（陜西師范大學(xué)教育學(xué)院，陜西西安710062）

一、引言

計(jì)算思維作為三大科學(xué)思維之一，不僅是思維科學(xué)的一個(gè)專(zhuān)門(mén)領(lǐng)域，而且涉及的領(lǐng)域非常廣泛，對(duì)人類(lèi)社會(huì)的影響貫穿古今，所以，培養(yǎng)計(jì)算思維是人類(lèi)延承和進(jìn)化不可或缺的一部分。各行各業(yè)的人才都需要計(jì)算思維，無(wú)論是人文學(xué)科還是計(jì)算機(jī)編程人才。對(duì)于生活在科技和人工智能時(shí)代的學(xué)生來(lái)說(shuō)，掌握計(jì)算思維能力，會(huì)讓他們擁有一種更重要的生活技能。也許提及計(jì)算思維，就會(huì)覺(jué)得和STEM教育有關(guān)，其實(shí)不然，計(jì)算思維應(yīng)當(dāng)與所有課程有關(guān)，與社會(huì)學(xué)、文學(xué)甚至藝術(shù)都有關(guān)系。當(dāng)前，計(jì)算的觀念正融入到生活的各個(gè)方面，計(jì)算不但成為人們認(rèn)識(shí)周?chē)澜?、處理現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的能力，更要把它作為一種新的理念傳遞給下一代。面對(duì)國(guó)際社會(huì)（如環(huán)境、政治、能源等）、個(gè)體（衣食住行等）所需要解決的諸多問(wèn)題，培養(yǎng)多方面能力的以問(wèn)題解決為導(dǎo)向的新型人才是數(shù)字化時(shí)代所必需的。

二、計(jì)算思維

計(jì)算思維的概念由麻省理工學(xué)院的西蒙派拍特教授于1996年最早提出[1]。計(jì)算思維領(lǐng)域最有代表性的人物是周以真教授，她認(rèn)為計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以及人類(lèi)行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)[2]。2013年，南安普敦大學(xué)的Cynthia Selby博士和John Woollard博士通過(guò)一項(xiàng)調(diào)查發(fā)展了計(jì)算思維的定義。他們認(rèn)為計(jì)算思維是一種活動(dòng)；是一個(gè)認(rèn)知或思考的過(guò)程；是一種以產(chǎn)品為導(dǎo)向的不僅局限于解決問(wèn)題的過(guò)程。并總結(jié)了十二個(gè)有關(guān)計(jì)算思維定義的核心要素，通過(guò)排除某些因素縮小了定義的范圍，最終得出計(jì)算思維包含的五個(gè)方面，即抽象、分解、算法、評(píng)估以及概括。這個(gè)定義將解決問(wèn)題的方法與抽象、分解、算法、評(píng)估和概括等思想密切聯(lián)系在一起[3]。當(dāng)然，關(guān)于計(jì)算思維的定義較多，鄧寧[4]認(rèn)為計(jì)算思維是人們制定問(wèn)題的解決方案，并將解決方案表示為可由信息執(zhí)行的算法的思維過(guò)程。這個(gè)定義相對(duì)前面兩個(gè)比較模糊，同時(shí)2009年他也指出[5]計(jì)算思維是一種實(shí)踐和做事的方式，通過(guò)實(shí)踐可以培養(yǎng)學(xué)習(xí)者不同水平的能力，計(jì)算思維能力的培養(yǎng)，應(yīng)該在解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中完成，更多的是強(qiáng)調(diào)其應(yīng)用?？偟膩?lái)說(shuō)，計(jì)算思維能力就是有條理、有步驟地解決實(shí)際問(wèn)題的能力，它不僅僅是一個(gè)概念，更重要的是一種生存技能。

三、計(jì)算思維的培養(yǎng)現(xiàn)狀分析

我國(guó)關(guān)于計(jì)算思維的培養(yǎng)還處于探索階段，研究范圍廣泛，但有關(guān)如何培養(yǎng)的問(wèn)題還沒(méi)有具體落實(shí)，目前，計(jì)算思維的研究往往聚焦于高等教育院校，基礎(chǔ)教育領(lǐng)域較少，具體主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)。

