兒童計(jì)算思維教育價(jià)值與培養(yǎng)路徑探索

李宏揚(yáng) 王吉 渤海大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，用計(jì)算解決問(wèn)題取代了傳統(tǒng)的思考問(wèn)題方式，計(jì)算思維自提出以來(lái)得到了高度重視，事實(shí)證明計(jì)算思維對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、合作能力、解決問(wèn)題能力以及科學(xué)精神等方面都有明顯幫助，國(guó)外有研究指出，若要將計(jì)算思維作為與“讀、寫(xiě)、算”能力同等的基本技能，需要讓學(xué)生在小學(xué)階段便具備計(jì)算思維，這就要求在學(xué)齡前便進(jìn)行計(jì)算思維教育。對(duì)K-12階段以及高等教育階段計(jì)算思維培養(yǎng)的研究層出不窮，對(duì)學(xué)齡前兒童計(jì)算思維培養(yǎng)的研究卻不多見(jiàn)。兒童計(jì)算思維的培養(yǎng)具有哪些價(jià)值？?jī)和?jì)算思維培養(yǎng)方式與其他階段的計(jì)算思維培養(yǎng)方式有哪些區(qū)別？如何在學(xué)前教育階段開(kāi)展有效且符合兒童認(rèn)知發(fā)展階段特征的教育活動(dòng)？這些都是亟待解決的問(wèn)題。

● 兒童計(jì)算思維的內(nèi)涵

1.計(jì)算思維

計(jì)算思維概念最早由麻省理工學(xué)院教授西摩·派珀特于1980年提出，他在《頭腦風(fēng)暴:兒童、計(jì)算機(jī)及充滿活力的創(chuàng)意》一書(shū)中提到，希望兒童在計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)過(guò)程中培養(yǎng)一種思維能力。他并未明確指出這種思維能力的概念，只是希望兒童能夠具有一種“有力量的觀點(diǎn)”，這種觀點(diǎn)不是既定的書(shū)本知識(shí)，而是一種源自現(xiàn)實(shí)的、有用的、富有創(chuàng)造力的觀點(diǎn)。直至2006年，美國(guó)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的周以真教授正式提出計(jì)算思維這一概念，她認(rèn)為計(jì)算思維是利用計(jì)算機(jī)科學(xué)實(shí)現(xiàn)問(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、理解人類(lèi)行為的一種思維活動(dòng)。CSTA將計(jì)算思維定義為九個(gè)核心技能：數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)呈現(xiàn)、問(wèn)題分解、抽象、算法與程序、自動(dòng)化、仿真、并行處理。陳鵬等人通過(guò)梳理2006—2016年的相關(guān)文獻(xiàn)及會(huì)議論文，研究眾多學(xué)者對(duì)計(jì)算思維的概念性定義得出常用的高頻詞匯為問(wèn)題解決、抽象、過(guò)程、計(jì)算機(jī)、算法數(shù)據(jù)、科學(xué)、有效等，這與CSTA定義的計(jì)算思維核心技能相吻合。

2.兒童計(jì)算思維

2011年，周以真教授進(jìn)一步明確了計(jì)算思維的定義，強(qiáng)調(diào)計(jì)算思維是一種解決問(wèn)題的思維過(guò)程，并且能夠?qū)⒔鉀Q方案用信息處理代理（機(jī)器或人）所能有效執(zhí)行的方式表達(dá)出來(lái)。這一定義給義務(wù)教育階段的啟示是：計(jì)算思維是一個(gè)獨(dú)立于技術(shù)的思維過(guò)程；計(jì)算思維是一種需要不同能力并行的特殊的解決問(wèn)題的方法。2016年歐盟委員會(huì)聯(lián)合研究中心發(fā)布了《在義務(wù)教育階段發(fā)展計(jì)算思維研究報(bào)告》，報(bào)告指出，一部分學(xué)者認(rèn)為義務(wù)教育階段的計(jì)算思維不僅是一種技能，同時(shí)也表現(xiàn)為態(tài)度和性格，是知識(shí)、技能和態(tài)度的總和，同樣啟示兒童計(jì)算思維的培養(yǎng)不單單是技能的培養(yǎng)。關(guān)于學(xué)齡前階段的低齡兒童，他們處于皮亞杰認(rèn)知發(fā)展階段論中的感知運(yùn)動(dòng)階段，孫立會(huì)等人將這一階段定義為前計(jì)算思維階段，認(rèn)為在這一階段進(jìn)行計(jì)算思維的培養(yǎng)，投入的成本、時(shí)間以及教學(xué)效果均較此后階段更為樂(lè)觀。程藝將計(jì)算思維的核心技能對(duì)應(yīng)兒童的相關(guān)技能，如算法是指兒童要學(xué)會(huì)基礎(chǔ)的排序和邏輯組織，每一種核心技能都能與兒童的活動(dòng)一一對(duì)應(yīng)，這表明計(jì)算思維在3～6歲兒童中已經(jīng)出現(xiàn)，反過(guò)來(lái)又有利于此階段兒童的發(fā)展。對(duì)照義務(wù)教育階段的計(jì)算思維內(nèi)涵，筆者將本研究所指的兒童計(jì)算思維定義為3～6歲兒童解決實(shí)際問(wèn)題的思維過(guò)程以及在此過(guò)程中觀念與態(tài)度發(fā)生的一系列變化。這種思維絕非僅僅教會(huì)兒童使用計(jì)算機(jī)并具備計(jì)算技能，而是對(duì)兒童各方面的能力發(fā)展都有寶貴價(jià)值。

