計(jì)算思維的學(xué)科觀

王榮良

● 問(wèn)題：抽象就是計(jì)算思維嗎

開(kāi)展計(jì)算思維教育，首要的問(wèn)題是要弄清什么是計(jì)算思維。在中小學(xué)開(kāi)展計(jì)算思維教育，也需要弄清計(jì)算思維與其他思維相比較所能表達(dá)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)與價(jià)值，需要回答計(jì)算思維的哪些特征是其他的學(xué)科思維所沒(méi)有的，或者說(shuō)不能有效或顯著地表達(dá)與反映的。

周以真教授曾說(shuō)過(guò)，抽象是計(jì)算思維的本質(zhì)之一。那么，在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，對(duì)學(xué)生開(kāi)展抽象方法的教學(xué)，是不是就是在開(kāi)展計(jì)算思維教育呢？

有一位教師在設(shè)計(jì)小學(xué)四年級(jí)科學(xué)學(xué)科“食物鏈”的學(xué)習(xí)內(nèi)容時(shí)，結(jié)合Scratch編程技術(shù)，設(shè)計(jì)了一個(gè)項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動(dòng)，旨在通過(guò)該活動(dòng)的實(shí)施發(fā)展學(xué)生的計(jì)算思維。該項(xiàng)目活動(dòng)的學(xué)習(xí)目標(biāo)之一是：學(xué)生能夠用Scratch語(yǔ)言創(chuàng)設(shè)一個(gè)動(dòng)畫情境，表示一個(gè)真實(shí)食物鏈的發(fā)展特征。該項(xiàng)目活動(dòng)對(duì)應(yīng)的課程標(biāo)準(zhǔn)有兩個(gè)方面，即信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)和四年級(jí)生命科學(xué)的課程標(biāo)準(zhǔn)。其中，涉及信息技術(shù)課程中關(guān)于計(jì)算思維能力要求的有：①通過(guò)抽象的方式（如模型、模擬）表示數(shù)據(jù);②設(shè)計(jì)算法形成自動(dòng)化解決問(wèn)題的方案;③總結(jié)這種解決問(wèn)題的方法，遷移至更寬泛的問(wèn)題解決之中。這些學(xué)習(xí)目標(biāo)要求在《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中可以找到對(duì)應(yīng)的內(nèi)容。

按照項(xiàng)目任務(wù)，活動(dòng)過(guò)程包括頭腦風(fēng)暴、問(wèn)題討論、動(dòng)畫演示、分組拓展等環(huán)節(jié)。頭腦風(fēng)暴環(huán)節(jié)，學(xué)生討論在食物鏈中草、兔子和鷹的關(guān)系，說(shuō)明其中太陽(yáng)與細(xì)菌分解的作用;問(wèn)題討論環(huán)節(jié)，針對(duì)問(wèn)題（例如，如果讓生態(tài)系統(tǒng)更復(fù)雜一些，需要增加什么物種），討論哪些因素會(huì)改變草、兔子和鷹三者關(guān)系的平衡;動(dòng)畫演示環(huán)節(jié)，每位學(xué)生用Scratch軟件創(chuàng)設(shè)一個(gè)簡(jiǎn)單的動(dòng)畫情境，能顯示兔子吃草、鷹抓兔子這一食物鏈場(chǎng)景，反映出個(gè)人對(duì)食物鏈的理解;分組拓展環(huán)節(jié)，學(xué)生分組利用Scratch軟件創(chuàng)設(shè)一個(gè)加入其他因素后對(duì)食物鏈產(chǎn)生影響的預(yù)期場(chǎng)景，用以預(yù)測(cè)相關(guān)因素的變化對(duì)食物鏈的影響。

根據(jù)教師的教學(xué)設(shè)計(jì)，在頭腦風(fēng)暴環(huán)節(jié)，學(xué)生通過(guò)討論畫出草、兔子和鷹這些生物在食物鏈中的結(jié)構(gòu)圖，抽象出鷹抓兔子、兔子吃草的相互關(guān)系，從而通過(guò)抽象方法的運(yùn)用實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維的培養(yǎng)目標(biāo)。

針對(duì)以上教學(xué)設(shè)計(jì)，不妨做一個(gè)假設(shè)：這堂課的教學(xué)目標(biāo)僅是通過(guò)分析草、兔子和鷹三者關(guān)系讓學(xué)生理解食物鏈的概念，不需要學(xué)生用Scratch編制程序來(lái)動(dòng)畫表示食物鏈中的相互關(guān)系。教師同樣設(shè)計(jì)相同的討論環(huán)節(jié)，學(xué)生在畫出草、兔子和鷹這些生物在食物鏈中的結(jié)構(gòu)圖過(guò)程中同樣使用了抽象的方法。顯然，這里的“抽象”，是生命科學(xué)學(xué)科中分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的一種方法。那么，我們是否可以認(rèn)為，因“抽象”方法的運(yùn)用，也就實(shí)現(xiàn)了計(jì)算思維的培養(yǎng)目標(biāo)呢？