1.計(jì)算思維的研究缺乏實(shí)踐性的研究，在課堂環(huán)境中鮮有落實(shí)

當(dāng)前計(jì)算思維雖然引起研究者的廣泛關(guān)注，但是有關(guān)實(shí)踐應(yīng)用的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，在知網(wǎng)上搜索關(guān)于“計(jì)算思維”的文獻(xiàn)，借助知網(wǎng)的計(jì)量可視化分析，對(duì)2334篇文獻(xiàn)進(jìn)行可視化分析，選取頻次3次及以上的關(guān)鍵詞，得到關(guān)鍵詞的共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，具體如圖1所示。從圖中可以看出，教學(xué)改革、教學(xué)方法、教學(xué)模式、MOOC計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)、教學(xué)、計(jì)算思維能力、實(shí)踐教學(xué)等都處于共詞網(wǎng)絡(luò)中心，說(shuō)明這些詞是目前計(jì)算思維研究的熱點(diǎn)，且教學(xué)改革處于研究熱點(diǎn)的中心位置。但是由表1可知，有關(guān)計(jì)算思維的大量研究集中在計(jì)算思維、教學(xué)改革、程序設(shè)計(jì)、教學(xué)模式及大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)等方面，占全部文獻(xiàn)的65%以上，而計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程、實(shí)踐教學(xué)、教學(xué)實(shí)踐、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育等方面的研究較少，僅占3%左右。

圖1 有關(guān)計(jì)算思維的關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)

表1 有關(guān)計(jì)算思維的關(guān)鍵詞篇數(shù)及所占比例

除此之外，目前有關(guān)計(jì)算思維在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域的研究大多停留在理論探索階段，已有的研究偏重概念辨析而忽視能力培養(yǎng)，同時(shí)對(duì)其培養(yǎng)效果考察不夠明晰，最主要的問(wèn)題是缺少課堂環(huán)境下的實(shí)證研究。

2.計(jì)算思維往往聚焦于理工類(lèi)學(xué)科，在人文學(xué)科領(lǐng)域中的研究較少

從當(dāng)前計(jì)算思維的研究?jī)?nèi)容來(lái)看，大多會(huì)直觀的認(rèn)為與編程有關(guān)，培養(yǎng)途徑只限于信息技術(shù)教學(xué)、數(shù)學(xué)及物理等與思維訓(xùn)練相關(guān)的學(xué)科，然而邦迪（Bundy）認(rèn)為計(jì)算思維應(yīng)當(dāng)滲入所有學(xué)科，既包括科學(xué)領(lǐng)域也包括人文領(lǐng)域，計(jì)算是促使研究者尋找新的問(wèn)題和接受新的答案的過(guò)程[6]。但是現(xiàn)狀是大多數(shù)研究者關(guān)注的計(jì)算思維內(nèi)容為編程和計(jì)算機(jī)相關(guān)的知識(shí)和技能，這些應(yīng)用并未走出理工學(xué)科領(lǐng)域，而人文學(xué)科中關(guān)注的不是計(jì)算思維所涉及的技術(shù)工具或者是計(jì)算思維本身，更多的關(guān)注這種思維所傳遞的思想和方法，所以，在各個(gè)學(xué)科的滲透更有利于全方位培養(yǎng)計(jì)算思維能力。

