編者按：計算思維被認爲是21世紀(jì)中葉人人(rén)都應具備的基本能力，正在受到越(yuè)來越多的人關注。本文(wén)將揭開(kāi)計(jì)算(suàn)思維的神(shén)祕面紗，爲大(dà)家普及計算思維的基本內涵與特點。
作(zuò)者：張(zhāng)進(jìn)寶(bǎo)、王宇
專家介紹：張進寶
北(běi)京師範大(dà)學教育學部副教授，教育技術(shù)專業(yè)、科學與技術教(jiào)育專(zhuān)業(yè)碩士生導師，北京(jīng)師範大學計算思維教育研究中心主(zhǔ)任，北京(jīng)師(shī)範大學(xué)科學(xué)教育研究院院(yuàn)長助理(lǐ)，兼任中國教育學會中小學信(xìn)息技(jì)術(shù)教育專業委員會(huì)副理事長，Bebras國際計算思維挑戰賽中國區主席(xí)，主持和參與數十(shí)多項部(bù)級、省級教育信息化項目。主持和(hé)參與數十項省部級人文、教育與社會科學課(kè)題，發(fā)表中英文學術論文近(jìn)百篇。
“計算思維”並不神祕
計算思維是什麼，聽起來似(sì)乎高(gāo)深莫測，好像是專業(yè)人士纔會用到的(de)描述。而事實上，計(jì)算思維的真面目與此般印象大(dà)相徑庭。在許多人的固(gù)有觀念(niàn)中，計算思維是計算(suàn)機科學家才掌握的一(yī)種思維能力。其實(shí)，計算思維是一種任何(hé)人都能夠且應該掌握的思維(wéi)方式。在2006年，美國卡內(nèi)基·梅隆大學計算機科學系主任周以真教授，正式對計算思維的概念(niàn)進行界定：計算思維是運用(yòng)計算機科學的基礎(chǔ)概(gài)念進行問題求解、系統設(shè)計(jì)、以及(jí)人(rén)類行(xíng)爲理(lǐ)解(jiě)等涵蓋計算機科學之廣(guǎng)度(dù)的(de)一系列思維(wéi)活動(dòng)。自此(cǐ)之(zhī)後(hòu)，越(yuè)來越多的(de)學(xué)者(zhě)認識到(dào)了計算思維的重要(yào)性，但由於其概念一直不斷地向前演變，至今未有一個(gè)標準。若從寬泛角度解釋，計算思維指(zhǐ)的(de)是人們在面臨任何新問題和新挑戰(zhàn)時，理解問題及計劃問題解決方法的思(sī)維過(guò)程。
爲了讓讀(dú)者更好(hǎo)理解計算思維的含義，在此引入兩個關於生活(huó)中隨處可(kě)見的計算思維實例。實例一，在起牀之後先(xiān)後有序地完成一系列活動(dòng)，如穿衣(yī)，疊被，洗(xǐ)刷，喫早(zǎo)餐(cān)等，這屬於計算(suàn)思維中的順序(xù)結構，可以讓孩(hái)子們養成有計劃地安排自己各項任務和(hé)活(huó)動的習慣。實例(lì)二，臨時被通知(zhī)要出差，把哪些物(wù)品置於唯一的背包(bāo)中才是最好的選擇？這是計算思維中典型的貪心算法，指的是在解決問(wèn)題(tí)過程中，做出在當時最好的選擇。這可以培養孩子們的邏(luó)輯思維以及尋求最優解的能(néng)力。
計算思維教育勢在(zài)必行