● 兒童計(jì)算思維的教育價(jià)值

處于學(xué)前階段的幼兒，是當(dāng)今社會(huì)的“數(shù)字原住民”，相比于上一代的“數(shù)字移民”，他們時(shí)刻生活在信息化社會(huì)環(huán)境中，每時(shí)每地都能接觸到計(jì)算設(shè)備并且具有極強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力，這些條件賦予他們發(fā)展計(jì)算思維的先天優(yōu)勢(shì)。可見(jiàn)，3～6歲階段是計(jì)算思維培養(yǎng)的黃金關(guān)鍵期，更容易達(dá)到事半功倍的效果。

1.培養(yǎng)兒童的創(chuàng)造力

相關(guān)研究報(bào)告指出，伴隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，未來(lái)社會(huì)的大部分工作將會(huì)與計(jì)算機(jī)科學(xué)有關(guān)，如果僅僅學(xué)習(xí)使用現(xiàn)有的軟件以及工具完成信息的加工與處理，缺乏對(duì)新技術(shù)內(nèi)涵的理解，便只能被動(dòng)地適應(yīng)計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，甚至阻礙計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展。因此，應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力以及實(shí)際解決問(wèn)題的能力。而3～6歲兒童有其獨(dú)特的思考問(wèn)題方式，并具有很強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力，對(duì)周?chē)h(huán)境中的一切事物有極強(qiáng)的探索欲望，在此階段更容易建立起計(jì)算的思維方式，有利于發(fā)展更高階的思維能力，為理解掌握甚至創(chuàng)造一整套的計(jì)算機(jī)科學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施方案奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，能有效提高他們的創(chuàng)造力，并與社會(huì)對(duì)未來(lái)人才的要求相適應(yīng)。

2.訓(xùn)練兒童的STEAM能力

STEAM教育指的是科學(xué)(Science)、技術(shù)(Technology)、工程(Engineering)、藝術(shù)(Art)、數(shù)學(xué)(Mathmatics)及其綜合的教育理念，其重視學(xué)生創(chuàng)新能力、綜合能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。CSTA在不同學(xué)段都倡導(dǎo)計(jì)算思維的培養(yǎng)應(yīng)與數(shù)學(xué)、科學(xué)、語(yǔ)言等課程結(jié)合，研究表明，計(jì)算思維所要求的核心技能與科學(xué)、工程、數(shù)學(xué)等學(xué)科核心素養(yǎng)有明顯的交叉，如計(jì)算思維的核心技能“抽象”，體現(xiàn)在科學(xué)與工程學(xué)科中的“構(gòu)造解釋，設(shè)計(jì)解決方案”以及數(shù)學(xué)中的“抽象推理”“通過(guò)反復(fù)推理尋找和表達(dá)規(guī)律”等。同時(shí)，STEAM教育中的“確定問(wèn)題、規(guī)劃、嘗試、修改和交流”這五個(gè)關(guān)鍵步驟都需要計(jì)算思維的核心技能作為支撐。由此可見(jiàn)，計(jì)算思維的培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)與數(shù)學(xué)、科學(xué)等眾多學(xué)科的標(biāo)準(zhǔn)都存在匹配之處，計(jì)算思維是STEAM學(xué)習(xí)的思維基礎(chǔ)。