3.基礎(chǔ)教育領(lǐng)域缺乏落實(shí)培養(yǎng)計(jì)算思維的課程體系

計(jì)算思維的培養(yǎng)可以在多個(gè)學(xué)科進(jìn)行，當(dāng)前在信息技術(shù)教學(xué)中，編程通常是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的一個(gè)良好途徑，但是一般都是Scratch選修課，適合于7-12歲的小學(xué)生，停留在入門(mén)階段，課時(shí)不足，重視度不高；初高中階段有機(jī)器人社團(tuán)，學(xué)生有一定的計(jì)算思維能力，但是由于機(jī)器人搭建涉及工程和編程等多方面的知識(shí)，學(xué)生往往因?yàn)橹R(shí)儲(chǔ)備不足而手足無(wú)措，再加上機(jī)器人社團(tuán)人數(shù)較少，受培訓(xùn)的范圍較窄，技術(shù)上的操作能力也有欠缺，所以，大多不得不依附于技術(shù)公司，對(duì)學(xué)生的成長(zhǎng)幫助不夠。隨著高中信息技術(shù)新課標(biāo)的頒布，在基礎(chǔ)教育階段對(duì)于計(jì)算思維的培養(yǎng)引起了高度重視，但是關(guān)于如何培養(yǎng)目前還沒(méi)有明確的大綱或者某一學(xué)段針對(duì)性的教材，其他學(xué)科相關(guān)的探索更少，因此，將計(jì)算思維能力的培養(yǎng)獨(dú)立出來(lái)并作為一門(mén)課來(lái)上還需要時(shí)日。

4.教師自身的計(jì)算思維教學(xué)能力急需提升

如何更好地培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，一線(xiàn)教師起著關(guān)鍵性的作用。但實(shí)際上在培訓(xùn)在職教師時(shí)，很少有側(cè)重于將計(jì)算思維納入中小學(xué)課堂的教師培訓(xùn)項(xiàng)目，研究者們雖然認(rèn)為計(jì)算思維非常重要，但是還沒(méi)有針對(duì)教師的計(jì)算思維教學(xué)能力開(kāi)展深入研究。2017年7月，國(guó)務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，計(jì)劃在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，通過(guò)推廣編程教育，培養(yǎng)計(jì)算思維，當(dāng)前，大多數(shù)中小學(xué)對(duì)于具備人工智能、機(jī)器人、創(chuàng)客等新素養(yǎng)的人才比較匱乏，計(jì)算思維相關(guān)書(shū)目較多涉及編程，對(duì)于老教師或者是非計(jì)算機(jī)出身的教師來(lái)說(shuō)，自學(xué)困難較多。因此，從高校培養(yǎng)教師行業(yè)人才到在職教師培訓(xùn)都需要重視計(jì)算思維的培養(yǎng)。

四、培養(yǎng)策略

當(dāng)前有關(guān)計(jì)算思維能力的培養(yǎng)在中小學(xué)還不夠重視，也沒(méi)有針對(duì)性或全面系統(tǒng)的培養(yǎng)措施，一線(xiàn)教師對(duì)計(jì)算思維的培養(yǎng)還不夠重視，對(duì)此提出以下建議。

1.聯(lián)合各領(lǐng)域的專(zhuān)家，實(shí)現(xiàn)“產(chǎn)學(xué)研督”結(jié)合

在計(jì)算思維理論的指導(dǎo)下，為實(shí)現(xiàn)由理論到實(shí)踐的轉(zhuǎn)變，不得不探索計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)模式，通過(guò)采用行動(dòng)研究等進(jìn)行一線(xiàn)調(diào)研，開(kāi)展計(jì)算思維教育實(shí)踐活動(dòng)。在打造各學(xué)段的計(jì)算思維課程體系和實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維多學(xué)科的延伸時(shí)，都需要各領(lǐng)域的專(zhuān)家學(xué)者以及一線(xiàn)教師和技術(shù)人員分工協(xié)作、共同努力。專(zhuān)家學(xué)者致力于科研、一線(xiàn)教師致力于教育、技術(shù)人員致力于生產(chǎn)，家長(zhǎng)和學(xué)生等使用者作為監(jiān)督者檢驗(yàn)成果,不斷修正產(chǎn)學(xué)研等過(guò)程。類(lèi)似于JULES公司，團(tuán)隊(duì)組成有研究員、教育顧問(wèn)、IT引導(dǎo)者、動(dòng)畫(huà)專(zhuān)家、科技人員、軟件游戲設(shè)計(jì)者、家長(zhǎng)、分析人士等等，各司其職，形成一個(gè)龐大的系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維的更好的培養(yǎng)。

