引思維之路辟計(jì)算之徑

李藝+荊曉虹

對話嘉賓：

李藝：教授，教育技術(shù)學(xué)博士生導(dǎo)師，南京師范大學(xué)教育技術(shù)學(xué)科帶頭人，兼任2013—2017全國普通高校教育技術(shù)與方法專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)/教育技術(shù)學(xué)專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)副主任委員、中國教育技術(shù)協(xié)會(huì)信息技術(shù)教育專業(yè)委員會(huì)副主任委員、第二屆全國基礎(chǔ)教育課程教材專家工作委員會(huì)委員、第二屆全國教師教育課程資源專家委員會(huì)教育技術(shù)及綜合實(shí)踐工作委員會(huì)委員、全國教育科學(xué)規(guī)劃學(xué)科規(guī)劃組成員等職。研究方向?yàn)橹行W(xué)信息技術(shù)課程、教育游戲研發(fā)與應(yīng)用、漢字信息標(biāo)識與處理、教育技術(shù)哲學(xué)等。

對話嘉賓：

荊曉虹：江蘇省丹陽高級中學(xué)信息技術(shù)學(xué)科高級教師，鎮(zhèn)江市學(xué)科帶頭人，同時(shí)從事信息學(xué)奧林匹克競賽輔導(dǎo)工作。曾獲江蘇省信息技術(shù)科普先進(jìn)工作者、鎮(zhèn)江市“十佳教師”等榮譽(yù)稱號。2012年被評為鎮(zhèn)江市高中拔尖人才培養(yǎng)優(yōu)秀教練；2014年被評為全國信息學(xué)奧林匹克競賽優(yōu)秀指導(dǎo)教師；2015年在“一師一優(yōu)課”評比中，所講的課被評為省級優(yōu)課。曾主持省教研重點(diǎn)課題“基于計(jì)算思維培養(yǎng)的高中信息技術(shù)教學(xué)模式研究”等多項(xiàng)課題，多篇論文在省級、國家級期刊發(fā)表，2016年4月，論文《基于計(jì)算思維培養(yǎng)的“做中學(xué)”教學(xué)模式探究》被中國人民大學(xué)《復(fù)印報(bào)刊資料》轉(zhuǎn)載。

在新課標(biāo)中，信息技術(shù)學(xué)科的核心素養(yǎng)被界定為：信息意識、計(jì)算思維、數(shù)字化實(shí)踐力、信息社會(huì)責(zé)任。對于核心素養(yǎng)中的“計(jì)算思維”，我們該如何解讀呢？這個(gè)問題很重要，因?yàn)樗鼘⒁龑?dǎo)我們明確課程價(jià)值和教學(xué)目標(biāo)，實(shí)施有意義的教學(xué)活動(dòng)。那么，計(jì)算思維是什么？

荊曉虹：李教授，您好！新課標(biāo)已經(jīng)明確了信息技術(shù)學(xué)科的核心素養(yǎng)，圍繞核心素養(yǎng)繼續(xù)進(jìn)行課程建設(shè)應(yīng)該是下一步工作的重心。當(dāng)前，隨著信息技術(shù)的普及應(yīng)用，對信息的感知、判斷和再利用，已經(jīng)深刻影響著每個(gè)人的生活。例如，我們外出旅行，就可利用相關(guān)設(shè)備、技術(shù)感知和旅行相關(guān)的信息，如氣候、景點(diǎn)、交通工具等，并運(yùn)用合適的工具對信息進(jìn)行加工，為出行做充分的準(zhǔn)備。在活動(dòng)過程中，我們都圍繞著信息技術(shù)工具的應(yīng)用，進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集與處理，也進(jìn)行著思考，并且思考問題和解決問題的方法也因受信息技術(shù)的影響而發(fā)生改變，這些應(yīng)該和信息技術(shù)核心素養(yǎng)密切相關(guān)，與計(jì)算思維密切相關(guān)吧？

李藝：是的。人類認(rèn)識自然與社會(huì)的過程是從感性走向理性的，感性是靠人類基本的五官感知與心理感受，而理性則必然依賴思維，合理的思維是理性的保障。人的進(jìn)步，首先是思維的進(jìn)步。在信息社會(huì)，現(xiàn)實(shí)世界中的事物將被數(shù)字化，以“數(shù)據(jù)抽象和自動(dòng)化處理”為代表的計(jì)算方式正改變著人們的行為方式和心理歷程，這種轉(zhuǎn)變，若需要一個(gè)標(biāo)簽來標(biāo)識的話，計(jì)算思維應(yīng)該是不二之選。我們甚至可以說，計(jì)算思維正逐步成為人們解決問題的一種重要思維方式。

