唐瑞 劉向永

2006年，美國(guó)的周以真教授提出了計(jì)算思維的概念，并且迅速得到了全世界計(jì)算機(jī)教育者的認(rèn)可和關(guān)注。英國(guó)信息技術(shù)教育研究者基于對(duì)原有課程的批判以及反思，將計(jì)算思維引入了信息技術(shù)課程。2013年，英國(guó)教育部將原有的國(guó)家課程信息通用技術(shù)（ICT）更名為計(jì)算（Computing）課程，并于2014年9月正式開始實(shí)施。計(jì)算（Computing）課程與傳統(tǒng)信息通信技術(shù)課程的最大區(qū)別就是明確地將課程目標(biāo)確定為讓學(xué)生使用計(jì)算思維和創(chuàng)造力來理解和改變世界。英國(guó)為了要系統(tǒng)全面地實(shí)施計(jì)算思維教育，系統(tǒng)規(guī)劃了計(jì)算（Computing）課程中的計(jì)算思維體系，采取有效的教師培訓(xùn)與資源配給供計(jì)算思維教育實(shí)施。我們?cè)噲D簡(jiǎn)要地介紹英國(guó)如何在中小學(xué)設(shè)計(jì)計(jì)算思維的內(nèi)容體系、教學(xué)策略等，希望對(duì)改變我國(guó)信息技術(shù)課程現(xiàn)狀、落實(shí)計(jì)算思維教育有所借鑒。

英國(guó)Computing課程中的計(jì)算思維

1.英國(guó)Computing課程目標(biāo)中涵蓋的計(jì)算思維

英國(guó)Computing課程的核心是計(jì)算機(jī)科學(xué)，側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維和創(chuàng)造力，并應(yīng)用于編程和數(shù)字媒體設(shè)計(jì)領(lǐng)域。通過計(jì)算機(jī)科學(xué)的學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅能夠?qū)W習(xí)到計(jì)算機(jī)相關(guān)知識(shí)，更重要的是學(xué)習(xí)一種思維方式——計(jì)算思維。計(jì)算思維能幫助學(xué)生深入理解數(shù)字化產(chǎn)物以及所處的數(shù)字化時(shí)代學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)是理解信息和計(jì)算的含義，了解數(shù)字系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方式以及通過編程把學(xué)習(xí)到的知識(shí)整合到實(shí)踐中。在這個(gè)基礎(chǔ)上，學(xué)生才能夠運(yùn)用技術(shù)編寫程序、設(shè)計(jì)系統(tǒng)等內(nèi)容。同時(shí)，英國(guó)Computing課程不僅強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)科學(xué)，還要求培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)字素養(yǎng)，使其能運(yùn)用信息通信技術(shù)進(jìn)行自我表達(dá)和思維發(fā)散，這種能力保證了他們今后順利適應(yīng)高速發(fā)展的信息社會(huì)。

英國(guó)Computing課程的目標(biāo)是讓學(xué)生理解和應(yīng)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基本原理和概念，包括抽象、邏輯、算法、數(shù)據(jù)表示等；能使用計(jì)算術(shù)語來分析問題，并具備為解決這些問題不斷地編寫計(jì)算機(jī)程序的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)；能評(píng)價(jià)和使用信息技術(shù)，包括新興的或不熟悉的技術(shù)，分析性地解決問題；成為有責(zé)任、有能力、有創(chuàng)造力的、自信的ICT使用者。[1]

英國(guó)皇家學(xué)會(huì)（The Royal Society）將Computing課程劃分為三大指標(biāo)：計(jì)算機(jī)科學(xué)（CS： Computer science）、信息技術(shù)（IT：Information technology）、數(shù)字素養(yǎng)（DL：Digital literacy）[2]，每一指標(biāo)都有相對(duì)應(yīng)的課程目標(biāo)（如表1）。

