淺議中小學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)思路

羅靈

摘 要：計(jì)算思維是當(dāng)前廣為關(guān)注的一個(gè)重要概念，美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)Wing教授首次提出了計(jì)算思維（Computational Thinking）：“計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問(wèn)題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類(lèi)的行為。”

關(guān)鍵詞：中小學(xué)生; 計(jì)算思維; 培養(yǎng)思路

中圖分類(lèi)號(hào)：G623.58 ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? 文章編號(hào)：1006-3315（2019）03-030-002

計(jì)算思維已融入到我們每個(gè)人的生活之中：當(dāng)你早晨上學(xué)時(shí)，把當(dāng)天所需要的東西放進(jìn)背包，這就是“預(yù)置和緩存”;當(dāng)有人丟失自己的物品，你建議他沿著走過(guò)的路線去尋找，這就叫“回推”。由此可見(jiàn)，計(jì)算思維與人們的工作與生活密切相關(guān)，計(jì)算思維應(yīng)當(dāng)成為人類(lèi)不可或缺的一種生存能力，同時(shí)，計(jì)算思維是一項(xiàng)跨學(xué)科的基本素養(yǎng)，不僅限于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，科學(xué)、社會(huì)等領(lǐng)域也涉及到計(jì)算思維的思想方法，“低齡化”和“跨學(xué)科”已成為計(jì)算思維培養(yǎng)的整體趨勢(shì)。計(jì)算思維是中小學(xué)生必備的基礎(chǔ)技能。通過(guò)培養(yǎng)計(jì)算思維并為其發(fā)展提供空間，培養(yǎng)學(xué)習(xí)思考的方式，是幫助他們理解未來(lái)技術(shù)的先決條件，可以為學(xué)生將來(lái)的成功做好準(zhǔn)備，將其納入現(xiàn)有的中小學(xué)常規(guī)課程中是非常有必要的。

學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中怎樣才能經(jīng)歷、感受并形成計(jì)算思維呢？顯然，這是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。學(xué)生需要在每節(jié)課上經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題、應(yīng)用學(xué)科思維方式解決問(wèn)題的過(guò)程。經(jīng)過(guò)反復(fù)的練習(xí)之后，在學(xué)生的潛意識(shí)里就很自然的形成了這種思維方式。這種思維模式一經(jīng)形成，當(dāng)學(xué)生再遇到相似問(wèn)題的時(shí)候就會(huì)很自然的運(yùn)用這種思維方式去解決問(wèn)題。這就需要摒棄目前的以每個(gè)知識(shí)點(diǎn)為主線，按知識(shí)點(diǎn)將課程內(nèi)容劃分成模塊的教學(xué)組織模式，摒棄目前盛行的段落式課堂教學(xué)模式。經(jīng)過(guò)不斷的歸納、分析和查閱研究，總結(jié)出以下幾點(diǎn)在中小學(xué)課程中培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的策略。

1.選擇合適的教學(xué)策略

有效培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，教學(xué)方法的選擇尤為重要。得當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法，可以更輕松地培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，提高教學(xué)效率。因此，采取新的教學(xué)策略是培養(yǎng)計(jì)算思維不可或缺的一部分。

首先，從學(xué)科特征與深層價(jià)值角度出發(fā)，按照課程知識(shí)的內(nèi)在結(jié)構(gòu)重新整合教學(xué)內(nèi)容，使每個(gè)完全孤立的知識(shí)成為具有一定邏輯關(guān)系的相對(duì)獨(dú)立的知識(shí)模塊。系統(tǒng)性的將知識(shí)教授給學(xué)生，讓學(xué)生感受到知識(shí)的系統(tǒng)性和邏輯性;再以項(xiàng)目的方式為每個(gè)模塊設(shè)計(jì)課堂作業(yè)，每個(gè)模塊完成一個(gè)項(xiàng)目任務(wù)。這樣既可以很好地鞏固所學(xué)知識(shí)，也可以使學(xué)生體會(huì)到知識(shí)的相對(duì)獨(dú)立性和相互依賴關(guān)系。

其次，要改變以學(xué)科知識(shí)為中心的教學(xué)觀，采用以學(xué)生為主，教師為輔的教學(xué)思想。更多的讓學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題、應(yīng)用所學(xué)知識(shí)來(lái)分析問(wèn)題、設(shè)計(jì)解決問(wèn)題的方案，最后完成方案，得出結(jié)果。在這個(gè)過(guò)程中，老師可根據(jù)實(shí)際情況，采取不同的教學(xué)策略進(jìn)行教學(xué)，譬如活動(dòng)式教學(xué)、探究式教學(xué)、分層教學(xué)等等。當(dāng)學(xué)生在每一節(jié)課堂中都經(jīng)歷這樣一個(gè)過(guò)程，其思維方式與思維能力就會(huì)逐漸地建立并強(qiáng)化起來(lái)。