從生活的角度看核心素養(yǎng)的表現(xiàn)，對指導(dǎo)教師教學(xué)活動(dòng)的開展有啟發(fā)作用。數(shù)字化環(huán)境需要我們對信息發(fā)展變化過程有敏銳的感知能力，能夠根據(jù)問題的需要自覺主動(dòng)地獲取、加工、表達(dá)和交流信息。與此同時(shí)，我們還要對信息來源的可靠性、內(nèi)容正確性以及問題解決的有效性作出判斷。在解決問題的過程中，我們用著別人的成果，同時(shí)也應(yīng)該自覺形成創(chuàng)造和奉獻(xiàn)的意識和責(zé)任，要遵守信息社會(huì)的法律法規(guī)，安全地使用信息技術(shù)，養(yǎng)成信息社會(huì)學(xué)習(xí)、工作、生活的良好習(xí)慣，共同建設(shè)具有多元文化的信息社會(huì)。因此，培養(yǎng)具有信息意識、計(jì)算思維、數(shù)字化實(shí)踐力、信息社會(huì)責(zé)任的公民是基礎(chǔ)教育階段信息技術(shù)學(xué)科的重要目標(biāo)。

荊曉虹：從課程實(shí)踐的角度看，我們似乎必須向現(xiàn)實(shí)生活尋找答案。以旅行為例，我們可以將問題分解為選擇旅行地點(diǎn)、選擇旅行線路、制訂游玩計(jì)劃等子問題。對每一個(gè)子問題，我們再抽象問題特征，建立結(jié)構(gòu)模型，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和組織。我們可以將計(jì)劃旅行的各個(gè)景點(diǎn)與景點(diǎn)間的線路抽象為圖結(jié)構(gòu)的模型，采集相關(guān)數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行合理組織，借助工具進(jìn)行計(jì)算和分析。這樣，一個(gè)個(gè)生活中的問題就轉(zhuǎn)變成為一個(gè)個(gè)尋求利用數(shù)字化工具自動(dòng)解決方案的問題。我所說的這些，似乎都和“計(jì)算思維”有關(guān)，因此我覺得核心素養(yǎng)中“計(jì)算思維”是最基礎(chǔ)的。李教授怎樣看這個(gè)問題呢？

李藝：信息科學(xué)與技術(shù)在促成社會(huì)高度信息化的同時(shí)，也拓寬和革新了傳統(tǒng)的思維方式，以“抽象”和“自動(dòng)化”為精髓的計(jì)算思維已成為信息社會(huì)中處理問題的重要思維方式。從這個(gè)意義上講，我們要通過信息技術(shù)課程給中小學(xué)生以系統(tǒng)的、科學(xué)的“計(jì)算思維”的教育，因?yàn)?，中小學(xué)生身處多元、互動(dòng)、開放的信息化環(huán)境，將要面對的是充滿新奇的、變幻莫測的未來信息世界，只有幫助他們建立科學(xué)的思維方式，才能使其理解高速發(fā)展的信息世界，正確認(rèn)識技術(shù)、個(gè)人、社會(huì)的內(nèi)在關(guān)系，發(fā)揮信息技術(shù)的積極因素。而在這個(gè)“科學(xué)的思維方式”之中，計(jì)算思維就是重要一員。具有系統(tǒng)、科學(xué)的計(jì)算思維能力的學(xué)生可以在“學(xué)技術(shù)”“用技術(shù)”的基礎(chǔ)上，批判性地認(rèn)識技術(shù)變革給予信息環(huán)境帶來的整體影響，并應(yīng)用學(xué)科思維解決現(xiàn)實(shí)生活中的問題。在基礎(chǔ)教育中，合適的內(nèi)容和合適的方法是課程設(shè)計(jì)與實(shí)施中的重要問題，作為具有豐富教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的優(yōu)秀一線教師，荊老師您覺得計(jì)算思維中有哪些是適合中學(xué)生的？

荊曉虹：李教授，我學(xué)習(xí)過您及其他專家在計(jì)算思維方面的文章。鐘柏昌等專家提出計(jì)算思維可以分解為“對象化思維和過程思維”“抽象思維和可視化思維”“工程思維和自動(dòng)化思維”三單元六概念的結(jié)構(gòu)，并對每個(gè)部分都進(jìn)行了比較詳細(xì)的刻畫。[1]在您的文章中，您是站在信息技術(shù)課程的核心素養(yǎng)體系設(shè)計(jì)的立場上，對核心素養(yǎng)體系進(jìn)行了刻畫，給出了“對象與管理”“設(shè)計(jì)與制作”“系統(tǒng)與工程”“規(guī)則與安全”“合作與協(xié)作”“倫理與道德”五單元十概念的結(jié)構(gòu)，這實(shí)際上也是一種“學(xué)科思維”的結(jié)構(gòu)方式。