隨(suí)着信息2.0時代的到來(lái)，計(jì)算思維成爲新一代必備的核心技能之一，它可以提供一種組織(zhī)和分析問題的新視角，能(néng)夠廣泛應用於學習(xí)與生(shēng)活。毫無(wú)疑問，2010年(nián)後出生的兒童，屬於地(dì)道的“數字原居民”，他們對數字技術的掌握有着天生優勢。數字技術(shù)無處不在，尤其是(shì)隨着(zhe)物聯網、雲計算(suàn)、人工智能等技術的快(kuài)速發展，計算優勢更(gèng)顯現出了其變革性意義(yì)。然而大部分人很少有機會(huì)獲得對計算的理解，甚至認知還停留(liú)在數值(zhí)計算和工具操(cāo)作層面，更不用說去理解計算思維了，如此又怎能培養(yǎng)出真正合格的數字公(gōng)民呢(ne)？
好在，2017年的《地平線報告（基礎教(jiào)育版）》已經(jīng)表明，要讓計算思維在孩子們的生活(huó)學習中(zhōng)成(chéng)爲與閱(yuè)讀、算數等技能同等重要的基本生活(huó)能力。這說明，計算(suàn)思(sī)維教(jiào)育已勢在必(bì)行。
編程活動助力計算思維發展
早在20世紀80年代末，清華大學的(de)孫家廣院士就曾(céng)提出“編程教(jiào)育從(cóng)娃娃抓起(qǐ)”，而少兒(ér)編程(chéng)所(suǒ)培養的能力便是(shì)計算思維能(néng)力。已有的相關實(shí)驗證明，編程教育可以提高幼兒相關計算思維能力（抽象、排序、模式識別）在(zài)其(qí)他(tā)方面的遷(qiān)移提高，並且(qiě)對提升(shēng)幼兒(ér)的溝通(tōng)、合作、團隊(duì)建設、創造力等方(fāng)面都(dōu)有一定的促進作用(yòng)。
2017年國務(wù)院發佈的《新一代人工智能發(fā)展規劃(huà)》中表示：“逐步推廣編程教育，鼓勵(lì)社(shè)會(huì)力(lì)量參與寓教於(yú)樂的(de)編程教學軟件、遊戲的開發和推廣(guǎng)……”編程(chéng)語言可以給予學習者及時反(fǎn)饋，促使(shǐ)學習(xí)者進行調試，故障排查，這些都(dōu)體現了計算思維的(de)作用。
國外對於計算思維的培養，是從基(jī)礎(chǔ)教(jiào)育(yù)階段逐漸上升至高(gāo)等教育階段，相對而言，我(wǒ)國主要的計算思(sī)維培養陣(zhèn)地仍是高等(děng)教育階段，隨(suí)之慢慢下(xià)移(yí)至基礎教育，但(dàn)是毫無疑問，我國教育界對於計算思維培養的(de)重視程度已(yǐ)越來越高(gāo)。思維能力培養，是一(yī)個長期且(qiě)緩(huǎn)慢的過程，在幼兒階段就讓孩子接觸相關(guān)的計算思維(wéi)訓練，可以讓(ràng)他們從小就能夠熟練使(shǐ)用計算思維(wéi)能力要素解決生活、學習中的問題(tí)。
圖片來自騰(téng)訊新聞《你好，未來人類》
計算思維融(róng)入兒童(tóng)教育活動
國內外已有若干研究開始探(tàn)索幼兒時期(qī)發展起來(lái)的(de)認知能力與計算(suàn)思維之(zhī)間的聯繫(xì)。結果表明，幼兒從(cóng)4歲便能夠進行計算思維相關的學習。計算(suàn)思維可以爲兒童(tóng)提供了表達自我和創造自我的機會，比如向兒(ér)童(tóng)提供外(wài)部(bù)創建工具，如圖形化編(biān)程(chéng)軟件或兒童(tóng)編程(chéng)機器人，以(yǐ)遊戲的方式向兒童提供編程學(xué)習(xí)環境，兒童便可像寫(xiě)作一樣表(biǎo)達自身的想法。