從小學(xué)階段開(kāi)始培養(yǎng)學(xué)生的STEAM能力已是大勢(shì)所趨，這就要求兒童提前具備STEAM能力所要求的核心素養(yǎng)。在3～6歲階段培養(yǎng)兒童的計(jì)算思維，訓(xùn)練兒童的STEAM能力，使兒童具備多學(xué)科的基本素養(yǎng)，與更高級(jí)學(xué)科的教育內(nèi)容有機(jī)銜接，這一舉措具有深刻意義。

3.提高兒童的核心素養(yǎng)

Society5.0時(shí)代是日本政府首倡的繼狩獵社會(huì)、農(nóng)耕社會(huì)、工業(yè)社會(huì)、信息社會(huì)之后出現(xiàn)的目前所處的智能化社會(huì)，智能化社會(huì)要求兒童具備更高階的信息素養(yǎng)，信息素養(yǎng)是核心素養(yǎng)框架中所倡導(dǎo)的八大核心素養(yǎng)之一，是人應(yīng)對(duì)信息社會(huì)對(duì)自我、對(duì)工作、對(duì)生活的挑戰(zhàn)所必備的素養(yǎng)，日常生活和學(xué)習(xí)中的基本素養(yǎng)已經(jīng)不足以應(yīng)對(duì)智能化社會(huì)對(duì)人才的要求。

基礎(chǔ)教育中的核心素養(yǎng)涵蓋三個(gè)方面，即基礎(chǔ)教育中的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，解決問(wèn)題過(guò)程中所獲得的基本方法，思考問(wèn)題、解決問(wèn)題的思維方法和價(jià)值觀。這些方面無(wú)一不對(duì)應(yīng)著計(jì)算思維中的核心技能，3～6歲兒童可塑性高，作為智能化社會(huì)發(fā)展的核心力量，在此階段對(duì)兒童計(jì)算思維進(jìn)行培養(yǎng)，能夠建構(gòu)起一種高效能、低成本、可持續(xù)的計(jì)算思維培養(yǎng)系統(tǒng)，通過(guò)這一系統(tǒng)的培養(yǎng)，能夠有效提高兒童的核心素養(yǎng)，使其適應(yīng)未來(lái)社會(huì)的要求。

● 兒童計(jì)算思維的培養(yǎng)方式

1.由引領(lǐng)導(dǎo)向轉(zhuǎn)變?yōu)閯?chuàng)造導(dǎo)向

派珀特在20世紀(jì)初提出兒童應(yīng)具備認(rèn)識(shí)自己的思維能力，計(jì)算機(jī)教育的目的也不僅僅是引領(lǐng)兒童培養(yǎng)技能，應(yīng)該是教會(huì)他們思考，不向兒童樹(shù)立規(guī)范答案，讓兒童利用計(jì)算機(jī)思維，不斷地操作與應(yīng)用，以建立對(duì)世界的認(rèn)知，直至認(rèn)知與現(xiàn)象合一。然而在現(xiàn)在的計(jì)算思維教育中，當(dāng)兒童獨(dú)立解決問(wèn)題時(shí)，教育者通常容易形成定勢(shì)，一旦兒童遇到困難或者不確定性的問(wèn)題不想繼續(xù)探究下去，他們會(huì)習(xí)慣性地給出答案，按照既定答案引領(lǐng)兒童進(jìn)一步探索，這樣的培養(yǎng)方式會(huì)僵化兒童的思維過(guò)程。教育者應(yīng)更多關(guān)注兒童在此階段思維過(guò)程以及態(tài)度觀念發(fā)生的變化，更要接受、重視并支持兒童對(duì)不同問(wèn)題或不同兒童對(duì)同一問(wèn)題思考方式的不同，讓兒童能夠創(chuàng)造性地思考解決方案。同時(shí)，要給兒童留足嘗試和犯錯(cuò)誤的空間，修補(bǔ)和矯正錯(cuò)誤的過(guò)程同樣是計(jì)算思維發(fā)展的關(guān)鍵。

2.由刻意塑造轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)境浸潤(rùn)

