李 鋒，王吉慶

(華東師范大學(xué) 開放教育學(xué)院，上海 200062)

計算思維教育：從“為計算”到“用計算”

李 鋒，王吉慶

(華東師范大學(xué) 開放教育學(xué)院，上海 200062)

信息技術(shù)從“工具革新”到“數(shù)據(jù)變革”的轉(zhuǎn)向，使得發(fā)展學(xué)生計算思維，培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)意識成為信息技術(shù)教育的新挑戰(zhàn)。從教育歷程來看，計算思維教育經(jīng)歷了“計算知識接受”“認(rèn)知工具應(yīng)用”和“普適價值推廣”三個主要階段。然而在具體實(shí)施方面，學(xué)校計算思維教育也還存在著“為何學(xué)”“學(xué)什么”“怎么學(xué)”的困惑。該文針對具體問題探討了計算思維教育的實(shí)質(zhì)與內(nèi)涵，認(rèn)為學(xué)校計算思維教育不僅需要重構(gòu)教育內(nèi)容，改革教學(xué)方法，最主要的還是要更新教育理念，實(shí)現(xiàn)從“為計算”到“用計算”的轉(zhuǎn)向。

計算思維教育；為計算的教育；用計算的教育

信息技術(shù)的革新與普及使得信息技術(shù)教育沿著以“個人計算機(jī)驅(qū)動”到以“互聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動”再到以“數(shù)據(jù)驅(qū)動”的路徑得以持續(xù)發(fā)展。近十年來，大數(shù)據(jù)、云計算、移動技術(shù)的廣泛應(yīng)用不僅改變了人們的日常行為方式，也深刻影響著人們的認(rèn)知結(jié)構(gòu)和思維品質(zhì)。因此，信息技術(shù)教育不僅需要提高學(xué)生技術(shù)工具的應(yīng)用與操作技能，也需要發(fā)展學(xué)生利用技術(shù)解決問題的能力，促進(jìn)學(xué)生學(xué)科思維的發(fā)展。

一、計算思維教育：歷史的考察

計算思維是一種能夠把問題及其解決方案表述成為通過計算工具進(jìn)行信息處理的形式化思維過程[1]。盡管計算思維這一術(shù)語近年來才為學(xué)界所關(guān)注，但計算思維的教育理念一直隱含于學(xué)校信息技術(shù)教育之中，在不同教育階段反映出不同的教育特征。考察計算思維教育歷程，大體可分為“計算(Computing)知識接受”“認(rèn)知工具應(yīng)用”和“普適價值推廣”三個發(fā)展階段。

1.知識取向的計算思維教育

20世紀(jì)60年代計算機(jī)進(jìn)入中小學(xué)校后，青少年計算思維教育觀念就已有萌芽。1968年，美國心理學(xué)家、計算機(jī)教育家西摩·佩珀特(Seymour Papert)在認(rèn)知發(fā)展理論研究中認(rèn)為“計算機(jī)可以將兒童的認(rèn)知思維具體化，兒童在通過計算機(jī)做各種事情的過程中，可以學(xué)會學(xué)習(xí)、掌握方法和發(fā)展能力”[2]。隨后，他通過LOGO程序語言幫助學(xué)生觀察程序的運(yùn)行過程，驗(yàn)證指令及思考問題的正確性。1981年，前蘇聯(lián)計算機(jī)教育學(xué)家葉爾肖夫提出了“程序設(shè)計文化”的觀點(diǎn)，指出“當(dāng)人們生活走進(jìn)面向程序的世界時，程序設(shè)計就不僅存在于計算機(jī)存儲器中，同樣存在于人類的頭腦中，是否具有編排與執(zhí)行自己工作程序的能力是人們能不能有效完成各種任務(wù)的關(guān)鍵?！盵3]這些觀念一定程度上反映出計算思維教育的要求。但是，受“學(xué)校計算機(jī)語言”和“程序設(shè)計文化”的影響，具體教育內(nèi)容主要還是集中于計算知識學(xué)習(xí)層面，希望通過學(xué)習(xí)基本的程序設(shè)計知識，提高學(xué)生的編程能力，以計算機(jī)語言促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展。事實(shí)上，過于強(qiáng)調(diào)計算機(jī)語言和程序設(shè)計知識，忽視信息技術(shù)教育的內(nèi)在方法、脫離學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)，把程序設(shè)計能力的發(fā)展簡單等同于計算機(jī)語言學(xué)習(xí)，這不僅沒有促進(jìn)學(xué)生程序設(shè)計技能的遷移，反而降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，陷入“為學(xué)計算而學(xué)計算”的誤區(qū)。

