國內外關于計算思維的對比分析

◆常珞珞

作者：常珞珞，南昌大學體育與教育學院，研究方向為教育技術（330031）。

1 概述

計算思維這一概念最早是在1996年由麻省理工學院（MIT）的 Seymour Papert教授提出的。之后在2006年3月，美國卡內基·梅隆大學周以真（Jeannette M. Wing）教授重新定義了計算思維。周教授認為，計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。近幾年，部分學者將視線轉向基礎教育，認為中小學生需要學習計算思維。本文在閱讀并梳理了一些國內外文獻后，針對以下幾個方面進行了對比分析。

2 國內外關于基礎教育中的計算思維培養的應用分析

選擇使用機器人去培養學生的計算思維Marina Umaschi Bers、Louise Flannery等學者認為通過參與基于建構主義的機器人活動，4歲的孩子可以學會一系列概念[1]。他們認為，真實的機器人與計算機編程是相互匹配的，擁有建構主義課程設計的機器人工具可以讓幼兒園的孩子們學習計算思維。通過記錄幼兒園班級使用機器人的情況，發現幼兒園的教師和孩子們都對機器人編程感興趣，也能夠學會機器人技術、編程以及計算思維。

國內學者龍麗娥在《智造機器人小學S4A個性化課程實驗》一文中，提到機器人教育是計算思維培養的關鍵性載體之一[2]。她認為可以把計算思維應用于信息技術課程，這樣可以提升學科的價值以及穩定性。她把計算思維滲透于學者曾祥潘設計的S4A課程并實施了這個課程。在課程實施環節中，學生的興趣比較濃厚，學習積極性活躍，注意力集中，并接受和理解基于S4A的編程互動實現自己的想法和意圖。

使用玩游戲或者游戲化教學去學習計算思維知名學者Tak Yeon Lee等通過研究指出，十歲的孩子也可以從參與計算思維相關活動中收益[3]。他們認為孩子們可以先通過書面形式去表達他們的困惑，然后通過使用游戲板，最后使用計算機找到他們解決問題的辦法。他們根據孩子們玩游戲的興趣與技能建立了一個游戲系統，用特別的方法幫助孩子們更好地表達算法思維的形式。

美國學者Cagin Kazimoglu等在Learning Programming at the Computational Thinking Level via Digital Game-Play一文中概述了一個創新的游戲模型，它是通過玩數字游戲去學習計算思維[4]。他們設計了一個游戲框架，并分析了這個游戲是如何支持不同的計算思維的概念的，以及這些概念是如何被繪制成建構的程序，去促進學習引導性的計算思維。

國內學者高嬌在《基于游戲化教學的計算思維培養研究》一文中也同樣提到了把游戲與教學相結合，設計新穎的教學方式去培養學生的計算思維[5]。在思維的相關理論與游戲化教學的相關理論的支撐下，設計了游戲化的教學，把計算思維的相關方法與游戲化的上課內容相結合，如啟發式推理、關注點分離和分解解決任務等。

使用編程軟件去培養學生的計算思維Maya Israel等學者認為學生可以通過使用計算機，把自己的思想做成模型，類似于周教授的觀點，并把計算機編程作為計算思維的一部分[6]。他們用了跨案例分析去理解計算思維是如何被整合在五年級教學中的。教師先給學生做示范，之后學生開始使用Etoys和Scratch軟件程序平臺完成任務，結果發現學生享受并受益于計算機編程。

國外學者Sze Yee Lye等發現編程不僅僅是編碼，它代表著學生的計算思維，包括利用抽象的計算機科學概念去解決問題[7]。他們分析了27個有效的參與性研究并呈現了通過編程發展計算思維的實驗法研究的最新趨勢。他們也贊同使用Scratch編程軟件，因為學生可以很容易地理解這個編程語言。

國內學者趙蘭蘭在《運用Scratch軟件培養中學生計算思維的研究》一文中，認為可以利用Scratch軟件培養中學生計算思維的能力[8]。她從學生的作品中分析學生計算思維的能力，并在這個基礎上提出一套測量在Scratch運用中計算思維的測量預評估量規。

