淺議中小學生計算思維的培養思路

羅靈

摘 要：計算思維是當前廣為關注的一個重要概念，美國卡內基梅隆大學Wing教授首次提出了計算思維（Computational Thinking）：“計算思維是運用計算機科學的基礎概念去求解問題、設計系統和理解人類的行為。”

關鍵詞：中小學生; 計算思維; 培養思路

中圖分類號：G623.58 ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? 文章編號：1006-3315（2019）03-030-002

計算思維已融入到我們每個人的生活之中：當你早晨上學時，把當天所需要的東西放進背包，這就是“預置和緩存”;當有人丟失自己的物品，你建議他沿著走過的路線去尋找，這就叫“回推”。由此可見，計算思維與人們的工作與生活密切相關，計算思維應當成為人類不可或缺的一種生存能力，同時，計算思維是一項跨學科的基本素養，不僅限于計算機領域，科學、社會等領域也涉及到計算思維的思想方法，“低齡化”和“跨學科”已成為計算思維培養的整體趨勢。計算思維是中小學生必備的基礎技能。通過培養計算思維并為其發展提供空間，培養學習思考的方式，是幫助他們理解未來技術的先決條件，可以為學生將來的成功做好準備，將其納入現有的中小學常規課程中是非常有必要的。

學生在學習的過程中怎樣才能經歷、感受并形成計算思維呢？顯然，這是一個漫長的過程。學生需要在每節課上經歷發現問題、提出問題、應用學科思維方式解決問題的過程。經過反復的練習之后，在學生的潛意識里就很自然的形成了這種思維方式。這種思維模式一經形成，當學生再遇到相似問題的時候就會很自然的運用這種思維方式去解決問題。這就需要摒棄目前的以每個知識點為主線，按知識點將課程內容劃分成模塊的教學組織模式，摒棄目前盛行的段落式課堂教學模式。經過不斷的歸納、分析和查閱研究，總結出以下幾點在中小學課程中培養學生計算思維的策略。

1.選擇合適的教學策略

有效培養學生的計算思維能力，教學方法的選擇尤為重要。得當的教學方法，可以更輕松地培養學生的計算思維能力，提高教學效率。因此，采取新的教學策略是培養計算思維不可或缺的一部分。

首先，從學科特征與深層價值角度出發，按照課程知識的內在結構重新整合教學內容，使每個完全孤立的知識成為具有一定邏輯關系的相對獨立的知識模塊。系統性的將知識教授給學生，讓學生感受到知識的系統性和邏輯性;再以項目的方式為每個模塊設計課堂作業，每個模塊完成一個項目任務。這樣既可以很好地鞏固所學知識，也可以使學生體會到知識的相對獨立性和相互依賴關系。

其次，要改變以學科知識為中心的教學觀，采用以學生為主，教師為輔的教學思想。更多的讓學生自己去發現問題、提出問題、應用所學知識來分析問題、設計解決問題的方案，最后完成方案，得出結果。在這個過程中，老師可根據實際情況，采取不同的教學策略進行教學，譬如活動式教學、探究式教學、分層教學等等。當學生在每一節課堂中都經歷這樣一個過程，其思維方式與思維能力就會逐漸地建立并強化起來。

2.設計與標準一致性的教學內容

通常，教師是根據課程標準進行施教的。課程標準改變了，則相應的教材及教學內容也應相對的做出改變。教學內容與課程標準的一致性是教學內容組織的一項基本原則，主要反映在“認識程度的一致性和知識要點的一致性”兩個層面。

不同年齡段的學生其認知能力存在差異，同樣他們對知識組織方式的接受程度存在差異。例如低年級學生比較容易接受圖形、實物等組成的形象性學習內容，高年級學生則對抽象性學習內容具有較高的理解能力。因此，計算思維教學內容的組織上應與學生的認識水平相符合，這便是認識程度的一致性。

不同的教學要求，不同的課程目標，其知識的側重點也不一樣。基于計算思維的課程標準對知識要點的要求由原來的具體化轉變為抽象化。它不再一味的要求學生掌握某一種固定的操作方式，而是要學生通過學習計算思維，解決一系列問題。而且要求學生學到的是非抽象的、系統的知識，既要能靈活的運用到具體的問題當中，又要能適當的將知識分解，分散運用。因此，計算思維教學內容知識要點的設計上必須與課程標準保持一致。

