計算思維能力在中學計算機科學與技術課程中的培養(yǎng)

張春玉

摘要：計算思維能力培養(yǎng)作為邏輯思維能力培養(yǎng)的具體表現(xiàn)形式，國內越來越多的教育學者將這個概念引入到高等教育教學計劃中實施。通過已發(fā)表的國內外文獻中可以看到，計算思維能力的培養(yǎng)在國外已經被成熟地應用在許多中小學課堂中，而國內在高校中的應用還處于理論發(fā)展和研究階段，本文提出，將計算思維概念引入中學計算機科學與技術課程中，提早對中學生進行初級計算思維的培養(yǎng)，這樣不僅可以為大學的學習打下基礎，而且還可以促進學生良好的邏輯思維能力的形成。

關鍵詞：計算思維；邏輯思維；中學；計算機教學

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）08-0091-02

高度集成的資源獲取與利用是當代社會發(fā)展的趨勢，而實現(xiàn)其的主要途徑是通過計算機網(wǎng)絡信息技術。計算機與信息化技術遍布于人類生活中的每個角落，從科學研究到人文考古，天體物理到日常用度無一不見其身影。計算機作為信息化技術的主要實現(xiàn)途徑，需要進行更廣的普及與應用，計算機課程在中學的普及就是一個很好的例子。很多教育學者將前沿的科學技術與概念引入中學計算機教學當中。潘兆軍[1]提出了將大數(shù)據(jù)的概念引入現(xiàn)代中學計算機教學中，讓中學生們從簡單的概念開始接觸，不僅可以提前為以后進入大學學習相關知識培養(yǎng)興趣，還可以通過科普的方式讓學生們理解大數(shù)據(jù)的用途。汪凱[2]，高欣等人[3]將網(wǎng)絡信息技術與中學計算機教學結合在一起，使計算機科學技術這門課程不再是單純地使用，而是更高一級的應用。將前沿理念引入教學當中，不僅可以讓學生更好地理解開展該課程的意義，而且更能深切體會到計算機科學作為一門計算科學的學科之美。現(xiàn)在很多教學都是以提高學生學習主動性為主要目的，大部分精力使用在設計課程的趣味性而忽略了該課程本身的屬性，計算機科學技術這門課程最主要的一部分是對邏輯能力的培養(yǎng)，我們除了要讓學生了解該課程的重要性和社會價值之外，還需要讓他們從現(xiàn)在開始培養(yǎng)這種思維能力。

在西方國家，邏輯思維能力是很重要的，他們甚至從小學就開始培養(yǎng)孩子的邏輯能力。他們對邏輯能力的重視程度除了從文獻中可以看到之外，最常見的就是英語語法構成，很多中文表達未必主謂賓全有，甚至有些句子正反說都是一個意思，但若在英語中這樣表達，很多不僅不能構成一個句子，甚至還會出現(xiàn)截然不同的兩種意思。不僅許多西方學者認為中國學生的邏輯思維能力很差，而且很多國內高校的老師針對研究生的論文邏輯性也很頭疼，這其實與中國的文化有一定聯(lián)系。邏輯能力的培養(yǎng)若能越早實現(xiàn)在義務教育當中，對學生未來的發(fā)展助益就越大，我們完全可以借鑒國外對中小學生邏輯能力培養(yǎng)的模式，因地制宜進行相應教育和改革，具體來說，就是可以在計算機科學與技術這門課程中添加相應的培養(yǎng)模塊，可以讓學生從自我思維能力的初步形成階段開始就培養(yǎng)這種的邏輯思維能力，改善邏輯不好的弊病。本文主要圍繞如何利用計算機科學與技術這門課程培養(yǎng)中學生的邏輯思維能力的問題進行討論。

1計算思維概念的提出

計算思維由周以真于2006年首次提出，計算思維是指運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統(tǒng)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[4]。計算思維可以讓我們理解計算機的思維方式，可以讓我們更好地與計算機進行溝通，進而讓計算機幫我們處理很多繁雜和重復的數(shù)據(jù)運算，更進一步的，還可以讓計算機進行自我學習來處理類似但不完全相同的案例，這同時也是當代很火的概念——人工智能。

自計算思維提出以來，國內很多教育工作者也指出了計算思維在計算機科學與技術課程中的重要性。戰(zhàn)德臣等人[4]及衷克定[5]就提出了在大學計算機課程體系中培養(yǎng)大學生計算思維能力的想法。相比與國內對計算思維的教育計劃，國外教育工作者就比較超前了，他們將此概念滲透入中小學計算機科學與技術的教學計劃當中。Chalmers[6]介紹了澳大利亞四所小學老師將整合機器人與編碼技術引入課堂，面向小學1～6年級的學生進行計算思維能力的培養(yǎng)，結果表明，這種教學方法不僅使老師對自己的教學計劃變得更有信心而且也引起了學生們對計算與編碼濃厚的學習興趣。Basogain等人[7]也針對計算思維的核心課程在美國中小學課堂中的開展進行了相關調研，研究表明計算科學與教育技術的結合，不僅可以輔助老師成功地完成計算思維能力培養(yǎng)的教學任務，而且學生創(chuàng)造性思維能力在這個過程中也得到了很大的提高。類似的研究報告還有很多[8-10]，培養(yǎng)計算思維能力就是培養(yǎng)邏輯能力的一種具體表現(xiàn)形式，這充分體現(xiàn)了西方國家對邏輯能力的重視程度。

