王榮良

● 問題：計(jì)算思維教什么？

自2012年學(xué)術(shù)界正式開展中小學(xué)計(jì)算思維教育研究以來，對計(jì)算思維的概念研究在中小學(xué)信息技術(shù)課程領(lǐng)域逐年升溫。然而，有關(guān)計(jì)算思維教育成功的案例卻鮮有出現(xiàn)，原因是多方面的，但與現(xiàn)有研究與教育實(shí)踐脫節(jié)不無關(guān)系。

目前的信息技術(shù)課程源于計(jì)算機(jī)課程，無論是教師還是整個(gè)課程文化，對計(jì)算機(jī)教育有著揮之不去的親近感。從計(jì)算思維的教學(xué)實(shí)踐來看，許多教師把恢復(fù)計(jì)算機(jī)原理性的教學(xué)內(nèi)容簡單地理解為計(jì)算思維教育。例如，有教師把高中基礎(chǔ)模塊“認(rèn)識圖像”的教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)為“通過對課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠理解計(jì)算機(jī)顯示圖像的原理，掌握以計(jì)算機(jī)方式表述圖像參數(shù)的基本方法，學(xué)會使用PS圖像處理軟件的相關(guān)技能，逐步養(yǎng)成以計(jì)算機(jī)解決問題的思維方式，即計(jì)算思維”。且不說在一堂課45分鐘內(nèi)能將“計(jì)算機(jī)顯示圖像的原理”闡述到什么程度，僅憑“逐步養(yǎng)成以計(jì)算機(jī)解決問題的思維方式”就認(rèn)為是計(jì)算思維，則是對計(jì)算思維的簡單理解。事實(shí)上，一線教師也知道計(jì)算思維教育不是簡單的計(jì)算機(jī)原理教學(xué)，但苦于缺乏計(jì)算思維教育的理論指導(dǎo)和實(shí)踐素材，在實(shí)際教學(xué)中必然會存在一些困難。

從近幾年中小學(xué)計(jì)算思維教育的研究來看，研究內(nèi)容主要有以下三方面：其一，以文獻(xiàn)綜述為主的計(jì)算思維發(fā)展脈絡(luò)和概念梳理，提出了計(jì)算思維的邏輯能力、算法能力、遞歸能力、抽象能力等解決問題的能力，但卻未涉及計(jì)算思維為什么要有這些能力，以及這些能力的具體表現(xiàn)是什么，沒能直接給一線教師的教學(xué)提供指導(dǎo)；其二，關(guān)于計(jì)算思維對信息技術(shù)課程的影響研究，闡述的內(nèi)容基本上是正面的，普遍認(rèn)為“計(jì)算思維解決了信息技術(shù)課程的學(xué)科思維問題”，但很少研究計(jì)算思維對應(yīng)的計(jì)算學(xué)科與信息技術(shù)的關(guān)系問題，以及落實(shí)在中小學(xué)教育的課程內(nèi)容問題；其三，關(guān)于信息技術(shù)課程中計(jì)算思維的挖掘研究，認(rèn)為計(jì)算思維是現(xiàn)有的信息技術(shù)課程的內(nèi)在價(jià)值，過去沒有被發(fā)現(xiàn)或重視，需要在信息素養(yǎng)培養(yǎng)的框架下深入挖掘，從而豐富信息技術(shù)課程的教育內(nèi)涵。顯然這種觀點(diǎn)的狡辯之處在于忽視了需要替換多少課程教學(xué)內(nèi)容才能滿足計(jì)算思維的挖掘之需，也有意無意地改變了信息素養(yǎng)的內(nèi)涵，其表面上是為信息技術(shù)課程的重要性增加砝碼，實(shí)際上是混淆了信息技術(shù)學(xué)科和計(jì)算思維的本質(zhì)。