這三大指標(biāo)之間又互相融合、相互滲透，每個(gè)指標(biāo)對(duì)中小學(xué)生適應(yīng)信息社會(huì)都有著舉足輕重的作用和意義。計(jì)算機(jī)科學(xué)指標(biāo)是有關(guān)科學(xué)和計(jì)算的實(shí)用性研究，它需要解決的問題是計(jì)算什么、如何計(jì)算，以及怎樣利用計(jì)算解決問題。信息技術(shù)涵蓋了計(jì)算機(jī)和通信設(shè)備的工作模式，以及它們?nèi)绾芜M(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、恢復(fù)、傳遞和處理。數(shù)字素養(yǎng)是一種能夠運(yùn)用各種數(shù)字技術(shù)進(jìn)行有效、可靠、安全、批判性地操控、評(píng)估以及創(chuàng)造數(shù)字化產(chǎn)品的能力。數(shù)字化產(chǎn)品可以是多種呈現(xiàn)方式，如數(shù)字化圖像、計(jì)算機(jī)程序、電子表格、3D動(dòng)畫等。

2.英國(guó)Computing課程實(shí)施現(xiàn)狀

英國(guó)中小學(xué)目前已經(jīng)正式實(shí)施了Computing課程，為了給一線教師提供有關(guān)Computing課程的課程指導(dǎo)和課程開設(shè)資源，2013年微軟劍橋研究院的教授西蒙·瓊斯（Simon Jones）等人建立了CAS（Computing at school）計(jì)算機(jī)教育研究組織。CAS是一個(gè)由英國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)（British Computer Society，BCS）、微軟、谷歌以及英特爾等聯(lián)合組成的研究團(tuán)體，是致力于提升信息技術(shù)教師教授新課程尤其是計(jì)算機(jī)科學(xué)課程能力的組織。該組織在網(wǎng)站上為開設(shè)Computing課程的教師提供教學(xué)材料、線上與線下的教學(xué)指導(dǎo)，并不時(shí)邀請(qǐng)高校的權(quán)威教授舉辦面對(duì)面的Computing課程會(huì)議和活動(dòng)等。CAS是英國(guó)最具權(quán)威的Computing課程研究機(jī)構(gòu)，截至2015年11月已有1518所學(xué)校在該網(wǎng)站上注冊(cè)，其中580所為試點(diǎn)學(xué)校，為其他開設(shè)Computing課程的學(xué)校提供幫助，另外，還有303位接受過專職培訓(xùn)的CAS指導(dǎo)教師。CAS已經(jīng)發(fā)布了一系列的指導(dǎo)文件來支持教師開展學(xué)校的Computing課程（如圖1）。在CAS社區(qū)中為教師提供了教學(xué)指導(dǎo)框架、各類教學(xué)資源、教學(xué)經(jīng)驗(yàn)方法分享以及學(xué)生學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)方法等，CAS還開辦了一季一期的免費(fèi)資訊雜志Newsletter，以幫助教師快速地進(jìn)行學(xué)校的Computing課程計(jì)劃。

2015年秋，在英國(guó)已有10所大學(xué)成立區(qū)域Computing課程研究中心，CAS指導(dǎo)教師、試點(diǎn)學(xué)校的教師、大學(xué)工作人員等都會(huì)為CAS注冊(cè)學(xué)校提供Computing課程的教學(xué)幫助。

英國(guó)如何將計(jì)算思維轉(zhuǎn)變?yōu)榫唧w課程內(nèi)容

英國(guó)教育部表示，高質(zhì)量的計(jì)算課程是讓學(xué)生運(yùn)用計(jì)算思維和創(chuàng)造力理解和改變世界。首次提出計(jì)算思維概念的周以真教授則認(rèn)為，計(jì)算思維是一種能夠系統(tǒng)化處理問題并提出解決方法，使之能夠被信息處理器直接執(zhí)行的思維過程。[3]英國(guó)計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)（BCS）在2014年給出了計(jì)算思維的定義：計(jì)算思維能力是一種包含了復(fù)雜性、零散性、部分定義的、能夠?qū)F(xiàn)實(shí)問題轉(zhuǎn)化為無人操控的計(jì)算機(jī)可處理形式的一系列心智技能。但是計(jì)算思維理論如何轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)際課程呢？英國(guó)首先是將計(jì)算思維核心概念進(jìn)行梳理，提取出來核心概念之后，再將核心概念與具體的課堂行為聯(lián)系在一起。