國(guó)外培養計算思(sī)維的工具主要分爲四大類：Scratch等圖形(xíng)化(huà)編程、基(jī)於網絡的模擬(nǐ)創作工具、兒童編程(chéng)機器人工具包和有形(xíng)媒(méi)體、以及(jí)電子(zǐ)紡織品和其他計算工藝套件。如今(jīn)相(xiāng)當(dāng)數量(liáng)的編(biān)程教育將教學環境寄託(tuō)於(yú)Scratch等可視化編(biān)程(chéng)軟件，將其(qí)當作計算思維培養的主要方式。然而教育學界逐(zhú)漸意識到，幼兒在與(yǔ)實際(jì)可觸摸(mō)的物體進行交互、玩(wán)耍和創造時，學習效果是(shì)最好(hǎo)的。傳(chuán)統的編程教育(yù)，無論(lùn)是高年級進行的程序(xù)設計學習，還是少兒(ér)通過Scratch等圖形(xíng)化編程軟件進行的學(xué)習，成果(guǒ)往往都(dōu)是在計(jì)算機屏幕上呈現的。毫無(wú)疑(yí)義(yì)，使用以上工(gōng)具進(jìn)行學習(xí)都會增加孩子與電子(zǐ)產品接觸的時(shí)間，這(zhè)也是許多家長所擔心的問題(tí)之(zhī)一。
家長(cháng)們可能也(yě)會擔(dān)心，編程對年幼的孩子而言是否(fǒu)太難了。其實相較編程語言(yán)的掌握，更重要的是(shì)讓幼兒通(tōng)過親(qīn)身感受，體(tǐ)會編程過程中(zhōng)所包含的計算思維與解決問題的思路。魏茨曼科學研究所的研究(jiū)員Armoni認爲，只(zhī)要採用與幼(yòu)兒年齡發展階(jiē)段相適應(yìng)的工具，即使是四五歲的幼(yòu)兒也能順利進行(xíng)編(biān)程學習。
迷妹网培養方(fāng)式(shì)很特別(bié)
迷妹网使(shǐ)用簡(jiǎn)易的圖形化編程積(jī)木(mù)塊代替了複雜的程序(xù)代碼(mǎ)，孩子無需長(cháng)時間地對着電腦屏(píng)幕，也無(wú)需(xū)面對複雜的代碼設計。迷妹网所設計的(de)瑪塔兒童編(biān)程機器人，外形(xíng)更容(róng)易讓年幼的孩子親(qīn)近(jìn)，且其中(zhōng)的瑪(mǎ)塔兒童編程機器人(rén)人偶可(kě)以替換成兒童鍾愛的樂(lè)高小人。通過瑪塔控(kòng)制臺對(duì)瑪塔(tǎ)兒(ér)童編程機器人的命令連接，幼兒可以直接觀察到自己(jǐ)做(zuò)出的編程指令對於兒童編程機器人行爲(wèi)的影響。該類兒童編程機器人提供了一種(zhǒng)與計算思維(wéi)接(jiē)觸的具體方式，使抽象事物具體(tǐ)化，將編程學習(xí)和玩具(jù)進行有機的結合(hé)，在和兒童編程機器人一起遊戲中(zhōng)，潛移默化(huà)地讓孩子形成計算思維。
瑪塔(tǎ)兒童編程機(jī)器人
廣(guǎng)大的家長(cháng)和(hé)教育工作者正在不懈努力(lì)，讓計算思(sī)維培養以各種形式深入(rù)到各類教育活動之(zhī)中。我相信，今天這些精心設計的創新教育活動會在孩子心中埋下計算(suàn)思維的種子，兒童編(biān)程機器人將成(chéng)爲(wèi)滋養兒(ér)童創新思維的甘泉，這枚(méi)種子在將來會發展成(chéng)各行各業所需的核心(xīn)能力，成(chéng)爲開啓(qǐ)美好未來的密鑰、創新與攻關的利器，幫助未(wèi)來人類(lèi)們(men)鑄就一個更加美(měi)好的(de)明天！