3 國內外關于基礎教育中進行計算思維培養的比較分析

國內外都選擇了機器人去培養學生的計算機思維，由此可見，機器人教學是培養計算思維的一個好的方法。在學習真實的機器人課程中，學生的情感體驗也比較相似，都感覺興趣十分濃厚，能夠學會機器人技術，并在此過程中潛移默化地培養了自己的計算思維。不過，國內外在選擇學生的角度方面有些許不同。國外選擇的是4歲的幼兒園小朋友，而國內選擇的是五年級的學生。由于年齡的差異，在接受和理解機器人課程方面也可能是不同的。幼兒園的孩子們更加傾向于學習機器人課程的趣味性，而五年級的學生可以理解機器人編程的相關課程去實現自己的想法和意圖。

在美國的兩篇文章中，均是通過玩游戲來學習計算思維。Tak Yeon Lee等創建了一個CTArcade的游戲系統，學生可以通過使用清晰的系統界面去完成任務。另一個美國學者Cagin Kazimoglu設計了一個數字游戲模型，在學生利用數字游戲模型學習計算思維的過程中，還了解到如何學會解決問題。

國內的學者并沒有設計游戲模型，而是利用了游戲化教學的相關理論，選擇的課程是中小學信息技術，用游戲化的教學設計去指導學生學習計算思維的相關內容。

通過比較，發現國內外在利用玩游戲學習計算思維方面是有差別的。國外側重于直接建立一個可供學生使用的游戲系統或者模型，學生在使用該系統或者模型的過程中，潛移默化地學習了計算思維。在此過程中，教師的作用是引導學生。國內只是使用了游戲化的教學理念，從游戲化的角度去完成教學設計。國內外利用玩游戲去學習計算思維的方法是很可行的，學生很有興趣通過玩游戲學習。

在國外學者做的研究中，Maya Israel使用了Etoys和Scratch軟件程序平臺，學生利用這兩個平臺完成教學任務。Sze Yee Lye使用了Scratch編程軟件。國內的學者也使用了Scratch軟件。Scratch軟件是一款非常適合兒童編程的軟件，不懂編程的學生可以很簡單地操控這個軟件。國內外學者在軟件的選擇上面基本沒有區別。在實際的教學環節中，國內外學者都是對學生的作品進行拍照，然后分析。除了對作品的分析外，美國學者還訪談了教師和課堂觀察人員，使研究更加可靠。而國內學者是在課程實施的基礎上，提出一套計算思維的測量方法。對于使用軟件培養學生的計算思維，國內外都認為Scratch軟件是很好的工具，學生均從中受益。

4 總結

通過分析國內外關于基礎教育中計算思維的學習與培養的文章，發現國外相對更加重視計算思維，在培養計算思維的方法上面也更加靈活，并且在幼兒園階段就有涉及到計算思維。在國內，計算思維還沒有引起中小學階段的教學的重視。不過，有部分學者意識到培養中小學生的計算思維十分重要，他們也在實踐中做了很多有意義的探索。總體來說，關于在基礎教育中培養學生的計算思維的文章還是不多的，希望將來有更多的學者可以關注基礎教育中的計算思維。

[1]Bers M U, Flannery L, Kazakoff E R, et, al. Computational thinking and tinkering: Exploration of an early childhood robotics curriculum[J].Computers & Education,2014,72.

[2]龍麗嫦.“智造機器人”小學S4A個性化課程實驗[J].中小學信息技術教育,2014(5):22-24.

[3]Lee T Y, Mauriello M L, Ahn J, et, al. CTArcade: Computational thinking with games in school age children[J].International Journal of Child-Computer Interaction,2014,2(1):26-33.

[4]Kazimoglu C, Kiernan M, Bacon L, et, al. Learning Programming at the Computational Thinking Level via Digital Game-Play[J].Procedia Computer Science,2012,9:522-531.

[5]高嬌.基于游戲化教學的計算思維培養研究[D].西安:陜西師范大學,2014.

[6]Israel M, Pearson J N, Tapia T, et, al. Supporting all learners in school-wide computational thinking: A cross-case qualitative analysis[J].Computers & Education,2015,82:263-279.

[7]Sze Yee Lye, Joyce Hwee Ling Koh. Review on teaching and learning of computational thinking through programming:What is next for K-12?[J].Computers in Human Behavior,2014,41:51-61.

[8]趙蘭蘭.運用Scratch軟件培養中學生計算思維的研究[D].上海:上海師范大學,2013.