計(jì)算思維能力在中學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)課程中的培養(yǎng)

張春玉

摘要：計(jì)算思維能力培養(yǎng)作為邏輯思維能力培養(yǎng)的具體表現(xiàn)形式，國內(nèi)越來越多的教育學(xué)者將這個(gè)概念引入到高等教育教學(xué)計(jì)劃中實(shí)施。通過已發(fā)表的國內(nèi)外文獻(xiàn)中可以看到，計(jì)算思維能力的培養(yǎng)在國外已經(jīng)被成熟地應(yīng)用在許多中小學(xué)課堂中，而國內(nèi)在高校中的應(yīng)用還處于理論發(fā)展和研究階段，本文提出，將計(jì)算思維概念引入中學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)課程中，提早對(duì)中學(xué)生進(jìn)行初級(jí)計(jì)算思維的培養(yǎng)，這樣不僅可以為大學(xué)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，而且還可以促進(jìn)學(xué)生良好的邏輯思維能力的形成。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維；邏輯思維；中學(xué)；計(jì)算機(jī)教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）08-0091-02

高度集成的資源獲取與利用是當(dāng)代社會(huì)發(fā)展的趨勢(shì)，而實(shí)現(xiàn)其的主要途徑是通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)。計(jì)算機(jī)與信息化技術(shù)遍布于人類生活中的每個(gè)角落，從科學(xué)研究到人文考古，天體物理到日常用度無一不見其身影。計(jì)算機(jī)作為信息化技術(shù)的主要實(shí)現(xiàn)途徑，需要進(jìn)行更廣的普及與應(yīng)用，計(jì)算機(jī)課程在中學(xué)的普及就是一個(gè)很好的例子。很多教育學(xué)者將前沿的科學(xué)技術(shù)與概念引入中學(xué)計(jì)算機(jī)教學(xué)當(dāng)中。潘兆軍[1]提出了將大數(shù)據(jù)的概念引入現(xiàn)代中學(xué)計(jì)算機(jī)教學(xué)中，讓中學(xué)生們從簡(jiǎn)單的概念開始接觸，不僅可以提前為以后進(jìn)入大學(xué)學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)培養(yǎng)興趣，還可以通過科普的方式讓學(xué)生們理解大數(shù)據(jù)的用途。汪凱[2]，高欣等人[3]將網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)與中學(xué)計(jì)算機(jī)教學(xué)結(jié)合在一起，使計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)這門課程不再是單純地使用，而是更高一級(jí)的應(yīng)用。將前沿理念引入教學(xué)當(dāng)中，不僅可以讓學(xué)生更好地理解開展該課程的意義，而且更能深切體會(huì)到計(jì)算機(jī)科學(xué)作為一門計(jì)算科學(xué)的學(xué)科之美。現(xiàn)在很多教學(xué)都是以提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性為主要目的，大部分精力使用在設(shè)計(jì)課程的趣味性而忽略了該課程本身的屬性，計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)這門課程最主要的一部分是對(duì)邏輯能力的培養(yǎng)，我們除了要讓學(xué)生了解該課程的重要性和社會(huì)價(jià)值之外，還需要讓他們從現(xiàn)在開始培養(yǎng)這種思維能力。

在西方國家，邏輯思維能力是很重要的，他們甚至從小學(xué)就開始培養(yǎng)孩子的邏輯能力。他們對(duì)邏輯能力的重視程度除了從文獻(xiàn)中可以看到之外，最常見的就是英語語法構(gòu)成，很多中文表達(dá)未必主謂賓全有，甚至有些句子正反說都是一個(gè)意思，但若在英語中這樣表達(dá)，很多不僅不能構(gòu)成一個(gè)句子，甚至還會(huì)出現(xiàn)截然不同的兩種意思。不僅許多西方學(xué)者認(rèn)為中國學(xué)生的邏輯思維能力很差，而且很多國內(nèi)高校的老師針對(duì)研究生的論文邏輯性也很頭疼，這其實(shí)與中國的文化有一定聯(lián)系。邏輯能力的培養(yǎng)若能越早實(shí)現(xiàn)在義務(wù)教育當(dāng)中，對(duì)學(xué)生未來的發(fā)展助益就越大，我們完全可以借鑒國外對(duì)中小學(xué)生邏輯能力培養(yǎng)的模式，因地制宜進(jìn)行相應(yīng)教育和改革，具體來說，就是可以在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)這門課程中添加相應(yīng)的培養(yǎng)模塊，可以讓學(xué)生從自我思維能力的初步形成階段開始就培養(yǎng)這種的邏輯思維能力，改善邏輯不好的弊病。本文主要圍繞如何利用計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)這門課程培養(yǎng)中學(xué)生的邏輯思維能力的問題進(jìn)行討論。

