編者按：計算思維被認爲是(shì)21世紀中葉人人都(dōu)應具備的基本能力，正在受到越來越多的人關注。本文將揭開計算思維的神祕面紗，爲大(dà)家普及計算思維的基本內涵與特(tè)點。
作者：張進寶(bǎo)、王宇
專家介紹：張進(jìn)寶
北京師範大學教育(yù)學部副教授，教育技術專業、科學(xué)與技術教育專業碩士生導(dǎo)師(shī)，北京師(shī)範大學計(jì)算思維(wéi)教育研究中心主任，北京師範大學科(kē)學(xué)教(jiào)育研究(jiū)院院長助理，兼任中國教育(yù)學會(huì)中小學信息技術教育專業委員會副理事長，Bebras國(guó)際(jì)計算思維挑戰(zhàn)賽中國區(qū)主席，主持和參與數(shù)十多項(xiàng)部級(jí)、省級教育信息化項目。主(zhǔ)持和參與數十項省部級人(rén)文、教育與社會(huì)科學課題，發表中英文學術論文近百篇。
“計算思維”並不神祕
計算思維是(shì)什麼(me)，聽起來似乎(hū)高深莫測，好像是專(zhuān)業人士纔會用到的描(miáo)述。而(ér)事實上，計(jì)算思維(wéi)的(de)真面目與(yǔ)此般印象大(dà)相徑庭(tíng)。在許(xǔ)多人的固有觀念(niàn)中(zhōng)，計算(suàn)思維(wéi)是計(jì)算機科學家才掌握的一種(zhǒng)思維能力。其(qí)實，計(jì)算思維是一種任(rèn)何人(rén)都能夠且應該掌握(wò)的思(sī)維方式。在2006年，美國卡內基·梅隆(lóng)大學計算機科學系主任周(zhōu)以真教授，正式對計算思維的概(gài)念進行界定：計算思維是運用計算機科(kē)學的基礎概念進行問題求解(jiě)、系統(tǒng)設計、以及人(rén)類行爲理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列(liè)思維活動。自此之後(hòu)，越(yuè)來越多的學者認識到了計算思維的重要性，但(dàn)由於其(qí)概念(niàn)一直不斷地向前演變，至今未有一個(gè)標準。若從寬泛角(jiǎo)度解(jiě)釋，計算思維指的是(shì)人們在(zài)面(miàn)臨任何新問題(tí)和新挑戰時，理解問題(tí)及計劃問題解(jiě)決方法的思維過(guò)程。
爲了讓讀(dú)者更好理解計(jì)算思(sī)維的(de)含義，在(zài)此(cǐ)引(yǐn)入兩個(gè)關(guān)於生活中隨處可見的計算(suàn)思維實例。實例一，在(zài)起牀之後先後有序地完成一系列活動，如(rú)穿衣，疊被，洗(xǐ)刷(shuā)，喫早餐等，這屬於計算思維中的(de)順序結構，可以(yǐ)讓孩子(zǐ)們養成有計劃地(dì)安排自己各項任務和活動的習慣(guàn)。實例二，臨(lín)時被通知要出差，把哪些物品(pǐn)置於唯一的(de)背包中(zhōng)纔是最好(hǎo)的(de)選擇？這是計算思維中典型(xíng)的貪心算(suàn)法，指的是在解決問題過(guò)程中，做出在當時最(zuì)好的選擇。這可以培養孩子們的邏輯思維以及尋求最優解的能力。
計算(suàn)思維教育勢在必行(xíng)