1.計(jì)算思維核心概念提取

根據(jù)對(duì)計(jì)算課程的理解和實(shí)踐探索，塞爾比（Selby）和伍拉德（Woollard）提取了計(jì)算思維的五大核心概念：算法思想、評(píng)估、分解、抽象、歸納。[4]

（1）算法思想（AL）

算法思想是通過一種清晰定義的步驟來解決問題的方法，而不是一種學(xué)生只要按部就班地執(zhí)行一些操作就能夠解決同類問題的單一的解決方法。

（2）評(píng)估（EV）

評(píng)估是分析所選用的算法方案是否能夠達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。在這個(gè)評(píng)估的過程中，多種算法方案都會(huì)被納入，評(píng)估它們是否準(zhǔn)確、快速、節(jié)約成本、使用方便、能夠積累經(jīng)驗(yàn)。沒有哪種解決方法可以適用于所有的問題，因此，這個(gè)權(quán)衡評(píng)估的過程必不可少。而在評(píng)估的過程中，尤其注重對(duì)計(jì)算思維細(xì)節(jié)的考量。

（3）分解（DE）

分解是一種從部分的角度來考慮問題、算法、加工、過程和系統(tǒng)的方法。經(jīng)過分解后，這些零散的部分才能夠分別被理解、解決、開發(fā)和評(píng)估。分解能夠?qū)?fù)雜的問題簡(jiǎn)單化，也能夠降低大型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度。

（4）抽象（AB）

抽象是除分解以外的另一種將問題和系統(tǒng)簡(jiǎn)化的思維方法。簡(jiǎn)單來講，抽象就是忽略一些不必要的細(xì)節(jié)內(nèi)容。這種能力就是能夠正確找到不必要的細(xì)節(jié)，并且能夠避免遺漏重要的部分，是一種能夠簡(jiǎn)單地編寫復(fù)雜算法或者整體系統(tǒng)的方式，抽象的關(guān)鍵是能夠找到系統(tǒng)的、合適的抽象化產(chǎn)物。

（5）歸納（GE）

歸納是一種基于已有經(jīng)驗(yàn)解決新問題的快速方法?？梢圆捎靡环N能夠解決特定問題的算法，并把它運(yùn)用于解決一系列相似問題中，由此就可以將這種通解方式運(yùn)用于新的問題解決中。

總的來說，以上五種解決方法都可以運(yùn)用于商業(yè)、學(xué)術(shù)、科學(xué)等領(lǐng)域的系統(tǒng)問題解決中。在實(shí)際運(yùn)用的過程中，各種方法之間都是能夠相互融合而發(fā)揮作用的，使用這些核心概念方法的重點(diǎn)在于使用者的實(shí)用技巧以及思維方式。

2.計(jì)算思維課堂行為

明確了計(jì)算思維的核心概念之后，需要把抽象的核心概念與具體的課堂行為進(jìn)行關(guān)聯(lián)，使之轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行的、可評(píng)價(jià)的課堂教學(xué)手段和方法（如表2）。

英國(guó)計(jì)算思維教育實(shí)施策略

英國(guó)中小學(xué)Computing課程中，研究者需要將Computing課程與計(jì)算思維的培養(yǎng)緊密聯(lián)系起來，讓學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)，能夠使用計(jì)算思維的方法分析問題并解決問題。

1.計(jì)算思維課程培養(yǎng)模式

英國(guó)倫敦大學(xué)皇后瑪麗學(xué)院的保羅·柯曾（Paul Curzon）和英國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)的邁克·道林（Mark Dorling）等制定了課堂計(jì)算思維培養(yǎng)框架。[5]他們將課堂的計(jì)算思維培養(yǎng)分為三個(gè)部分，分別是為什么、怎么做和做了什么，計(jì)算思維課堂培養(yǎng)模式如圖2所示。這三大部分同時(shí)又對(duì)應(yīng)了五個(gè)課堂教學(xué)步驟。

步驟1：確定進(jìn)行某項(xiàng)研究或者項(xiàng)目的原因，并根據(jù)計(jì)算思維學(xué)習(xí)進(jìn)程表，選擇合適的研究主題。