對比以上兩種結(jié)構(gòu)，同時(shí)借鑒了過往經(jīng)驗(yàn)，我選取并提煉出以“抽象”與“自動(dòng)化”為核心，并且涵蓋與現(xiàn)代信息社會(huì)生活密切相關(guān)的諸如“問題解決”“數(shù)據(jù)應(yīng)用”“信息搜索”“交互協(xié)作”等多組概念的計(jì)算思維框架，具體包括抽象和分層抽象、自動(dòng)化（排序的思維、算法思維、問題求解思維）、關(guān)聯(lián)的思維、聚集成庫的思維、化整為零、不同性能資源的組合優(yōu)化、分工合作與協(xié)同求解復(fù)雜系統(tǒng)問題等計(jì)算思維。提煉出這些具體內(nèi)容有助于比較順利地將這些思維的培養(yǎng)在中學(xué)信息技術(shù)課上落地生根。但思維是抽象的，還需為其找到實(shí)施教學(xué)的抓手，所以我認(rèn)為您在《談核心素養(yǎng)》一文中提出的“雙基層”應(yīng)該是抓手，是計(jì)算思維依附的載體。這個(gè)問題您怎么看？

如何在信息技術(shù)課程中落實(shí)計(jì)算思維？

李藝：在課程設(shè)計(jì)的意義上認(rèn)識計(jì)算思維是一回事，將其落實(shí)到具體的教學(xué)中又是另一回事。在具體的信息技術(shù)課程教學(xué)中，如何像語文課培養(yǎng)學(xué)生閱讀寫字一樣，去關(guān)注和培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維，是教師面臨的重要問題，如前所述，走進(jìn)生活并走出生活，應(yīng)該是很好的方法，也還有其他類似的抽象類比、化繁為簡的方法。計(jì)算機(jī)科學(xué)知識與“計(jì)算思維”之間的關(guān)系要妥善處理，中小學(xué)生雖然可以通過學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的過程而獲得計(jì)算思維的能力，但深?yuàn)W難懂的專業(yè)知識顯然不容易實(shí)施教學(xué)，因此也必然不能獲得較好的“計(jì)算思維”教學(xué)效果。

不同學(xué)科的研究對象與方法不同，其知識表達(dá)形式亦不相同。例如，“0”和“1”作為信息技術(shù)學(xué)科最基本的符號，連同程序設(shè)計(jì)形式化語言一起，是信息技術(shù)學(xué)科表達(dá)的基礎(chǔ)，也是表達(dá)“抽象”思維的重要內(nèi)容，不可或缺。只有學(xué)會(huì)使用該學(xué)科特定的符號、概念、公式等表達(dá)方式，并運(yùn)用本學(xué)科的基本符號、術(shù)語、概念表達(dá)思想、意見與觀點(diǎn)，才能學(xué)會(huì)運(yùn)用該學(xué)科特有的思維方式進(jìn)行思考與表達(dá)。學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)相關(guān)知識和技能固然是培養(yǎng)計(jì)算思維的主要途徑，然而由于抽象符號的枯澀難懂，導(dǎo)致重要知識難以普及。近年來，為了普及程序設(shè)計(jì)知識及算法思維，降低程序設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)的難度，許多優(yōu)秀的圖形化程序設(shè)計(jì)平臺相繼出現(xiàn)。學(xué)習(xí)者可以通過可視的圖形化平臺進(jìn)行知識的學(xué)習(xí)和操作實(shí)踐，達(dá)到理解抽象、算法、自動(dòng)化等計(jì)算思維的目標(biāo)。

另外，教師們還可以借助學(xué)生使用大眾化工具的既有經(jīng)驗(yàn)，為計(jì)算思維鋪墊基礎(chǔ)。根據(jù)信息技術(shù)課程以往的經(jīng)驗(yàn)，與大眾信息加工工具應(yīng)用相關(guān)的基本知識和技能是信息社會(huì)學(xué)習(xí)和生活的基本武器，也是實(shí)施“計(jì)算思維”教學(xué)的主要抓手。實(shí)際上，我國基礎(chǔ)教育領(lǐng)域?qū)嵤┬畔⒓夹g(shù)教育（前期稱為計(jì)算機(jī)教育）已有數(shù)十年，在小學(xué)、初中乃至高中的所有課程經(jīng)驗(yàn)中，基于圖形用戶界面的大眾化工具的使用，如文字編輯、多媒體制作、網(wǎng)絡(luò)工具使用和基于網(wǎng)絡(luò)的交流等，都聚集了計(jì)算思維的大量運(yùn)用，這些是教師培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的肥沃土壤。同時(shí)，在過去大眾化工具的研究和使用過程中，教師們積累了大量的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對相關(guān)知識和技能教學(xué)的核心要素也十分清晰，這些都是協(xié)助計(jì)算思維教學(xué)的有力武器。