在中小學(xué)計(jì)算思維教育的實(shí)踐中，相類似的問(wèn)題還有不少。例如，在項(xiàng)目學(xué)習(xí)過(guò)程中，教師往往會(huì)引導(dǎo)學(xué)生將一個(gè)復(fù)雜的大問(wèn)題分解成若干個(gè)簡(jiǎn)單的小問(wèn)題分別解決，這一特征符合計(jì)算思維中的分解屬性，即將整體的對(duì)象、問(wèn)題、過(guò)程或者系統(tǒng)分解成單獨(dú)的部分，因此，不少教師將這一教學(xué)過(guò)程歸類到計(jì)算思維的培養(yǎng)。又如，運(yùn)用生活中的算法來(lái)培養(yǎng)計(jì)算思維，如泡茶過(guò)程，先燒水，然后洗杯子、找茶葉、放茶葉，水開(kāi)后泡茶，這一過(guò)程可以盡可能地節(jié)省時(shí)間。再深入思考，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)，前一個(gè)例子，將大問(wèn)題分化為小問(wèn)題逐一解決，是解決問(wèn)題的一般方法之一。顯然，計(jì)算思維不應(yīng)該包羅解決問(wèn)題的一般方法，那么解決問(wèn)題的一般方法與計(jì)算思維的邊界在哪里？后一個(gè)例子，本質(zhì)上是運(yùn)籌學(xué)在生活中應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例，運(yùn)籌學(xué)與計(jì)算思維的關(guān)系又是什么？

之所以在計(jì)算思維認(rèn)識(shí)上會(huì)出現(xiàn)偏差，乃至在計(jì)算思維教學(xué)實(shí)踐上出現(xiàn)偏差，原因之一是我們?nèi)鄙賹?duì)計(jì)算思維所對(duì)應(yīng)的學(xué)科進(jìn)行追溯，沒(méi)有建立計(jì)算思維的學(xué)科觀。在日常的教學(xué)活動(dòng)中，教師關(guān)注具體的教學(xué)內(nèi)容，而對(duì)相應(yīng)的學(xué)科背景的研究比較少。

目前，學(xué)術(shù)界對(duì)計(jì)算思維概念的認(rèn)識(shí)比較模糊，定義也比較多。關(guān)于計(jì)算思維內(nèi)涵的研究大致有兩個(gè)相反的傾向：一是宏觀視角的、廣義的計(jì)算思維研究，傾向于計(jì)算思維概念的通俗化和普適性;二是微觀視角的，傾向于其專業(yè)化和高端化的狹義計(jì)算思維的研究。但無(wú)論哪一種傾向，都需要回答計(jì)算思維與其他形式思維相比，其獨(dú)特性在哪里，都需要以計(jì)算科學(xué)學(xué)科為起點(diǎn)，從學(xué)科的特征去考察計(jì)算思維的獨(dú)特性。

● 基礎(chǔ)：可計(jì)算問(wèn)題與計(jì)算科學(xué)學(xué)科

所謂可計(jì)算，通俗地說(shuō)，如果存在一個(gè)機(jī)械的過(guò)程，對(duì)給定的一個(gè)輸入，能在有限步驟內(nèi)給出答案，那么這個(gè)問(wèn)題就是可計(jì)算的。圖靈是用抽象的圖靈機(jī)描述了可計(jì)算模型。

20世紀(jì)初，著名的數(shù)學(xué)家希爾伯特提出了著名的23個(gè)數(shù)學(xué)問(wèn)題，其中包括試圖建立通用的邏輯系統(tǒng)驗(yàn)證所有反映客觀世界的定理，或者從少數(shù)幾條公理和推導(dǎo)規(guī)則出發(fā)，證明或發(fā)現(xiàn)和導(dǎo)出所有的未知定理。這就是有名的“希爾伯特計(jì)劃”。1931年，數(shù)學(xué)家哥德?tīng)柼岢隽瞬煌陚湫远ɡ恚赋鋈魏我粋€(gè)數(shù)學(xué)系統(tǒng)，如果是一致的，那么其一致性不能在自身內(nèi)部來(lái)證明，從而否定了“希爾伯特計(jì)劃”。圖靈提出圖靈機(jī)模型，是其論文《論可計(jì)算數(shù)及其在判定問(wèn)題中的應(yīng)用》中所舉的一個(gè)實(shí)例，其結(jié)論是，能夠用圖靈機(jī)解決的問(wèn)題，就是一個(gè)可計(jì)算問(wèn)題，從而給出了可計(jì)算問(wèn)題的一種判別方法。因此，圖靈機(jī)設(shè)計(jì)的本意并不是為了設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)，而是為了討論可計(jì)算問(wèn)題，但客觀上為計(jì)算機(jī)的發(fā)明奠定了理論基礎(chǔ)。

