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计算思维教学误区及应对策略 文 | 刘庆欢 顿卜双 通常计算思维教育被理解为学习如何使用计算思维来解决问题。教师开展计算思维教学时关注的不是具体学习的内容，而是关注通过问题求解过程学习的方法，其教学过程包括分解、模式识别、抽象、算法思维、评估和迁移等。可视化编程工具的应用使中小学计算思维教学变得简单易行，中小学教师纷纷开展教学探索。 然而，仍有不少教师对计算思维存在认识上的误区，影响学生计算思维的发展。笔者认为，教师应消除以下误解，统一认识，优化计算思维教学。 一 错把计算思维当计算机的思维 计算思维是学习计算机的思维，还是培养人的思维？一些教师之所以存在这样的疑问，归根到底是对计算思维认识不到位。 计算思维（computational thinking）的起源可以追溯到20世纪50年代。计算思维正式作为术语，由美国卡耐基·梅隆大学周以真教授于2006年提出。计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。 2014年，周以真教授进一步完善了这一定义。她认为，计算思维是以一种计算机或人或机器能够有效地执行的方式来表征问题、表达解决方案的思维过程。《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》也给出了计算思维定义——计算思维是个体在运用计算机科学领域的思想方法，在形成问题解决方案的过程中产生的一系列思维活动。 可见，计算思维是人的思维，是任何人在任何地方都存在的基本技能。这种能力并非只属于计算机专家，也属于普通人。与阅读、书写和算术一样，它是人的一种分析问题和解决问题的能力。 二 狭隘地将计算思维与编程画等号 当下，提及计算思维，多数教师第一反应是编程（特指“代码编程”），认为培养计算思维就是指导学生编程。这种误解的根源可以追溯到计算思维产生早期。当时学者受计算机等同于编程的观念的影响，认为计算思维与计算机编程密切相关，以至于一些人对二者混淆不分。 研究表明，在培养计算思维的众多手段中，编程教学因其特别适合用来培养学生的逻辑思维和创新能力，被国际教育界认为是提升计算思维能力的有效途径，也被广泛研究，但它并非唯一选项。 研究证明，计算思维可以被分解为一系列的思维活动，包括分解、模式识别、抽象、算法思维、评估、迁移等思维活动。其中，算法思维与编程直接相关，但我们不能将二者等同。 算法思维教学有一系列明确的方法，并非简单地让学生计算得出问题答案而已。算法思维活动中，学生可以自主设计一组指令或规则，不论是人还是机器（包括计算机、机器人等）遵循与执行具体指令或规则，就会得出答案。教师就是用类似这种解决问题的方法来开展计算思维教学的。 笔者认为算法思维的指向并非程序设计，而是设计指令或规则，操作者一旦掌握规则也可以找出解决问题的方法，这种能力并非计算机独有。编程只是实现和检验算法思维的一种手段，并非唯一，有时借助其他工具也可以实现算法思维。 案例1：借助Microsoft PowerPoint实现算法思维 在初中信息技术“灵动的触发器”教学中，教师播放完成的作品，然后让学生分析“答对了”和“答错了”出现或消失的规则：①幻灯片播放之初，“答对了”和“答错了”均不出现；②“答对了”在单击正确答案时出现，“答错了”在单击错误答案时出现；③“答对了”出现时，“答错了”不出现；反之，亦然。学生掌握这一规则后，再制作作品就顺利多了。 幻灯片教学中，有很多知识点是用于训练学生算法思维的，尤其是与“动”（动画）相关的知识点。其实，动画教学就是图形化编程教学。师生一同分析作品需要实现的功能，找到规则（算法思维），再按照规则制作作品（相当于程序设计）。 目前，信息技术教材已包容计算思维教学内容。这对教师开展计算思维教学很有帮助。 案例2：分解思维活动 在“购置一台计算机”教学中，为了让学生对计算机有全面的认识，教师拆开电脑机箱，借助实物向学生直观地展示并介绍计算机内部的各个组成部分，让学生理解计算机是由小的组件构成的系统，并告知学生一些组件还可以进一步分解。利用实物图片也可以展示计算机内部的结构，但是不如拆解实物直观——教师拆解实物能让学生更直观地了解计算机的组成和内部结构，提高学生通过分解来分析与解决问题的意识和能力。 案例3：模式识别思维活动 在学习“规划与设计多媒体作品的步骤”时，学生马上会联想到“电子杂志的制作步骤”，自然地将它们归为一类。新内容的学习也变得相对容易了。在学习新知识时，学生常常会寻找它与已经掌握知识的联系，并根据一定的目的将相似但又不完全相同的内容归为一类。这种思维活动与“模式”密切相关。