考察上述理論研究與實(shí)踐研究，它們有一個(gè)共同的特點(diǎn)，都是以現(xiàn)有的信息技術(shù)課程實(shí)施為起點(diǎn)，以振興或改革信息技術(shù)課程為目標(biāo)，卻鮮有從計(jì)算的本質(zhì)、計(jì)算學(xué)科及計(jì)算思維的視角討論計(jì)算思維教育在基礎(chǔ)教育中的必要性和可行性。對計(jì)算的本質(zhì)及計(jì)算思維的學(xué)科淵源缺乏理解，必然會影響計(jì)算思維的實(shí)施。

● 概念：什么是計(jì)算

理解計(jì)算是研究計(jì)算思維教育的邏輯起點(diǎn)，那什么是計(jì)算呢？

案例1：小學(xué)學(xué)習(xí)的算術(shù)運(yùn)算，例如，“2+3=5”，是一種簡單的計(jì)算，是指數(shù)據(jù)在運(yùn)算符的操作下，按規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)變換。案例2：初中學(xué)習(xí)的函數(shù)運(yùn)算，例如，“f（x）=a*sin（x+x0）+b”，如果已知a和b，把x變成了f（x），也是一種計(jì)算。對于這兩種計(jì)算，都有運(yùn)算的對象，即“數(shù)據(jù)”，也有操作的運(yùn)算符，即“規(guī)則”，也即可以做加法或正弦函數(shù)運(yùn)算。從小學(xué)開始，在數(shù)學(xué)課中學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容之一就是各種運(yùn)算符規(guī)則，有了這些規(guī)則，就可以完成相應(yīng)的數(shù)值計(jì)算了。

現(xiàn)在討論一個(gè)稍復(fù)雜的問題。案例3：我要從華東師范大學(xué)中山北路校區(qū)到浦東金茂大廈，通過電子地圖查找，得出結(jié)論：可以在金沙江路乘坐地鐵3號線再換乘2號線到陸家嘴站下。從輸入起始地點(diǎn)，到輸出交通線路，這個(gè)過程也是計(jì)算。這個(gè)例子的計(jì)算與前面兩個(gè)計(jì)算例子的差異主要有三方面：①計(jì)算對象的類型不同，前兩個(gè)例子的計(jì)算對象是數(shù)值，所執(zhí)行的是數(shù)值計(jì)算。針對案例3，輸入的是地理位置，計(jì)算的結(jié)果卻是地鐵線路。②計(jì)算的規(guī)則不同，案例1、案例2都是數(shù)學(xué)課中學(xué)習(xí)的運(yùn)算規(guī)則，包括運(yùn)算符和運(yùn)算順序。案例3中所使用的操作主要是比較和判斷，并且其規(guī)則并不是顯性的，也就是說，其計(jì)算結(jié)果的獲得過程，沒有像案例1和案例2這樣明顯和可以理解。③計(jì)算的主體不同，案例1和案例2的主體是人，而案例3則是計(jì)算機(jī)或數(shù)字地圖軟件系統(tǒng)。從以上三個(gè)例子可以發(fā)現(xiàn)，計(jì)算的對象可以是具體的數(shù)，可以是一個(gè)變量x，也可以是非數(shù)值量的地理位置，這些都屬于廣義的數(shù)據(jù)。如果把計(jì)算對象和計(jì)算結(jié)果用符號串抽象表示的話，就是從已知的符號開始，按預(yù)定的規(guī)則，一步一步地改變符號串，經(jīng)過有限步驟，最終得到一個(gè)滿足預(yù)定條件的符號串的過程。