2.面向認(rèn)知工具的計算思維教育

20世紀(jì)90年代，計算機(jī)應(yīng)用軟件的普及使得信息技術(shù)教育從“效能工具(Productivity Tools)的技能應(yīng)用”發(fā)展為“認(rèn)知工具(Cognitive Tools)的方法習(xí)得”。1996年，美國教學(xué)設(shè)計專家喬納森(David.H.Jonassen)教授在《課堂中的計算機(jī)：作為促進(jìn)學(xué)生批判思維發(fā)展的工具》一書中指出“課堂中的計算機(jī)不僅要成為學(xué)生操作練習(xí)的效能工具，更應(yīng)是學(xué)生思維發(fā)展的認(rèn)知工具。電子表格、語義網(wǎng)絡(luò)(思維導(dǎo)圖)、建模系統(tǒng)等應(yīng)用軟件在幫助學(xué)生解決問題時，同樣也能發(fā)展學(xué)生的批判思維、創(chuàng)造思維和綜合思維”[4]。計算思維教育逐步實(shí)現(xiàn)從“計算知識學(xué)習(xí)”發(fā)展為“認(rèn)知工具應(yīng)用”。2000年，英國實(shí)施的信息與通訊技術(shù)(ICT)課程標(biāo)準(zhǔn)把發(fā)展學(xué)生“信息技術(shù)能力”作為課程目標(biāo)，包括了“運(yùn)用信息資源和信息技術(shù)工具解決問題”“運(yùn)用信息技術(shù)和信息資源”“了解信息技術(shù)在日常生活和工作中的作用和影響”等內(nèi)容。2003年，我國教育部頒布實(shí)施的《普通高中技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》將“提升學(xué)生信息素養(yǎng)”作為信息技術(shù)課程總目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生信息處理和解決實(shí)際問題的能力。信息技術(shù)作為認(rèn)知工具的教育理念通過“工具學(xué)習(xí)與應(yīng)用的方式”加強(qiáng)學(xué)生計算思維的發(fā)展，提高學(xué)生利用信息技術(shù)解決問題的能力。但是，當(dāng)青少年成為新時代的“數(shù)字土著”，他們在日常生活中已經(jīng)潛移默化地掌握了常用的信息技術(shù)工具，一般性認(rèn)知工具的學(xué)習(xí)已很難滿足他們個人發(fā)展需要，特別是課堂上認(rèn)知工具的學(xué)習(xí)過于強(qiáng)調(diào)技能操作，弱化利用技術(shù)解決問題的方案設(shè)計與過程體驗(yàn)，忽視技術(shù)創(chuàng)造與問題解決創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，認(rèn)知工具的學(xué)習(xí)不僅不能促進(jìn)學(xué)生計算思維的發(fā)展，反而會陷入“為學(xué)工具而學(xué)工具”的誤區(qū)。