模式识别指对表征事物或现象的各种形式的（数值的、文字的和逻辑关系的）信息进行处理和分析，实现对事物或现象进行描述、辨认、分类和解释的过程。 案例4：抽象思维活动 在教学如何制作“下落的小球”动画时，教师需要让学生考虑现实世界中小球下落时的轨迹，理解前12帧、中间12帧和后12帧小球下落的距离越来越大。学生还需要凭借抽象思维来理解小球影子的移动速度越来越快和小球的影子由大变小。在这个动画中，学生需要模拟“小球是如何下落的”“影子是如何移动的”“影子大小是如何变化的”。学生用计算机对问题进行求解，首先要对问题进行分析，明确要求，然后抽象（构建）适合在计算机表示的数据结构和形式化的数学模型。因此，学生具有抽象思维能力对于他们用计算机解决问题是十分重要的。 三 误将计算思维看作少数高智商学生的思维 刚接触计算思维的教师还会有这样的误解：计算思维只有少数高智商学生才具备，不是所有学生都能培养。为什么会存在误解呢？ 这还要追溯到20世纪80年代。1987年，我国修订的《普通中学电子计算机选修课教学大纲（试行）》在“程序设计语言内容”中要求学生学习框图、输入/输出、过程、条件分支、数据、循环、数组、图形、函数等内容。为便于学生快速掌握程序设计的知识与技能，早期中小学计算机教科书大多以“编程知识讲解”的方式呈现学习内容。一定程度上忽视了中小学生的学习者特征，教师像培训“程序员”那样向中小学生灌输程序设计知识。这不利于学生理解相关内容，反而会因为过度记忆一些语法知识而增加学生的学习负担，造成大部分学生掌握不了程序设计方法。这种计算机教学，既导致了学生惧怕程序设计，又造成了人们对程序设计的误解。 可视化编程的应用改变了计算思维教学格局，使编程变得简单易行。可视化编程是基于图形化组块，采用积木拼接的方式，直观地构建出程序的各种界面和逻辑。它跨越了程序语言和语法的学习、记忆、编写和调试的技术门槛，增强了编程的直观性和趣味性，有效激发中小学生的学习兴趣，让学生有更多的时间和精力专注于思维训练和能力发展。可视化编程已经成为中小学计算思维培养的有效手段，谈“编程色变”的时代已经过去。计算思维的培养业已面向全体学生。 四 一味地以游戏设计作为计算思维培养的载体 目前，教育行政部门还未单独发行计算思维的相关教材，毕竟它只是信息技术学科的核心素养之一。这并不是件坏事，反而为教师提供了更大的发挥空间。教师可以基于自身的特长并针对学生的兴趣设计教学方案，比如通过游戏设计与应用来培养学生的计算思维。 以游戏为情境开展教学，可以很大程度上提高学生的学习积极性，不失为一种好方法。但在教学中，一些学生为了设计游戏而沉迷于游戏，或者以此为借口玩游戏；任课教师往往也会不自觉地把注意力引导到游戏本身，而忽略了分解、抽象、模式识别、评估、迁移等思维活动。为了让学生完成任务，少数教师甚至把事先编写好的程序模块拼图发给学生，让学生模仿组建程序积木拼图，这就不是在培养计算思维了，而是纯粹地编写游戏程序了。 如何走出这一窘境，培养学生的计算思维？笔者认为，可以走课程融合之路，以其他学科的内容作为计算思维培养的载体开展融合教学，比如语文学科中的古文和古诗、数学学科中的几何图形、生物学科中的看图识物、地理学科中的位置拼图、物理、化学学科中的实验设计，等等。 融合教学既可以巩固其他学科的知识，又可以培养学生计算思维，一举两得。为了验证课程融合的计算思维培养可行性，下面举一个信息技术与初中语文融合的案例，详见案例5。 案例5：基于Scratch设计《陈太丘与友期行》数字故事教学流程（如图1）  其实，上述数字故事使用PowerPoint或交互式电子白板也可以轻松地实现，但应用Scratch等可视化编程工具可以直观地呈现学生的思维过程，使解决问题的逻辑可视化，这也是采用可视化编程培养计算思维的优势所在。教师在设计教学时按照计算思维活动发生的先后顺序组织教学活动，并借助一些工具，如流程图、思维导图，可帮助学生理解和表征问题，提高学生计算思维水平。 计算思维涉及的是人的思维，是一种问题求解的能力。计算思维教育可以采用多种形式，游戏仅是一种形式而已，在应用计算机学科知识、运用计算机学科方法推演新知识的过程中渗透，或者与语文、数学等学科课程融合，均是促进学生计算思维能力发展的有效路径。 注：本文系福建省教育科学“十三五”规划2018年度项目“中小学计算思维校本课程开发研究”（项目批准号：FJJKXB18-363）的课题研究成果。 （作者刘庆欢系北京师范大学厦门海沧附属学校教师发展中心主任、中学信息技术一级教师，厦门市骨干教师；顿卜双系北京师范大学厦门海沧附属学校中学信息技术教师）  |
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