編者按：計算思維被認爲是21世紀中葉人(rén)人都應具備的基(jī)本能(néng)力，正在受到(dào)越來(lái)越(yuè)多的人關注(zhù)。本文將揭(jiē)開(kāi)計(jì)算思(sī)維的神祕面紗，爲大家普(pǔ)及(jí)計(jì)算思(sī)維的基(jī)本內涵與特點。
作者(zhě)：張進寶、王宇
專家介紹：張進寶
北京師範(fàn)大學教育(yù)學部副教授，教育技(jì)術專業、科學與技術(shù)教育(yù)專(zhuān)業碩士生導師，北京師範大(dà)學計算思維(wéi)教育研究(jiū)中心(xīn)主任，北京師範(fàn)大學科學教育研(yán)究院院(yuàn)長助理(lǐ)，兼任中國教育學會中小學(xué)信息(xī)技術教(jiào)育專業委員(yuán)會副(fù)理事長(cháng)，Bebras國際計算思維挑(tiāo)戰賽中國區主席，主(zhǔ)持(chí)和參與數十多項部(bù)級、省級(jí)教育信息化項(xiàng)目。主持和參與數十項省部級(jí)人文、教(jiào)育與社會科學課題，發(fā)表中英文學術論(lùn)文近百(bǎi)篇。
“計(jì)算(suàn)思(sī)維”並不神(shén)祕
計算思維(wéi)是什(shén)麼，聽起來似(sì)乎高深莫(mò)測，好像是專業人士才(cái)會用(yòng)到的描述。而事實上，計算(suàn)思維的(de)真面目與此般(bān)印象(xiàng)大相徑庭。在許多人的(de)固有觀念(niàn)中，計(jì)算(suàn)思維是計算機(jī)科學家才掌握的一種思維能力。其實，計算思維是(shì)一種任何人都能夠且應(yìng)該掌握的思維方式。在2006年，美(měi)國(guó)卡內基·梅隆大學計算機科(kē)學系主任周以(yǐ)真(zhēn)教(jiào)授，正(zhèng)式(shì)對(duì)計算思維的概(gài)念進(jìn)行界定(dìng)：計算(suàn)思(sī)維是運(yùn)用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計、以及人類行爲理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學之廣度的一系列思維活動。自此(cǐ)之後，越來(lái)越多的學者認識到了計(jì)算(suàn)思(sī)維的重(zhòng)要性，但由(yóu)於其(qí)概念一直不斷地向前(qián)演變，至今未有一個標(biāo)準。若從寬泛角度解釋，計算思維(wéi)指的是人們在面(miàn)臨任何新問題(tí)和新(xīn)挑戰時，理解問題及(jí)計劃問題解決方法的思維過程。
爲(wèi)了讓讀者更好理(lǐ)解(jiě)計算思維的含義，在此引入兩個關於(yú)生活中隨處可(kě)見的計算思維實例。實例一，在起牀之後先後(hòu)有(yǒu)序(xù)地(dì)完成一系列活動，如穿衣，疊被，洗刷，喫早餐等，這屬於計算思維中的順序(xù)結構，可以讓孩子們養(yǎng)成有計(jì)劃地安排自(zì)己各項任(rèn)務(wù)和活動的習(xí)慣。實(shí)例二，臨時被通知要出差，把哪些物品置於唯一的背包中才是最(zuì)好的選擇(zé)？這是計算思(sī)維中典型的貪(tān)心算法(fǎ)，指的(de)是在解決問(wèn)題過程中，做出在當(dāng)時最好的(de)選擇。這可以培(péi)養孩子們(men)的邏輯思維以及尋(xún)求最優解的能力。
計算思維(wéi)教育勢在必行