20世紀(jì)70—80年代，計(jì)算機(jī)得到了飛速的發(fā)展，并開(kāi)始滲透到許多學(xué)科領(lǐng)域，但“計(jì)算機(jī)科學(xué)能否成為一門學(xué)科”以及“計(jì)算機(jī)科學(xué)是理科還是工科，或只是一門技術(shù)”等問(wèn)題仍然存在很大爭(zhēng)議。針對(duì)計(jì)算是否能成為一門學(xué)科的激烈爭(zhēng)論，1985年春，ACM和IEEE-CS聯(lián)合攻關(guān)，開(kāi)始對(duì)“計(jì)算作為一門學(xué)科”做存在性證明。1988年，研究報(bào)告《計(jì)算作為一門學(xué)科》（Computing as a Discipline）發(fā)布于Communications of the ACM雜志上。

報(bào)告《計(jì)算作為一門學(xué)科》為計(jì)算學(xué)科做了如下定義：計(jì)算學(xué)科是對(duì)描述和變換信息的算法過(guò)程進(jìn)行的系統(tǒng)研究，包括理論、分析、設(shè)計(jì)、效率、實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用等。計(jì)算學(xué)科涵蓋了對(duì)計(jì)算過(guò)程的分析以及計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)和使用。

聯(lián)合攻關(guān)組在隨后的研究中，形成了一系列供大學(xué)開(kāi)展專業(yè)教育的課程計(jì)劃。聯(lián)合攻關(guān)組將計(jì)算學(xué)科分為計(jì)算機(jī)科學(xué)、軟件工程、計(jì)算機(jī)工程、信息技術(shù)和信息系統(tǒng)五個(gè)分支學(xué)科，先后遞交了SE2004、CE2004、CC2005、IT2008、CE2008和IS2012等報(bào)告，其中CC2005是總報(bào)告（如上頁(yè)圖1）。

計(jì)算機(jī)科學(xué)（CS）是有關(guān)計(jì)算的理論、算法和實(shí)現(xiàn)、機(jī)器人技術(shù)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、智能系統(tǒng)、生物信息學(xué)和其他新興的有發(fā)展前途領(lǐng)域的學(xué)科。計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)培養(yǎng)的學(xué)生，更關(guān)注計(jì)算理論和算法基礎(chǔ)，并能從事軟件開(kāi)發(fā)及相關(guān)的理論研究。

軟件工程（SE）是以系統(tǒng)、規(guī)范、定量的方法把工程應(yīng)用于軟件開(kāi)發(fā)、運(yùn)行和維護(hù)，同時(shí)對(duì)上述過(guò)程中各種方法和途徑展開(kāi)研究的學(xué)科。軟件工程專業(yè)培養(yǎng)的學(xué)生，更關(guān)注以工程規(guī)范進(jìn)行大規(guī)模軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與維護(hù)的原則，盡可能避免軟件系統(tǒng)潛在的風(fēng)險(xiǎn)。

計(jì)算機(jī)工程（CE）是對(duì)現(xiàn)代計(jì)算系統(tǒng)和由計(jì)算機(jī)控制的有關(guān)設(shè)備的軟件與硬件設(shè)計(jì)、構(gòu)造、實(shí)施和維護(hù)進(jìn)行研究的學(xué)科。計(jì)算機(jī)工程專業(yè)培養(yǎng)的學(xué)生，更關(guān)注設(shè)計(jì)并實(shí)施集軟件和硬件設(shè)計(jì)于一體的系統(tǒng)。

信息技術(shù)（IT）是針對(duì)社會(huì)和企業(yè)信息化需求提供與實(shí)施解決方案的學(xué)科，它主要側(cè)重于在一定的組織及社會(huì)環(huán)境下，通過(guò)選擇、創(chuàng)造、應(yīng)用、集成和管理的計(jì)算技術(shù)來(lái)滿足用戶的需要。信息技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)的學(xué)生，更關(guān)注基于計(jì)算機(jī)的新產(chǎn)品及其正常運(yùn)行和維護(hù)，并能使用相關(guān)的信息技術(shù)來(lái)計(jì)劃、實(shí)施和配置計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