3.指向普適性價值的計算思維教育

近五年來，大數(shù)據(jù)、云計算和移動通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用創(chuàng)造了一個全新的數(shù)字化環(huán)境，信息技術(shù)從“技術(shù)工具的變革”轉(zhuǎn)向“信息數(shù)據(jù)的變革”[5]。人們通過“數(shù)據(jù)”量化世界中各類現(xiàn)象，“數(shù)據(jù)”逐步成為重要的公共基礎(chǔ)設(shè)施；通過“計算”理解身邊的各種事物，創(chuàng)造出豐富多樣的社會價值。“數(shù)據(jù)與計算”不再只是數(shù)學(xué)領(lǐng)域與計算機(jī)領(lǐng)域“專屬”研究方式，同樣也是生活于數(shù)字化世界中人們認(rèn)知和解釋世界的重要手段，發(fā)展學(xué)生計算思維已經(jīng)成為學(xué)校教育的一項重要任務(wù)。2006年，美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)周以真(Jeannette M.Wing)教授深入探討了計算思維的內(nèi)涵，她認(rèn)為“計算思維是涵蓋了計算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域中所采用的最廣泛的心理工具，是對問題解決、系統(tǒng)設(shè)計、人類行為理解的綜合能力反映。發(fā)展學(xué)生計算思維就是要‘像計算機(jī)科學(xué)家’那樣去思考問題，當(dāng)然，這些問題絕不只是計算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域，它適合信息技術(shù)所滲透的每一個角落”[6]?；谏鐣M(jìn)步和個人發(fā)展需要，近年來美國、英國、澳大利亞、歐盟等國家(或地區(qū))都將計算思維作為學(xué)校教育的重要教育內(nèi)容。為了促進(jìn)計算思維教育的發(fā)展，2011年美國國際教育技術(shù)協(xié)會(ISTE)與計算機(jī)科學(xué)教師協(xié)會(CSTA)聯(lián)合給出一個計算思維的操作性定義(Operational Definition)，認(rèn)為“計算思維是一種解決問題的過程，該過程包括問題結(jié)構(gòu)化、數(shù)據(jù)分析、模型建設(shè)、算法設(shè)計、方案實(shí)施和應(yīng)用遷移等特征。同時，也強(qiáng)調(diào)計算思維發(fā)展與學(xué)生性向(Dispositions)和態(tài)度是分不開的，這些性向和態(tài)度包括自信、堅持、寬容和與他人交流合作的能力”[7]。可見，當(dāng)“數(shù)據(jù)”成為人們認(rèn)識和理解事物的重要資源、并作為解決問題方案制定的重要依據(jù)時，中小學(xué)計算思維教育既不應(yīng)局限于計算機(jī)領(lǐng)域的專業(yè)性教育，也不應(yīng)停留于認(rèn)知工具的應(yīng)用性教育，而應(yīng)是以發(fā)展學(xué)生“形式化思考、模塊化建構(gòu)、自動化處理、系統(tǒng)化實(shí)現(xiàn)”為指向的、具有普適價值的基礎(chǔ)性教育，即“用計算”的教育。

二、計算思維教育：現(xiàn)實(shí)的追問

信息技術(shù)變革使得“數(shù)據(jù)”逐步成為推動世界發(fā)展的內(nèi)在動力，計算思維教育的重要性日益凸顯。但是受教育思維定式和區(qū)域環(huán)境的影響，人們對中小學(xué)計算思維教育的目標(biāo)、內(nèi)容、方式有著不同的看法。學(xué)校該如何開展計算思維教育、怎樣設(shè)計計算思維教育的內(nèi)容、計算思維教育與早期程序設(shè)計教育內(nèi)容又有怎樣的區(qū)別，這些問題都還需要從我國的現(xiàn)實(shí)情況談起。

1.計算思維教育是要回到早期的程序設(shè)計教育嗎

計算思維作為人們利用信息技術(shù)解決問題的形式化思維過程，它在中小學(xué)信息技術(shù)教育中已有所體現(xiàn)。但是作為一個全新的專業(yè)術(shù)語，計算思維教育的實(shí)施也引發(fā)了學(xué)界爭論。在2015年北京信息技術(shù)課程研討會上，一位課程論專家提出了如下質(zhì)疑：“從歷史沿革來看，信息技術(shù)教育是從計算機(jī)教育演變而來的。20世紀(jì)80年代，受“程序設(shè)計是第二文化”的影響，我國中小學(xué)計算機(jī)教育開展了BASIC語言和程序設(shè)計，這在一定程度上推動了中小學(xué)計算機(jī)教育的普及。但是將計算機(jī)教育簡單等同于BASIC語言和程序設(shè)計也引發(fā)了‘知識過難’‘方法枯燥’‘實(shí)施困難’的問題。那么，現(xiàn)在提出來的計算思維教育是不是又要讓所有學(xué)生學(xué)習(xí)計算機(jī)語言和程序設(shè)計呢？這會不會再次引發(fā)學(xué)生認(rèn)為該課程‘沒意思’‘枯燥’和‘學(xué)不懂’的問題呢？”

