計算思維在兒童數字文化創作課程中的地位及培養

什么是計算思維

計算思維是美國華裔科學家周以真于2006年首次提出的。她將計算思維看做除讀、寫、算之外每個人都必須具備的另一種基本技能。她對計算思維的界定是：運用計算機科學的基本概念去求解問題、設計系統和理解人類的行為。計算思維強調問題求解的操作過程和機器實現，是一種人機共存的思維。計算思維是通過約簡、嵌入、轉化和仿真等方法，把看起來困難的問題重新闡釋成我們知道怎樣去解決的問題。

計算思維的提出引起了學界的廣泛共鳴，同時由于定義的寬泛也引起了一些爭論。為了便于在K-12中實施，國際教育技術協會(ISTE)和計算機科學教師協會(CSTA)于2011年通過給計算思維的各要素作描述的方式，下了一個操作性的定義，即計算思維是一個問題解決的過程，該過程包括以下特點：(1)制定問題，并能夠利用計算機和其他工具來幫助解決該問題；(2)要符合邏輯地組織和分析數據；(3)通過抽象，如模型、仿真等，再現數據；(4)通過算法思想(一系列有序的步驟)，支持自動化的解決方案；(5)識別、分析和實施可能的解決方案，找到最有效的方案，并且有效結合這些步驟和資源；(6)將該問題的求解過程進行推廣并移植到更廣泛的問題中。

容易與計算思維相混淆的概念有兩個，即算法思維和生活算法。算法思維是通過程序設計用計算機的算法去求解問題的思維方式。生活算法是國內另一信息技術教育實踐者武健老師于2003年提出的概念，是運用類似計算機算法的策略來求解生活中的問題，也可以說是算法思維的外化。這兩個概念與計算思維的內涵有一定的相通之處，但相比之下，都顯得狹隘和單薄。當然，也可以將它們作為計算思維的一部分來對待。

計算思維與數字文化

由計算思維的概念，我們可以認為，計算思維是伴隨計算機的出現而產生的一種浸潤著信息技術文化的特有思維方式。“正如印刷出版促進了3R(閱讀、寫作和算術)的普及，計算和計算機也以類似的正反饋促進了計算思維的傳播”。

按照兒童數字文化創作課程的目標體系，計算思維貫穿在三個層級的目標之中，既包含用以解決問題的“操作方法”與“技術規則”層面，也包含思考和改變解決問題方式的“數字文化”層面。藝術創作的“大規模業余化”，借由網絡協作平臺協作共創的普及，程序設計的可視化與自然語言界面，人、機、網、物之間的互聯，這一切的改變都需要人們用全新的計算思維去思考如何解決問題。

需要再次強調的是，計算思維不僅存在于“程序與控制”中，不能把它簡單等同于程序設計中的算法。比如數字藝術，如果只是一味地強調模仿現有的繪畫工具在繪圖板上作畫，那么，繪畫軟件中許多新工具的特效就發揮不出來，這樣在電腦上作畫的畫家是不具備計算思維的。計算思維就是要借助計算機的能力達到前所未有的極限。

我們對數字文化的界定是：以現代數字技術的廣泛應用為基礎，以數字化產品和知識產業為支柱，以數字化產品和知識的生產、分配、傳播、交流、使用作為人們普遍的活動內容，通過這一活動過程，引起人類生存方式全面變革而形成的數字化時代的文化形態。所以，計算思維可以看做數字文化的一個重要部分，它滲透在數字文化的方方面面，影響著我們發現、思考和解決問題的方式與習慣。

我們的實踐

2010年下半年開始，我們開展了Scratch的教學實驗，將“程序與控制”和“數字藝術”兩部分融合，讓學生在創作小故事與小游戲的過程中學習計算思維。如果按照ISTE的定義，我們主要從“通過算法思想，支持自動化的解決方案”和“將該問題的求解過程進行推廣并移植到更廣泛的問題中”兩方面去做嘗試。下面的案例滲透了計算思維的培養方法。

1 提出創作主題

師：同學們，通過一段時間的學習，我們已經對Scratch軟件有了一定的掌握。今天，我們將動手來做一個“躲避游戲”，體驗它的神奇之處。有誰愿意上來玩玩這個游戲?看看你能在游戲中堅持多久。

2 范例研習

教師打開范例并提問：這個例子中有幾個角色?各個角色都有哪些動作?會涉及哪些語句?教師將例子中重復的角色刪除，讓學生瀏覽所需要用的腳本(圖1)和角色(小球、精靈和幽靈)，并通過對3個角色的分析(表1和表2)，弄清游戲的設計思路，即游戲的建模方法和其中的算法思想。為了便于清晰地分析腳本，每一個腳本功能塊都分開來撰寫。

3 模仿設計

結合范例進行模仿設計的活動，既可小組合作，也可單獨設計制作。教師把范例投放在大屏幕上，學生開始模仿制作。通過模仿和實驗，學生感悟游戲建模的方法和其中的算法思想。

4 自由創作

這一階段可以讓學生嘗試各種變化，比如改變各個角色的造型、動畫效果、背景圖，增加角色的數量及其運動方式、并賦予角色各不相同的行為，甚至設置變量，增加游戲的難度等，以設計出全新的“躲避游戲”。這一環節體現的是“將該問題的求解過程進行推廣并移植到更廣泛的問題中”的計算思維的培養目標。

在自由創作的過程中，學生可以采取邊嘗試邊修改的辦法進行構思、設計、制作，并可以下位觀摩其他組的設計，以相互啟發。圖2是通過“照相”功能，直接用攝像頭拍攝照片，然后在“編輯”中擦去除腦袋之外的多余部分，最終得到的真人版“躲避游戲”。

5 分享交流

本階段要讓學生分享躲避類小游戲的模型建構和算法設計等方面的知識。以學生展示分享為主，教師根據課堂中普遍存在的問題做提示和補充，一方面鞏固所學，另一方而使學生看到自己作品的優缺點，以改進或思考新的游戲設計。

計算思維與兒童數字文化創作課程的目標、內容和教學_方法是水乳交融的。我們目前對Scratch教學的實踐，所涉及的只是計算思維諸多特征中的某些部分。要想全而反映計算思維解決問題的思想與方法，僅靠一個軟件或者僅靠信息技術這一門課程，是遠遠不夠的。這也意味著，計算思維的培養與信息素養一樣，不僅是信息技術課程的主要目標和內容，也是其他課程的主要目標和內容。

(作者單位：華南師范大學附屬小學)