在關(guān)于計(jì)算的描述中，可以發(fā)現(xiàn)，有“預(yù)定的規(guī)則”“一步一步地”“有限步驟”等關(guān)鍵詞。這些關(guān)鍵詞在案例1、案例2中用人腦作計(jì)算時(shí)并不顯得關(guān)鍵，因?yàn)椤邦A(yù)定的規(guī)則”就是數(shù)學(xué)課學(xué)習(xí)的內(nèi)容，肯定是“一步一步”寫運(yùn)算步驟，并且課堂中出現(xiàn)的題目肯定是可以計(jì)算的，是可以在“有限步驟”中完成計(jì)算的。在實(shí)際教學(xué)過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)有些學(xué)生并不按照教師教授的步驟完成計(jì)算，或跳躍，或另辟蹊徑，也同樣能得到正確的計(jì)算結(jié)果，而這些學(xué)生往往被教師認(rèn)為是聰明或思維活躍的學(xué)生。但是，當(dāng)計(jì)算主體不是人腦而是某一非人類的計(jì)算系統(tǒng)時(shí)，這些“關(guān)鍵詞”就非常關(guān)鍵了。所謂“預(yù)定的規(guī)則”，說明是人針對特定計(jì)算預(yù)先編制的；所謂“一步一步地”，則反映了計(jì)算系統(tǒng)的自動(dòng)化屬性；所謂“有限步驟”，則說明計(jì)算系統(tǒng)是可以經(jīng)過有限次計(jì)算完成的。

再舉若干人類利用工具完成計(jì)算的例子。案例4：人們使用算盤完成計(jì)算，實(shí)際上是兩個(gè)因素在起作用：一是物化的算盤，主要的作用是存儲數(shù)據(jù)的中間值和最終結(jié)果；二是算盤的運(yùn)算口訣，這就是運(yùn)算規(guī)則。案例5：在17世紀(jì)，人們就學(xué)會了運(yùn)用對數(shù)將乘法轉(zhuǎn)換為加法以降低計(jì)算復(fù)雜度的方法，對數(shù)表就是計(jì)算工具，這在當(dāng)時(shí)的航海和天文觀察中得到了廣泛的應(yīng)用，隨后發(fā)明的計(jì)算尺也是相同的原理。案例6：計(jì)算器是現(xiàn)在常用的計(jì)算工具，可以直接進(jìn)行加減乘除以及更復(fù)雜的函數(shù)運(yùn)算。

這三個(gè)例子與案例1一樣，都是數(shù)值計(jì)算。不同的是，案例4的運(yùn)算步驟是由算盤的運(yùn)算口訣決定的，具有一定的機(jī)械計(jì)算屬性，但計(jì)算主體還是人腦。案例5是把乘法轉(zhuǎn)換成加法和查對數(shù)表，加法是計(jì)算，查表也是計(jì)算，且計(jì)算是可以根據(jù)需要轉(zhuǎn)換的。而案例6中，用計(jì)算器完成加法計(jì)算，操作者是不需要知道加法規(guī)則或運(yùn)算口訣的，只需要按鍵輸入，就可以得到運(yùn)算結(jié)果。因此，計(jì)算器具有一定的自動(dòng)化屬性，與案例4不同，使用者根本不需要知道計(jì)算器是如何完成計(jì)算的。endprint

很累贅地?cái)⑹鲞@些實(shí)例，只是想說明當(dāng)計(jì)算的主體由人部分地甚至全部變?yōu)橛?jì)算系統(tǒng)的時(shí)候，計(jì)算規(guī)則是如何呈現(xiàn)與實(shí)施的。只有當(dāng)計(jì)算規(guī)則的制定與實(shí)施具有機(jī)械屬性時(shí)，才可以滿足自動(dòng)化的要求，才涉及計(jì)算科學(xué)學(xué)科的計(jì)算思維。當(dāng)計(jì)算的主體是人腦的時(shí)候，不適合討論有關(guān)計(jì)算思維教育的問題，否則在中小學(xué)計(jì)算思維教育的主要領(lǐng)域應(yīng)該是數(shù)學(xué)課。當(dāng)計(jì)算的主體由人變?yōu)槟硞€(gè)機(jī)械或電子系統(tǒng)以后，很重要的一點(diǎn)就是自動(dòng)化和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的機(jī)制。那么如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化呢？圖靈機(jī)就是一個(gè)典型的具有自動(dòng)化屬性的計(jì)算模型。