荊曉虹：是的，我有過一些教學(xué)實(shí)踐，曾嘗試?yán)么蟊姽ぞ哕浖囵B(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。我曾利用“在Excel中繪制二次函數(shù)”的問題，讓學(xué)生學(xué)習(xí)和體驗(yàn)簡單的數(shù)據(jù)抽象、自動(dòng)計(jì)算、算法、數(shù)據(jù)可視化等專業(yè)知識和相關(guān)計(jì)算思維。

算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識是呈現(xiàn)計(jì)算思維的重要內(nèi)容，但往往因?yàn)樗某橄蠖菇虒W(xué)難以實(shí)施。教師同樣可以借助大眾工具和圖形化表示，幫助學(xué)生理解其內(nèi)涵。我舉一個(gè)例子：在地圖上標(biāo)出小明家和博物館的位置，以及兩地的步行線路，問小明從家走到博物館，最近的路應(yīng)該怎樣走？

教學(xué)時(shí)，我通過如下過程培養(yǎng)學(xué)生的思維方式。

①利用畫圖、Word等工具，幫助學(xué)生將問題抽象重述（如圖1所示，小明現(xiàn)在A地，要去往B地的博物館，他想要最快到達(dá)，應(yīng)該怎樣走呢）。

②對問題進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)算法，建立搜索樹模型（如圖2）。

③利用模型描述算法，用表格記錄計(jì)算過程（如下頁表）。

④發(fā)現(xiàn)規(guī)律并化簡。列舉當(dāng)前位置向下走的每一種可能，將新到達(dá)的位置依次加入到“隊(duì)伍”后面，并將上述操作過程提煉為能夠解決同類問題更一般的方案，算法步驟如下：

步驟一：將起始點(diǎn)放入隊(duì)中；步驟二：從隊(duì)中取出即將走下去的位置；步驟三：選擇可以走下去的一種走法，將新到達(dá)的結(jié)點(diǎn)添加到隊(duì)后面，計(jì)算并記錄當(dāng)前路徑長度；步驟四：如果還可以有其他走法，轉(zhuǎn)到步驟三，否則轉(zhuǎn)到步驟五；步驟五：如果隊(duì)中結(jié)點(diǎn)還沒走完，則定位到隊(duì)中待繼續(xù)走的下一個(gè)結(jié)點(diǎn)并轉(zhuǎn)到步驟二，否則轉(zhuǎn)到步驟六；步驟六：比較所有當(dāng)前位置是B的路徑長度，選擇一個(gè)最短的走法。

⑤算法形式化表示（可以抽象為流程圖或者偽代碼描述）。教師根據(jù)學(xué)生對上述過程的理解情況，將自然語言描述的算法描述為流程圖或者偽代碼，使學(xué)生進(jìn)一步理解抽象的概念及思維方法。

⑥將上述過程自動(dòng)化。將電子表格計(jì)算過程中的用時(shí)數(shù)據(jù)存儲到指定的單元格內(nèi)，并在計(jì)算時(shí)引用這些單元格，當(dāng)用時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)，仍然可以求解，從而讓學(xué)生更深入地理解抽象以及自動(dòng)化的思維。這就為下一步抽象為能夠完成自動(dòng)計(jì)算的計(jì)算機(jī)程序作鋪墊。

李藝：這些教學(xué)實(shí)踐要繼續(xù)堅(jiān)持，以不斷積累經(jīng)驗(yàn)。另外，我們還可以通過提供數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境，設(shè)計(jì)有效的數(shù)字化實(shí)踐活動(dòng)實(shí)施計(jì)算思維的培養(yǎng)。

在數(shù)字化時(shí)代，信息技術(shù)的飛速發(fā)展使得不同地域的人們可以跨時(shí)空連為一體，共同工作、學(xué)習(xí)和生活。人們通過新環(huán)境下的社會(huì)實(shí)踐，不斷改變著現(xiàn)實(shí)生活條件，同時(shí)也改變著自己的思維方式。一方面，人們不僅需要具備相應(yīng)的生存能力，更需要用數(shù)字化實(shí)踐能力去適應(yīng)相應(yīng)的生存環(huán)境并發(fā)展自我；另一方面，培養(yǎng)某種思維能力必須使學(xué)習(xí)者在教學(xué)活動(dòng)中運(yùn)用、發(fā)展這種思維能力，特定數(shù)字化環(huán)境下的問題情境能夠促使計(jì)算思維的產(chǎn)生。在數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境下，當(dāng)學(xué)生試圖解決某一問題時(shí)，需要先對已有的知識進(jìn)行理解，使之內(nèi)化為自身知識結(jié)構(gòu)的一部分，然后綜合運(yùn)用知識來解決問題。對知識的綜合運(yùn)用有賴于思維，學(xué)生綜合運(yùn)用知識解決問題的過程也就自然而然地鍛煉了思維。