毋庸置疑，從思維意象(Image)形式來看①意向是感覺經(jīng)驗(yàn)的心理表象，指將外在世界中事物編碼轉(zhuǎn)化后儲存在長期記憶中的意識圖像。，程序設(shè)計是發(fā)展學(xué)生計算思維的一種重要載體。但是，當(dāng)程序驅(qū)動的技術(shù)工具已經(jīng)滲透到社會的各個領(lǐng)域，計算思維作為人們生存于信息社會必要的思維方式，與早期程序設(shè)計教育相比，有著更豐富的教育內(nèi)涵和社會需要。其一，計算思維教育關(guān)注的是利用信息技術(shù)解決問題的能力。這種能力既表現(xiàn)為“結(jié)構(gòu)分解、實(shí)體抽象、模型建設(shè)、自動化實(shí)施”等技術(shù)應(yīng)用特征，也包括“明確問題、設(shè)計方案、實(shí)施反饋、修訂完善”等一般性解決問題方法，指向于利用信息技術(shù)解決問題能力的發(fā)展。例如，2013年英國國家計算(Computing)課程標(biāo)準(zhǔn)要求11歲的孩子要能夠“為完成特定目標(biāo)而進(jìn)行程序的設(shè)計、編寫和調(diào)試，能夠控制或模擬物理系統(tǒng)；通過將程序分解成更小的部分來解決問題?！盵8]。其二，計算思維教育強(qiáng)調(diào)學(xué)生信息化認(rèn)知方式的發(fā)展，該認(rèn)知方式既具有技術(shù)的原科學(xué)(Meta-science)性特征，例如抽象、模塊、程序化等特點(diǎn)，同時也會隨著技術(shù)的發(fā)展和情境的變化不斷地調(diào)整個體的認(rèn)知心理模型。其三，計算思維教育關(guān)注學(xué)生在人造(Artificial)信息系統(tǒng)與自然(Natural)信息系統(tǒng)交互思考的過程，通過計算思維教育可以幫助青少年理性地、自信地使用信息技術(shù)，而不是為技術(shù)工具所控制?？梢?，計算思維教育并不是單純的程序設(shè)計教育，更不是回到以前的計算機(jī)語言學(xué)習(xí)，它強(qiáng)調(diào)的是信息技術(shù)解決問題方法的掌握、認(rèn)知思維的發(fā)展和人機(jī)互動的理解，其內(nèi)容貼近學(xué)生的生活與學(xué)習(xí)，在真實(shí)體驗(yàn)與實(shí)踐應(yīng)用中發(fā)展學(xué)生利用信息技術(shù)思考與解決問題的獨(dú)特能力。

2.計算思維教育適合在中小學(xué)生中開展嗎

目前，以抽象、算法和大規(guī)模數(shù)據(jù)為特征的計算思維教育在大學(xué)非計算機(jī)專業(yè)本科生中得以廣泛開展。計算思維教育加強(qiáng)了計算機(jī)科學(xué)與其他學(xué)科的整合，提升大學(xué)生利用信息技術(shù)解決問的能力。但是計算思維教育是否適合中小學(xué)生，其教育內(nèi)容是否會增加學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力。2015年5月，在上海市信息技術(shù)課程基層調(diào)研中一位中學(xué)教師說出了他的擔(dān)憂：“計算思維包括了運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念與方法去結(jié)構(gòu)抽象、建立模型和自動化求解等內(nèi)容，涵蓋了反映計算機(jī)科學(xué)廣泛性的一系列思維活動。這樣看來，計算思維教育就不可避免地需要學(xué)習(xí)算法分析、程序設(shè)計、數(shù)據(jù)處理、信息系統(tǒng)等概念性知識。如果把這些專業(yè)性較強(qiáng)的大學(xué)內(nèi)容下放給中小學(xué)生，勢必會加大信息技術(shù)課程的難度，增加學(xué)生學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，這是不是違背了當(dāng)今課程改革的基本理念呢？”