隨着信息2.0時代(dài)的(de)到來，計(jì)算思維成爲新一代必備(bèi)的核心技能之一，它可(kě)以提供一種組織和分(fēn)析問題(tí)的新視(shì)角，能夠廣泛應用於學習與生活。毫無疑問，2010年(nián)後出生(shēng)的(de)兒童，屬於地道的(de)“數字(zì)原居民”，他們對數字技(jì)術的(de)掌(zhǎng)握有着天生(shēng)優勢。數字技術無處不在，尤其(qí)是隨着物聯網、雲(yún)計算、人工(gōng)智能等技術的快(kuài)速發展，計算優(yōu)勢更顯現出了(liǎo)其變革(gé)性意義。然而大部分人很少有機會獲得對計算的理(lǐ)解，甚(shèn)至認(rèn)知還停留在數值計算和工(gōng)具操作層面，更不用說去理解計(jì)算(suàn)思維了，如(rú)此又怎能培養出真正(zhèng)合(hé)格的數(shù)字公民呢？
好在，2017年的《地平線報告（基礎教(jiào)育版）》已經表明，要讓(ràng)計(jì)算思維在孩(hái)子們(men)的生(shēng)活學習中成(chéng)爲與(yǔ)閱讀(dú)、算數等(děng)技能(néng)同等重要的基(jī)本(běn)生(shēng)活(huó)能力。這說明，計算思維教育已勢在必行。
編程活(huó)動助力計算(suàn)思維發展
早在20世紀80年(nián)代末，清華大學的孫(sūn)家廣院士就曾提出“編程教育從娃(wá)娃抓起”，而(ér)少(shǎo)兒編程所(suǒ)培養的(de)能力便(biàn)是計算思維能力(lì)。已(yǐ)有的相關實驗證明，編程教育可以提高幼(yòu)兒相關計算思維能力（抽象、排序(xù)、模式識別）在其他(tā)方面的遷移提高，並(bìng)且對提升幼(yòu)兒的溝通、合作、團隊建設、創(chuàng)造力(lì)等方面都(dōu)有(yǒu)一定的(de)促進(jìn)作用。
2017年國務院(yuàn)發佈的《新一代人工智能(néng)發展規劃》中表示(shì)：“逐步推廣編程教育，鼓勵社會力量參與寓教於樂的編程教學(xué)軟件、遊戲的(de)開發和推(tuī)廣……”編程語(yǔ)言可以給予學習者及(jí)時反饋，促(cù)使學(xué)習者進(jìn)行(xíng)調試，故障排查，這些都體現了計算思維的作用。
國外對於計(jì)算思維的培養，是從基礎教(jiào)育階段逐漸上升至高等教育(yù)階段(duàn)，相對(duì)而言(yán)，我國(guó)主要的計算思維(wéi)培(péi)養陣地仍是高等教育階段，隨之慢慢下移至基礎教育，但是毫無疑問，我國教育界對於計算思維培(péi)養的重視程度(dù)已越來越(yuè)高。思(sī)維能力培養，是一個長期且緩慢的過程，在(zài)幼兒階段就讓孩子(zǐ)接觸相關的計算思維訓練，可以(yǐ)讓他們從(cóng)小就能(néng)夠熟練(liàn)使用計算思維(wéi)能(néng)力要(yào)素解決生活、學習中的問(wèn)題(tí)。
圖片來自騰訊新聞《你好，未來(lái)人類》
計(jì)算思維融(róng)入兒(ér)童(tóng)教育活動
國內(nèi)外已有若干研究開始探(tàn)索幼(yòu)兒時(shí)期發展起(qǐ)來的認(rèn)知能力與(yǔ)計算思維之間的(de)聯繫。結果表明，幼兒從4歲便能夠進行計算思(sī)維相關(guān)的學習。計算思維可以(yǐ)爲兒童提供了表達自我和創造自我的機會，比如向(xiàng)兒童(tóng)提供外(wài)部創(chuàng)建工具，如圖形化編程軟件(jiàn)或兒童編(biān)程機器人，以遊戲的方式向(xiàng)兒童提供編程學習環境，兒童便可像寫作(zuò)一樣表(biǎo)達自(zì)身(shēn)的想法。