1計(jì)算思維概念的提出

計(jì)算思維由周以真于2006年首次提出，計(jì)算思維是指運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)[4]。計(jì)算思維可以讓我們理解計(jì)算機(jī)的思維方式，可以讓我們更好地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行溝通，進(jìn)而讓計(jì)算機(jī)幫我們處理很多繁雜和重復(fù)的數(shù)據(jù)運(yùn)算，更進(jìn)一步的，還可以讓計(jì)算機(jī)進(jìn)行自我學(xué)習(xí)來處理類似但不完全相同的案例，這同時(shí)也是當(dāng)代很火的概念——人工智能。

自計(jì)算思維提出以來，國內(nèi)很多教育工作者也指出了計(jì)算思維在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)課程中的重要性。戰(zhàn)德臣等人[4]及衷克定[5]就提出了在大學(xué)計(jì)算機(jī)課程體系中培養(yǎng)大學(xué)生計(jì)算思維能力的想法。相比與國內(nèi)對(duì)計(jì)算思維的教育計(jì)劃，國外教育工作者就比較超前了，他們將此概念滲透入中小學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的教學(xué)計(jì)劃當(dāng)中。Chalmers[6]介紹了澳大利亞四所小學(xué)老師將整合機(jī)器人與編碼技術(shù)引入課堂，面向小學(xué)1～6年級(jí)的學(xué)生進(jìn)行計(jì)算思維能力的培養(yǎng)，結(jié)果表明，這種教學(xué)方法不僅使老師對(duì)自己的教學(xué)計(jì)劃變得更有信心而且也引起了學(xué)生們對(duì)計(jì)算與編碼濃厚的學(xué)習(xí)興趣。Basogain等人[7]也針對(duì)計(jì)算思維的核心課程在美國中小學(xué)課堂中的開展進(jìn)行了相關(guān)調(diào)研，研究表明計(jì)算科學(xué)與教育技術(shù)的結(jié)合，不僅可以輔助老師成功地完成計(jì)算思維能力培養(yǎng)的教學(xué)任務(wù)，而且學(xué)生創(chuàng)造性思維能力在這個(gè)過程中也得到了很大的提高。類似的研究報(bào)告還有很多[8-10]，培養(yǎng)計(jì)算思維能力就是培養(yǎng)邏輯能力的一種具體表現(xiàn)形式，這充分體現(xiàn)了西方國家對(duì)邏輯能力的重視程度。

現(xiàn)今，很多青少年可以輕而易舉地編寫程序算法，各行各業(yè)也都融入了程序編制與算法優(yōu)化，編程已經(jīng)不再是程序員的專屬。計(jì)算思維是一種邏輯思維很好的具體表現(xiàn)形式，其與數(shù)學(xué)思維不同，但卻可以相互助益，如果兩種思維能很好地相互結(jié)合應(yīng)用，可以達(dá)到很高的高度，正如編程好的學(xué)生數(shù)學(xué)也很好，但是數(shù)學(xué)好的學(xué)生編程并不一定好。所以計(jì)算思維能力從學(xué)生開始形成自己良好思維能力的中學(xué)開始就應(yīng)該介入教育，這樣，不僅可以為高校輸送更好的人才，還可以讓學(xué)生提早培養(yǎng)更好的邏輯思維能力。

2計(jì)算思維在中學(xué)計(jì)算機(jī)課程中的實(shí)現(xiàn)

許多非計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的人認(rèn)為計(jì)算機(jī)科學(xué)就等同于計(jì)算機(jī)編程，包括現(xiàn)在很多家長(zhǎng)都認(rèn)為孩子學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)就是局限于程序員的行業(yè)，此刻，計(jì)算機(jī)思維的提出就是一個(gè)讓計(jì)算機(jī)教育學(xué)者及研究者改變這一社會(huì)定論的關(guān)鍵所在。國外學(xué)者針對(duì)計(jì)算機(jī)思維的培養(yǎng)已經(jīng)制定了相對(duì)完善的核心課程進(jìn)行學(xué)習(xí)，例如：PC-01與ECE130[7]，這兩個(gè)課程針對(duì)不同階段的學(xué)生，前者針對(duì)小學(xué)，而后者則針對(duì)中學(xué)甚至是大學(xué)的學(xué)生。根據(jù)國內(nèi)目前教育現(xiàn)況來看，我們暫時(shí)無法采用國外的教學(xué)模式對(duì)學(xué)生就行培養(yǎng)，但是，我們可以從計(jì)算思維的本質(zhì)與概念出發(fā)，從基礎(chǔ)上對(duì)學(xué)生進(jìn)行邏輯能力的培養(yǎng)。