從思維構(gòu)成要素來看，算法分析、程序設(shè)計、數(shù)據(jù)處理、信息系統(tǒng)等概念是構(gòu)成計算思維的基本要素，如果沒有這些概念做基礎(chǔ)，有系統(tǒng)的計算思維活動也就無從產(chǎn)生。但是，中小學(xué)計算思維的教育并不是讓學(xué)生孤立地接受這些概念，更強(qiáng)調(diào)在活動過程中引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)、領(lǐng)悟和建構(gòu)不同層次的概念，形成一種獨(dú)特的認(rèn)知方式。其一，計算思維的學(xué)習(xí)內(nèi)容可以分層設(shè)計。學(xué)習(xí)層級理論認(rèn)為“任何特定的學(xué)習(xí)目標(biāo)都可以找到一些作為先決條件的、更簡單的學(xué)習(xí)目標(biāo)，一個特定的終點(diǎn)任務(wù)(Terminal Task)可以分解為一系列的從屬任務(wù)或子任務(wù)(Component Task)”[9]。計算思維教育中，復(fù)雜的學(xué)習(xí)內(nèi)容同樣可以逐步細(xì)化為不同層級的學(xué)習(xí)內(nèi)容，篩出選適合于中小學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容。例如，美國CSTA所制定的K-12計算機(jī)科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)要求3年級學(xué)生的計算思維要能夠“使用寫作工具、數(shù)碼相機(jī)、繪畫工具分步表達(dá)思想、觀點(diǎn)和事件”；6年級學(xué)生要能夠“理解利用算法解決問題的基本步驟(例如，問題陳述和探究、樣本檢測、設(shè)計、實(shí)施和測試)，當(dāng)討論一個大問題時，能夠?qū)⑵浼?xì)化為一系列小問題”等[10]。其二，計算思維可以采用多樣的教育方式。心理學(xué)家布魯納(Jerome S.Bruner)在研究中發(fā)現(xiàn)“兒童的心理發(fā)展經(jīng)歷著動作式表征、映象式表征和符號式表征三個階段。如果能正確判斷兒童心理認(rèn)知方式，合理設(shè)計與之相符合的學(xué)習(xí)方法，那么任何學(xué)科都可以用智育上是正確的方式教給任何發(fā)展階段的兒童”[11]。因此，計算思維教育就需要針對不同學(xué)生采用不同的教育方法。尤其是信息社會中，程序驅(qū)動的技術(shù)工具已經(jīng)滲透到兒童生活學(xué)習(xí)的方方面面，將學(xué)習(xí)內(nèi)容與學(xué)生個人的經(jīng)驗(yàn)結(jié)合起來可以更好地促進(jìn)學(xué)生計算思維的發(fā)展。因此，計算思維教育既不是將大學(xué)內(nèi)容簡單下放，也不是毫無目標(biāo)地安排學(xué)習(xí)內(nèi)容，而是根據(jù)中小學(xué)生認(rèn)知程度科學(xué)組織內(nèi)容，有效設(shè)計學(xué)習(xí)活動，幫助兒童理解信息社會生活方式，逐步形成計算思維的概念結(jié)構(gòu)，內(nèi)化為穩(wěn)定的、具有學(xué)科特征的思維過程。

3.計算思維教育只是在信息技術(shù)課程中實(shí)施嗎

計算思維作為信息社會中獨(dú)特的思考和解決問題的過程已為學(xué)界所共識，越來越多的教師認(rèn)知到計算思維教育的重要性。但是，學(xué)校計算思維教育的組織方式和課程設(shè)計也面臨著新的挑戰(zhàn)。調(diào)研訪談中，一位教研員提出了如下問題：“從理念來看，計算思維作為信息社會獨(dú)特的思考和解決問題方式已為大家所共識。但是，從教育理念到教育實(shí)踐畢竟還有一段距離。在概念層面，計算思維是一個抽象的術(shù)語，那么我們該如何依托課程開展計算思維教育？又有哪些課程可以支持計算思維教育？這是困擾我們基層教育研究者的最大問題?！?/p>

