編者按：計算(suàn)思維被認爲是21世紀中葉人人都應(yìng)具(jù)備的基本能力，正在(zài)受到越來越(yuè)多的人關注(zhù)。本文將揭開(kāi)計算思維(wéi)的神祕面紗，爲大家普(pǔ)及(jí)計算思維的基本內涵(hán)與特點。
作者：張進(jìn)寶、王宇
專家介(jiè)紹(shào)：張進寶
北京師範大學(xué)教育(yù)學部副教授(shòu)，教育技術專(zhuān)業、科學與技術教育專業碩(shuò)士生(shēng)導師，北京師範大學計算思維(wéi)教(jiào)育研究中(zhōng)心主任，北京師範大學科學教育研究院院長助理，兼任中國教育學會中(zhōng)小學信息技術教育專業委員(yuán)會(huì)副理(lǐ)事長，Bebras國際計(jì)算思維挑戰賽中國區主(zhǔ)席(xí)，主持和(hé)參(cān)與數十多項(xiàng)部級、省級教(jiào)育信息化項(xiàng)目。主(zhǔ)持和參(cān)與數十項(xiàng)省部級(jí)人文、教育與(yǔ)社(shè)會(huì)科學課題，發表中英(yīng)文(wén)學(xué)術論文近百篇。
“計算(suàn)思維”並不神祕
計(jì)算(suàn)思維是(shì)什麼(me)，聽起來似乎高深(shēn)莫測，好像是專業人士纔會用到的描述(shù)。而事實(shí)上(shàng)，計算思維的真(zhēn)面目與此般(bān)印象大(dà)相徑庭。在許多人的固有觀念中，計算思維是計算機科學家才掌握的一(yī)種(zhǒng)思維能力。其(qí)實，計算思維是一種任何人都能(néng)夠且應該(gāi)掌握的思維(wéi)方式。在2006年，美(měi)國卡內基·梅(méi)隆大學計算機(jī)科學系主任周以(yǐ)真教授，正式對計算思維(wéi)的概念(niàn)進行界定(dìng)：計(jì)算思維是運用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎概念進行(xíng)問題求解(jiě)、系統設計、以及人(rén)類行(xíng)爲理(lǐ)解等涵蓋計算機科(kē)學之廣度的一(yī)系列思維活動(dòng)。自此(cǐ)之後，越來越多的學者認識到了(liǎo)計(jì)算(suàn)思維的重(zhòng)要性，但由於其概念一直不斷(duàn)地向前演變，至今未有一個標準。若從寬泛(fàn)角度(dù)解釋，計(jì)算思維指的是人們在面臨任何新問(wèn)題和(hé)新(xīn)挑戰時，理解問題(tí)及計劃(huà)問題解決(jué)方法的思維過程。
爲了讓讀者更好理解(jiě)計算思維(wéi)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(lì)一，在起牀之後(hòu)先後有序地完成一系列(liè)活動，如穿衣，疊被，洗刷，喫早餐等，這屬於計算思維中的(de)順序結構，可以讓孩子們養(yǎng)成(chéng)有(yǒu)計劃地安(ān)排自己各項任務(wù)和活(huó)動的習(xí)慣。實例二，臨時被通知要出差，把哪些物品(pǐn)置(zhì)於唯一的背包中(zhōng)纔是最好(hǎo)的選擇？這是計算(suàn)思維(wéi)中典型的貪心算法，指的是在解(jiě)決問(wèn)題過程中，做出在當時最好的選(xuǎn)擇。這可以培養孩子們的邏輯思維以及尋(xún)求最優解的能力。
計算思(sī)維教育勢(shì)在必行