如何設(shè)計(jì)培養(yǎng)計(jì)算思維的教學(xué)活動(dòng)？

荊曉虹：近年來，虛擬現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境、數(shù)字化校園、數(shù)字化學(xué)習(xí)等研究十分火熱，甚至已經(jīng)形成了許多比較成熟的平臺。但我感覺部分教師在運(yùn)用信息技術(shù)構(gòu)建學(xué)習(xí)環(huán)境時(shí)，過分強(qiáng)調(diào)了學(xué)習(xí)環(huán)境“實(shí)體”的構(gòu)建，機(jī)器和技術(shù)只有實(shí)體，沒有靈魂。我認(rèn)為，利用信息技術(shù)構(gòu)建學(xué)習(xí)環(huán)境除了包括應(yīng)用信息技術(shù)構(gòu)建環(huán)境實(shí)體外，還應(yīng)依據(jù)學(xué)習(xí)理論進(jìn)行科學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)，并在教學(xué)設(shè)計(jì)的過程中將教育理念的“靈魂”賦予“實(shí)體”。面向計(jì)算思維培養(yǎng)的數(shù)字化環(huán)境應(yīng)該是要?jiǎng)?chuàng)造一個(gè)優(yōu)質(zhì)的教學(xué)環(huán)境，此種環(huán)境除了能改進(jìn)教師的教學(xué)方法，改善學(xué)生的學(xué)習(xí)效果外，還應(yīng)是一個(gè)多元的、互動(dòng)性高的、能培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)探索問題并有利于解決問題的環(huán)境，是一個(gè)生動(dòng)活潑、富有創(chuàng)意的教學(xué)或?qū)W習(xí)環(huán)境。

李藝：信息技術(shù)課程是學(xué)生接觸信息技術(shù)、掌握信息技術(shù)并充分應(yīng)用信息技術(shù)到現(xiàn)實(shí)世界中進(jìn)行探索的重要課程，數(shù)字化環(huán)境為探索過程提供了便利。思維能力為解決問題提供有力支持，也從問題解決中獲得了提升，問題解決是思維培養(yǎng)的重要途徑。教師通過問題解決的過程，闡述并講解計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)概念及知識，如數(shù)據(jù)抽象、數(shù)學(xué)建模、選擇算法、設(shè)計(jì)程序等，傳授計(jì)算機(jī)科學(xué)中的原理和方法；在知識“貫通”的過程中滲透0和1的思維、抽象思維、算法思維、問題求解思維等計(jì)算思維，使學(xué)生鞏固并理解相關(guān)知識和原理；最后讓學(xué)生通過運(yùn)用相關(guān)的計(jì)算思維解決新環(huán)境下的問題或新問題，加深理解計(jì)算思維，并提升解決問題的能力。這樣，以“問題”為中心，形成知識、能力和思維相輔相成、互相促進(jìn)的良好穩(wěn)定的三角結(jié)構(gòu)。

新課標(biāo)也明確提出：培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用數(shù)字化資源、數(shù)字化工具和數(shù)字化平臺，開展自主學(xué)習(xí)與群體協(xié)作。在信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)中，提供數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境，設(shè)計(jì)有效的數(shù)字化實(shí)踐活動(dòng)，是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的重要途徑。數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境以學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)理論為指導(dǎo)思想，它具有穩(wěn)定的教學(xué)活動(dòng)結(jié)構(gòu)框架和活動(dòng)程序。在課堂教學(xué)實(shí)施中，教師創(chuàng)設(shè)基于信息技術(shù)應(yīng)用的新型學(xué)習(xí)環(huán)境，從而營造一種具有信息技術(shù)特征的課堂氛圍。荊老師應(yīng)該也有一些有益的經(jīng)驗(yàn)可以跟大家一起分享吧。

荊曉虹：在具體教學(xué)中，我主要通過設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，讓學(xué)生在數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境中，自主探究或者合作解決問題，體驗(yàn)分析問題、搜索資源、采集數(shù)據(jù)、加工數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、解決問題并分享結(jié)論的整個(gè)過程，每一個(gè)環(huán)節(jié)都盡量設(shè)計(jì)包容多種解決方案的子問題，充分滲透計(jì)算思維的應(yīng)用。例如，我通過提供多種工具，在采集數(shù)據(jù)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生體驗(yàn)不同層級的抽象，在加工數(shù)據(jù)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生體驗(yàn)不同程度的自動(dòng)化過程等。