隨着(zhe)信息2.0時代的(de)到來，計算思(sī)維成(chéng)爲新(xīn)一代必備的核心(xīn)技能之一(yī)，它可以提供一種(zhǒng)組織(zhī)和分(fēn)析問題的新視角，能(néng)夠廣泛應用於(yú)學習與生活。毫(háo)無疑(yí)問，2010年後出生的兒童，屬於地道的(de)“數(shù)字(zì)原居民”，他(tā)們對數字技術的掌握有着天(tiān)生優勢。數字技術無處不在，尤其是隨着物(wù)聯網(wǎng)、雲計算(suàn)、人工智能等技術的快速發展，計算優(yōu)勢更(gèng)顯(xiǎn)現出了其變革性(xìng)意義。然(rán)而大部分(fēn)人很少有機會獲得對計算的理解，甚至(zhì)認知還停(tíng)留在數值計算和工具操作(zuò)層面，更不用說(shuō)去理解計算思維了，如此(cǐ)又怎能培養出(chū)真正合格的數字公民呢(ne)？
好在，2017年的《地平線報告（基礎教育版）》已經表明，要讓計算(suàn)思維在孩子們的生活學習(xí)中(zhōng)成(chéng)爲與閱讀(dú)、算數等技能同等(děng)重要(yào)的基本(běn)生活能力。這說明，計算思維教育已勢在必(bì)行(xíng)。
編程活動助力計(jì)算思維發(fā)展
早在20世紀80年代(dài)末，清(qīng)華大學的孫家廣院士就曾提出(chū)“編程(chéng)教育從娃娃抓起”，而少兒編程所(suǒ)培養的能力便是計算思維能力。已有的相(xiāng)關實驗證明，編程教育可(kě)以提高幼(yòu)兒相關計算思維(wéi)能力（抽象、排序(xù)、模式識(shí)別）在其他方面(miàn)的(de)遷移提高，並且對提升幼(yòu)兒(ér)的溝通、合作、團隊建設、創(chuàng)造力(lì)等方(fāng)面都有(yǒu)一定的促進作用(yòng)。
2017年國務院發佈的(de)《新一代人(rén)工智能發展規劃》中表示：“逐(zhú)步推廣(guǎng)編程教育，鼓勵社會力量參與寓教(jiào)於樂的編程教學軟件、遊戲的(de)開發和推廣……”編(biān)程(chéng)語言可(kě)以(yǐ)給予學習者及時(shí)反饋(kuì)，促使學習者(zhě)進(jìn)行調試，故障排查，這(zhè)些都體現了計(jì)算思維的作用。
國外(wài)對於計算(suàn)思維的培養，是從基礎(chǔ)教育階段逐漸上升至高等教育階段，相(xiāng)對而言，我國主要的計算(suàn)思維培養陣地仍是高等教育(yù)階段(duàn)，隨之慢(màn)慢下移至基礎(chǔ)教育(yù)，但是毫無(wú)疑問，我(wǒ)國教(jiào)育(yù)界對於計算(suàn)思維培(péi)養的重視(shì)程度已越來(lái)越高。思維能力培養，是一個長期且緩慢的過程，在幼(yòu)兒階段就(jiù)讓(ràng)孩子接觸相關的(de)計算思維訓練，可(kě)以讓他們從小就能夠熟練(liàn)使用計算(suàn)思維(wéi)能力要素(sù)解決生活、學(xué)習中的問題。
圖片來自(zì)騰訊新聞《你好，未來人類》
計算思維融入兒童教育活動
國內外已有若(ruò)幹研(yán)究開(kāi)始探索幼兒(ér)時(shí)期(qī)發(fā)展起來的認知能力與(yǔ)計算思(sī)維之間的(de)聯繫。結(jié)果表明(míng)，幼兒從4歲便能夠進行(xíng)計算思維相(xiāng)關的學(xué)習。計算思維可以爲兒童提(tí)供了表(biǎo)達自我和(hé)創(chuàng)造(zào)自我的(de)機會，比如向兒(ér)童提供(gòng)外部創建工具，如圖形化編程軟件(jiàn)或兒童編程(chéng)機器人，以(yǐ)遊戲的方式向兒童提供編程學習(xí)環境(jìng)，兒童便可像(xiàng)寫(xiě)作一樣表達自身的想(xiǎng)法。