概念和意象是思維的兩個基本要素，從教學(xué)方式來看這些內(nèi)容需要進(jìn)行專門學(xué)習(xí)。推理與判斷作為思維運(yùn)作過程中解決問題能力的反映，從能力發(fā)展來看最主要還是在問題情境中進(jìn)行體驗(yàn)、實(shí)踐和反思。因此，計算思維教育既需要基于某一學(xué)科學(xué)習(xí)基本概念與原理，也需要在真實(shí)活動中進(jìn)行綜合性的實(shí)踐與應(yīng)用。學(xué)校計算思維教育方式主要包括：其一，信息技術(shù)課程是計算思維教育的一種重要方式。通過信息技術(shù)課程，學(xué)生可以了解計算思維運(yùn)作的屬性與法則，建立計算思維的概念結(jié)構(gòu)，明確利用計算思維進(jìn)行信息檢索、編碼、輸出的過程。例如，英國計算課程標(biāo)準(zhǔn)要求11歲的學(xué)生要能夠“應(yīng)用邏輯推理來解釋簡單算法是如何執(zhí)行的，并檢測、糾正算法和程序中的錯誤”[12]。其二，其他學(xué)科課程可以滲透計算思維教育。針對具體問題，利用信息技術(shù)工具推理、判斷和決策的過程也是計算思維發(fā)展的過程。隨著信息技術(shù)與學(xué)科課程融合的深入，計算思維教育同樣也可以嵌入到社會科學(xué)、語言藝術(shù)、數(shù)學(xué)和科學(xué)等課程中，幫助學(xué)生理解“計算”是個人學(xué)習(xí)與生活的一部分。此外，學(xué)校綜合課程的開展也為計算思維教育提供了機(jī)會，學(xué)生在應(yīng)用信息技術(shù)完成具體任務(wù)的過程中，可以體驗(yàn)到計算思維的作用，掌握相應(yīng)的概念，形成利用計算思維解決問題的方法。顯然，計算思維教育既需要信息技術(shù)課程進(jìn)行專業(yè)支持，但也不限制于信息技術(shù)課程之中，學(xué)科整合、綜合課程同樣是發(fā)展學(xué)生計算思維的重要途徑。

三、計算思維教育的轉(zhuǎn)向：從“為計算”到“用計算”

“為計算”的教育注重計算思維概念和意象等思維要素的掌握，將程序設(shè)計、計算機(jī)語言和工具操作作為主要學(xué)習(xí)內(nèi)容?！坝糜嬎恪钡慕逃窃谟嬎闼季S要素學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在真實(shí)情境和具體活動中，利用信息技術(shù)解決問題能力和內(nèi)在思維的培養(yǎng)。從“為計算”到“用計算”的發(fā)展就是要從信息技術(shù)教育的理念、內(nèi)容與方法上實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。

1.計算思維教育不是知識接受，而是思維發(fā)展

認(rèn)知心理學(xué)理論認(rèn)為“思維(Thinking)是個體內(nèi)在的心理認(rèn)知?dú)v程。在此歷程中，個體將心理上所認(rèn)知的事件經(jīng)過操作過程予以抽象化，對事件的性質(zhì)予以推理判斷從而獲得新的知識”[13]。思維教育強(qiáng)調(diào)的是知識學(xué)習(xí)與能力提升的結(jié)合，其目的是在活動過程中利用原有知識和當(dāng)前信息生成新的知識，理解生活中的世界。計算思維作為一種獨(dú)特的學(xué)科思維方式，反映出計算機(jī)科學(xué)廣泛性的、系列心理活動。其教育過程也需要突出計算知識與學(xué)科思維方法的結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生在利用信息技術(shù)理解問題、解決問題的過程中內(nèi)化為穩(wěn)定的思維方式。近幾年來，以“計算思維作為發(fā)展主線”的信息技術(shù)教育已經(jīng)融入到學(xué)校課程之中。2011，CSTA在全美中小學(xué)信息技術(shù)教育現(xiàn)狀調(diào)研后指出“計算思維教育要滲透于大多數(shù)的學(xué)科之中，以此發(fā)展學(xué)生合理選用信息技術(shù)工具的能力，分析、解決現(xiàn)實(shí)世界中的復(fù)雜問題，正確理解現(xiàn)代世界中計算的力量與局限”[14]。2015年澳大利亞最新發(fā)布的“數(shù)字化技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)”也強(qiáng)調(diào)“在數(shù)字化社會中，人們需要具備利用邏輯、算法、遞歸和抽象等計算方法認(rèn)識事物的能力，計算思維教育就是要發(fā)展學(xué)生利用‘具有程序特征的技術(shù)工具’創(chuàng)造、交流和分享信息、合理管理項目、更好地生存于數(shù)字化世界中”[15]。因此，中小學(xué)計算思維教育就不應(yīng)限于計算知識的學(xué)習(xí)和技術(shù)工具的操作應(yīng)用，更應(yīng)強(qiáng)調(diào)學(xué)生利用計算知識和技術(shù)工具解決問題綜合能力的形成與思維的內(nèi)化。