2.打破學(xué)科界限，開(kāi)辟多學(xué)科培養(yǎng)的渠道

計(jì)算思維覆蓋領(lǐng)域極廣，除了信息技術(shù)學(xué)科中的程序設(shè)計(jì)部分，還有Flash動(dòng)畫(huà)制作過(guò)程等都會(huì)涉及計(jì)算思維[7]。在其他學(xué)科如數(shù)學(xué)、物理、工程、哲學(xué)、心理學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等各方面也有涉及，在2018年1月，教育部發(fā)布《普通高中課程方案和語(yǔ)文等學(xué)科標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》，將人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)處理等內(nèi)容正式納入全國(guó)高中“新課標(biāo)”[8]。因此，計(jì)算思維的培養(yǎng)可以滲透到多個(gè)學(xué)科，所以，計(jì)算思維的培養(yǎng)應(yīng)當(dāng)從全方位的視角出發(fā)，在多個(gè)學(xué)科、多個(gè)知識(shí)領(lǐng)域培養(yǎng)，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維能力的遷移和融會(huì)貫通。

3.為各學(xué)段構(gòu)建專(zhuān)業(yè)、系統(tǒng)、科學(xué)的計(jì)算思維課程體系

將“計(jì)算思維”的概念加入到相關(guān)的學(xué)科教學(xué)中并恰當(dāng)滲透是實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維培養(yǎng)的主要途徑。其中，典型代表就是新加坡的JULES公司[9]，此公司基于計(jì)算思維構(gòu)建了適合于5-8歲幼兒學(xué)習(xí)的計(jì)算思維課程，并且現(xiàn)已納入到小學(xué)的核心課程，這些課程由麻省理工大學(xué)計(jì)算思維專(zhuān)家、新加坡國(guó)立大學(xué)聲學(xué)實(shí)驗(yàn)室主管、小兒神經(jīng)心理學(xué)博士聯(lián)合打造，所以，得到了不管是企業(yè)政府還是社會(huì)各界的高度重視，聯(lián)合打造各階段學(xué)生學(xué)習(xí)的計(jì)算思維課程體系，以培養(yǎng)思維靈活、善于解決問(wèn)題、會(huì)學(xué)會(huì)用的新時(shí)代人才。

4.加強(qiáng)教師的培訓(xùn)，同時(shí)教師要重視計(jì)算思維相關(guān)內(nèi)容的挖掘

完善教師培訓(xùn)制度，開(kāi)發(fā)計(jì)算思維培訓(xùn)課程是當(dāng)前的重大任務(wù)，通過(guò)線(xiàn)上與線(xiàn)下相結(jié)合的方式，根據(jù)不同地區(qū)差異，開(kāi)發(fā)符合計(jì)算思維課程目標(biāo)與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的教材，從而擴(kuò)大教師培訓(xùn)的范圍，通過(guò)在線(xiàn)答疑，隨時(shí)隨地幫助教師掌握開(kāi)展計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)實(shí)踐[10]。如安吉利等人[11]描述了小學(xué)計(jì)算思維教育課程的內(nèi)容框架，并根據(jù)TPACK模型框架簡(jiǎn)略呈現(xiàn)了教授該課程的教師應(yīng)具備的知識(shí)能力體系。其次，教師要重視計(jì)算思維的培養(yǎng)，在教學(xué)中積極挖掘有關(guān)計(jì)算思維的內(nèi)容，勤于探索研究，選擇恰當(dāng)?shù)姆椒ㄅ囵B(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，同時(shí)要選擇可測(cè)量的評(píng)價(jià)方式有效地評(píng)價(jià)計(jì)算思維。

五、總結(jié)

綜上所述,當(dāng)前有關(guān)初中學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)不容樂(lè)觀，因?yàn)椴还苁茄邪l(fā)團(tuán)隊(duì)還是教師、學(xué)生，對(duì)計(jì)算思維的認(rèn)識(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，所以，研發(fā)團(tuán)隊(duì)需要集思廣益，加強(qiáng)相關(guān)人員的前沿動(dòng)態(tài)知識(shí)培訓(xùn)；教師需要不斷鉆研挖掘，分析培養(yǎng)計(jì)算思維能力的實(shí)例，積極思考哪些內(nèi)容更有利于培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維；學(xué)生學(xué)習(xí)不僅限于課本知識(shí)，自我提升和拓展在任何時(shí)候都需要。