐步求精，不斷將問題分解，直至計(jì)算機(jī)可以解決。這有助于培養(yǎng)學(xué)生的分析性思維方式。

第二是整體的結(jié)構(gòu)性。通過分析問題，學(xué)生可以看到不同的層次和每個(gè)層次上不同的單元，這些層次和單元實(shí)際上組成了一個(gè)相互關(guān)聯(lián)的整體。只有從整體結(jié)構(gòu)看問題，才能更好地認(rèn)識(shí)不同層次和單元的地位、作用。這有助于培養(yǎng)學(xué)生的整體性思維方式。

第三是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评硇浴Ａ私饬藛栴}的整體結(jié)構(gòu)和部分間的關(guān)聯(lián)，就可以進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评?。從最基礎(chǔ)的問題開始求解，直到問題的整體解決。計(jì)算機(jī)為學(xué)生提供了訓(xùn)練縝密思維能力的機(jī)會(huì)；在不斷發(fā)現(xiàn)方案中的錯(cuò)誤問題和不斷地解決問題的人機(jī)互動(dòng)過程中，鍛煉、提高了學(xué)生的故障診斷能力和推理能力。這有助于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬐评砟芰Α?/p>

第四是精確的計(jì)算性。信息技術(shù)學(xué)科在處理和解決問題的過程中，有著大量精確的計(jì)算。借助計(jì)算機(jī)強(qiáng)大快速的計(jì)算功能和海量的存儲(chǔ)功能，能夠?qū)栴}進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析，幫助學(xué)生更科學(xué)、更準(zhǔn)確地表達(dá)概念，而不只是給出主觀的、籠統(tǒng)的說法。這有助于培養(yǎng)學(xué)生通過精確的計(jì)算進(jìn)行分析性思維的能力。

當(dāng)然，這些特點(diǎn)不是信息技術(shù)學(xué)科所獨(dú)有的，但它們?cè)谛畔⒓夹g(shù)學(xué)科中有充分和鮮明的體現(xiàn)，都是信息技術(shù)學(xué)科思維方式所不可缺少的。也是學(xué)生在信息技術(shù)學(xué)科學(xué)習(xí)中能夠深刻感受到的特點(diǎn)。我認(rèn)為用“計(jì)算思維”這個(gè)概念來概括信息技術(shù)學(xué)科思維方式的本質(zhì)特征也是比較恰當(dāng)?shù)摹?/p>

記者：你們認(rèn)為目前中小學(xué)信息技術(shù)課程教學(xué)實(shí)踐中存在著哪些問題？

王榮良：關(guān)于信息技術(shù)課程教什么、怎么教，存在很多問題，這里不再贅述。其問題可能源于教材、教師、環(huán)境等，再往上追溯，則是由于信息技術(shù)發(fā)展過快以及信息技術(shù)課程目標(biāo)不夠明確。如果再往上追溯呢？

作為圖書情報(bào)信息領(lǐng)域的信息素養(yǎng)，到信息技術(shù)課程領(lǐng)域發(fā)生水土不服是正常的。由于學(xué)界對(duì)信息素養(yǎng)內(nèi)涵理解存在差異，也導(dǎo)致信息技術(shù)課程目標(biāo)不斷搖擺。信息技術(shù)課程的不穩(wěn)定，表面原因是信息技術(shù)的飛速發(fā)展，其本質(zhì)是信息科學(xué)學(xué)科的不成熟，以及信息技術(shù)課程教學(xué)的理論在信息科學(xué)本質(zhì)方面研究的缺乏。分析信息技術(shù)課程，目前人們對(duì)其工具性沒有異議，人文性也逐漸被接受，但其上位的信息科學(xué)學(xué)科體系的本身是什么還缺乏研究。

用信息科學(xué)的基本方法觀察目前的信息技術(shù)課程，課程主要是圍繞人、信息、工具（技術(shù)）三者的關(guān)系展開，信息是研究的對(duì)象，人是主體，可以處理信息，工具位于人與信息之間，在一定程度和范圍內(nèi)幫助和替代人處理信息。信息技術(shù)課程圍繞以下三種關(guān)系展開教學(xué)：

第一種關(guān)系，“人是如何處理信息的”反映了人與信息的最基本關(guān)系，即信息在人類社會(huì)成員之間傳遞、傳播和交流規(guī)律，該關(guān)系屬于人類信息學(xué)范疇。信息技術(shù)課程努力想以此作為課程的核心內(nèi)容，但實(shí)際上課程只能涉及其中一小部分。由于人信息處理的一般知識(shí)與技能的習(xí)得是漸進(jìn)的、多渠道的，信息技術(shù)課程對(duì)這部分內(nèi)容并不具有獨(dú)占性，也很難像數(shù)學(xué)、物理課程一樣系統(tǒng)論述。