● 核心：計(jì)算機(jī)科學(xué)家的思維

計(jì)算思維是使用計(jì)算機(jī)解決問題的思維方式嗎？關(guān)鍵看“使用”是什么意思。受多年來計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件操作使用教學(xué)慣性的影響，有部分人把計(jì)算思維的教學(xué)簡單地理解為用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題。曾看到過這樣一個(gè)信息技術(shù)課的教學(xué)設(shè)計(jì)，教學(xué)生使用某種電子地圖，其教學(xué)目標(biāo)之一是培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。

事實(shí)上，簡單使用電子地圖的人，是不需要計(jì)算思維的。否則使用所有電子產(chǎn)品都會涉及計(jì)算思維。另一方面，使用傳統(tǒng)的紙質(zhì)地圖，使用者所需要的思維強(qiáng)度明顯比使用電子地圖要高。所以說，學(xué)會使用電子地圖，可以說是提升信息素養(yǎng)，但是與培養(yǎng)計(jì)算思維是沒有關(guān)系的。

計(jì)算思維是計(jì)算學(xué)科的學(xué)科思維。通俗地說，具備計(jì)算思維的人，應(yīng)該具備能夠像計(jì)算機(jī)科學(xué)家一樣的思考方式。在了解了什么是計(jì)算以后，就可以分析計(jì)算機(jī)科學(xué)家是如何運(yùn)用計(jì)算思維思考問題以至于解決問題的。

問題求解是計(jì)算科學(xué)的根本目的之一。計(jì)算機(jī)科學(xué)家針對一個(gè)需要用計(jì)算學(xué)科方法解決的問題時(shí)，首先思考的是對問題的抽象。建立數(shù)學(xué)模型就是通過對現(xiàn)實(shí)問題的觀察、歸納、假設(shè)，再進(jìn)行抽象，并將其轉(zhuǎn)換為一個(gè)數(shù)學(xué)問題。數(shù)學(xué)模型是連接數(shù)學(xué)和實(shí)際問題的橋梁，數(shù)學(xué)是工具，解決問題是目的。建立數(shù)學(xué)模型的一般步驟是：①對問題進(jìn)行觀察，研究其運(yùn)動(dòng)變化的情況，用自然語言進(jìn)行描述，初步確定總的變量及相互關(guān)系；②確定問題的所屬系統(tǒng)、模型類型以及描述系統(tǒng)所用的數(shù)學(xué)工具，提出假說，假說表明了數(shù)學(xué)模型的抽象性；③對假說進(jìn)行擴(kuò)充和形式化，將問題用數(shù)字、圖表、公式、符號表示出來，經(jīng)數(shù)學(xué)的推導(dǎo)，得到定量或定性關(guān)系；④根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析，形成數(shù)學(xué)模型。

其次思考的是問題的映射?？陀^世界的問題都是由實(shí)體及實(shí)體間的相互關(guān)系構(gòu)成的，把客觀世界的實(shí)體稱為問題空間或問題對象，世界上各種事物都可以看成對象。運(yùn)用計(jì)算機(jī)解決問題就是借助某種語言對計(jì)算機(jī)世界中的實(shí)體施加某種動(dòng)作，以此動(dòng)作的結(jié)果去映射解，將計(jì)算機(jī)中的實(shí)體稱為解的空間。如果按照人們通常的思維方式來建立問題域的模型，則可以提高現(xiàn)實(shí)世界問題域中的軟件模塊化和重用性。軟件開發(fā)過程就是人們使用各種計(jì)算機(jī)語言將現(xiàn)實(shí)世界映射到計(jì)算機(jī)世界的過程，即現(xiàn)實(shí)世界問題域→建立模型→編程實(shí)現(xiàn)→計(jì)算機(jī)世界執(zhí)行求解。