教師可以設(shè)計(jì)基于信息技術(shù)應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，利用與生活相關(guān)的問題，引導(dǎo)學(xué)生將生活經(jīng)驗(yàn)遷移到問題情境中，在數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境中尋求解決方案。例如，我設(shè)計(jì)了一個(gè)問題：小明家的商店出售牛奶，媽媽告訴小明，牛奶如果賣價(jià)高了，售出的量就小，賣價(jià)低一些，售出量就會(huì)增加，但也不能一味降低價(jià)格。媽媽給上高一的小明出了一個(gè)難題，怎樣定價(jià)才能保證一天的盈利達(dá)到100元呢？學(xué)生思考回顧并得出解決問題的一般過程，即發(fā)現(xiàn)問題、明確問題、提出解決方法、檢驗(yàn)解決方法。在此過程中，學(xué)生要先確立問題解決中的難點(diǎn)和要素，并初步了解抽象的概念和學(xué)習(xí)抽象的方法。在對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工的環(huán)節(jié)引入自動(dòng)計(jì)算的概念，歸納運(yùn)用自動(dòng)計(jì)算工具（計(jì)算機(jī)）解決問題的一般過程：分析現(xiàn)實(shí)問題、搜集問題的數(shù)據(jù)、建立數(shù)學(xué)模型、設(shè)計(jì)算法并自動(dòng)計(jì)算。這樣，學(xué)生通過數(shù)字化環(huán)境下的一個(gè)實(shí)驗(yàn)既解決了生活中的一個(gè)問題，也發(fā)展了計(jì)算思維能力。

又如，我讓學(xué)生在數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境中調(diào)查當(dāng)前中學(xué)生數(shù)字閱讀的狀況。學(xué)生進(jìn)行了問卷調(diào)查，并從一堆有關(guān)數(shù)字閱讀的信息（微信、微博、網(wǎng)絡(luò)空間等）中提取信息。學(xué)生將收集到的信息分離、提純和簡略之后抽象為待加工的數(shù)據(jù)，稍復(fù)雜的問題還需要將信息分類、分層抽象，可以認(rèn)識和把握數(shù)據(jù)間的關(guān)系，選擇不同功能的加工工具輔助加工，如表格數(shù)據(jù)可以借助Excel、Access等工具軟件加工處理。計(jì)算機(jī)抽象的數(shù)據(jù)可以用更豐富的結(jié)構(gòu)存貯信息，從而實(shí)現(xiàn)更多的加工需求，并借助程序設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)更智能化加工。學(xué)生通過解決簡單問題，理解數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)抽象方法、數(shù)據(jù)存貯結(jié)構(gòu)等概念，建立基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)與問題解決的聯(lián)系。數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境保障了所有活動(dòng)環(huán)節(jié)的順利進(jìn)展，讓學(xué)生通過體驗(yàn)提高學(xué)習(xí)品質(zhì)。設(shè)計(jì)學(xué)生活動(dòng)時(shí)，我盡量考慮融入對學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)。李教授，您覺得還有其他思考角度嗎？

李藝：運(yùn)用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題時(shí)，最重要的是建立數(shù)學(xué)模型，即將問題中各個(gè)要素抽象為從基本的數(shù)據(jù)類型到復(fù)雜的構(gòu)造類型的各類操作對象，并設(shè)計(jì)對象處理的可行算法。問題的求解過程為：輸入對象—對象處理—輸出對象，關(guān)注的重點(diǎn)是對象及對對象的操作?，F(xiàn)實(shí)世界中每一個(gè)利用信息技術(shù)解決的問題都是如此，包括教師的教學(xué)過程。如果教師能夠把計(jì)算思維應(yīng)用到自己的教學(xué)行為中，并幫助學(xué)生清晰地解讀行為，學(xué)生就會(huì)更充分地理解計(jì)算思維，更深刻地認(rèn)識到它的重要性，從而也會(huì)在學(xué)習(xí)過程中盡量去應(yīng)用計(jì)算思維。

荊曉虹：對呀，課堂教學(xué)的過程也可以從計(jì)算思維的角度去思考。一次教學(xué)活動(dòng)可以被抽象成一個(gè)求解問題模型，教學(xué)中的各個(gè)要素則被抽象為具有各種性質(zhì)的對象，教學(xué)過程被分段抽象成施加到對象上的各種操作。如果把怎樣上好一節(jié)課看作一個(gè)待解決的問題，教師會(huì)重點(diǎn)考慮問題的輸入是什么，問題的輸出是什么，我們可以借助的結(jié)構(gòu)和方法有哪些，怎樣操作可以減少冗余，怎樣在不確定的情況下（如學(xué)情）進(jìn)行規(guī)劃、調(diào)整，并預(yù)估效果，從最壞的情況進(jìn)行調(diào)整和系統(tǒng)恢復(fù)以保證最佳解決效果等。

計(jì)算思維如何實(shí)現(xiàn)育人價(jià)值？

計(jì)算思維作為連接虛擬世界和現(xiàn)實(shí)世界的橋梁，在生活中處處可見它的影子，如人們有秩序地排隊(duì)與算法中的排序思維、自覺合理使用網(wǎng)絡(luò)與關(guān)聯(lián)思維、科學(xué)管理與分層抽象思維等。計(jì)算思維的培養(yǎng)最終也是為了育人，李教授是否可以從“育人”的意義上講一講這個(gè)問題？