3.開設趣味編程或者算法專門課程

算法思維包括開發問題的解決方案。具體來說，它創建順序規則以解決問題。在低年級中孩子們可以學到事情完成的順序不同，產生的效果也不同。

谷歌公司將“編程思維（computational thinking）”概括成這四大類型：分解問題，模式認知，抽象思維，算法設計。通過這四個步驟，一個棘手的復雜問題先被拆解成一系列好解決的小問題;每一個小問題被單獨檢視、思考，搜索解決方案;然后，形成解決思路;最后，設計步驟，執行——問題解決。你會發現，編程是能夠把抽象思維轉化為具體思維最好的載體，能夠幫助孩子形成嚴密的邏輯思維能力。另外，根據教育認知學，孩子會在7歲左右開始形成抽象邏輯思維，整個7-12歲是抽象邏輯思維的最佳形成期。所以孩子從中小學階段開始學編程，就是在正確的時間做正確的事。

學習編程和算法課程的核心，不在于掌握具體哪一種計算機語言，本質在于思維方式的養成，是一種計算性的思維方式，通過編程獲得的計算性思維邏輯，可以有效地創造性地進行具體的學習與實踐活動。

對于中小學生來說，代碼很枯燥，但類似Scratch之類的簡單易學的編程工具，用拖動指令塊代替敲代碼，學生可以避開程序設計語言語法的學習和調試，集中精力對問題進行求解，這為學生計算機思維的培養提供了便利條件。其中數學方法涉及抽象、遞歸、證明、形式化表達等，工程方法包括系統方法、分治法、面向過程和面向對象方法等。教師通過這兩類方法的傳授，把有關計算思維的相關思維特征和方法分解到每一個具體的教學內容之中。

計算思維的本質是抽象和符號化，在類似Scratch之類的趣味編程創作過程中，無論是動畫故事的編制，還是游戲的開發，都需要把具體的問題抽象成符號或對象，并使用指令塊把相應的問題“計算”出來。這種能將一個問題清晰、抽象地描述出來，并將問題的解決方案表示為一個信息處理流程的思維過程就是計算思維的訓練過程。計算思維是通過約簡、嵌入、轉化和仿真等方法，把一個看似困難的問題重新闡釋成一個人們知道怎樣解決的問題。

4.組織實踐探究性的教學活動

培養學生計算思維的最終目的是期望學生將這種思維方式合理地遷移至日常生活與學習之中，全面提升學生的綜合素質。組織實踐探究性的教學活動，例如：你可以要求他們做一個三明治。首先，我們應該先做什么？第二，如果我在加蛋黃醬之前把奶酪和生菜放在三明治上呢？關于序列和順序的思考發展了算法思維的基礎，又如，為了讓學生思考算法，讓他們設計從教室到圖書館的路徑，詳細說明一系列步驟。另外，讓學生思考每天早上他們去上學會有什么步驟？順序將如何影響結果？要求學生思考不同的行為是如何改變結果的，鼓勵他們反思自己的想法，并適時改變計劃，以達到預期結果。

這正是考察學生計算思維能力的一個過程，由此可以得出計算思維能力與讀、寫、算能力一樣重要。可以這樣講，所有學科的學習都會有計算思維的存在，它已經成為當今教育體制中不可或缺的東西，卻往往被我們所忽略。可見，在計算思維教學實施中，為了引導學生理解學科思維方式，就需要將教學內容落實于探究性的教學活動中，在真實情境中體驗與實踐，促進計算思維的有效遷移。再如各類創客節、科技節等實踐活動，讓學生通過實際操作設計，領悟計算思維方式。現代心理學理論認為：思維的發展是一種富情境化的過程，脫離了真實情境的“說教式”教學就很難實現學生思維能力的遷移。為了促進計算思維的學習遷移，教學活動就不應只停留于知識的講解和技能的操練上，同樣還需要創設隱含計算方法的、與學生生活學習相類似的學習情景，引導學生在其中發現計算問題，應用計算方法解決問題，將計算思維遷移于真實的問題情境中，并逐步完善這種思維方式。

綜上所述，計算思維就是把一個看起來困難的問題重新闡述成一個我們知道怎樣解的問題，同時它跟人們的生活工作密不可分。計算思維應當跟3R（閱讀、寫作和算術Reading，wRiting， and aRithmetic—3R）能力一樣，成為一種基礎的、普遍的、適用的基本能力。將計算思維這一基本理念引入中小學課程中的教育與傳播格外重要，通過計算思維的教育，讓每個中小學生都能夠“像計算機科學家一樣思考”，就教學而言，計算思維作為一個問題解決的有效工具，應當在所有地方、所有學校的課堂教學中得到應用。因此，培養學生的計算思維，是中小學課程的責任和義務。