2.計算思維教育不是孤立的“代碼編寫”，而是過程性的“程序體驗(yàn)”

計算是“執(zhí)行一個算法的過程，該過程既表現(xiàn)出數(shù)據(jù)分析的方法，也折射了內(nèi)在思想與發(fā)現(xiàn)的動力”[16]。當(dāng)今程序驅(qū)動的數(shù)字化工具滲透到人們生活的方方面面，其隱含的計算方法潛移默化地嵌入到人們利用技術(shù)工具解決問題的過程之中?！俺绦蚶斫饬Α毕駱蛄阂粯哟蛲恕坝嬎銠C(jī)學(xué)習(xí)”與“計算思維發(fā)展”的通道[17]。在學(xué)理上，“程序過程”包括著算法設(shè)計和程序?qū)崿F(xiàn)兩個基本階段。前者是通過邏輯推理、模塊分解、要素抽象和形式化的方法，設(shè)計解決問題的算法(或結(jié)構(gòu)模型)；后者則是通過程序設(shè)計語言表達(dá)個人觀點(diǎn)，以計算工具實(shí)現(xiàn)具體方案，“如果孤立地學(xué)習(xí)程序編碼而不給學(xué)生算法設(shè)計的體驗(yàn)情境，就會導(dǎo)致盲目模仿科學(xué)實(shí)驗(yàn)而不知為什么做科學(xué)實(shí)驗(yàn)的錯誤；如果一味要求學(xué)生進(jìn)行算法設(shè)計，而不給學(xué)生驗(yàn)證自己想法的機(jī)會，也會掉入只講授科學(xué)知識而不做科學(xué)實(shí)驗(yàn)的泥潭”[18]。在教育實(shí)踐中，計算思維教育更強(qiáng)調(diào)在項目活動中幫助學(xué)生領(lǐng)悟信息技術(shù)解決問題的方法與策略，發(fā)展計算思維。例如，在小學(xué)計算思維教育活動中，教師根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知能力設(shè)計難度相適應(yīng)的“走迷宮”項目活動。學(xué)生通過“功能按鈕”的選擇設(shè)計“Bee-bot”(一種根據(jù)指令進(jìn)行活動的學(xué)具)在“迷宮”中的活動路線，實(shí)驗(yàn)設(shè)計的結(jié)果，直至“Bee-bot”成功走出迷宮。在此活動中，盡管學(xué)生并沒有親自編寫程序代碼，但通過“Beebot”活動路線的設(shè)計和活動實(shí)現(xiàn)，也真實(shí)體驗(yàn)了“程序的過程與方法”。因此，中小學(xué)計算思維教育既不能簡單地等同于代碼編寫，也不能將算法設(shè)計與程序?qū)崿F(xiàn)隔裂開來，最重要的還是要引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)“程序驅(qū)動”的技術(shù)工具應(yīng)用情境，感受到計算方法與自動化實(shí)現(xiàn)的真實(shí)存在，在實(shí)踐體驗(yàn)程序設(shè)計每個環(huán)節(jié)的過程中內(nèi)化為普適性的思維方式。