李藝：面向計(jì)算思維的信息技術(shù)課程是期望學(xué)生將信息技術(shù)學(xué)科思維方式合理遷移至日常生活與學(xué)習(xí)之中，將學(xué)科方法滲透到解決信息問題之中，期望他的能夠成為信息社會(huì)的問題解決者、革新者和創(chuàng)造者。我在《談核心素養(yǎng)》一文中將核心素養(yǎng)的“雙基”“問題解決”“學(xué)科思維”三層關(guān)系解讀為“問題解決以雙基為基礎(chǔ)，學(xué)科思維以雙基和問題解決為基礎(chǔ)；學(xué)科思維喚醒并照耀著問題解決層和雙基層，使之一并產(chǎn)生價(jià)值和意義”，同時(shí)又指出“思維方法和價(jià)值觀，必須是經(jīng)過系統(tǒng)的和較長時(shí)間的體驗(yàn)式學(xué)習(xí)活動(dòng)而潛移默化到思想深處的、穩(wěn)定的、可遷移的思維方式或思維模式且形成習(xí)慣”。計(jì)算思維是教學(xué)活動(dòng)所要達(dá)成的目標(biāo)，繼而具備了計(jì)算思維的學(xué)生又是新的教學(xué)活動(dòng)所要重視的對象，如此循環(huán)不斷強(qiáng)化，才能讓計(jì)算思維融入學(xué)生的意識，真正成為他們的“核心素養(yǎng)”。

同時(shí)，構(gòu)建核心素養(yǎng)體系，是面向整個(gè)社會(huì)的需求，是提升我國人才培養(yǎng)質(zhì)量，增強(qiáng)國家核心競爭力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。各學(xué)科在落實(shí)核心素養(yǎng)時(shí)，既要落實(shí)跨學(xué)科的綜合性核心素養(yǎng)，又要彰顯本學(xué)科獨(dú)特的育人價(jià)值，確立學(xué)科自身的核心素養(yǎng)。所謂學(xué)科核心素養(yǎng)，粗略地說是指凸顯學(xué)科本質(zhì)，具有獨(dú)特、重要育人價(jià)值的素養(yǎng)。

計(jì)算思維的育人價(jià)值是什么？或者說，學(xué)習(xí)了信息技術(shù)課程，會(huì)發(fā)生什么樣的變化？這是個(gè)非常復(fù)雜的話題，或許今后我會(huì)認(rèn)真思考并專門撰文討論，此處只能泛泛而談，不會(huì)十分嚴(yán)謹(jǐn)，僅供參考吧。例如，學(xué)習(xí)者通過學(xué)習(xí)信息技術(shù)課程，可以學(xué)會(huì)如何認(rèn)識對象，理解對象可能是一個(gè)數(shù)據(jù)，也可能是眾多資源的聚集，甚至是現(xiàn)實(shí)中的一個(gè)問題；可以多角度地認(rèn)識對象，一個(gè)問題還可以重新闡述成一個(gè)便于利用工具解決的問題；通過熟悉計(jì)算方法的多樣性，了解計(jì)算方法的特定性及優(yōu)勢，學(xué)會(huì)如何提取和描述對象的屬性，自覺形成借助技術(shù)方法高效解決問題的習(xí)慣；理解對象可以選擇合適的方式組織存貯，便于利用相互間的關(guān)聯(lián)構(gòu)建合適的結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生新的價(jià)值；對于身邊大量的信息和資源，能夠化簡分解、甄別篩選、合理組織，多維度多角度地進(jìn)行關(guān)聯(lián)與分析，分層級地管理信息和解決問題；通過體驗(yàn)系統(tǒng)中的對象如何分解分層、協(xié)調(diào)合作的過程，理解設(shè)計(jì)系統(tǒng)可以使各個(gè)對象優(yōu)勢互補(bǔ)，集聚眾力，發(fā)揮對象的更大價(jià)值。從而他能夠認(rèn)識到：人不是孤立存在的，在與他人、物、環(huán)境等各種對象的交互和交往中，要樹立自我保護(hù)意識，確立良好的交往可以幫助提升生活品質(zhì)的信念；正確理解競爭與合作的關(guān)系，會(huì)利用合力，有效運(yùn)用資源和高效解決問題；樹立面對復(fù)雜問題運(yùn)用科學(xué)方法解決的勇氣與信念，以及人、技術(shù)、社會(huì)和諧共存的信心。

荊曉虹：想不到信息技術(shù)課程還有這么多寶藏可以挖掘啊！對于計(jì)算思維的育人價(jià)值我是這樣理解的。例如，抽象是信息技術(shù)的首要特征，現(xiàn)實(shí)世界到虛擬世界的第一步轉(zhuǎn)換便是抽象，因此抽象思維是計(jì)算思維中的重要組成部分。對于育人來講，信息技術(shù)學(xué)科中的抽象可以幫助學(xué)生從不同的角度觀察和分析事物、多個(gè)維度建立聯(lián)系、分層級地分解和化簡事物，更具有普遍意義。這一認(rèn)識客觀世界的獨(dú)特方式，是每個(gè)社會(huì)公民無論從事何種職業(yè)都不可或缺的基本素養(yǎng)。這些便是抽象思維所獨(dú)有的、最核心的育人價(jià)值。所以說，計(jì)算思維最終目標(biāo)是塑造人的品質(zhì)。最后，李教授能否從課程建設(shè)者的角度給一線教師提些建議呢？