我們處于信息社會(huì)龐雜的信息包圍之中，信息技術(shù)課程要求學(xué)生掌握信息處理的一般方法以后，更主要的是解決第二種關(guān)系“人是如何運(yùn)用工具處理信息的”，以提高信息處理的效率和效果。第二種關(guān)系反映了人用工具高效處理信息的基本技能以及有效使用工具的意識(shí)。目前，國(guó)內(nèi)以信息素養(yǎng)培養(yǎng)為課程目標(biāo)的信息技術(shù)課程主要就是反映了第二種關(guān)系的學(xué)習(xí)要求。這是信息技術(shù)課程的主體學(xué)習(xí)內(nèi)容，也是信息社會(huì)的公民應(yīng)該具備的基本技能。由于信息技術(shù)的飛速發(fā)展，這部分學(xué)習(xí)內(nèi)容最不穩(wěn)定，這也是信息技術(shù)課程的困惑所在。

第三種關(guān)系，“工具是如何處理信息的”反映了工具信息學(xué)的學(xué)科思想和方法論。在信息技術(shù)課程中體現(xiàn)第三種關(guān)系的教學(xué)要求有三方面的好處：其一，其學(xué)科思想可以遷移至其他應(yīng)用；其二，有利于應(yīng)對(duì)信息技術(shù)的飛速發(fā)展；其三，為將來從事信息技術(shù)專業(yè)發(fā)展的學(xué)生提供基礎(chǔ)。我認(rèn)為計(jì)算思維就是源于這一種關(guān)系，引入基礎(chǔ)教育，具有引領(lǐng)中小學(xué)信息技術(shù)課程可持續(xù)發(fā)展的作用。

李冬梅：目前中小學(xué)信息技術(shù)課程教學(xué)實(shí)踐（包括教材）中存在的主要問題是：

第一，對(duì)信息技術(shù)學(xué)科課程目標(biāo)和價(jià)值，特別是對(duì)學(xué)科的思維方式缺乏深入的理解，因此，教學(xué)實(shí)踐中也就難以體現(xiàn)學(xué)科的深層次價(jià)值。

第二，缺少實(shí)現(xiàn)學(xué)科目標(biāo)和價(jià)值的合理的教學(xué)評(píng)價(jià)體系，有些學(xué)校的教學(xué)實(shí)踐中根本就沒有教學(xué)評(píng)價(jià)。這種狀況嚴(yán)重影響了學(xué)科目標(biāo)和價(jià)值的落實(shí)和實(shí)現(xiàn)，也降低了教學(xué)實(shí)踐的效果。

第三，課程設(shè)置不合理，導(dǎo)致教學(xué)實(shí)踐效率低下。目前，全國(guó)各地大多數(shù)初中，部分高中學(xué)校信息技術(shù)課程的設(shè)置為每周一節(jié)，即使一些高中學(xué)校每周設(shè)置兩節(jié)信息技術(shù)課，也是單節(jié)分開兩次上。

由于學(xué)科的特殊性，信息技術(shù)課程必須有特殊的教學(xué)環(huán)境，這一方面使得學(xué)生上信息技術(shù)課必須“跑”教室，另一方面也使得信息技術(shù)課堂教學(xué)的鞏固環(huán)節(jié)必須在學(xué)校完成。這樣一來，單節(jié)的信息技術(shù)課除了“跑”教室?guī)頃r(shí)間上的損耗外，還要肩負(fù)著“學(xué)習(xí)新內(nèi)容”和“鞏固所學(xué)”雙重任務(wù)，對(duì)于實(shí)踐性很強(qiáng)的教學(xué)內(nèi)容，在短短的一節(jié)課里學(xué)生既要學(xué)習(xí)新內(nèi)容，又要鞏固它，結(jié)果是學(xué)不透也鞏固不牢。一周后所學(xué)已基本忘記。因此，比較合理的課程設(shè)置是，每周至少兩課時(shí)，每?jī)晒?jié)課連上。

記者：你們認(rèn)為計(jì)算思維在中小學(xué)普及的必要性是什么？

周以真：我相信計(jì)算機(jī)科學(xué)教育，包括教授計(jì)算思維對(duì)于中學(xué)是有必要的。我相信不管學(xué)生從事什么樣的領(lǐng)域或者在最終從事的工作和職業(yè)中面對(duì)問題時(shí)，理解和應(yīng)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的概念的重要性。

美國(guó)和英國(guó)正在開發(fā)中學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)課程。英國(guó)走得更為靠前——他們也正在開發(fā)小學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)課程。

