計算思維教育：概念演變與面臨的挑戰(zhàn)

摘要：計算思維雖已成為研究熱點，但對其概念的研究缺乏系統(tǒng)化的分析。從現(xiàn)代計算機科學(xué)發(fā)展歷程的探索中可以發(fā)現(xiàn)，計算思維概念孕育于計算機科學(xué)尋求獨立的過程中，萌芽于計算機教育思潮不斷演變的進程中，成型于計算科學(xué)獲得科學(xué)界認可之時。對計算思維概念的不斷爭論表明，需要綜合計算學(xué)科、普適化和認知發(fā)展三個視角來深刻認識計算思維教育。當(dāng)前值得重點關(guān)注的關(guān)鍵問題有：計算機科學(xué)家尚未就計算思維的關(guān)鍵要素達成一致;對計算本質(zhì)理解的更新會影響計算思維的內(nèi)涵;推動計算思維普適化面臨諸多困難和質(zhì)疑;計算思維價值的體現(xiàn)應(yīng)該是多元化的;計算思維的個體認知發(fā)展有了初步的探索;計算思維的社會性發(fā)展研究引發(fā)更多教育深層問題。推動計算思維教育在中國的發(fā)展，需要解決特殊國情對發(fā)展策略的影響、課程與教學(xué)難成體系、實踐與研究脫節(jié)等問題。

關(guān)鍵詞：計算思維;計算思維教育;概念演變;發(fā)展挑戰(zhàn)

中圖分類號：G434? ?文獻標識碼：A? ? 文章編號：1009-5195（2019）06-0089-13? doi10.3969/j.issn.1009-5195.2019.06.010

計算思維（Computational Thinking）研究熱度持續(xù)上升。但因人們對計算思維概念理解缺乏系統(tǒng)梳理，研究成果雖多卻沒有形成統(tǒng)一深入的正確認識。本文將對計算思維的形成與發(fā)展做系統(tǒng)性溯源，綜合不同視角的計算思維概念研究成果，探討我國計算思維發(fā)展過程中所面臨的挑戰(zhàn)，以期對理論研究與教育實踐有所幫助。

一、 計算思維的起源

早在周以真（Wing，2006）之前就有很多人使用“計算思維”術(shù)語。利用Google Ngram Viewer和Google Book檢索，可以發(fā)現(xiàn)1980年前就有若干數(shù)學(xué)教育等期刊中的文獻使用了“計算思維”這一術(shù)語。而在2006年前的20多年里，計算機科學(xué)、心理學(xué)、符號學(xué)、哲學(xué)與宗教領(lǐng)域也開始更多地使用它。其中，派珀特（Papert，1980）、加德納（Gardner，1985）的成果最具價值。前者從計算機教育角度探索兒童在操作計算系統(tǒng)的過程中所發(fā)展起來的獨特教育價值，后者則是借鑒計算機信息處理模式探索人類認知的模型化描述與認知思維的信息加工過程。二者共同點是都認識到計算機科學(xué)發(fā)展過程中形成的重要思想與方法的價值。

對計算思維起源的追溯不能僅僅分析個別學(xué)者的觀點，而應(yīng)該將其置于產(chǎn)生該思想的歷史時代，從中探尋其發(fā)展及演變的過程。自計算機科學(xué)誕生以來，計算思維就孕育其中，伴隨著相關(guān)學(xué)科和領(lǐng)域的不斷發(fā)展而成長。鄧寧（Denning，2017a）曾對計算思維的演變做過初步探索，但缺少清晰的線索，未與現(xiàn)有研究成果進行整合。綜合各類文獻，本文將計算思維概念起源梳理成三個時期：（1）孕育期——在計算機科學(xué)尋求獨立性的過程中萌發(fā);（2）萌芽期——伴隨計算機教育理念多元化而不斷成長;（3）成型期——通過科學(xué)界認可的“計算科學(xué)”宣告正式形成。如圖1所示。

1.孕育于計算機科學(xué)尋求學(xué)科獨立之過程

在發(fā)展的早期階段，科學(xué)界并不認為計算機科學(xué)是一門獨立學(xué)科，只是將其認定為數(shù)學(xué)的一部分，甚至認為計算機主要是作為人造的信息轉(zhuǎn)換器而存在。就這樣，計算思維最早也被孕育于數(shù)學(xué)之中。早期的爭論中，紐維爾（Newell）、佩利（Perlis）和西蒙（Simon）三位先驅(qū)的觀點為計算機科學(xué)找到自身獨特的發(fā)展指明了方向，他們認為“計算機科學(xué)是研究計算機現(xiàn)象的學(xué)問”（陳明遠，1980）。用于“設(shè)計機器指令以驅(qū)動計算問題解決過程”的算法思維所獲得的發(fā)展，使得計算機科學(xué)與其他領(lǐng)域徹底地區(qū)分開來（Newell et al.，1967）。編程成為人們解決問題的一種思想工具。此后，算法研究成為了計算機科學(xué)的中心課題，編寫程序與設(shè)計算法成為了核心實踐。這種認識成為“傳統(tǒng)計算思維”的重要思想（Denning，2017a），今天依然影響著各國計算思維教育實踐。

除了對“算法是否可以作為該領(lǐng)域獨特性的代表”的討論，早些年還有人宣稱算法思維能夠幫助訓(xùn)練大腦，有助于在所有領(lǐng)域更好地解決問題。“計算機科學(xué)家的獨特思維方式是一種可被使用的持久的通用思維工具”，這種說法在一段時間內(nèi)變得更加大膽和超前。例如，波爾特（Bolter，1984）將人是否具有計算能力（主要是算法思維）作為區(qū)分傳統(tǒng)人和現(xiàn)代人的重要特征之一，將這樣的人描繪為是“圖靈化的人”。高德納（Knuth）的經(jīng)歷讓他相信“算法的教學(xué)價值有助于理解各種概念”。他通過分析經(jīng)典數(shù)學(xué)教材發(fā)現(xiàn)，表征現(xiàn)實、簡化問題、抽象推理、信息結(jié)構(gòu)在算法思維中很常見，但在數(shù)學(xué)中卻不常見;計算機科學(xué)家的兩種思維模式（關(guān)注“復(fù)雜度”和關(guān)注“因果關(guān)系”）并沒有受到數(shù)學(xué)家的重視，而這卻是問題解決過程中事關(guān)復(fù)雜性（或經(jīng)濟性）以及設(shè)計可用程序所必需的（Knuth，1985）。他們的觀點與研究發(fā)現(xiàn)為總結(jié)形成當(dāng)今計算思維概念與特征奠定了初步基礎(chǔ)。

