蔡榮華 關 敏

（湖南師范大學，湖南 長沙410081）

一、計算思維概述

計算思維（Computing Thinking，簡稱CT）作為一種新型的思維方式，不同學者對其關注的角度存在著差異，所以，計算思維的定義也不盡相同。周以真教授在2006年就提出了計算思維的概念，并將計算思維定義為一種解決問題的思維過程，能夠清晰、抽象地將問題和解決方案用信息處理代理（機器或人）所能有效執(zhí)行的方式表述出來，她認為計算思維和閱讀、寫作、計數(shù)一樣重要，應該作為學校課程的一部分[1]。計算機科學教師協(xié)會（CSTA）和國際教育技術協(xié)會（ISTE）對計算思維的操作性定義是以計算方式制定解決方案并且能由計算機執(zhí)行解決方案的人類能力[2]。董榮勝在其《計算機科學與技術方法論》中提出，計算思維是運用計算機科學的思想與方法去求解問題、設計系統(tǒng)和理解人類的行為[3]。此外，其他學者和研究機構也提出了不同的定義。

雖然到目前為止，計算思維的定義還尚未統(tǒng)一，但各學者對計算思維基本構成要素的意見都較為一致。總的來說，其主要構成要素包括問題分解、模式識別、抽象、算法和調(diào)試[4]。問題分解就是將復雜的問題拆分成容易解決和理解的小問題，通過處理多個小問題而處理復雜的問題，使復雜的問題最終簡單化；模式識別是指尋找不同問題中的相似點，通過這些相似點來總結規(guī)律，利用規(guī)律去解決問題；抽象是指提煉重要的信息，去除冗余信息，掌握抽象的能力后，就可以將學習到的某個解決方案應用于其他的實踐當中，指定處理解決方案的總體思路；算法則是解決問題的步驟，該解決問題的步驟需要按照一定的順序進行，在完成一個任務之前，就應該要設計好完成任務的每一步要做的事情，使任務按照預期順利完成；調(diào)試是指在確定問題的解決辦法后，用各種方法進行查錯和排錯的過程，同時還要能對緊急情況進行及時的處理。

二、計算思維與幼兒教育

我國對計算思維的研究主要集中于兩個階段。一個是高等教育階段，重點關注的是計算思維培養(yǎng)理論的研究，實踐研究則集中在計算科學學科課程中進行。另一個是K-12 階段，該階段的理論研究和實踐研究都占有大致相同的比例，理論研究關注的是計算思維的核心價值、主要任務和重要性；實踐研究主要關注將計算思維融入已有的課程中[5]。通過對文獻的分析，發(fā)現(xiàn)我國對幼兒教育中計算思維的培養(yǎng)研究還相對較少。而國外有大量研究表明，將計算機科學進行合理地設計與利用，不僅對中小學生多門課程的成績有顯著影響，還能有效提高3-6 歲的幼兒智力、語言、創(chuàng)造能力的發(fā)展[6]。費薩基斯及其團隊的研究表明，與沒有進行計算思維教育的學生相比，具有一定計算思維的學生不僅在信息技術課上成績更好，而且在數(shù)學、語言和科學方面的成績也更好[7]。

筆者通過對多篇文獻的閱讀和對比后發(fā)現(xiàn)，我國對幼兒階段計算思維培養(yǎng)關注度不夠的主要原因是，我國大部分文章都將計算思維的研究與計算機課程相聯(lián)系，計算思維的培養(yǎng)大部分集中在信息技術相關課程中進行。而在幼兒教育中，是沒有單獨的計算機課程或者信息技術課程，而且我國對幼兒編程的涉及也很少。實際上，計算思維并不等同于程序設計或編程教學，計算思維的培養(yǎng)也不一定要使用計算機。美國計算機教師協(xié)會（CSTA）定義的中小學計算機科學標準在中小學階段都強調(diào)了要將計算思維與社會、語言藝術、數(shù)學與科學等課程的整合。一些學者還開始研究“Computer Science Unplugged（不使用計算科學）”來提高計算思維，大部分計算思維的專家都同意培養(yǎng)計算思維的策略比發(fā)展計算機操作技能更符合當前信息時代的發(fā)展和要求。