現(xiàn)有的兒童計(jì)算思維培養(yǎng)大多以編程教育、機(jī)器人教育等方式進(jìn)行，事實(shí)上，3～6歲兒童受環(huán)境影響大，周?chē)h(huán)境的細(xì)微變化即可引起兒童的顯著改變，相比于刻意塑造兒童的計(jì)算思維，以環(huán)境浸潤(rùn)兒童計(jì)算思維是眾多培養(yǎng)方式的首選。派珀特曾用“計(jì)算機(jī)國(guó)”來(lái)形容兒童計(jì)算思維培養(yǎng)的環(huán)境，即使在今天，“計(jì)算機(jī)國(guó)”的愿望也還需要進(jìn)一步探索，但在培養(yǎng)過(guò)程中，可有意識(shí)地將計(jì)算思維所要求的核心素養(yǎng)與兒童的實(shí)際活動(dòng)相聯(lián)系，為兒童創(chuàng)造豐富多樣的學(xué)習(xí)環(huán)境，使兒童處在計(jì)算的環(huán)境里，在培養(yǎng)過(guò)程中多問(wèn)、多聽(tīng)，以實(shí)際生活中的問(wèn)題啟發(fā)兒童的計(jì)算思維。

3.由抽象培養(yǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)體操作

3～6歲兒童大多以看、聽(tīng)、摸等方式與真實(shí)世界產(chǎn)生聯(lián)系，具有固定外形的具體實(shí)物更符合兒童計(jì)算思維發(fā)展的階段特點(diǎn)，不同于抽象地讓兒童編寫(xiě)一段程序，在操作實(shí)物的過(guò)程中，動(dòng)手興趣的培養(yǎng)更能促進(jìn)兒童在活動(dòng)過(guò)程中的思維發(fā)展，調(diào)動(dòng)兒童各方面的感官，如在實(shí)體積木的操作過(guò)程中，通過(guò)積木的移動(dòng)、排序、隊(duì)列、搭建等行為，為兒童的抽象、仿真等核心技能培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。編程教育作為計(jì)算思維培養(yǎng)的重要方式之一，有效地提高了青少年甚至兒童的計(jì)算思維，但計(jì)算思維的培養(yǎng)不完全等同于編程教育，尤其是在兒童計(jì)算思維培養(yǎng)中，編程教育不應(yīng)過(guò)于復(fù)雜，應(yīng)采取與實(shí)體操作相結(jié)合的方式，如在編程之前通過(guò)積木堆積、不插電活動(dòng)、有聲繪本、簡(jiǎn)易機(jī)器人等方式先讓兒童理解程序，再進(jìn)行可視化的程序編寫(xiě)，游戲化、動(dòng)手操作的編程教育方式實(shí)現(xiàn)了由簡(jiǎn)單符號(hào)向復(fù)雜符號(hào)的過(guò)渡，可以很好地滿足兒童計(jì)算思維發(fā)展的要求。

4.由單一訓(xùn)練轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘣囵B(yǎng)

兒童計(jì)算思維的傳統(tǒng)培養(yǎng)方式多以圖形化編程、機(jī)器人編程等方式展開(kāi)，這些培養(yǎng)很大程度上能夠提高兒童的計(jì)算思維和創(chuàng)造能力。但是針對(duì)3～6歲兒童思維跳躍、不穩(wěn)定并且對(duì)這些培養(yǎng)方式接受程度不高的特點(diǎn)，僅采取以上方式不免單一且困難，教育者應(yīng)探索多元化的培養(yǎng)方式。例如，繪本閱讀作為3～6歲兒童汲取外界知識(shí)的重要方式之一，受到越來(lái)越多家長(zhǎng)的重視。世界學(xué)前教育組織（OMEP）在1997年的國(guó)際會(huì)議中將“兒童與書(shū)”作為會(huì)議主題，會(huì)議研究認(rèn)為，兒童早期閱讀是兒童語(yǔ)言發(fā)展的基礎(chǔ)，能夠提高兒童各方面技能，使兒童長(zhǎng)期處于豐富的環(huán)境中，培養(yǎng)想象力、觀察力與思維能力。兒童電子繪本、有聲繪本等一系列的早期繪本閱讀，既可以實(shí)現(xiàn)兒童的交流互動(dòng)，也可以讓兒童汲取各方面的知識(shí)，將其與兒童計(jì)算思維培養(yǎng)有機(jī)結(jié)合，是值得探索的新興計(jì)算思維培養(yǎng)方式。