現(xiàn)今，很多青少年可以輕而易舉地編寫程序算法，各行各業(yè)也都融入了程序編制與算法優(yōu)化，編程已經不再是程序員的專屬。計算思維是一種邏輯思維很好的具體表現(xiàn)形式，其與數(shù)學思維不同，但卻可以相互助益，如果兩種思維能很好地相互結合應用，可以達到很高的高度，正如編程好的學生數(shù)學也很好，但是數(shù)學好的學生編程并不一定好。所以計算思維能力從學生開始形成自己良好思維能力的中學開始就應該介入教育，這樣，不僅可以為高校輸送更好的人才，還可以讓學生提早培養(yǎng)更好的邏輯思維能力。

2計算思維在中學計算機課程中的實現(xiàn)

許多非計算機科學領域的人認為計算機科學就等同于計算機編程，包括現(xiàn)在很多家長都認為孩子學習計算機就是局限于程序員的行業(yè)，此刻，計算機思維的提出就是一個讓計算機教育學者及研究者改變這一社會定論的關鍵所在。國外學者針對計算機思維的培養(yǎng)已經制定了相對完善的核心課程進行學習，例如：PC-01與ECE130[7]，這兩個課程針對不同階段的學生，前者針對小學，而后者則針對中學甚至是大學的學生。根據(jù)國內目前教育現(xiàn)況來看，我們暫時無法采用國外的教學模式對學生就行培養(yǎng)，但是，我們可以從計算思維的本質與概念出發(fā)，從基礎上對學生進行邏輯能力的培養(yǎng)。

1）概念與應用的結合

在平時的常規(guī)教育課程中引入計算思維的概念，讓學生有意識地去理解和接受。在這個過程中，需要老師將這些抽象的概念回歸到現(xiàn)實和自然中，讓學生更深刻的理解這種思維模式的形成，讓他們更好的理解計算機科學家是如何將這些抽象的模型從具體問題中剝離出來的。當學生有了這種思維模式的雛形之后，可以基于一些簡單的具體問題，讓學生以獨立或合作的形式充當一次“計算機科學家”，完成一次簡單地從現(xiàn)實具體模型到抽象模型的建立過程，其包括問題的提出，方案的選擇與設計，問題的求解，到最終的結果獲取與展示。基于這類將概念與簡單案例相結合的實施方式，可以讓學生初步具備一定的計算思維能力。

學校可以增設相關的計算機科學與技術興趣課程。這部分課程不在常規(guī)教學計劃內，是針對邏輯能力培養(yǎng)極其感興趣的學生開設的興趣課程，在這部分課程中，可以采用部分國外學者提出的計算思維核心課程內容對學生進行簡單的訓練，不僅僅包括理論知識的學習，最重要的是通過自主動手來實現(xiàn)計算思維能力的培養(yǎng)。這些可以通過讓學生自主編寫簡單的小程序或小游戲來實現(xiàn)，還可以定期舉辦小程序開發(fā)競賽，以此激發(fā)學生們的興趣與潛力。當然，這個過程的實施，對開展這門課程的老師們也是具有重大挑戰(zhàn)性的，這就要求我們，不僅要時刻以學生為本，還要不斷學習前沿的科技教育教學方法來提高我們的教學質量。

2）方案實施的阻力與建議

在中學教育當中，學校及家長對計算機課程的定位屬于計算機科普教育，雖然定義比較片面，但是對于現(xiàn)階段計算機課程在中學教育中的輕視性可見一斑。汪凱[11]及王世軍[12]也指出計算機課程在中學教育中面臨的嚴峻形勢，甚至是一種被架空的狀態(tài)，這種狀態(tài)與冰凍三尺的教育現(xiàn)狀有一定關系。面對殘酷的中高考，學校和家長們更關注的是主要科目的修習，但是如果能將計算思維的培養(yǎng)與主要科目（例如數(shù)學等）的學習聯(lián)系起來，是可以獲得意想不到的收獲的，當然，各學科老師的相互配合并制定完善的教學方案是能推進該方案實施的一種很好的方式。

3結論與展望

計算思維能力的培養(yǎng)是一種邏輯思維能力培養(yǎng)的具體表達形式，也是可以通過計算機科學與技術這門課程來實現(xiàn)的培養(yǎng)方式。因此，在國內將計算思維的概念引入中學計算機教育中并實施是一個大膽且富有挑戰(zhàn)性的教學理念。廣義來說，計算思維不僅僅局限于計算科學教育當中，其滲透于各學科和日常生活之中，可以很好地對學生進行邏輯思維能力的培養(yǎng)，狹義來講，可以給學生在未來的大學學習之前就打下良好的基礎，還可以從學生開始形成自我思維模式的時候就開始規(guī)范自我邏輯思維能力。但是這項教學計劃的實施與發(fā)展目前看來依舊任重道遠，不過從國家越來越重視中小學生素質教育的程度來看，我們堅信，在未來的中學教育中，計算思維能力的培養(yǎng)也是可以很好地開展與實施的。

參考文獻：

[1] 潘兆軍.大數(shù)據(jù)時代下中學計算機科學與技術課程實踐教學探究[J].信息技術， 2018（6）：58.

[2] 汪凱.網(wǎng)絡環(huán)境下中學計算機教學思路轉變思考[J].電腦知識與技術， 2017（13）：149-151.

[3] 高欣，魏晉，張建莉.網(wǎng)絡時代大學與中學計算機基礎內容銜接研究[J].電腦知識與技術，2016（12）：17.

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[11] 汪凱.中學計算機教育課程改革與發(fā)展探索[J].信息與電腦，2016（20）：217-218.

[12] 王世軍.我國中小學信息技術課程：歷程與歸因[D].吉林：東北師范大學，2006.

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