到了20世紀80年代中期，信息系統(tǒng)、系統(tǒng)集成等受到重視，工程思維此后深刻地影響著計算機科學(xué)的發(fā)展。盡管早期的開拓者聲稱算法思維是計算學(xué)科的核心，但后來的先驅(qū)們認識到計算過程（Computation）應(yīng)該是該領(lǐng)域的核心，系統(tǒng)、架構(gòu)與設(shè)計都是核心內(nèi)容。1989年的《計算作為學(xué)科》報告就曾指出，計算學(xué)科是對信息描述與轉(zhuǎn)化的算法過程進行系統(tǒng)研究的學(xué)科，并進一步闡釋了對計算新的理解——計算是一個包含理論、抽象和設(shè)計的領(lǐng)域，從算法到架構(gòu)、設(shè)計和網(wǎng)絡(luò)，都是計算 （Comer et al.，1989）。此后，計算機科學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域得到迅猛發(fā)展，深刻地影響了社會各個領(lǐng)域。后人在總結(jié)計算機科學(xué)所蘊含的核心技能時也不再是從計算機科學(xué)角度出發(fā)，進一步拓展到人類解決問題的生活經(jīng)驗的抽象化、形式化與自動化，形成了“新計算思維”的認識。

2.萌發(fā)于計算機教育思潮演變之進程

與計算機學(xué)科發(fā)展尋求獨立性面臨的問題不同，計算機教育思潮一直處于不斷變化中。其主要解決的問題是：（1）來自內(nèi)部的需要：構(gòu)建適應(yīng)學(xué)科發(fā)展與社會需要的專業(yè)人才教育;（2）來自外部的需求：做好非專業(yè)人士的通用教育?？v觀計算機教育發(fā)展的演變歷史，計算思維得以萌芽和成長。

上個世紀50年代中期，計算科學(xué)教育依然將自己定位于數(shù)學(xué)教育的一個分支。70年代以后，隨著計算機商業(yè)領(lǐng)域的日漸活躍，學(xué)校課程設(shè)置轉(zhuǎn)向商業(yè)需求，加入各類軟件與信息系統(tǒng)的部署、應(yīng)用與研發(fā)等，工程思維隨之對該領(lǐng)域的從業(yè)者產(chǎn)生了深刻的影響。進入80年代以后的20多年里，計算機科學(xué)教育的多元化更加突出，學(xué)科發(fā)展迅速，教學(xué)方向變得日益多樣。20世紀90年代以后，互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展使得軟件業(yè)人才需求激增。此后一個龐大的計算機學(xué)科群形成，時至今日擴張勢頭依然沒有改變。計算機科學(xué)家日漸發(fā)現(xiàn)，學(xué)科分化已經(jīng)到了十分嚴重的境地，探索學(xué)科培養(yǎng)中核心概念體系、關(guān)鍵方法與基本實踐活動，成為必須認真面對的問題。鄧寧等人（Denning et al.，1989）總結(jié)出計算機學(xué)科發(fā)展的三種范式：根植于數(shù)學(xué)的“理論范式”;植根于實驗科學(xué)的“抽象范式”;根植于工程學(xué)的“設(shè)計范式”，體現(xiàn)了該領(lǐng)域形成的傳統(tǒng)。其中的計算機科學(xué)大概念和方法也被納入后來的計算思維體系之中，被認為是該領(lǐng)域?qū)W習(xí)者必須具備的基本能力。

計算機教育對外輸出學(xué)科價值的進程中，曾先后面向社會大眾傳播與推廣“計算機素養(yǎng)”“計算機工具論”“多媒體文化”“超媒體文化”“網(wǎng)絡(luò)文化”“信息素養(yǎng)”以及“媒體和信息素養(yǎng)”的重要價值（張進寶等，2018a）。漸漸地，計算機科學(xué)領(lǐng)域在這一進程中失去了宣傳科學(xué)核心價值的主導(dǎo)權(quán)。計算機科學(xué)對普通民眾的價值僅僅等同于了信息素養(yǎng)，計算機學(xué)科核心思想被矮化為編程技能。在實用主義占主導(dǎo)的指導(dǎo)思想下，各國高中計算機科學(xué)課程差異較大，課程表述缺乏統(tǒng)一性，諸如信息技術(shù)、信息與通信技術(shù)、信息系統(tǒng)、計算機科學(xué)、信息學(xué)、計算機工程、軟件工程等名稱混用（Ragonis，2008），這與高校計算機學(xué)科群龐雜的現(xiàn)狀不無關(guān)系。近些年編程教育回歸中小學(xué)，計算思維成為課程建設(shè)的重要指導(dǎo)思想，這為重構(gòu)普通民眾對計算機科學(xué)新認知提供了新機遇。

3.成型于計算科學(xué)獲得科學(xué)界認可之時

從計算機誕生的歷史來看，最初科學(xué)家僅僅將計算機用作科學(xué)儀器。隨著計算機在科學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用范圍的不斷擴展，從物理到數(shù)學(xué)、生物學(xué)、人文科學(xué)，各個領(lǐng)域都產(chǎn)生越來越多新的成就與變化。計算被視為科學(xué)研究觀察世界的鏡頭，成為支撐近代科學(xué)重大發(fā)現(xiàn)的功臣（George，2000）。計算被看成是一種新的科學(xué)范式，是對傳統(tǒng)的理論范式和實驗范式的補充，成為當(dāng)今發(fā)展任何科學(xué)研究的先決條件（Easton，2006）。由此誕生出的計算科學(xué)（Computational Science），成為科學(xué)探究的第三支柱（Presidents Information Technology Advisory Council，2005）。

發(fā)展計算科學(xué)必須以強大的計算機科學(xué)作為基礎(chǔ)，重視信息科學(xué)理論探索，高效率專用算法、建模和模擬軟件的開發(fā)，以及大規(guī)模計算設(shè)備與計算基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)（周宏仁，2016）。計算科學(xué)是一個快速發(fā)展的多學(xué)科交叉領(lǐng)域，它使用高性能計算和數(shù)值分析來理解和解決復(fù)雜問題。這門新學(xué)科將計算思維、現(xiàn)代計算方法、設(shè)備和相關(guān)技術(shù)結(jié)合起來，解決了遠超傳統(tǒng)方法所能解決的問題范圍（Sloot，2018）。對計算思維的強調(diào)，正是計算科學(xué)所采用的新型研究范式能夠成功的根本原因。

伴隨計算科學(xué)的成功，計算思維走出計算機科學(xué)，獲得科學(xué)界的高度重視，成為三大科學(xué)思維之一（朱亞宗，2009）。為此，鄧寧（Denning，2017b）撰文稱，“計算思維應(yīng)該源于科學(xué)領(lǐng)域而不是計算機科學(xué)”。在得到社會高度重視和科學(xué)界高度認可的情況下，計算思維猶如長期埋藏在土壤中的幼芽，伴隨著計算科學(xué)的興起破土而出，受到了各方的廣泛關(guān)注。