學(xué)習(xí)如何應(yīng)用軟件的核心是計(jì)算機(jī)素養(yǎng)的核心。計(jì)算思維比計(jì)算機(jī)素養(yǎng)走得更遠(yuǎn)，甚至計(jì)算機(jī)編程比計(jì)算機(jī)素養(yǎng)走得更遠(yuǎn)。我想我們低估了我們的孩子學(xué)習(xí)怎么樣編程和學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)科學(xué)更為抽象和復(fù)雜的概念的能力。

學(xué)習(xí)怎么樣使用應(yīng)用軟件并沒有什么錯(cuò)誤。但是我想我們的學(xué)生能夠?qū)W習(xí)更多和更深的概念。

王榮良：計(jì)算（computing）是人類最基本的能力，目前計(jì)算存在的兩大形態(tài)就是人腦計(jì)算和機(jī)械計(jì)算。隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，機(jī)械計(jì)算的普及要求越來越高。計(jì)算思維就是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類的行為。計(jì)算思維就是通過約簡(jiǎn)、嵌入、轉(zhuǎn)化和仿真等方法，把一個(gè)看來困難的問題重新闡釋成一個(gè)我們知道怎樣解決的問題。盡管學(xué)界對(duì)計(jì)算思維這一概念還有很多爭(zhēng)議，包括是computing thinking還是computational thinking，但計(jì)算思維很好地從思維的角度把人是如何處理信息和工具是如何處理信息有機(jī)地結(jié)合起來了。

從學(xué)生與社會(huì)的角度而言，如今所有的學(xué)生都生活于計(jì)算環(huán)境之中，現(xiàn)實(shí)的社會(huì)生活越來越離不開計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和大量的計(jì)算機(jī)應(yīng)用人員。計(jì)算機(jī)科學(xué)教育不僅可以幫助學(xué)生成為熟練的技術(shù)用戶，也可以使他們成為技術(shù)革新創(chuàng)造者，提高全人類的生活質(zhì)量。

事實(shí)上，一般學(xué)生都熱愛計(jì)算，無論是計(jì)算機(jī)程序給他們提供的魔力般的感覺，還是喜歡藝術(shù)組合、描述、設(shè)計(jì)、規(guī)劃并促進(jìn)個(gè)人視覺世界中的創(chuàng)造。計(jì)算思維可以為學(xué)生提供更多的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，當(dāng)計(jì)算思維的思想與方法幫助我們解決實(shí)際問題變得更加容易時(shí)，它就會(huì)產(chǎn)生飛躍，拓展我們對(duì)周圍世界的理解。

從信息技術(shù)課程存在與發(fā)展的需要來看，也需要學(xué)科思維。計(jì)算思維具備了一般學(xué)科思維的三個(gè)特征：核心性、穩(wěn)定性、排他性。在信息科學(xué)技術(shù)體系中，計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)隸屬于工具信息學(xué)范疇，反映了智能化信息處理的一般方法；從計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史來看，盡管其制造工藝和實(shí)現(xiàn)技術(shù)有很大變化，但其以馮·諾依曼體結(jié)構(gòu)為核心體系的基本思想變化不大；由計(jì)算機(jī)學(xué)科思維引申的反映人與機(jī)械計(jì)算關(guān)系的計(jì)算思維，具有排他性，在目前的基礎(chǔ)教育課程體系中，還沒有其他課程能夠承載這種思維。

有一種能力說，將培養(yǎng)學(xué)生使用信息技術(shù)解決實(shí)際問題的能力作為信息技術(shù)課程的核心價(jià)值是目前流行的一種說法，課程實(shí)施中也有這樣的做法。在信息技術(shù)課程中重視培養(yǎng)這樣的能力有其積極作用，但這項(xiàng)能力與信息技術(shù)課程的技能高度重合，存在的缺陷也是明顯的：能力說有一定的排他性，但隨著信息技術(shù)在操作友好性方面不斷改善，排他性會(huì)不斷削弱；因解決問題能力與使用信息技術(shù)的技能緊密相關(guān)性，使得能力說會(huì)隨著技術(shù)的發(fā)展與更替而出現(xiàn)一定的不穩(wěn)定性；我們分析與信息技術(shù)相關(guān)能力結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)現(xiàn)，在使用信息技術(shù)解決問題能力的上位應(yīng)該是學(xué)生在信息社會(huì)中的適應(yīng)能力，與其同一層次的還有學(xué)習(xí)新技術(shù)的能力，而解決問題能力只是從信息技術(shù)應(yīng)用角度來反映，而沒有從人、信息（物）、工具（技術(shù)）三者關(guān)系的高度來闡述。