毫無疑問，對中小學生進行計算思維的培養(yǎng)能夠提高學生的信息素養(yǎng)和計算機技能，能夠培養(yǎng)學生綜合運用多學科知識解決問題的能力，有效提高學生的創(chuàng)新能力，符合新時代教育發(fā)展的潮流[8]。而在幼兒教育中，對孩子進行計算思維的教育，主要是為了讓幼兒了解計算思維的概念，形成計算思維的習慣。當幼兒逐步形成了計算思維的習慣，一方面可以使幼兒的思維習慣符合當前信息社會的發(fā)展，為將來的信息技術課程學習及其相關學習打下基礎；另一方面，作為一種能提高學生智力與創(chuàng)新能力的新型思維，讓學生在學前時期就接觸計算思維，能夠有效地發(fā)展學生的智力與創(chuàng)造力。所以，在幼兒教育中融入計算思維的培養(yǎng)是十分具有價值的。

三、幼兒教育中計算思維的培養(yǎng)

根據(jù)計算思維的特征以及幼兒教育的主要目標，我們可以從計算思維的四個基本要素入手，在幼兒教育中融入計算思維的培養(yǎng)，將計算思維的四個基本要素的培養(yǎng)與教學方法進行結合，使學生在思維形成初期就開始形成計算思維習慣。根據(jù)計算思維的基本構成要素，我們將從問題分解、模式識別、抽象、算法與調(diào)試這五個方面介紹如何將計算思維的培養(yǎng)融入到幼兒教育當中。

1.問題分解

在幼兒教育中讓學生對問題進行分解，就意味著讓學生和教師一同進入解決問題的場景中，該過程首先需要教師提出一個復雜且需要多個步驟才能解決的問題，并在學生對問題進行分解時加以提示。3-6 歲的學生其思維理解能力還未成熟，教師提出的問題要符合幼兒的身心發(fā)展，最好是日常生活中能夠接觸到的問題。通過對計算思維中問題分解能力的培養(yǎng)，可以發(fā)展學生的計算性思維框架和發(fā)展性戰(zhàn)略。

比如：為了培養(yǎng)學生的問題分解思維，教師可以組織一個開派對的游戲。首先由教師描述一個場景，如小紅要過生日了，打算舉行一個生日派對。舉行一個生日派對之前要完成哪些事情，將舉行派對需要做的事情分解成一個個小任務，就是問題分解。如果不將其分解成一個個邏輯清晰的小目標，幼兒是無法弄清楚如何去舉行一個派對的。直接將復雜的問題扔給孩子，只會使學生不知所措，難以下手。在引導幼兒進行問題分解時，教師也可以通過畫或?qū)懙姆绞綖閷W生呈現(xiàn)一個思維導圖，讓問題更加生動清晰地呈現(xiàn)在學生面前，教會他們在未來如何對這類問題進行分解。

2.模式識別

模式識別主要是需要學生分析相似的對象或經(jīng)驗，然后找出其中的共同點。在發(fā)現(xiàn)這些對象或經(jīng)驗的共同點后，孩子們就可以了解趨勢，從而能夠做出預測。通過模式識別思維的教育，可以擴展幼兒對周圍世界的認識。在模式識別的過程中，教師先要提供一些日常生活中常見的相似事物，然后讓學生尋找相似點并確定該模式的特征，使學生能夠在今后的生活中識別出這種模式，使類似的任務簡單化，有助于學生利用心中已有的模式解決未來可能出現(xiàn)的問題。

比如：為了培養(yǎng)幼兒模式識別思維，可以舉樹木的例子。教師在課前找許多不同樹木的圖片，告訴學生這些都屬于樹，之后就讓學生根據(jù)圖片說出這些樹都有什么共同點，帶領學生進行總結。雖然樹木的類型很多，但主要結構都包含樹干、樹根和樹枝。在識別了共同點后，還可以繼續(xù)深入討論不同樹木之間樹干的區(qū)別，比如說，有的樹干很粗、有些則很細；有些是白色的、有些則是棕色的。還可以討論樹根和樹枝的區(qū)別，進一步在腦海中形成樹根與樹枝的模式。