二、計算思維概念的探索

計算思維從孕育思想、萌芽成長，到正式獲得社會認可，其內(nèi)涵的界定一直是學(xué)術(shù)界不斷爭議的問題。2006年之前少有人專門討論計算思維的定義，之后則迅速增加，來自計算機科學(xué)、教育學(xué)和認知科學(xué)的學(xué)者先后加入討論，但對計算思維概念的理解難以得到統(tǒng)一（Mannila et al.，2014;Haseski et al.，2018）。

本文采用如圖2所示的“理解計算思維概念的三個視角”框架對2006年以后有關(guān)計算思維概念及發(fā)展規(guī)律研究的文獻進行分析，以避免因視角狹隘所造成的偏見。由于不是文獻計量研究，因此部分文獻并不包括其中。例如，美國國家研究委員會2010和2011年發(fā)布的兩次專題研討會報告，雖然匯總了很多專家的觀點，但因差異較大并未形成共識，加之沒有系統(tǒng)化的論述，故而不納入關(guān)注范疇。另外，本部分主要關(guān)注計算思維概念，因而很多定量的教學(xué)實驗研究也未納入其中。

1.計算學(xué)科視角界定的計算思維內(nèi)涵

早期計算學(xué)科的學(xué)者們對計算思維的理解，突出強調(diào)算法的重要性，編程訓(xùn)練的結(jié)果是產(chǎn)生好的計算思維。這一時期所探討的計算思維被稱為“傳統(tǒng)計算思維”（Denning，2017a）。例如，派珀特（Papert，1980）提到，“學(xué)會成為一名高水平程序員就是學(xué)會更熟練地將阻礙程序正確執(zhí)行的錯誤進行隔離與糾正。如果把這種看待智力的方式推廣到更大范圍看待知識與獲得知識，我們可能不會被‘錯誤所嚇倒?！迸c強調(diào)“編程與算法培養(yǎng)起來的心智習(xí)慣”不同，“新計算思維”概念的領(lǐng)軍者周以真（Wing，2006）做了較為系統(tǒng)的定義，認為計算機科學(xué)家所運用的計算思維，指向求解問題、設(shè)計系統(tǒng)和理解人類行為等任務(wù)，思維過程基于計算機科學(xué)的基本概念，運用了廣義的各類計算機科學(xué)領(lǐng)域的智力工具。她將“計算思維”形象地描述成“像計算機科學(xué)家一樣思考”，成為一種超越計算機科學(xué)范疇的概念體系。

周以真（Wing，2008）最初對計算思維的本質(zhì)特征進行闡述，認為計算思維的核心是一種分析性思維，與數(shù)學(xué)思維解決問題的方式一脈相承。隨后在吸收和借鑒其他學(xué)者的建議基礎(chǔ)上，她（Wing，2010）重新對計算思維做了更為嚴密的定義：計算思維是在表述問題及其解決方案時所涉及的思維過程，確保解決方案的表征形式可被信息處理代理有效執(zhí)行。相比2006年描述要素的定義，此定義更加系統(tǒng)地對思維過程所涉及的思維加工對象（表述問題）、思維加工指向（提出解決方案），以及驗證思維結(jié)果可靠性（即“可執(zhí)行性”）做了界定，在對計算思維核心內(nèi)涵的定義上又更進一步，因此成為學(xué)者們引用率最高的定義（Shute et al.，2017）。

（1）計算思維的關(guān)鍵要素

受到周以真（2006）所發(fā)表文章的影響，大量有關(guān)計算思維概念內(nèi)涵與特征的研究陸續(xù)出現(xiàn)。有學(xué)者將眾多定義與描述歸納為“思維技能說”“過程要素說”（劉敏娜等，2018），或者“問題解決說”“系統(tǒng)說”“過程說”“活動及方法說”“工具說”等（張立國等，2018），本質(zhì)上只不過是從思維的要素（基礎(chǔ)概念、基本思想）、過程、結(jié)構(gòu)、特征或結(jié)果等角度進行的闡釋。

哪些要素是計算思維關(guān)鍵的下位概念？計算學(xué)科的基礎(chǔ)概念很多，關(guān)鍵是搜尋標志性概念（史文崇，2014）。早期的計算機科學(xué)先驅(qū)們多從算法角度探討概念中蘊含的思想與方法對其他科學(xué)領(lǐng)域的價值，因此將計算機科學(xué)限制于應(yīng)用性學(xué)科，受眾人群也限制得比較窄。周以真（Wing，2006;2008; 2010）強調(diào)要將遠超該學(xué)科范疇的心智工具，應(yīng)用于日常生活之中;將計算機科學(xué)中發(fā)展起來的若干大概念（抽象、自動化、表征、模型、建模）提升到與算法相同的位置。她認為計算思維的核心是“抽象與自動化”，這顯著不同于以往的以“算法思想為核心”的“傳統(tǒng)計算思維”觀念，更多屬于計算理論的相關(guān)范疇，但并不能完全涵蓋生活經(jīng)驗。另外，學(xué)者們還從解決問題過程的角度，對計算思維的要素進行探討，以便涵蓋人類的一般性方法。例如，任務(wù)的形式化、數(shù)據(jù)分析、分解、建模與仿真、決策自動化、有效利用資源、決策過程抽象等（Dagiene et al.，2015）。

由于多數(shù)學(xué)者一直以來都是從計算機科學(xué)的角度試圖總結(jié)和形成計算思維的核心要素，因而難以被教育界和心理學(xué)界認可。史文崇等（Shi et al.，2014）就計算思維核心要素遴選給出5個標準：必須是計算科學(xué)的術(shù)語、必須是基本術(shù)語、使用頻率必須足夠高、可以反映學(xué)科觀念或認知風(fēng)格、內(nèi)涵和外延必須適中。但目前絕大多數(shù)學(xué)者在這個問題上的觀點依然有很大的不同，這也直接影響了計算思維內(nèi)涵的闡釋。

（2）計算思維的核心本質(zhì)

思維的本質(zhì)是心理計算過程（廖玲，2010）。自然界或人工系統(tǒng)中有許多問題的解決方案是難以量化為直接答案的，但可以通過構(gòu)造計算模型，使用算法、計算系統(tǒng)模擬許多現(xiàn)象，例如氣候變化、人的大腦和癌細胞的工作方式等。

計算思維之所以能夠構(gòu)造出可用的問題解決方案，與其所依賴的計算模型有密切的關(guān)系。美國哥倫比亞大學(xué)阿霍（Aho）教授指出，關(guān)注計算思維應(yīng)將“計算過程”與定義良好的“計算過程模型”結(jié)合起來使用，使其語義清晰，從而找到與正在研究的問題相匹配的內(nèi)涵（Aho，2012）。他認為，計算思維的一個重要部分就是找到適當(dāng)?shù)挠嬎氵^程模型，用以界定問題并得出解決方案。相比周以真（Wing，2010）的定義，該表述不再強調(diào)信息代理的執(zhí)行，而更加強調(diào)思維的結(jié)果。在他看來，計算思維的核心是對計算步驟與算法的操作;計算就是根據(jù)抽象形成的計算模型所定義的過程;而算法設(shè)計就是尋找一種方法控制實現(xiàn)該模型的執(zhí)行機構(gòu)，以產(chǎn)生期望的效果。