國外培(péi)養計算思維的工具(jù)主要分爲四大類：Scratch等圖形化(huà)編(biān)程、基於(yú)網絡(luò)的模擬創作工具、兒童編程機器(qì)人工具包和有形媒(méi)體、以及電子紡織品和其他計算工藝(yì)套件。如今相當數量的(de)編程教育將教學(xué)環境寄託(tuō)於Scratch等可(kě)視化編程軟件，將其(qí)當作計(jì)算思維培養的(de)主要方式(shì)。然(rán)而教育學界逐漸意(yì)識到，幼(yòu)兒在與實際可觸摸的物體進行交(jiāo)互(hù)、玩耍和創造時，學習效果是最好的。傳統的編程教育，無論是(shì)高(gāo)年(nián)級(jí)進(jìn)行(xíng)的程序設計學習(xí)，還是少兒(ér)通過Scratch等(děng)圖(tú)形(xíng)化編程軟件進行的學習(xí)，成(chéng)果(guǒ)往往(wǎng)都是在計算機屏幕上呈現的。毫無疑義，使(shǐ)用(yòng)以上工具進行學習都(dōu)會增加孩子與電子產(chǎn)品接觸的時(shí)間(jiān)，這也是許多家長所(suǒ)擔心的(de)問題(tí)之一。
家長們可能也會擔心，編程對年(nián)幼的孩子而言是否太難了(liǎo)。其實相較(jiào)編程語(yǔ)言的掌握，更重要的是(shì)讓幼兒通過親身感(gǎn)受，體(tǐ)會編程過(guò)程中所包含的計算思維與(yǔ)解決問題(tí)的思路。魏(wèi)茨(cí)曼科學研究所的研究員Armoni認爲(wèi)，只要採用與幼兒年齡發展階段相適應(yìng)的工(gōng)具，即使是(shì)四(sì)五歲的幼兒也能順利進行編程學習。
迷妹网培養(yǎng)方式很特別(bié)
迷妹网使用(yòng)簡易的圖形化編程積(jī)木(mù)塊代替了複雜的程(chéng)序代碼(mǎ)，孩子無需長時間地對(duì)着電腦屏幕，也無需面(miàn)對複雜的(de)代碼設計(jì)。迷妹网所設計的瑪塔兒童編程機器(qì)人，外形更容易讓年幼的孩子親近，且其中的瑪(mǎ)塔兒童編程(chéng)機器人人(rén)偶可以替換成(chéng)兒童(tóng)鍾愛的樂(lè)高小人(rén)。通過(guò)瑪塔控(kòng)制臺對瑪塔兒童編程機器(qì)人的命令連接，幼兒可以直接觀察到自己做出的編程(chéng)指令對於兒童編程機(jī)器人行爲的影響(xiǎng)。該類(lèi)兒童編程機器(qì)人(rén)提供了一(yī)種與計算思維接觸的具體方式，使抽(chōu)象(xiàng)事物(wù)具體化，將編程學(xué)習和玩具進(jìn)行有機(jī)的結合，在和兒童編程機器人一起遊戲中(zhōng)，潛移默化地讓孩子(zǐ)形成計算思(sī)維。
瑪塔兒(ér)童編程機器人(rén)
廣大的家長(cháng)和教育(yù)工作者正在不懈(xiè)努力，讓計算思維培養以(yǐ)各種形式深入到各類(lèi)教育(yù)活動之中。我相(xiāng)信，今天這(zhè)些精(jīng)心設計的(de)創新教育(yù)活動會在孩(hái)子心中埋下計算思維的(de)種子，兒童編(biān)程機器人將成爲滋養兒童創(chuàng)新思維的甘泉，這枚種子在將來會發展成各行各(gè)業所(suǒ)需的核心能力(lì)，成爲開啓美好未(wèi)來的密鑰、創新與攻關的利器(qì)，幫助未(wèi)來人(rén)類們鑄就一個更加美好的明天(tiān)！