步驟2：根據(jù)計(jì)算思維學(xué)習(xí)進(jìn)程表，確立預(yù)期學(xué)生能夠達(dá)到的學(xué)習(xí)成果。

步驟3：根據(jù)計(jì)算思維學(xué)習(xí)進(jìn)程圖中的計(jì)算思維發(fā)展階段，確立在教學(xué)活動(dòng)中可能運(yùn)用的計(jì)算思維核心概念。

步驟4：將計(jì)算思維的核心概念整合到課堂教學(xué)活動(dòng)中。

步驟5：將學(xué)生的學(xué)習(xí)成果與計(jì)算思維學(xué)習(xí)進(jìn)程表相對(duì)應(yīng)，評(píng)定學(xué)生所達(dá)到的計(jì)算思維層級(jí)。

在整個(gè)學(xué)習(xí)活動(dòng)中，步驟2～4是一個(gè)循環(huán)結(jié)構(gòu)。將學(xué)習(xí)內(nèi)容中分解出的各個(gè)部分內(nèi)容都通過計(jì)算思維進(jìn)行思考。在計(jì)算思維課堂培養(yǎng)模式中，如何將計(jì)算思維的核心概念整合到教學(xué)活動(dòng)中（步驟4），是整個(gè)計(jì)算思維課堂培養(yǎng)的核心。學(xué)生的課堂活動(dòng)成果可以通過計(jì)算思維學(xué)習(xí)進(jìn)程表直接反映出學(xué)生所發(fā)展到的計(jì)算思維程度。計(jì)算思維課堂培養(yǎng)模式提供了一種深入理解計(jì)算思維的方式，以及解決了計(jì)算思維和課堂內(nèi)容脫節(jié)的難題。它不僅可以幫助教師進(jìn)行計(jì)算思維培養(yǎng)的課程計(jì)劃，還可以評(píng)價(jià)學(xué)生的計(jì)算思維發(fā)展水平。這就是在計(jì)算思維課堂培養(yǎng)模式的起始，需要考慮進(jìn)行某項(xiàng)研究的原因（為什么）；通過課堂問題活動(dòng)（怎么做），學(xué)生獲得了利用計(jì)算思維來解決問題的能力；再根據(jù)學(xué)生具體的課程表現(xiàn)，來評(píng)價(jià)學(xué)生所達(dá)到的計(jì)算思維層級(jí)（做了什么）。

2.計(jì)算思維的過程性評(píng)價(jià)探索

邁克·道林（Mark Dorling）在提出了計(jì)算思維課程培養(yǎng)模式之后，對(duì)課堂上計(jì)算思維的評(píng)價(jià)方式進(jìn)一步研究，他認(rèn)為可以從三個(gè)方面根據(jù)學(xué)生創(chuàng)作的作品來對(duì)其計(jì)算思維的程度進(jìn)行評(píng)價(jià)[6] ：①判斷所產(chǎn)出的作品是否與預(yù)期的學(xué)習(xí)目標(biāo)（為什么）相符。②對(duì)學(xué)生產(chǎn)出的作品（做了什么）進(jìn)行考量，并與單元學(xué)習(xí)目標(biāo)進(jìn)行比較。③學(xué)生通過對(duì)自己作品的解釋論述證明其在創(chuàng)作作品的過程中運(yùn)用了實(shí)用性技能（怎么做）和計(jì)算思維能力（怎么做），并理解獲得了相關(guān)知識(shí)。

道林認(rèn)為除總結(jié)性評(píng)價(jià)之外，在課堂時(shí)間充裕的情況下，使用過程性評(píng)價(jià)對(duì)評(píng)價(jià)學(xué)生計(jì)算思維養(yǎng)成水平是具有重要意義的，教師可以通過觀察以及與學(xué)生討論他是如何思考問題的，來對(duì)學(xué)生的計(jì)算思維水平進(jìn)行評(píng)估。學(xué)生回答問題的方式展示了他們?nèi)绾芜\(yùn)用計(jì)算思維來解決特定問題的過程。如今，迫切需要建立一種對(duì)學(xué)生如何把計(jì)算思維運(yùn)用到課堂活動(dòng)中的整體性評(píng)估。道林認(rèn)為可以將學(xué)生利用計(jì)算思維解決問題的活動(dòng)通過作品的方式記錄下來，通過對(duì)一定量作品的分析，來提煉出某位學(xué)生的思維弱點(diǎn)。這種對(duì)學(xué)生計(jì)算思維能力的整體性評(píng)估使得過程性評(píng)價(jià)可以更有效地預(yù)測(cè)學(xué)生的計(jì)算思維弱點(diǎn)，如抽象，從而更有針對(duì)性地訓(xùn)練，以提高學(xué)生的計(jì)算思維能力（如圖3）。