用于解決順序計算中問題的計算模型可以是簡單的有限狀態(tài)機，也可以是完備的圖靈模型?？捎嬎阈岳碚撌怯嬎銠C科學(xué)最核心的基礎(chǔ)理論。并不總是有合適的計算過程模型可用，這時的計算思維則變成了一項研究活動。20世紀60年代的計算被認為是“計算機執(zhí)行程序的狀態(tài)序列”，而今多數(shù)人將計算理解為“信息處理的過程”。人工智能的發(fā)展又讓人們對計算產(chǎn)生新的認識。云計算就是創(chuàng)新計算思維的典型代表，人們從已有技術(shù)方案創(chuàng)新中獲益。面向復(fù)雜分布式系統(tǒng)的并行計算模型，是當(dāng)前研究的重要主題。

當(dāng)今最受歡迎的應(yīng)用程序都具有超出一般算法的計算功能，如面部識別、語音轉(zhuǎn)錄、無人駕駛汽車和工業(yè)機器人背后普遍有持續(xù)增長的海量數(shù)據(jù)作為支撐。數(shù)據(jù)思維、人工智能思維正在改變著人們對智能的理解。與計算思維相比，人工智能思維超越了邏輯和算法的觀點，強調(diào)如何利用知識庫和案例庫解決問題，捕獲和理解常識，通過啟用語義和上下文的處理，可以實現(xiàn)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)處理等，這些被認為是當(dāng)下機器智能的核心思想（張進寶等， 2018b）。今后計算思維也應(yīng)關(guān)注從人工智能研究和實踐中提煉出來的框架、技能集合和工具，使其成為對每個人都可用的“技能”。

而今，類似計算生物學(xué)在不斷尋找有關(guān)細胞行為及DNA的計算模型，其他學(xué)科也普遍通過計算科學(xué)探索可用的計算模型。這表明，隨著人們對計算模型的深入研究，計算思維的內(nèi)涵與方法也將不斷發(fā)展。將計算思維僅僅理解為面向問題解決的算法設(shè)計與編程活動，過于狹隘。

2.普適化視角探討計算思維的外延

2006年以后，多數(shù)學(xué)者認為計算思維是超越編程活動所形成的思維品質(zhì)，具有廣泛的適用性和人人受益的價值。然而，是否每個人都能具備計算思維并從中受益，還需要充足的證據(jù)。自從計算思維概念被正式提出，學(xué)者們對計算思維的理解在社會不同視角中拓展。有的將其定義為21世紀中葉人人都需要的基本技能，可以不用機器就能學(xué)習(xí)（Wing，2008;2017）;也有人將其理解為人的一項關(guān)鍵能力（ISTE，2016），是信息科學(xué)的學(xué)科核心素養(yǎng)（張立國等，2018）。

計算思維外延的探索，從挖掘成功案例出發(fā)，需要人們前瞻性地看到未來工作情境中計算思維將會發(fā)揮的重要作用。進入21世紀以來，計算機以各種形態(tài)進入商業(yè)、生活領(lǐng)域，逐步成為人人都離不開的伙伴，數(shù)字經(jīng)濟時代已成為現(xiàn)實。建筑業(yè)、制造業(yè)、房地產(chǎn)業(yè)、科學(xué)研究與技術(shù)服務(wù)業(yè)等出現(xiàn)大量需要借助選擇與設(shè)計計算模型完成任務(wù)的計算設(shè)計師（Computational Designer）。計算思維在科學(xué)計算等領(lǐng)域不再是研究的輔助工具，已經(jīng)化身為重要組成部分，發(fā)揮著關(guān)鍵作用。計算思維既是一種新的思想，也是一種新的視角（Bundy，2017）。今后的科學(xué)研究與工程實踐將普遍需要具備計算思維，能夠理解、掌握和構(gòu)造計算步驟，在計算機上執(zhí)行并獲得有用結(jié)果的工作者。

（1） 計算思維的教育實踐

當(dāng)前學(xué)界已將計算思維教育認定為促進21世紀核心技能發(fā)展的重要方式，其符合“教育要面向未來”的基本邏輯，有助于教育界實現(xiàn)“學(xué)生應(yīng)具有適應(yīng)技術(shù)要素日益豐富的社會”的愿望。當(dāng)計算思維被認定為每個學(xué)生都應(yīng)掌握的能力以后，各國的計算機科學(xué)教育開始呈現(xiàn)低齡化、全員參與的特點，計算思維的培養(yǎng)成為貫穿各個學(xué)段的核心思想。圖形編程環(huán)境（如Scratch、Alice、Game Maker、Kodu和Greenfoot）、基于Web的模擬創(chuàng)作工具（如Agent Sheets和Agent Cubes）和機器人套件（Arduino、Gogo Boards）等實物媒體，都可以成為初學(xué)者所需的“低門檻、高天花板”編程環(huán)境。美國麻省理工大學(xué)的Scratch圖形化編程環(huán)境（Grover et al.，2013），影響了包括中國在內(nèi)的數(shù)千萬小學(xué)生。非盈利機構(gòu)Code.org等在全球推動普及計算機科學(xué)教育活動。各式新奇的機器人（Cozmo、Wonder Workshop）、紙牌（Robot Turtles）類教學(xué)工具也被開發(fā)出來，用于激發(fā)學(xué)生數(shù)學(xué)思維與計算思維發(fā)展。其中，學(xué)生的問題解決能力被公認為是最重要的能力，是發(fā)展思維能力最好的切入點。世界數(shù)學(xué)奧林匹克大賽、世界信息奧林匹克大賽、國際數(shù)學(xué)競賽（Kangaroo）以及其他一些競賽已經(jīng)吸引了成千上萬的孩子關(guān)注。而面向所有學(xué)生的國際計算思維挑戰(zhàn)賽（Bebras），也被人們寄予了高度期望。

盡管現(xiàn)代的計算思維已經(jīng)將抽象、建模、表征等納入其中，但多數(shù)計算思維的定義仍源于算法思維，被理解為所構(gòu)建的問題解決方案是可以使用算法將輸入轉(zhuǎn)換為所需的輸出。而缺乏足夠多的證據(jù)支持就大力宣揚計算思維價值，會招致其他學(xué)科的反感（Denning，2009）。在多數(shù)學(xué)科（如數(shù)學(xué)、歷史、化學(xué)等）尚未宣稱自己學(xué)科獨特思維方式時，人們很難普遍認同“人人都應(yīng)具備計算思維”的說法（Hemmendinger，2010）;而將日常生活問題解決策略歸于計算思維，借此論證計算思維培養(yǎng)的必要性，受到質(zhì)疑（Guzdial，2015;張廣兵，2018）。有研究指出，計算思維忽視了“對問題解決的任何表達都是利益相關(guān)者協(xié)商的結(jié)果”的基本事實（Easterbrook，2014）;宣稱計算思維有助于每個人，并不符合事實（例如，文學(xué)、藝術(shù)類的工作多數(shù)運用非技術(shù)化的手段）;將越來越多的內(nèi)容塞入計算思維，恐怕會因此偏離推廣計算思維的初衷（Tedre et al.，2016）;過分強調(diào)計算思維形式化的重要性，如同早些年軟件開發(fā)領(lǐng)域刻意強調(diào)一定要面向?qū)ο笠粯?，都是眼界狹隘的表現(xiàn)（Denning，2017a）。