再次思考的是問題求解的算法。解題過程的精確描述可以由有限的、可機(jī)械執(zhí)行的、有確定結(jié)果的指令或命令構(gòu)成。算法是解題過程的精確描述，它是利用計(jì)算機(jī)能夠理解的語言描述解題過程，包括有限多個(gè)規(guī)則，并具有自閉的基本特性。算法代表了對問題的解，而程序則是算法在計(jì)算機(jī)上的實(shí)現(xiàn)。

最終，問題求解的實(shí)現(xiàn)是利用某種計(jì)算機(jī)語言編寫該算法的程序，并輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)按照程序指令要求自動(dòng)執(zhí)行，并輸出計(jì)算結(jié)果。

仍以電子地圖為例，作為計(jì)算機(jī)科學(xué)家，要開發(fā)一個(gè)電子地圖軟件，首先，需要對現(xiàn)實(shí)地圖進(jìn)行抽象，把地圖上的實(shí)際位置用坐標(biāo)值表示，道路用線條表示，地圖上的其他有用信息也進(jìn)行相應(yīng)的量化處理，以便于隨后的計(jì)算。當(dāng)然，也要?dú)w納出基于電子地圖的核心操作是什么。例如，物理定位、最短距離計(jì)算等操作。其次，思考是現(xiàn)實(shí)世界的道路信息與電子地圖系統(tǒng)中的映射，包括實(shí)際的道路、公交線路與經(jīng)抽象的坐標(biāo)位置、線條形成對應(yīng)關(guān)系，查找公交線路操作與電子地圖系統(tǒng)中實(shí)際計(jì)算操作的關(guān)系等，從而可以將現(xiàn)實(shí)世界中有關(guān)的地圖信息及操作用形式化的方法表達(dá)。最后，就是運(yùn)用計(jì)算科學(xué)的方法設(shè)計(jì)相關(guān)算法，并編寫相關(guān)程序代碼使之實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)然，這里只是勾勒出一個(gè)大致的系統(tǒng)開發(fā)過程，實(shí)際的開發(fā)要復(fù)雜得多，但也反映出計(jì)算機(jī)科學(xué)家的思考過程，這一思考過程滲透著計(jì)算思維。這是在計(jì)算科學(xué)的層面上用計(jì)算機(jī)解決問題，或者說計(jì)算機(jī)并不解決問題，它們只是執(zhí)行解決方案。

對于普通使用者來說，運(yùn)用電子地圖，輸入起始位置和目的地位置，電子地圖就可以給出參考的交通線路，或提供導(dǎo)航等功能。這也是應(yīng)用計(jì)算機(jī)解決問題，但這一層面上的解決問題與使用是否掌握計(jì)算科學(xué)知識毫無關(guān)系，這也是電子地圖開發(fā)者的目標(biāo)之一。

作為計(jì)算機(jī)科學(xué)家，他也會像普通人一樣使用電子地圖。但如果他首次使用電子地圖，或者面對一個(gè)成熟的計(jì)算機(jī)產(chǎn)品，一定會有一些與普通使用者不一樣的、基于計(jì)算科學(xué)的、出于好奇心的思考，設(shè)想該系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，猜測該系統(tǒng)的核心功能和主要算法，并通過一些參數(shù)的輸入來測試與驗(yàn)證自己的猜想。這就是一個(gè)具有計(jì)算思維的人的特征。

● 路徑：抽象、形式化表達(dá)、構(gòu)造、自動(dòng)化

計(jì)算思維是一種解決問題的思維。在解決問題中是否體現(xiàn)計(jì)算思維并不是以是否使用了計(jì)算機(jī)作為判斷依據(jù)，而應(yīng)該看是否運(yùn)用了計(jì)算科學(xué)的學(xué)科思維和方法。使用電子地圖進(jìn)行交通導(dǎo)航并不體現(xiàn)計(jì)算思維，而使用程序設(shè)計(jì)的一些常用算法思想來安排日常生活，同樣也則體現(xiàn)了計(jì)算思維。