隨着信息(xī)2.0時代的到來，計(jì)算思維(wéi)成爲新一代必(bì)備(bèi)的核心技能之一，它可以(yǐ)提(tí)供一種組織和分析問題(tí)的新(xīn)視角(jiǎo)，能夠廣(guǎng)泛應用於學習與(yǔ)生活。毫無疑問，2010年(nián)後出生的(de)兒童，屬於地道的“數字原居(jū)民”，他們(men)對數字技術的掌握有着天生優勢(shì)。數字技術無處不在，尤其是隨(suí)着物聯網、雲計(jì)算(suàn)、人工智(zhì)能(néng)等技術的快速發(fā)展，計(jì)算優勢更顯(xiǎn)現(xiàn)出了其變革性意義(yì)。然而大部分人(rén)很少有機會獲得對(duì)計算的理(lǐ)解，甚至認知還停留在(zài)數值計算和工具操作層面，更不用說去(qù)理解計算思維了，如此又(yòu)怎能培養出真正合格的數字(zì)公民(mín)呢？
好在(zài)，2017年的《地平線報(bào)告（基(jī)礎教育版(bǎn)）》已經表(biǎo)明，要(yào)讓(ràng)計算思維在(zài)孩子們(men)的生活學(xué)習中成爲與(yǔ)閱讀、算數等技能同等重要的基本生活能力。這說明(míng)，計算思維(wéi)教(jiào)育已勢在必行。
編(biān)程活動助力計算(suàn)思維發展
早在20世紀80年代末(mò)，清華大學(xué)的孫(sūn)家廣院士(shì)就曾提出“編(biān)程教育從娃娃抓起”，而(ér)少兒編程所培養的能力便是計算思維能力。已有的相關實驗證明，編(biān)程教(jiào)育可(kě)以提高幼兒(ér)相(xiāng)關(guān)計(jì)算思維能力（抽象、排序(xù)、模式識(shí)別）在其他(tā)方面的(de)遷移提(tí)高，並且對提升幼兒的(de)溝通、合作、團(tuán)隊建設(shè)、創造力等方面都有一定的(de)促進作(zuò)用。
2017年國務(wù)院(yuàn)發(fā)布的《新(xīn)一代人工智能(néng)發展規(guī)劃》中表示：“逐步推廣編程教育，鼓勵(lì)社會力量參(cān)與寓教於(yú)樂的編程教學軟件、遊戲的開發和(hé)推廣(guǎng)……”編程語言可(kě)以(yǐ)給予學習者及時反饋(kuì)，促使學習者進行調試，故障排查(chá)，這些都體現了計算(suàn)思維的作用。
國外(wài)對於計算思維的培養，是(shì)從基礎教育階段逐漸上(shàng)升至高等教(jiào)育階(jiē)段，相對而言，我國主要(yào)的計算思維(wéi)培養陣地仍是高等教育階段，隨(suí)之慢慢下(xià)移(yí)至(zhì)基(jī)礎教育，但是毫無疑問，我國教育界對於(yú)計算思維(wéi)培養(yǎng)的重(zhòng)視程度已越來越高。思維能力培養(yǎng)，是(shì)一個長期(qī)且緩(huǎn)慢的(de)過程，在(zài)幼兒階段就讓孩子接觸相關的計算思維訓練，可(kě)以(yǐ)讓(ràng)他們從小(xiǎo)就能夠熟練使用計算思維能力(lì)要素解決生活、學習中的問題(tí)。
圖(tú)片(piàn)來自騰訊新聞《你好，未來人類(lèi)》
計算思維(wéi)融入兒童教育(yù)活動
國內外已(yǐ)有若干(gān)研究開始探索幼兒時期發(fā)展起(qǐ)來的認知能力與計算思維之(zhī)間(jiān)的聯繫(xì)。結果表(biǎo)明，幼兒從4歲便(biàn)能夠(gòu)進(jìn)行計算(suàn)思維相關的學習(xí)。計算思維可(kě)以爲兒童(tóng)提供了表達自(zì)我和(hé)創造自我(wǒ)的機會，比如(rú)向兒童提供外部(bù)創建工(gōng)具，如圖(tú)形化編程軟件或兒童編程機器人，以遊戲的方式向(xiàng)兒(ér)童提(tí)供編程(chéng)學(xué)習環境，兒童便(biàn)可像寫作一(yī)樣表達自身的想(xiǎng)法(fǎ)。