（2）計算思維的多元價值

如今的中小學(xué)教育，不論是國內(nèi)還是國外，都處于高度復(fù)雜、高度政治化的環(huán)境中。為保持國際競爭力的各項優(yōu)先事項，保障政治意識與國家治理穩(wěn)定，社會轉(zhuǎn)型促發(fā)的新型教學(xué)方法，以及知識更新與課程形態(tài)所發(fā)生的變化，都在爭奪有限的教育時間與空間。然而，它同時也受到來自社會各界最廣泛的關(guān)注和嚴密的審查，可用的資源也容易受到各種因素的影響。而要成功地將計算思維引入中小學(xué)，勢必要求計算思維能夠兼容現(xiàn)存和其他新出現(xiàn)的內(nèi)容。在有限的學(xué)校課程體系中，決策者應(yīng)該如何在已有的學(xué)校課程中騰出空間，計算思維最終是否應(yīng)該作為一般學(xué)科、專門的學(xué)科或多學(xué)科主題納入教育，目前專家們并無一致的意見（NRC，2011）。

盡管計算思維與數(shù)學(xué)思維、工程思維以及設(shè)計思維有共同之處，但它也以獨特的方式擴展了思維技能（Lee et al.，2011）。由于其集中于信息過程，因此它具有明顯的不同（Denning et al.，2009）。事實上，在討論計算思維價值時，人們更多是看到了計算思維的工具價值，忽視了社會價值和認知價值。在探索計算思維價值的過程中，常常忘記“計算作為媒介”在探索數(shù)學(xué)、科學(xué)等其他領(lǐng)域的價值（Grover et al.，2013），這應(yīng)該是從更廣義的視角來理解計算思維的重要性。

多數(shù)人已經(jīng)意識到目前我們只是將計算機作為信息獲取與溝通工具，并未讓其對大多數(shù)人的價值發(fā)揮到最大。但計算思維并非必然存在于絕大多數(shù)人的思維方式中。從學(xué)者對外延的探索來看，計算思維更多是因設(shè)計程序、開發(fā)軟件和利用計算機開展計算發(fā)展出來的思維習(xí)慣。當(dāng)人們對計算思維與數(shù)學(xué)思維關(guān)系的認識逐步深入后，多數(shù)人更愿意將其納入數(shù)學(xué)教育，認為沒有必要對計算思維進行特別強調(diào)。而且，很多人認為自己沒有學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的天賦，進而排斥計算思維。國際教育技術(shù)協(xié)會（ISTE）和美國計算機科學(xué)教師協(xié)會（CSTA）做了大量的工作，組織學(xué)科專家、教育工作者、行政管理者共同努力，開發(fā)出足夠豐富的案例，不僅包括計算機學(xué)科的，還包括其他學(xué)科能使用的案例，展示了計算思維價值的多元形態(tài)。

APP Inventor之父、美國麻省理工大學(xué)艾伯森教授（Abelson，2012）認為，不僅要關(guān)注利用計算機科學(xué)概念構(gòu)造計算模型和可執(zhí)行的方案，還應(yīng)認識到計算的價值（Computational Values）。按照他的觀點，在特別強調(diào)計算思維價值的同時，還應(yīng)強調(diào)信息技術(shù)特別是數(shù)字信息所產(chǎn)生的威力，尤其是目前已經(jīng)可見的開放數(shù)字教育資源所產(chǎn)生的巨大影響。

計算思維已成為近些年日益受到關(guān)注的數(shù)據(jù)科學(xué)、密碼學(xué)、信息學(xué)和人工智能等信息時代新興教學(xué)主題的核心。教育工作者更加重視它所激發(fā)與促進的創(chuàng)造力、合作精神與問題解決能力。卡法爾等人（Kafai et al.，2014）呼吁教學(xué)重點轉(zhuǎn)向計算參與（Computational Participation），強調(diào)需要引導(dǎo)學(xué)生開發(fā)有用的應(yīng)用程序、構(gòu)建良好的社區(qū)，關(guān)注學(xué)生喜歡的重用（Remix）行為，以及各類實體化（Tangibles）的電子制品。羅德等人（Rode et al.，2015）通過實踐，總結(jié)出兒童成功參與簡單的創(chuàng)客項目，除了計算思維之外，包含5項技能（美學(xué)知識、創(chuàng)造力、搭建技能、可視化表達能力，以及對材料的理解）的計算創(chuàng)作（Computational Making）至關(guān)重要。他們建議，將計算思維整合于STEM教育中時，不能僅強調(diào)狹隘的計算思維，還應(yīng)該重視新的STEM技能，并以此為起點探索教育活動的設(shè)計與實施。從某種意義上說，計算思維就像是STEM中的批判性思維——批判性思維側(cè)重于在文本中尋找思想之間的關(guān)系，而計算思維致力于尋找計算模式，并在數(shù)字化的語境中設(shè)計解決方案。

應(yīng)審慎設(shè)計包括編程在內(nèi)的計算思維教育活動。僅僅關(guān)注培養(yǎng)學(xué)生算法和編程技巧的“功利性教育”，無視學(xué)生生命最基本的需要，嚴重違背了基礎(chǔ)教育應(yīng)有的定位。雖然，近些年有超過33種編程語言被用于中小學(xué)的計算機教育，游戲設(shè)計、實體編程工具、機器人等廣泛被用于學(xué)生的編程活動，但確定合適的教學(xué)方法一直以來都很困難（Garneli et al.， 2015）。對兒童來說，從“構(gòu)建代碼”到“分享應(yīng)用”，從“零起點創(chuàng)作”再到“改編他人作品”，計算思維教育應(yīng)該是一種高度社會化的參與和社交過程（Kafai，2016）。兒童參與編程活動應(yīng)被歸結(jié)為信息化的自我表達和社會參與，是數(shù)字化素養(yǎng)的重要組成部分。通過運用創(chuàng)造性的工具嘗試實現(xiàn)自己的思想，編程活動擴大了個體的體驗，促進了個體元認知的發(fā)展。在青少年編程活動中，首先應(yīng)該重視其社會化的過程，由此其計算思維才能得到發(fā)展與完善，才能獲得對自我和世界有意義的理解。派珀特（Papert，1980）早已指出，兒童參與編程的過程，實質(zhì)上是鍛煉思維的過程。計算機與其他方法一同配合可以創(chuàng)造出更有效的方案。因此，在教育環(huán)境中，編程活動應(yīng)與其他活動一起，充分利用各類知識構(gòu)建工具，讓學(xué)生們參與到創(chuàng)造性的解決問題活動中。目前來看，人們尚未就不同階段課程應(yīng)實現(xiàn)何種教育目標達成共識。傳統(tǒng)的學(xué)校教育也難以為青少年的社會性發(fā)展創(chuàng)造足夠的條件，需要充分發(fā)揮非正式教育活動的優(yōu)勢。