既然計(jì)算思維是一種解決問題的思維，那么讓學(xué)生體驗(yàn)解決問題的過程應(yīng)該是培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維的一種路徑。所以，在許多本科階段的計(jì)算機(jī)教育中，通過運(yùn)用計(jì)算科學(xué)的學(xué)科思維和方法解決問題，這是實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維教育的途徑之一。針對中小學(xué)生培養(yǎng)計(jì)算思維，顯然會受到計(jì)算學(xué)科知識的制約。沒有掌握很復(fù)雜的計(jì)算機(jī)原理，如何實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維教育？這里還需要回到計(jì)算思維的本質(zhì)。

周以真教授提出計(jì)算思維的本質(zhì)是抽象（Abstraction）與自動(dòng)化（Automation）。這個(gè)用2A描述的本質(zhì)很規(guī)整，也反映了計(jì)算學(xué)科的基本事實(shí)，因?yàn)槌橄笫怯?jì)算機(jī)要表達(dá)現(xiàn)實(shí)世界的基本手段，自動(dòng)化是計(jì)算機(jī)最根本的特性。那么抽象與自動(dòng)化之間是什么關(guān)系呢？endprint

回顧一個(gè)計(jì)算機(jī)科學(xué)家解決計(jì)算問題的思考以及操作過程，需要將解決的問題抽象與歸納，抽象操作的輸出就是形式化表達(dá)。例如，一伙朋友一起聚餐，最后AA制結(jié)算。對于這一問題的解決，首先需要的操作就是抽象，把每個(gè)菜的單價(jià)、聚餐的人數(shù)等要素提煉出來，而菜的色、香、味等要素則忽略，再提煉出計(jì)算的公式，即菜價(jià)求和除以人數(shù)，得出每個(gè)人的花費(fèi)。這一過程就是抽象的過程，也是數(shù)學(xué)建模的過程，最后輸出的公式可以用變量、數(shù)值、運(yùn)算符等符號串來表達(dá)。

表達(dá)是將思維所得的成果用語言、語音、語調(diào)、表情、動(dòng)作等方式反映出來的一種行為。表達(dá)以交際、傳播為目的，以物、事、情、理為內(nèi)容，以語言為工具，以聽者、讀者為接收對象。而形式化表達(dá)，則不同于日常語言，需要去除自然語言含糊多義的缺點(diǎn)，運(yùn)用形式化的方法表達(dá)科學(xué)化、準(zhǔn)確化、嚴(yán)格化，而編程就是形式化表達(dá)的一種形式。

在形式化表達(dá)中，形式化方法在數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能等領(lǐng)域得到廣泛運(yùn)用。它能精確地揭示各種邏輯規(guī)律，制定相應(yīng)的邏輯規(guī)則，使各種理論體系更加嚴(yán)密，同時(shí)也能正確地訓(xùn)練思維，提高思維的抽象能力。

從形式化表達(dá)到自動(dòng)化，其中最關(guān)鍵的一步就是構(gòu)造。自動(dòng)化是計(jì)算思維的重要屬性，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基本原理就是有限狀態(tài)的自動(dòng)化，即一步一步地執(zhí)行預(yù)設(shè)的命令，完成計(jì)算。

所謂構(gòu)造，就是尋求一種結(jié)構(gòu)化的方法，得到一個(gè)滿足已知要求的證明，并且能從此證明中，給出一個(gè)機(jī)械方法，使其經(jīng)過有限步驟后，能得到滿足性質(zhì)的結(jié)果。簡單地說，就是能夠具體地給出某個(gè)滿足要求的對象，或者給出某個(gè)對象的計(jì)算方法。例如，一元二次方程的求根公式，通過的求根公式，不僅能夠證明是否存在實(shí)數(shù)解，還能按部就班地求出相應(yīng)的解。而對應(yīng)的非構(gòu)造性，往往能夠證明結(jié)果成立，但并不能給出獲得結(jié)果的機(jī)械步驟。例如，著名的羅爾中值定理就是一種存在性證明，可以證明在指定區(qū)間內(nèi)存在某一點(diǎn)的函數(shù)值為零，但并不能確定哪一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)。在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，構(gòu)造需要解決客觀世界問題到計(jì)算機(jī)解決問題空間的映射；構(gòu)造需要形成問題求解的算法；構(gòu)造還需要完成一條條有序的命令序列。