3.抽象

抽象是指在一堆信息中篩選出相關的重要信息，除去冗余的部分。在教授學生抽象的技能時，要涉及從無關細節(jié)中分離出核心信息。通過培養(yǎng)抽象思維技能，讓學生學會對可用的信息的重要性進行排序，以此來識別自己需要的特定信息。識別重要信息是一種非常寶貴的技能，因為隨著年齡的增加，學生接受的信息會越來越復雜，而辨別事物的輕重緩急很大程度上關系著最終的成敗。

比如培養(yǎng)幼兒的抽象思維技能。教師在給幼兒講故事的時候，可以通過描述細節(jié)和總結故事的中心思想，自然就會教孩子抽象的概念和文學知識。如果想使教學更進一步，那么教師可以鼓勵幼兒復述講過的故事或者講一個新的故事，并在這個過程鼓勵他們說出這個故事教會了我們什么，多次演練后，讓學生用最簡練的信息講出一個完整的故事。

4.算法

算法思維主要是探尋解決問題的方案步驟，算法思維與問題分解思維的區(qū)別是算法思維需要將解決問題每一個步驟的先后順序完整列出來，而問題分解則只需要知道完成這個步驟要先完成哪些更細化的問題。所以對算法思維具體來說，就是創(chuàng)建規(guī)則順序以解決問題。對于幼兒來說，孩子們學到完成事情的順序不同，會產(chǎn)生不同的效果。

比如在培養(yǎng)學生算法思維的時候，教師可以讓學生做簡單的炒菜游戲?？梢蕴釂枌W生第一步要做什么，如果把順序打亂又會怎么樣，如把菜炒熟了再去洗菜。也可以讓學生回憶每天從起床到來學校的過程和步驟，哪些步驟是值得鼓勵提倡的，哪些是不應該做的。這種要求學生思考不同的行為順序是如何改變結果的，鼓勵幼兒反思自己的生活方式，形成良好的習慣，達到多方面的預期成果。

5.調(diào)試

調(diào)試在計算機編程中是極為重要的一步，它是在程序編寫完成后，利用各種方式對程序進行檢驗，是整個程序是否能夠正常運行的最后一步。將調(diào)試思維作為計算思維的關鍵構成要素融入在幼兒教育中，能夠提高幼兒對計劃中可能出現(xiàn)事故的判斷，提高學生對未知事物的把握。調(diào)試思維的培養(yǎng)一般在算法思維的培養(yǎng)之后，讓學生判斷自己的“計劃”是否切實可行，會不會出現(xiàn)其他的事件影響原有的計劃。

比如：培養(yǎng)學生的調(diào)試思維。在讓學生講述每天從起床到上學的步驟之后，引導學生思考在這些步驟中會不會出現(xiàn)一些突發(fā)情況，比如說鬧鐘響了不愿意起床，上學路上堵車等，并且還要和學生一起思考如何解決出現(xiàn)的這些問題。以此來生成解決問題的最佳方案。

四、結論

我們生活在一個智能化的世界，3-6 歲的幼兒也是使用各種智能技術的一員，盡早培養(yǎng)學生計算思維的策略，比教編程技能的作用要大得多。而且在這個年齡階段，更應該鍛煉的是幼兒的思維。培養(yǎng)幼兒形成計算思維的習慣，了解智能設備的工作原理，可以讓幼兒形成借助技術解決問題的思維。

計算思維使學生在未來的工作學習中更主動地使用技術。我們使用技術獲取信息的方式，以及應用智能設備解決問題的方式，將成為未來社會人與人之間重要的差別。而那些能夠擁有一定計算思維的人將會更加容易于獲得職業(yè)的長期發(fā)展，并取得成功。而培養(yǎng)計算思維的準備工作，應該從最年輕的學習者開始。