上述只是計算思維教學(xué)研究中的部分代表，但已經(jīng)引發(fā)至少四個深層問題：（1）如何選擇適合的教育情境激發(fā)學(xué)習(xí)熱情，并確定應(yīng)該讓學(xué)生掌握多少計算機科學(xué)先前知識？（2）算法學(xué)習(xí)與編程技巧的訓(xùn)練，在計算思維形成與發(fā)展過程中起著怎樣的作用？（3）如不能給學(xué)生提供足夠的計算設(shè)備，是否有其他有效的替代方案？（4）如何綜合評判學(xué)生的計算思維發(fā)展水平？等等?？偟膩砜?，計算思維教學(xué)的探索尚處于起步階段。在計算思維定義、維度與過程等尚未形成統(tǒng)一認識之前，有些研究主題（例如，課程設(shè)計與能力評價研究）尚無法推廣。

三、中國計算思維教育的現(xiàn)實挑戰(zhàn)

雖然包括計算機科學(xué)、教育學(xué)和心理學(xué)等領(lǐng)域的專家開始關(guān)注計算思維，努力推動其概念表述清晰化、內(nèi)涵準確化、外延普適化，以及研究系統(tǒng)化，但我國教育工作者中普遍的認識上的誤區(qū)和客觀現(xiàn)實，仍將導(dǎo)致我國實施計算思維教育面臨諸多挑戰(zhàn)。

1.特殊國情影響發(fā)展策略

發(fā)展計算思維教育需要尋找適應(yīng)中國國情的契機與問題。國內(nèi)學(xué)者多數(shù)將計算思維作為舶來品看待，認為歐美國家正大力推動計算思維教育，中國也需要緊隨其后。赫因特茲等人（Heintz et al.，2016）發(fā)現(xiàn)，小學(xué)教育中引入計算思維、編程和數(shù)字素養(yǎng)課程已成趨勢。然而，不區(qū)分國情和教育面臨的境遇而做出論斷，本身就存在問題。美國歷屆政府都將STEM教育提到事關(guān)國家安全的戰(zhàn)略高度，通過不斷加大投入，鼓勵本國學(xué)生主修相關(guān)領(lǐng)域課程，確保更多的學(xué)生畢業(yè)后能在這些領(lǐng)域工作，以確保國家的核心競爭力。因此自2010年以來開展的“全民計算機科學(xué)”（CS for All），雖然初衷是滿足計算機類人才需求，解決中小學(xué)無法提供相關(guān)課程等問題，但此后該運動也積極響應(yīng)美國政府的STEM教育發(fā)展戰(zhàn)略（實際上是突出了計算思維學(xué)習(xí)對于發(fā)展計算科學(xué)的重要性），因此得到了聯(lián)邦政府、各州和各類機構(gòu)更廣泛的支持。

反觀我國，社會經(jīng)濟結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不斷推進的全方位改革造就了中國獨特的社會特征：產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)多元化、人才需求多樣化、就業(yè)方向靈活化、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大眾化等。教育改革一直以宏觀結(jié)構(gòu)調(diào)整為主，教育公平、教育精準扶貧、教育公共服務(wù)體系建設(shè)、創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式等是中國教育改革與發(fā)展全局性的大事。一直以來，基礎(chǔ)教育信息技術(shù)課程得不到重視，計算機科學(xué)教育研究相對薄弱，人才培養(yǎng)質(zhì)量普遍不高。但得益于舉國體制和改革開放政策，中國高科技領(lǐng)域依然獲得了舉世矚目的發(fā)展。至于說計算機人才供不應(yīng)求，這樣的說法在任何一個國家都不是事實，就業(yè)市場并不缺乏勞動力。在這樣的情況下，盡管國內(nèi)學(xué)者積極推動高等教育和基礎(chǔ)教育中計算思維教育活動，但如果僅僅將計算思維定位為普適化教育內(nèi)容，而不與國家重大發(fā)展戰(zhàn)略（如人工智能、大數(shù)據(jù)科學(xué)、計算科學(xué)等）相結(jié)合，將無法得到重視，也難以獲得更大的發(fā)展空間。

中國并非沒有發(fā)展計算思維的有利時機。近些年我國在工程教育、科技創(chuàng)新等方面都已實施了一系列有針對性的支撐計劃，建立了企業(yè)為主體、產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合、技術(shù)創(chuàng)新體系為突破口的科技體制改革實施方案，核心企業(yè)表現(xiàn)突出，中國制造在世界口碑日益上升。重點支持和發(fā)展高科技產(chǎn)業(yè)，使其產(chǎn)生帶動效應(yīng)，這是中國科技發(fā)展的重要經(jīng)驗。2017年中國政府發(fā)布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，是“堅持戰(zhàn)略引領(lǐng)，圍繞國家發(fā)展戰(zhàn)略需求，促進科技與經(jīng)濟緊密結(jié)合”的再次體現(xiàn)，其中包括了實施“全民智能教育項目”的重要內(nèi)容。目前人工智能教育相關(guān)政策與行動正在制定過程中，急需系統(tǒng)化的跟蹤研究與國際比較，避免商業(yè)利益主導(dǎo)的教育炒作與短視行動。為此，需要從國家創(chuàng)新與科技競爭態(tài)勢、地區(qū)經(jīng)濟與社會發(fā)展?jié)摿?、產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新集群效應(yīng)、教育現(xiàn)代化發(fā)展戰(zhàn)略的實施等多角度做出綜合考慮。筆者認為，人工智能教育不應(yīng)被理解為智能化的教育，應(yīng)該從更廣義的角度理解與構(gòu)建智能教育;創(chuàng)客、編程教育、計算思維教育、STEM教育等內(nèi)容都應(yīng)被納入其中。這是我國推動人工智能人才培養(yǎng)，開展計算思維教育的必由之路，也是推動STEM教育等新型教育的必然選擇。中國的“全民智能教育”將成為全球“計算思維教育”的中國版（張進寶等，2018b）。