3.計(jì)算思維課堂學(xué)習(xí)探索模式

朱莉亞·布里格斯（Julia Briggs）是一名教育技術(shù)指導(dǎo)教師，經(jīng)過長(zhǎng)期對(duì)Computing課程的研究，她提出了“計(jì)算思維課堂培養(yǎng)探索策略”。[7]

培養(yǎng)計(jì)算思維的核心要素是探索、獨(dú)立學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)。首先，學(xué)習(xí)者需要通過花時(shí)間探索在Computing課程中所學(xué)的軟件或者機(jī)器人來增強(qiáng)自己的學(xué)習(xí)自信心，他們還需要有計(jì)劃的學(xué)習(xí)來幫助他們進(jìn)行獨(dú)立的選擇、獲取知識(shí)以及技能培養(yǎng)。教師提供的一些適當(dāng)難度的挑戰(zhàn)能給學(xué)生分析錯(cuò)誤、汲取經(jīng)驗(yàn)的機(jī)會(huì)。合作學(xué)習(xí)能夠增強(qiáng)學(xué)生在相互協(xié)作中發(fā)現(xiàn)自己和同伴相互支持的能力，在合作學(xué)習(xí)的過程中通過邏輯性的思考來解決問題，并在這個(gè)過程中加深對(duì)技術(shù)的理解（如圖4）。

當(dāng)然，英國(guó)在中小學(xué)進(jìn)行計(jì)算思維教育，不單單是在課程改革方面，還配備了相應(yīng)的硬件資源，同時(shí)加強(qiáng)了教師培訓(xùn)、教學(xué)考核等。英國(guó)的專家學(xué)者認(rèn)為，計(jì)算思維是學(xué)生適應(yīng)未來數(shù)字化社會(huì)必須具備的能力，他們正在積極地推進(jìn)計(jì)算思維教育。我國(guó)目前也在試圖改變傳統(tǒng)信息技術(shù)課程偏重技能化的傾向，將傳統(tǒng)偏重信息技術(shù)使用技能課程轉(zhuǎn)向計(jì)算思維教育。但是，計(jì)算思維教育不僅僅是口號(hào)或者空洞概念，而應(yīng)該是會(huì)走向如何落實(shí)，這就需要信息技術(shù)教育研究者和實(shí)踐者努力前行，共同打造出一個(gè)更加具有豐富內(nèi)涵和價(jià)值的信息技術(shù)課程。

參考文獻(xiàn)：

[1]Consultation Report：Changing ict to computing in the national curriculum，[db/ol].[2013-08-15]https：//www.gov.uk/government/uploads/system/uploads/attachment_data/file/193838/consultation_report_changing_ict_to_computing_in_the_national_curriculum.pdf.

[2]National curriculum in England computing Programmes fstudy，[db/ol].http：//www.gov.uk/government/publications/national-curriculum-in-england-computing-programmes-of-study.

[3]周以真，等.計(jì)算思維改變信息技術(shù)課程[J].中國(guó)信息技術(shù)教育，2013（6）：5-12.

[4]Developing Computational Thinking in the Classroom：a Framework，[DB/OL].[2014-06-15]http：//community.Computingatschool.org.uk/resources/2324.pdf.

[5]Dorling，M.&Walker，M.2014c.Computing Progression Pathways with Computational Thinking，[DB/OL].[2014-06-15].http：//community.computingatschool.org.uk/resources/2324.pdf.

[6]Dorling，M.&Walker，M.2014c.Computing Progression Pathways with Computational Thinking，[DB/OL].[2014-06-15].http：//community.computingatschool.org.uk/resources/2324.pdf.

[7]The Challenge and Guided Discovery，[DB/OL].http：//www.computingatschool.org.uk/newsletters/antumn 2015.pdf.