李藝：我認(rèn)為在“核心素養(yǎng)”的概念下把握課程，應(yīng)該從“學(xué)科思維”“問題解決”“雙基（基礎(chǔ)知識、基本技能）”三個(gè)層面同步推進(jìn)，缺一不可。借鑒哈爾濱工業(yè)大學(xué)戰(zhàn)德臣等學(xué)者在將計(jì)算思維落實(shí)到高校相關(guān)專業(yè)或課程之中的研究成果，教師可以構(gòu)建問題解決、知識技能和思維三者相輔相成、互相促進(jìn)的良好穩(wěn)定的三角結(jié)構(gòu)，使得“知識/術(shù)語”隨著“思維”的講解而介紹，“思維”隨著“知識”的貫通而形成，（行為）能力隨著思維的理解而提高[2]，采用如下頁圖3所示的三角結(jié)構(gòu)來引導(dǎo)計(jì)算思維在教學(xué)中的落實(shí)問題。

圖3可以解讀為：以信息社會(huì)人類解決的社會(huì)/自然問題為背景，并將問題以適合基礎(chǔ)教育階段學(xué)生理解的層次呈現(xiàn)出來，通過問題解決/分析的過程，將知識/概念的講解、行為/能力的提升、計(jì)算思維的培養(yǎng)三個(gè)方面互相融合和促進(jìn)，使得知識/概念在解決問題的行為中得到鞏固，同時(shí)也體現(xiàn)出知識/概念對問題解決的必要支持；使得計(jì)算思維在問題解決過程中得到更深刻的認(rèn)識，同時(shí)計(jì)算思維也指導(dǎo)實(shí)施更加有效的行為；問題解決為枯澀的概念與抽象的思維間架設(shè)了橋梁，使思維借助知識更具體化，思維也使知識更系統(tǒng)。在計(jì)算思維的引領(lǐng)下，隨著知識、能力和學(xué)科思維的不斷提升，學(xué)生的內(nèi)在思維品質(zhì)也會(huì)在潛移默化中得到強(qiáng)化和提升。

參考文獻(xiàn)：

[1]鐘柏昌，李藝.詳論計(jì)算思維——科學(xué)涵義與社會(huì)價(jià)值解析[J].江漢學(xué)術(shù)，2016（2）：88-97.

[2]戰(zhàn)德臣，聶蘭順.大學(xué)計(jì)算機(jī)：計(jì)算思維導(dǎo)論[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013.

對話印象

2013年，我領(lǐng)銜的工作室有幸請來了信息技術(shù)教育專家李藝教授。在工作室的第一次活動(dòng)中，我上了一節(jié)教學(xué)研究課。在課上，我打破“學(xué)經(jīng)典，用經(jīng)典”的常規(guī)算法教學(xué)思路，嘗試引導(dǎo)學(xué)生在開放的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中構(gòu)建“經(jīng)典算法”。但由于學(xué)生實(shí)踐能力的差異，導(dǎo)致教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成率并不高，這讓我很是沮喪?！拔移綍r(shí)只帶三五個(gè)學(xué)生，四五十個(gè)學(xué)生的課堂不容易啊?！崩罱淌谟哪羁痰脑捳Z讓我沮喪的心情得到平復(fù)，也讓我明白了教學(xué)中應(yīng)該更加關(guān)注學(xué)情和教學(xué)資源，應(yīng)該從關(guān)注自己的“教”轉(zhuǎn)移到關(guān)注學(xué)生的“學(xué)”。

在李教授的引領(lǐng)下，我開始系統(tǒng)地學(xué)習(xí)計(jì)算思維，研究計(jì)算思維在教學(xué)中的培養(yǎng)方式，開始探索學(xué)科發(fā)展的新道路。李教授非常忙碌，向李教授請教的過程，包括此次對話，大多是借助網(wǎng)絡(luò)和電話完成的。在李教授線上、線下的精心指導(dǎo)下，我的學(xué)科思路逐漸清晰起來?；貞涀哌^的三年，我的內(nèi)心充滿感激。

最近兩年，由于新課程體系設(shè)計(jì)和新教材的編寫工作，我更加頻繁地請教李教授。每次請教都能讓我收獲滿滿的精神食糧，讓我不斷超越昨天的自己。在此，特別感謝李教授與我進(jìn)行的這一場對話！愿與更多的同仁交流與分享！

——荊曉虹