如果說，計(jì)算思維是一種解決問題的思維方式，那么這種思維方式形成的解決問題的方法是具有自動(dòng)化屬性的，或者說，是在分解成若干個(gè)有限步驟以后肯定可以實(shí)現(xiàn)的，或者說是構(gòu)造性的。如果說計(jì)算思維的本質(zhì)是抽象與自動(dòng)化，那么自動(dòng)化是結(jié)果，抽象是方法，抽象的目標(biāo)是為了自動(dòng)化，但從抽象不能直接到達(dá)自動(dòng)化。抽象→形式化表達(dá)→構(gòu)造→自動(dòng)化，形成了計(jì)算思維的方法路徑。

● 目標(biāo)：體現(xiàn)計(jì)算思維教育的學(xué)習(xí)內(nèi)容特征

計(jì)算思維是計(jì)算學(xué)科的學(xué)科思維。通俗地說，具備計(jì)算思維的人應(yīng)該是具備能夠像計(jì)算機(jī)科學(xué)家一樣的思考方式。把人腦的計(jì)算過程表達(dá)出來，用非人腦的裝置來實(shí)現(xiàn)計(jì)算，是一件很有挑戰(zhàn)性的工作。計(jì)算思維一定是人腦的思維，是人腦對計(jì)算、計(jì)算規(guī)則與過程以及計(jì)算裝置的概括和間接的反映。

計(jì)算思維的教育與培養(yǎng)，重點(diǎn)不是在體驗(yàn)自動(dòng)化，而是在如何構(gòu)造自動(dòng)化，也就是在于抽象、形式化表達(dá)以及構(gòu)造等形成自動(dòng)化目標(biāo)的各種環(huán)節(jié)上。在中小學(xué)開展計(jì)算思維教育，面臨著學(xué)習(xí)者關(guān)于計(jì)算學(xué)科基礎(chǔ)知識匱乏的困境。相對而言，編程學(xué)習(xí)需要的學(xué)科基礎(chǔ)知識比較少，起點(diǎn)低，中小學(xué)生更容易接受，是一個(gè)適合中小學(xué)開展計(jì)算思維教育的載體。同時(shí)，在中小學(xué)開展編程學(xué)習(xí)，目前有比較多的人機(jī)交互友好的編程平臺可供選擇。更重要的是，程序設(shè)計(jì)是一個(gè)作品創(chuàng)作的過程，這個(gè)過程涵蓋了“抽象→形式化表達(dá)→構(gòu)造→自動(dòng)化”這一形成計(jì)算思維的方法路徑。

信息技術(shù)課程的發(fā)展研究與計(jì)算思維教育在中小學(xué)實(shí)施的研究，從原理而言是兩條線索，有交集，但不是簡單地用一條線索覆蓋另一條線索。多年以來，信息技術(shù)課程的特征是以人為中心，關(guān)注的是人使用計(jì)算機(jī)，焦點(diǎn)是運(yùn)用計(jì)算機(jī)及一系列的應(yīng)用軟件來構(gòu)建一套解決方案。而計(jì)算機(jī)學(xué)科則是以計(jì)算為中心，關(guān)注的是計(jì)算如何通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來落實(shí)的。計(jì)算思維教育，應(yīng)該讓計(jì)算成為一面“鏡子”，通過對計(jì)算的認(rèn)識，我們可以用一種新的思維方式理解自然世界、計(jì)算機(jī)世界以及思想。信息技術(shù)課程一旦成為中小學(xué)開展計(jì)算思維教育的主要渠道，如何讓課程內(nèi)容具備計(jì)算思維教育的特征就成為一個(gè)很有挑戰(zhàn)性的課題。endprint