李冬梅：我認(rèn)為在中小學(xué)信息技術(shù)教育中開始培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力是非常必要的。理由有三。

第一，計(jì)算思維能力是信息化社會(huì)學(xué)生綜合素質(zhì)中一個(gè)重要的方面，是必須具備的素質(zhì)。生活在今天的信息化社會(huì)中，男女老少都很容易感受到信息技術(shù)在人類生活的各個(gè)方面引起的重要變化和重要作用。不僅如周以真教授所說，計(jì)算思維已經(jīng)，并且在更大的程度上改變著不同學(xué)科科學(xué)家的思維方式，而且也改變著普通人思維問題和解決問題的方式，改變著人們的生活方式?？梢哉f，一個(gè)高度信息化社會(huì)中的合格公民必須具備一定的計(jì)算思維能力，才能更好地認(rèn)識(shí)和適應(yīng)這個(gè)社會(huì)，解決這個(gè)社會(huì)中衣食住行方面的許多問題，更好地生活在社會(huì)中。由此來看，中小學(xué)教育應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。

第二，“九校聯(lián)盟聲明”中指出：“將計(jì)算思維能力培養(yǎng)作為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育的核心任務(wù)，是一個(gè)較為長(zhǎng)期的過程，也是需要我們不斷探索、努力實(shí)踐的過程。”充分說明了“培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力”這個(gè)任務(wù)的艱巨性。

我認(rèn)為中小學(xué)的信息技術(shù)教育和大學(xué)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)是一個(gè)有機(jī)聯(lián)系的整體。要完成在大學(xué)中普及學(xué)生計(jì)算思維的任務(wù)，就必須從中小學(xué)開始培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。

第三，從中小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科本身的價(jià)值來看，就是要把培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用信息技術(shù)知識(shí)和技能解決實(shí)際問題的能力放在首位，只有這樣學(xué)生才能真正掌握學(xué)到的信息技術(shù)知識(shí)和技能。而培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力是信息技術(shù)能力教育所必須的。

從我多年的實(shí)踐來看，完全可以完成培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，提高學(xué)生運(yùn)用信息技術(shù)解決實(shí)際問題的能力這個(gè)任務(wù)。當(dāng)然，我國(guó)各地經(jīng)濟(jì)和教育發(fā)展程度不同，有些地區(qū)師資和設(shè)備嚴(yán)重不足，這是我們應(yīng)該不斷解決的問題。

記者：你們認(rèn)為計(jì)算思維對(duì)于學(xué)生的綜合素質(zhì)提高方面有哪些幫助呢？它是新時(shí)代人才必須具備的素質(zhì)嗎？

王榮良：我認(rèn)為，20世紀(jì)計(jì)算機(jī)的發(fā)明之所以偉大，是因?yàn)樗苯迂S富了人們的思維技能，而不是簡(jiǎn)單的肌肉和感覺技能，這是它截然不同于其他技術(shù)的發(fā)展。能夠在一定程度上反映機(jī)械計(jì)算本質(zhì)的計(jì)算思維，應(yīng)該成為生活在一個(gè)數(shù)字化、計(jì)算化、程序化世界里的我們用以認(rèn)識(shí)世界、改造世界的一種思維方式。

計(jì)算思維的培養(yǎng)對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)的提高需要開展系統(tǒng)而又深入的研究。但從以往計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)中，我認(rèn)為計(jì)算思維的引入將有助于學(xué)生理解與掌握邏輯推理、算法思維、問題解決的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)，所有這些知識(shí)和技能都是非常有用的。學(xué)生可以清楚地明白資源獲取、實(shí)施、測(cè)試和布局的方案，理解處理過程中真實(shí)世界的各種條件限制。從科學(xué)工程到人文商業(yè)，這些技能都能適用于各種情境中，幫助人們對(duì)這些領(lǐng)域深入地理解。例如，計(jì)算機(jī)模擬對(duì)于發(fā)現(xiàn)和理解各種系統(tǒng)中的基本規(guī)律是非常重要的；計(jì)算機(jī)科學(xué)還可以幫助人們理解人類的心理工作。我們應(yīng)該有這樣的認(rèn)識(shí)，學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)科學(xué)可以為學(xué)生進(jìn)入很多領(lǐng)域做好準(zhǔn)備，包括計(jì)算機(jī)領(lǐng)域和非計(jì)算機(jī)領(lǐng)域。在基礎(chǔ)教育階段，滲透計(jì)算思維教育不失為一種為彌補(bǔ)因多種原因無法開展計(jì)算機(jī)科學(xué)教育造成缺陷的措施。