國外(wài)培養計算思(sī)維的工具主要分爲四大(dà)類：Scratch等圖形化編程、基(jī)於網絡的模(mó)擬創作工具、兒童(tóng)編程機器人工(gōng)具包和有形媒體、以及(jí)電子紡織(zhī)品(pǐn)和其(qí)他計算工藝套件。如今相當數量的(de)編程教育將教學環境寄(jì)託於(yú)Scratch等可視化編程軟件，將其(qí)當(dāng)作計算思維(wéi)培養的主要(yào)方式。然而(ér)教育學界逐漸意識到，幼兒在與實際可(kě)觸摸的物(wù)體(tǐ)進(jìn)行交互(hù)、玩耍和(hé)創造時，學(xué)習效(xiào)果(guǒ)是最(zuì)好的。傳統的編程(chéng)教育，無論是高年級進行(xíng)的程序設計學習，還是少兒(ér)通過Scratch等圖(tú)形化編程(chéng)軟(ruǎn)件進行的學習，成果往(wǎng)往都是(shì)在(zài)計算機屏(píng)幕上呈(chéng)現(xiàn)的。毫無疑義，使(shǐ)用(yòng)以(yǐ)上工具進行學習都(dōu)會增加孩子與電子產品接觸的時間，這也是許多(duō)家長(cháng)所擔心的問(wèn)題之一。
家(jiā)長們可能(néng)也會擔心，編(biān)程對(duì)年幼的孩子而言是否太難了。其實相較編程(chéng)語言(yán)的掌握，更重要的是讓幼兒通過親身感受，體會編程過程中所(suǒ)包含的計算思維與解決問題的(de)思(sī)路。魏茨曼科學(xué)研究所的研究(jiū)員Armoni認爲，只要採用與幼兒年齡發展階(jiē)段相適(shì)應的工具，即使是(shì)四五歲的幼兒也能順利進行(xíng)編(biān)程學習。
迷妹网培(péi)養方(fāng)式很特別
迷妹网使用簡易的圖形化編程(chéng)積木塊代替了復(fù)雜的程序代碼，孩子無需(xū)長(cháng)時(shí)間地對着電(diàn)腦屏幕，也(yě)無需(xū)面對複雜(zá)的代(dài)碼設計。迷妹网所設計的瑪塔兒童編程機器人，外形更容易讓年幼的(de)孩子親(qīn)近，且其中的瑪塔兒(ér)童編程機器人人偶可以替(tì)換成兒童(tóng)鍾愛(ài)的樂高小人。通過瑪塔控(kòng)制臺對瑪塔兒童(tóng)編程機器人的命(mìng)令(lìng)連(lián)接，幼兒可以直接觀察(chá)到自己做出的編程指(zhǐ)令對於兒童編程機(jī)器人行爲的影響。該類兒童編程(chéng)機(jī)器人提供(gòng)了(liǎo)一種與計(jì)算思維接觸的具體方式，使抽象事物具體化，將(jiāng)編(biān)程(chéng)學習和(hé)玩(wán)具(jù)進行有機的結合，在(zài)和兒童編程機器人一起遊戲中，潛移默化地讓孩子形(xíng)成計算思維。
瑪塔兒童編(biān)程機器人
廣大的家(jiā)長和教(jiào)育工作(zuò)者正在不懈努力，讓(ràng)計算思維培養(yǎng)以各種形式深(shēn)入到各類教育活動之中(zhōng)。我相信，今天這些(xiē)精心(xīn)設計的創新(xīn)教育(yù)活動會在孩(hái)子心中埋下計算(suàn)思維的種子(zǐ)，兒(ér)童(tóng)編程機(jī)器(qì)人將成爲滋養(yǎng)兒童創新思維的甘泉，這枚種子在將來會(huì)發展成(chéng)各(gè)行(xíng)各業所需的核心能力，成(chéng)爲開啓美好未來的密鑰、創(chuàng)新與攻關的利器，幫助未來人類們鑄就一個(gè)更加美(měi)好的明天！