國外培養計算思維的工具主(zhǔ)要分爲四大類：Scratch等圖(tú)形化編程、基於網(wǎng)絡的模擬創作工具、兒童(tóng)編程機器人工具包和有(yǒu)形媒體、以及(jí)電子(zǐ)紡織品和其他計算工(gōng)藝套件。如今(jīn)相當數量的編程教育將教學環(huán)境寄託於(yú)Scratch等(děng)可(kě)視(shì)化編程軟件，將其當作計算思維培養的(de)主要方式(shì)。然而(ér)教育(yù)學界逐漸意識到，幼兒在與實際可(kě)觸(chù)摸的物體(tǐ)進行(xíng)交互(hù)、玩耍和(hé)創造時，學習效果是最好的。傳統的編程教育，無論(lùn)是(shì)高(gāo)年級進行(xíng)的程序設計學習，還是少兒通過(guò)Scratch等圖形化編程軟件進行的學(xué)習(xí)，成(chéng)果往往都是在計算機屏幕上(shàng)呈現的。毫(háo)無疑義，使用以(yǐ)上工具進行學(xué)習都會(huì)增加孩子與電子產品接觸(chù)的時(shí)間，這也是許多家長所擔心的(de)問(wèn)題之一(yī)。
家長們(men)可能也會擔心(xīn)，編程(chéng)對(duì)年幼的(de)孩子而言是否太(tài)難了。其實相(xiāng)較編程語(yǔ)言的掌握，更重(zhòng)要的(de)是讓幼兒(ér)通過親身感(gǎn)受，體會編程過程(chéng)中所包(bāo)含的計(jì)算思維與解決問題的思路。魏茨曼科學研究所的研(yán)究(jiū)員Armoni認(rèn)爲，只要(yào)採(cǎi)用與幼兒年齡(líng)發展階段相(xiāng)適應的工具，即使(shǐ)是(shì)四五(wǔ)歲的幼兒也(yě)能順利進行編程學習。
迷妹网培(péi)養方式很特別
迷妹网使用(yòng)簡易的圖形(xíng)化編程積木塊代(dài)替了複雜的程(chéng)序代碼，孩子無需長時(shí)間地對着(zhe)電(diàn)腦屏(píng)幕，也無需面對複雜的代碼設計。迷妹网所(suǒ)設計的瑪塔兒童編程機(jī)器人(rén)，外形更容易讓年幼的孩(hái)子(zǐ)親近，且其中(zhōng)的瑪塔兒童(tóng)編程機器(qì)人人偶可以替換成兒童鍾愛的樂高小(xiǎo)人。通過瑪(mǎ)塔(tǎ)控(kòng)制臺對(duì)瑪塔兒(ér)童編程機(jī)器人(rén)的(de)命令(lìng)連接，幼兒可以直(zhí)接觀察到自己做出的編(biān)程指令對於兒童編程機器(qì)人行爲的(de)影響。該類(lèi)兒(ér)童編程機器人提供了(liǎo)一種與(yǔ)計(jì)算思維接(jiē)觸的具(jù)體(tǐ)方式，使抽象事(shì)物(wù)具(jù)體化，將編程學習和(hé)玩具進行有機的結合，在和兒童編程機器人一起(qǐ)遊戲(xì)中，潛移默化(huà)地讓孩子(zǐ)形成計算(suàn)思維。
瑪塔兒(ér)童編(biān)程機器人
廣大的家長和教育工作者正在不(bù)懈努(nǔ)力，讓計算思維培養以各種形式深入到各類教育活動之中。我(wǒ)相信，今天這些精心設計的創新(xīn)教(jiào)育活動會在孩(hái)子心中埋下計(jì)算思維的種子，兒童編程機器人將成(chéng)爲滋養(yǎng)兒童創新思維的(de)甘泉，這枚種子在將來會發展(zhǎn)成(chéng)各行各業(yè)所需(xū)的核心能力，成爲開啓美好未來的(de)密鑰、創新與攻關(guān)的利器，幫助未來人類們(men)鑄(zhù)就(jiù)一個更加美(měi)好的明天(tiān)！