3.計算思維教育不是要培養(yǎng)計算機(jī)專家，而是培育合格的數(shù)字化公民

美國多元智能專家加德納教授(Gardner,H.)在學(xué)生智能發(fā)展研究中指出“面向?qū)W科思維的教育是要幫助學(xué)習(xí)者在知識學(xué)習(xí)的過程中形成獨(dú)特的學(xué)科思考問題的方式，并以該方式理解和生存于世界之中”[19]。當(dāng)今信息技術(shù)滲透到人們生活學(xué)習(xí)的各個層面，深刻影響著人們解決問題的思維方式與行為特征。計算思維教育就要擺脫“純技術(shù)”的狹隘教育觀念，強(qiáng)調(diào)學(xué)科知識和學(xué)科思維的結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生理解信息環(huán)境中各要素的關(guān)系，在現(xiàn)實(shí)情境中“學(xué)技術(shù)”“用技術(shù)”，批判性地認(rèn)識技術(shù)變革給信息環(huán)境帶來的影響。2011年，CSTA和ISTE聯(lián)合研制的計算思維教育資源就著重強(qiáng)調(diào)其應(yīng)用性和活動性特征：(1)計算思維教育是一個跨學(xué)科的教育，它不僅需要在信息技術(shù)(計算機(jī)科學(xué))教學(xué)中開展，也適合于在其他學(xué)科中開展。每位學(xué)科教師都有責(zé)任開展、應(yīng)用和評價學(xué)生計算思維。(2)計算思維教育是在解決問題的過程中開展的。利用計算思維解決問題的能力隨著學(xué)生年齡增長會趨于成熟，不同學(xué)段的學(xué)生需要采用不同的活動方式。(3)計算思維教育是在不知不覺中進(jìn)行的。計算思維并不是所謂的全新內(nèi)容，其實(shí)在每位老師的課堂中都潛移默化地存在著，通過探究計算思維新技能，教師可以充分地將它們嵌入到課程內(nèi)容之中[20]。英國計算課程標(biāo)準(zhǔn)也指出“高質(zhì)量的計算(Computing)教育就是要幫助學(xué)生通過ICT解決問題，表達(dá)自己的想法，使用計算思維理解和改變世界，成為數(shù)字社會的積極參與者”[21]。可見，為了幫助學(xué)生更好地適應(yīng)和生存于信息社會，中小學(xué)計算思維教育并不是要把所有學(xué)生都培養(yǎng)成“計算專家”，而是要幫助每位學(xué)生更好地利用信息技術(shù)理解和解決生活與學(xué)習(xí)中的真實(shí)問題，成為合格的數(shù)字化公民。

四、結(jié)語

縱觀計算思維教育發(fā)展歷程，可以看出不同歷史階段計算思維教育表現(xiàn)出不同的內(nèi)在特征，或程序設(shè)計能力、或思維工具應(yīng)用、或普適性價值推廣等。隨著信息技術(shù)在人們?nèi)粘Ｉ钪械膹V泛應(yīng)用，其教育意義和價值內(nèi)涵得以不斷深化，并逐步聚焦利用信息技術(shù)解決問題的獨(dú)特方式和應(yīng)用策略——學(xué)科思維。當(dāng)今技術(shù)環(huán)境的發(fā)展，使得青少年已全面、真實(shí)地生活在葉爾肖夫預(yù)言的“程序設(shè)計的世界”之中，計算思維教育就不再是單純的“語言與程序設(shè)計教育”——學(xué)計算，幫助學(xué)生理解信息社會中程序驅(qū)動的數(shù)字化工具、發(fā)展數(shù)據(jù)意識、提高信息技術(shù)應(yīng)用與創(chuàng)新能力，解決日常生活中的現(xiàn)實(shí)問題——用計算，就成為中小學(xué)信息技術(shù)教育的新挑戰(zhàn)。

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李鋒：博士，副教授，研究方向?yàn)樾畔⒓夹g(shù)教育、課程與教學(xué)論(fli@srcc.ecnu.edu.cn)。

王吉慶：學(xué)士，教授，研究方向?yàn)樾畔⒓夹g(shù)教育、教育技術(shù) (wangjiqing6264@sina.com)。

2015年7月21日

責(zé)任編輯：李馨 宋靈青

Computational Thinking Education: From “For Computing” to “With Computing”

Li Feng,Wang Jiqing
(School of Open Learning and Education,East China Normal University,Shanghai 200062)

With the information technology development,computational thinking become important contents for students being in digital society.In computational thinking education history,it experiences three stages: computer science education,cognitive tools education,and computing value education.However,there are some problems confused educators about computational thinking education.In order to develop computational thinking education better,the educators should change teaching ideas from “For Computing” to “With Computing”,encourage students apply ICT creatively,became a digital citizen.

Computational Thinking; For Computing; With Computing

G434

A

1006—9860(2015)10—0006—05