2.課程與教學(xué)難成體系

良好的課程與教學(xué)體系構(gòu)建，應(yīng)該依托豐富的研究成果，系統(tǒng)地定義各學(xué)段學(xué)生計算思維發(fā)展水平與能力績效、教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)活動、設(shè)備與技術(shù)、教學(xué)資源與教學(xué)工具、教學(xué)評價標準、教學(xué)支持服務(wù)體系等。然而，且不說中國缺少成功案例，即使是美英等國也依然面臨諸多挑戰(zhàn)（Grover et al.， 2013）。人們期待計算思維課程與教學(xué)體系是著眼于促進學(xué)生核心素養(yǎng)和未來社會發(fā)展需要構(gòu)筑的多元課程內(nèi)容。但現(xiàn)實情況下，新型教育觀念與教學(xué)現(xiàn)狀之間的鴻溝難以克服，已有課程體系和教學(xué)方式難以改變，有限的教學(xué)時間與教學(xué)條件無法保證新型課程實施，師資與專業(yè)發(fā)展尤為困難，這將導(dǎo)致計算思維教育的美好期望在實施過程中打折。

強調(diào)計算思維教育絕不是完全摒棄信息素養(yǎng)教育。青少年對信息活動與現(xiàn)象高度敏感和好奇，但普遍缺乏信息價值判斷能力。設(shè)計健康的數(shù)字化生活與社會交往活動，將有利于培養(yǎng)他們的批判性思維和創(chuàng)造力，這是培養(yǎng)核心素養(yǎng)的關(guān)鍵。因此，決不能認為培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)早已過時。確保學(xué)生能夠充分體驗和具備媒體與數(shù)字素養(yǎng)，依然是基礎(chǔ)性的教學(xué)任務(wù)。中小學(xué)信息技術(shù)課程至少肩負著三個層次的目標，既有“增進信息意識、提升數(shù)字素養(yǎng)”的初級目標，也有“促進計算思維、培養(yǎng)編程能力”的中級目標，以及“實現(xiàn)體驗技術(shù)實踐、實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新”的高級目標（張進寶等，2018a）。不論是面向哪個層次的教學(xué)活動，都應(yīng)充分激發(fā)學(xué)生的熱情，提升其解釋信息和做出明智判斷的能力。這應(yīng)成為中小學(xué)計算思維教育遵循的基本原則。

我國《高中信息技術(shù)課程標準（2017版）》雖然將計算思維作為學(xué)科核心素養(yǎng)予以提出，但并沒有單獨安排內(nèi)容與模塊進行培養(yǎng)。課程內(nèi)容與模塊設(shè)計方面主要以教育目標的方式存在（事實上，該標準中提及的四個核心素養(yǎng)都是這樣處理的），教師通常會依據(jù)傳統(tǒng)教學(xué)思路，將知識學(xué)習(xí)和實踐活動作為教學(xué)主線，活動實施過程中兼顧或象征性體現(xiàn)部分計算思維技能的使用。多數(shù)教師依然傾向于知識傳授（實質(zhì)教育的范式），很難轉(zhuǎn)向引導(dǎo)學(xué)生主動探索、感悟蘊含于問題解決過程中所包含的思想方法。這種從知識傳授向思維教育的轉(zhuǎn)變，對廣大教師和學(xué)生都將是重大的考驗。此外，該標準中給出的計算思維水平劃分，區(qū)分度不高，無進一步的細分維度，明顯對“問題界定”“抽象”“自動化”“模型化”等核心要素的強調(diào)不夠，且將計算思維限定在“解決問題過程”之中，典型的考核方式是編程任務(wù)，未考慮在非編程活動中體現(xiàn)出的計算思維水平差異。

雖然國際上已經(jīng)出現(xiàn)了大量從幼兒園到高中的各類計算思維教育實踐，但大多強調(diào)編程教育。編程（Programming）并不等同于程序開發(fā)（Coding），涉及運用算法創(chuàng)建數(shù)字制品（如音樂、視頻、動畫、應(yīng)用程序、網(wǎng)站等）的過程。中小學(xué)編程教育的重點也不應(yīng)是編程語言和程序設(shè)計與開發(fā)的技巧，應(yīng)致力于使學(xué)生能夠通過開發(fā)各類制品創(chuàng)新自我表達，滿足個人的好奇心，甚至創(chuàng)造出新的知識。國內(nèi)外研究表明，教師普遍缺乏對計算思維的系統(tǒng)理解（Giannakos et al.， 2015）。古德等人（Good et al.，2017）調(diào)查發(fā)現(xiàn)計算機教師不太容易能夠意識到計算思維在課程中的存在，常常傾向于從程序教學(xué)角度強調(diào)計算機科學(xué)的核心價值，這種做法容易忽視教授學(xué)生遷移編程能力解決周圍環(huán)境中的問題，同時也容易將不善于或不習(xí)慣學(xué)習(xí)編程的學(xué)生排除在外;教師也很難意識到教授編程通常存在的弊端。

信息技術(shù)在教育中全方位的滲透與應(yīng)用，使得實施計算思維教育有了更加多元的選擇，所有師生和學(xué)科也都將參與到計算思維教育之中。Nesiba等人（Nesiba et al.，2015）在DISSECT（通過計算思維探索科學(xué)）項目中，除了將計算思維整合到中學(xué)科學(xué)課，還嘗試將其融入人文學(xué)科內(nèi)容中。他們的實踐表明，在高中三年級英國文學(xué)課程中，可以構(gòu)建計算思維與作文和文學(xué)相結(jié)合的教學(xué)實踐。由康拉德·沃爾夫勒姆（Conrad Wolfram）推動的“基于計算機的數(shù)學(xué)教育項目”，旨在改變傳統(tǒng)數(shù)學(xué)教育花費80%的課程時間僅獲得了手工計算的知識的現(xiàn)狀。他們在課堂中積極引入計算機，教學(xué)結(jié)構(gòu)遵循計算思維開展，強調(diào)對真實情景下的問題進行研究，學(xué)生有機會利用計算機探究解決方案，展示他們對問題的理解，討論策略并聽取他人的意見（Wolfram，2016）。

然而，長期以來我國教育領(lǐng)域中嚴重缺少具有自主知識產(chǎn)權(quán)的模擬、仿真類軟件，而此類軟件在不論是科學(xué)教育還是理科分科教育中，都將有利于學(xué)生跨越傳統(tǒng)學(xué)科教育模式，理解現(xiàn)代科學(xué)研究的范式。這就需要對更多的教師進行專門的培訓(xùn)，以便教授計算思維的主要概念，并在其學(xué)科背景下創(chuàng)新教學(xué)活動。雖然計算思維對于數(shù)學(xué)和計算機科學(xué)等許多STEM領(lǐng)域非常重要，但它往往在學(xué)校中沒有得到很好的培養(yǎng)。各方應(yīng)協(xié)力探索在學(xué)科中如何整合計算思維，實現(xiàn)計算思維整合的跨學(xué)科教育模式，并對這樣的多學(xué)科融合課程組織實施，提出全面而可行的建議，以便將計算思維全面而充分地納入中國教育系統(tǒng)中。雖然我國的基礎(chǔ)教育課程在一定程度上有靈活性，特別是多年以來校本課程開發(fā)與實施所積累的經(jīng)驗，但這并不足以支撐計算思維整合型課程模式的實施。各地行政部門多頭管理的模式，會從不同方面影響計算思維與學(xué)科的深入融合。要改變各地教育主管部門的認識，推動學(xué)校和教師切實落實此種思路，是件有挑戰(zhàn)的任務(wù)。