2.設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)一致性的教學(xué)內(nèi)容

通常，教師是根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施教的。課程標(biāo)準(zhǔn)改變了，則相應(yīng)的教材及教學(xué)內(nèi)容也應(yīng)相對(duì)的做出改變。教學(xué)內(nèi)容與課程標(biāo)準(zhǔn)的一致性是教學(xué)內(nèi)容組織的一項(xiàng)基本原則，主要反映在“認(rèn)識(shí)程度的一致性和知識(shí)要點(diǎn)的一致性”兩個(gè)層面。

不同年齡段的學(xué)生其認(rèn)知能力存在差異，同樣他們對(duì)知識(shí)組織方式的接受程度存在差異。例如低年級(jí)學(xué)生比較容易接受圖形、實(shí)物等組成的形象性學(xué)習(xí)內(nèi)容，高年級(jí)學(xué)生則對(duì)抽象性學(xué)習(xí)內(nèi)容具有較高的理解能力。因此，計(jì)算思維教學(xué)內(nèi)容的組織上應(yīng)與學(xué)生的認(rèn)識(shí)水平相符合，這便是認(rèn)識(shí)程度的一致性。

不同的教學(xué)要求，不同的課程目標(biāo)，其知識(shí)的側(cè)重點(diǎn)也不一樣?；谟?jì)算思維的課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)知識(shí)要點(diǎn)的要求由原來(lái)的具體化轉(zhuǎn)變?yōu)槌橄蠡Ｋ辉僖晃兜囊髮W(xué)生掌握某一種固定的操作方式，而是要學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)計(jì)算思維，解決一系列問(wèn)題。而且要求學(xué)生學(xué)到的是非抽象的、系統(tǒng)的知識(shí)，既要能靈活的運(yùn)用到具體的問(wèn)題當(dāng)中，又要能適當(dāng)?shù)膶⒅R(shí)分解，分散運(yùn)用。因此，計(jì)算思維教學(xué)內(nèi)容知識(shí)要點(diǎn)的設(shè)計(jì)上必須與課程標(biāo)準(zhǔn)保持一致。

3.開(kāi)設(shè)趣味編程或者算法專(zhuān)門(mén)課程

算法思維包括開(kāi)發(fā)問(wèn)題的解決方案。具體來(lái)說(shuō)，它創(chuàng)建順序規(guī)則以解決問(wèn)題。在低年級(jí)中孩子們可以學(xué)到事情完成的順序不同，產(chǎn)生的效果也不同。

谷歌公司將“編程思維（computational thinking）”概括成這四大類(lèi)型：分解問(wèn)題，模式認(rèn)知，抽象思維，算法設(shè)計(jì)。通過(guò)這四個(gè)步驟，一個(gè)棘手的復(fù)雜問(wèn)題先被拆解成一系列好解決的小問(wèn)題;每一個(gè)小問(wèn)題被單獨(dú)檢視、思考，搜索解決方案;然后，形成解決思路;最后，設(shè)計(jì)步驟，執(zhí)行——問(wèn)題解決。你會(huì)發(fā)現(xiàn)，編程是能夠把抽象思維轉(zhuǎn)化為具體思維最好的載體，能夠幫助孩子形成嚴(yán)密的邏輯思維能力。另外，根據(jù)教育認(rèn)知學(xué)，孩子會(huì)在7歲左右開(kāi)始形成抽象邏輯思維，整個(gè)7-12歲是抽象邏輯思維的最佳形成期。所以孩子從中小學(xué)階段開(kāi)始學(xué)編程，就是在正確的時(shí)間做正確的事。

學(xué)習(xí)編程和算法課程的核心，不在于掌握具體哪一種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，本質(zhì)在于思維方式的養(yǎng)成，是一種計(jì)算性的思維方式，通過(guò)編程獲得的計(jì)算性思維邏輯，可以有效地創(chuàng)造性地進(jìn)行具體的學(xué)習(xí)與實(shí)踐活動(dòng)。

對(duì)于中小學(xué)生來(lái)說(shuō)，代碼很枯燥，但類(lèi)似Scratch之類(lèi)的簡(jiǎn)單易學(xué)的編程工具，用拖動(dòng)指令塊代替敲代碼，學(xué)生可以避開(kāi)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言語(yǔ)法的學(xué)習(xí)和調(diào)試，集中精力對(duì)問(wèn)題進(jìn)行求解，這為學(xué)生計(jì)算機(jī)思維的培養(yǎng)提供了便利條件。其中數(shù)學(xué)方法涉及抽象、遞歸、證明、形式化表達(dá)等，工程方法包括系統(tǒng)方法、分治法、面向過(guò)程和面向?qū)ο蠓椒ǖ?。教師通過(guò)這兩類(lèi)方法的傳授，把有關(guān)計(jì)算思維的相關(guān)思維特征和方法分解到每一個(gè)具體的教學(xué)內(nèi)容之中。