1）概念與應(yīng)用的結(jié)合

在平時(shí)的常規(guī)教育課程中引入計(jì)算思維的概念，讓學(xué)生有意識(shí)地去理解和接受。在這個(gè)過程中，需要老師將這些抽象的概念回歸到現(xiàn)實(shí)和自然中，讓學(xué)生更深刻的理解這種思維模式的形成，讓他們更好的理解計(jì)算機(jī)科學(xué)家是如何將這些抽象的模型從具體問題中剝離出來的。當(dāng)學(xué)生有了這種思維模式的雛形之后，可以基于一些簡(jiǎn)單的具體問題，讓學(xué)生以獨(dú)立或合作的形式充當(dāng)一次“計(jì)算機(jī)科學(xué)家”，完成一次簡(jiǎn)單地從現(xiàn)實(shí)具體模型到抽象模型的建立過程，其包括問題的提出，方案的選擇與設(shè)計(jì)，問題的求解，到最終的結(jié)果獲取與展示?；谶@類將概念與簡(jiǎn)單案例相結(jié)合的實(shí)施方式，可以讓學(xué)生初步具備一定的計(jì)算思維能力。

學(xué)校可以增設(shè)相關(guān)的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)興趣課程。這部分課程不在常規(guī)教學(xué)計(jì)劃內(nèi)，是針對(duì)邏輯能力培養(yǎng)極其感興趣的學(xué)生開設(shè)的興趣課程，在這部分課程中，可以采用部分國外學(xué)者提出的計(jì)算思維核心課程內(nèi)容對(duì)學(xué)生進(jìn)行簡(jiǎn)單的訓(xùn)練，不僅僅包括理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，最重要的是通過自主動(dòng)手來實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維能力的培養(yǎng)。這些可以通過讓學(xué)生自主編寫簡(jiǎn)單的小程序或小游戲來實(shí)現(xiàn)，還可以定期舉辦小程序開發(fā)競(jìng)賽，以此激發(fā)學(xué)生們的興趣與潛力。當(dāng)然，這個(gè)過程的實(shí)施，對(duì)開展這門課程的老師們也是具有重大挑戰(zhàn)性的，這就要求我們，不僅要時(shí)刻以學(xué)生為本，還要不斷學(xué)習(xí)前沿的科技教育教學(xué)方法來提高我們的教學(xué)質(zhì)量。

2）方案實(shí)施的阻力與建議

在中學(xué)教育當(dāng)中，學(xué)校及家長(zhǎng)對(duì)計(jì)算機(jī)課程的定位屬于計(jì)算機(jī)科普教育，雖然定義比較片面，但是對(duì)于現(xiàn)階段計(jì)算機(jī)課程在中學(xué)教育中的輕視性可見一斑。汪凱[11]及王世軍[12]也指出計(jì)算機(jī)課程在中學(xué)教育中面臨的嚴(yán)峻形勢(shì)，甚至是一種被架空的狀態(tài)，這種狀態(tài)與冰凍三尺的教育現(xiàn)狀有一定關(guān)系。面對(duì)殘酷的中高考，學(xué)校和家長(zhǎng)們更關(guān)注的是主要科目的修習(xí)，但是如果能將計(jì)算思維的培養(yǎng)與主要科目（例如數(shù)學(xué)等）的學(xué)習(xí)聯(lián)系起來，是可以獲得意想不到的收獲的，當(dāng)然，各學(xué)科老師的相互配合并制定完善的教學(xué)方案是能推進(jìn)該方案實(shí)施的一種很好的方式。

3結(jié)論與展望

計(jì)算思維能力的培養(yǎng)是一種邏輯思維能力培養(yǎng)的具體表達(dá)形式，也是可以通過計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)這門課程來實(shí)現(xiàn)的培養(yǎng)方式。因此，在國內(nèi)將計(jì)算思維的概念引入中學(xué)計(jì)算機(jī)教育中并實(shí)施是一個(gè)大膽且富有挑戰(zhàn)性的教學(xué)理念。廣義來說，計(jì)算思維不僅僅局限于計(jì)算科學(xué)教育當(dāng)中，其滲透于各學(xué)科和日常生活之中，可以很好地對(duì)學(xué)生進(jìn)行邏輯思維能力的培養(yǎng)，狹義來講，可以給學(xué)生在未來的大學(xué)學(xué)習(xí)之前就打下良好的基礎(chǔ)，還可以從學(xué)生開始形成自我思維模式的時(shí)候就開始規(guī)范自我邏輯思維能力。但是這項(xiàng)教學(xué)計(jì)劃的實(shí)施與發(fā)展目前看來依舊任重道遠(yuǎn)，不過從國家越來越重視中小學(xué)生素質(zhì)教育的程度來看，我們堅(jiān)信，在未來的中學(xué)教育中，計(jì)算思維能力的培養(yǎng)也是可以很好地開展與實(shí)施的。

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【通聯(lián)編輯：唐一東】