3.實踐與研究脫節(jié)難克服

近些年國內(nèi)期刊發(fā)表的計算思維培養(yǎng)策略及教學(xué)實踐的文獻正在逐年增多（楊健，2017）。此類成果多為中小學(xué)教師或碩士研究生論文，探討如何處理計算思維教育內(nèi)容、教學(xué)方法，開展計算思維教學(xué)實驗。計算思維被描述為在特定學(xué)科教學(xué)（如計算機科學(xué)、科學(xué)課、音樂課等）中，在解決特定問題時，通過運用合適的教學(xué)策略，向?qū)W生傳授特定的思維方法，從而逐步發(fā)展和形成的一組思維技能。思維教學(xué)過程遇到的挑戰(zhàn)，較之知識傳授為主的教學(xué)，更為復(fù)雜。

教育實踐問題的獨特性與情境性，使得教師只能通過實踐去解決，由此構(gòu)建出來的多是“實踐藝術(shù)”，很難被歸納為普適性做法。即使在思維教學(xué)、計算思維教育、編程教育等領(lǐng)域?qū)嶋H上已經(jīng)有很多研究成果出現(xiàn)，也難以被教師借鑒和實踐。以英國教育研究與實踐中遇到的問題為例，該國早在2013年就設(shè)置必修課程“計算”（Computing），計算思維作為課程的核心素養(yǎng)也被廣泛討論和研究。但是相關(guān)報道（Rory，2017）指出，該國的課程改革遭遇很大的困難，面臨合格師資的匱乏、選學(xué)并參加課程考試的學(xué)生比例過低等等。這一現(xiàn)象引發(fā)了人們的反思——五年前從教師、商界領(lǐng)袖到政界人士都一致贊同，需要徹底改變計算機教育方式，但今天很少有人對改革的進程與方向表示滿意。

此外，教育研究者往往會忽視實踐中的很多細節(jié)問題。例如，雖然國內(nèi)外已經(jīng)出現(xiàn)了很多可以被用來培養(yǎng)學(xué)生計算思維的軟件和硬件，相關(guān)實驗也都證明有一定的效果，但是很多可選方案對于普通學(xué)校是難以承受的。例如，機器人成本高昂，不可能面向多數(shù)學(xué)生開展教學(xué)。有些則需要較長學(xué)習(xí)周期才能見到成效，例如Python等編程語言。有些技術(shù)方案成本極低（例如計算思維類卡牌、不插電的計算思維活動），但在教學(xué)方法方面要求更高。這些問題都是擺在教師面前的實際問題，卻未能受到研究者的重視。

計算思維教育理論與實踐研究存在的脫節(jié)問題，正在制約各自的發(fā)展。例如，多數(shù)教師不能將計算思維與傳統(tǒng)的信息技術(shù)工具應(yīng)用區(qū)別開來，故而糾結(jié)于信息技術(shù)工具教學(xué)怎樣才算滲透計算思維。一線教師認為“通過分析一個包含復(fù)雜動畫的PPT頁面，理解動畫之間的時序關(guān)系，應(yīng)該屬于計算思維”（王榮良等，2017）。也有中國學(xué)者試圖探討整合計算思維的軟件應(yīng)用教學(xué)（Jiang et al，2016）。研究者普遍漠視這些問題。筆者認為，區(qū)別于普通問題解決中的一般性思維，計算思維所面向的首先是某一類復(fù)雜問題，而運用這種思維方式的人應(yīng)該要有目的地實現(xiàn)解決方案的機械化，在條件允許的情況下（或者就是在這樣的情況下），運用計算設(shè)備（可能是可控制的機械裝置或計算機系統(tǒng)等）自動化執(zhí)行方案。而廣大教師常常誤認為，計算機應(yīng)用軟件使用思想就是計算思維范疇，因此也會認為計算思維實際上是“新瓶裝舊酒”。

破解理論研究與實踐脫節(jié)的現(xiàn)狀，需要雙方開展協(xié)同化的實踐與研究。研究者常會將關(guān)注點集中于思維教學(xué)的復(fù)雜性。教師則應(yīng)以可觀察、可測量的外部行為作為教育目標，而非難以觸及的個體內(nèi)在思維。讓學(xué)生學(xué)會“計算機科學(xué)家解決問題的思維方式”，是學(xué)校教育“可說但不可做”的事情。計算思維教育著眼于思維過程和解決問題的能力，而一般的學(xué)科教學(xué)則側(cè)重于科學(xué)方法和相關(guān)領(lǐng)域特定知識。相對真實的問題與情境勢必要求更多地開展社會交互活動。在教學(xué)中，教育工作者在幫助學(xué)生掌握學(xué)科基本技能之外，還要引導(dǎo)他們解決開放式科學(xué)、工程和技術(shù)問題，相互之間的交流與互動將有利于師生加深對問題解決方案所蘊含模型的理解。因此，對于教師來說，難以在并不熟悉的計算思維與教育情景間建立聯(lián)系。在將計算思維與科技創(chuàng)新課程相整合的實踐中，計算仿真教學(xué)在促進學(xué)生科學(xué)探究、發(fā)展計算思維方面有很大的潛力，是學(xué)校教育急需的。但現(xiàn)實情況是，多數(shù)研究成果僅存在于文獻之中，多數(shù)教育研究者只是將論文發(fā)表作為自己的主要任務(wù)，沒有持續(xù)性的后續(xù)跟進和推廣，國內(nèi)外教育實踐者苦于無人指導(dǎo)。

四、結(jié)束語

因缺乏對計算思維概念的批判性研究，致使部分人宣稱的計算思維的價值與相對混亂的計算思維教育實踐及實效存在差距，在現(xiàn)實中招來了諸多質(zhì)疑。本文認為對計算思維形成與發(fā)展的脈絡(luò)的梳理是探尋計算思維本質(zhì)的起點。綜合不同視角的研究成果有助于認清計算思維概念探索中的“已知”與“未知”。在中國推動計算思維教育還存在諸多現(xiàn)實的挑戰(zhàn)，需要我們認真對待。美、英等國積極推動全民計算機科學(xué)教育的歷史背景與中國有所不同，照搬他們的做法十分不明智。我們不應(yīng)僅僅從“未來社會是數(shù)字時代”的角度，宣傳人人都應(yīng)具備計算思維，畢竟多元的社會才是這個時代最顯著的特征。對于中國教育來說，發(fā)展計算思維教育機遇與挑戰(zhàn)并存，認清存在的問題僅僅是解決問題的開始。

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收稿日期 2019-02-17 責(zé)任編輯 汪燕