計(jì)算思維的本質(zhì)是抽象和符號(hào)化，在類(lèi)似Scratch之類(lèi)的趣味編程創(chuàng)作過(guò)程中，無(wú)論是動(dòng)畫(huà)故事的編制，還是游戲的開(kāi)發(fā)，都需要把具體的問(wèn)題抽象成符號(hào)或?qū)ο?，并使用指令塊把相應(yīng)的問(wèn)題“計(jì)算”出來(lái)。這種能將一個(gè)問(wèn)題清晰、抽象地描述出來(lái)，并將問(wèn)題的解決方案表示為一個(gè)信息處理流程的思維過(guò)程就是計(jì)算思維的訓(xùn)練過(guò)程。計(jì)算思維是通過(guò)約簡(jiǎn)、嵌入、轉(zhuǎn)化和仿真等方法，把一個(gè)看似困難的問(wèn)題重新闡釋成一個(gè)人們知道怎樣解決的問(wèn)題。

4.組織實(shí)踐探究性的教學(xué)活動(dòng)

培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的最終目的是期望學(xué)生將這種思維方式合理地遷移至日常生活與學(xué)習(xí)之中，全面提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。組織實(shí)踐探究性的教學(xué)活動(dòng)，例如：你可以要求他們做一個(gè)三明治。首先，我們應(yīng)該先做什么？第二，如果我在加蛋黃醬之前把奶酪和生菜放在三明治上呢？關(guān)于序列和順序的思考發(fā)展了算法思維的基礎(chǔ)，又如，為了讓學(xué)生思考算法，讓他們?cè)O(shè)計(jì)從教室到圖書(shū)館的路徑，詳細(xì)說(shuō)明一系列步驟。另外，讓學(xué)生思考每天早上他們?nèi)ド蠈W(xué)會(huì)有什么步驟？順序?qū)⑷绾斡绊懡Y(jié)果？要求學(xué)生思考不同的行為是如何改變結(jié)果的，鼓勵(lì)他們反思自己的想法，并適時(shí)改變計(jì)劃，以達(dá)到預(yù)期結(jié)果。

這正是考察學(xué)生計(jì)算思維能力的一個(gè)過(guò)程，由此可以得出計(jì)算思維能力與讀、寫(xiě)、算能力一樣重要?？梢赃@樣講，所有學(xué)科的學(xué)習(xí)都會(huì)有計(jì)算思維的存在，它已經(jīng)成為當(dāng)今教育體制中不可或缺的東西，卻往往被我們所忽略。可見(jiàn)，在計(jì)算思維教學(xué)實(shí)施中，為了引導(dǎo)學(xué)生理解學(xué)科思維方式，就需要將教學(xué)內(nèi)容落實(shí)于探究性的教學(xué)活動(dòng)中，在真實(shí)情境中體驗(yàn)與實(shí)踐，促進(jìn)計(jì)算思維的有效遷移。再如各類(lèi)創(chuàng)客節(jié)、科技節(jié)等實(shí)踐活動(dòng)，讓學(xué)生通過(guò)實(shí)際操作設(shè)計(jì)，領(lǐng)悟計(jì)算思維方式?，F(xiàn)代心理學(xué)理論認(rèn)為：思維的發(fā)展是一種富情境化的過(guò)程，脫離了真實(shí)情境的“說(shuō)教式”教學(xué)就很難實(shí)現(xiàn)學(xué)生思維能力的遷移。為了促進(jìn)計(jì)算思維的學(xué)習(xí)遷移，教學(xué)活動(dòng)就不應(yīng)只停留于知識(shí)的講解和技能的操練上，同樣還需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)隱含計(jì)算方法的、與學(xué)生生活學(xué)習(xí)相類(lèi)似的學(xué)習(xí)情景，引導(dǎo)學(xué)生在其中發(fā)現(xiàn)計(jì)算問(wèn)題，應(yīng)用計(jì)算方法解決問(wèn)題，將計(jì)算思維遷移于真實(shí)的問(wèn)題情境中，并逐步完善這種思維方式。

綜上所述，計(jì)算思維就是把一個(gè)看起來(lái)困難的問(wèn)題重新闡述成一個(gè)我們知道怎樣解的問(wèn)題，同時(shí)它跟人們的生活工作密不可分。計(jì)算思維應(yīng)當(dāng)跟3R（閱讀、寫(xiě)作和算術(shù)Reading，wRiting， and aRithmetic—3R）能力一樣，成為一種基礎(chǔ)的、普遍的、適用的基本能力。將計(jì)算思維這一基本理念引入中小學(xué)課程中的教育與傳播格外重要，通過(guò)計(jì)算思維的教育，讓每個(gè)中小學(xué)生都能夠“像計(jì)算機(jī)科學(xué)家一樣思考”，就教學(xué)而言，計(jì)算思維作為一個(gè)問(wèn)題解決的有效工具，應(yīng)當(dāng)在所有地方、所有學(xué)校的課堂教學(xué)中得到應(yīng)用。因此，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，是中小學(xué)課程的責(zé)任和義務(wù)。