信息系統(tǒng)（IS）是指如何將信息技術(shù)的方法與企業(yè)生產(chǎn)和商業(yè)流通結(jié)合起來(lái)，以滿足這些行業(yè)需求的學(xué)科。信息系統(tǒng)專業(yè)培養(yǎng)的學(xué)生，更關(guān)注信息資源的獲取、部署、管理和使用，能夠分析信息需求和相關(guān)商業(yè)過(guò)程，能詳細(xì)描述并設(shè)計(jì)出與目標(biāo)一致的系統(tǒng)。

● 理解：學(xué)科視角下的計(jì)算思維

學(xué)科的基本問(wèn)題是一個(gè)非常重要的概念。學(xué)科的基本問(wèn)題不是針對(duì)一個(gè)學(xué)科的具體問(wèn)題提出來(lái)的，而是在一個(gè)學(xué)科一大類具體問(wèn)題的基礎(chǔ)上，通過(guò)分析這類問(wèn)題共同的特點(diǎn)和本質(zhì)屬性，經(jīng)過(guò)總結(jié)、提煉得到更一般化的抽象的問(wèn)題。學(xué)科中許多具體問(wèn)題是某一抽象的基本問(wèn)題在該具體問(wèn)題所屬領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)具體的實(shí)例。通過(guò)學(xué)科基本問(wèn)題的討論，可以幫助我們認(rèn)識(shí)一個(gè)學(xué)科，認(rèn)識(shí)這個(gè)學(xué)科有哪些具體問(wèn)題。每個(gè)學(xué)科都有基本問(wèn)題，計(jì)算學(xué)科也不例外。

計(jì)算過(guò)程的能行性問(wèn)題，即可計(jì)算問(wèn)題就是計(jì)算學(xué)科的基本問(wèn)題。在計(jì)算學(xué)科中，無(wú)論是計(jì)算模型的研究、實(shí)際計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的制造、高級(jí)程序語(yǔ)言的設(shè)計(jì)，還是操作系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，都是圍繞這一問(wèn)題而展開(kāi)的。在可計(jì)算問(wèn)題的研究過(guò)程中，通過(guò)解決一系列的具體問(wèn)題，來(lái)推動(dòng)計(jì)算學(xué)科的發(fā)展。

計(jì)算科學(xué)是一門自然科學(xué)，也是一門工程類科學(xué)，人們基于計(jì)算理論以工程的方法制造計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)是人造物，計(jì)算機(jī)程序也是人造物。在計(jì)算機(jī)學(xué)科領(lǐng)域，解決實(shí)際問(wèn)題就是需要制造這一人造物，這樣的人造物可能用于模擬，可能用于運(yùn)算，也可能直接用于控制外部世界，其取決于實(shí)際的需要。“設(shè)計(jì)”就是依據(jù)需要來(lái)實(shí)現(xiàn)人造物的制作。這里，要完成正確的設(shè)計(jì)，有兩個(gè)前提：一是應(yīng)用需求，即設(shè)計(jì)者對(duì)客觀世界進(jìn)行分析與抽象，構(gòu)造性地進(jìn)行需求分析，并能夠形式化地表達(dá)需求，以便用機(jī)械的計(jì)算方法實(shí)現(xiàn)之，即構(gòu)造計(jì)算過(guò)程;二是計(jì)算理論，因?yàn)樵O(shè)計(jì)是以計(jì)算理論為基礎(chǔ)的，是以需求為目標(biāo)的。有了正確的計(jì)算模型，才會(huì)有可用的、具有自動(dòng)化屬性的人造物。問(wèn)題求解中的計(jì)算思維過(guò)程如圖2所示。

制造人造物的需求分析，是以客觀世界為分析對(duì)象的。從信息視角來(lái)看，客觀世界可以通過(guò)抽象方法描述成由一系列數(shù)據(jù)及關(guān)系、規(guī)律所組成的概念模型。可計(jì)算問(wèn)題是計(jì)算學(xué)科研究的核心，只有可計(jì)算的問(wèn)題，才能構(gòu)建相應(yīng)的計(jì)算模型。現(xiàn)實(shí)世界，通過(guò)抽象的操作和形式化的表達(dá)，形成可計(jì)算模型，也形成了相應(yīng)的計(jì)算理論。

人造物和客觀世界的關(guān)系是應(yīng)用與驗(yàn)證。人造物的制造目標(biāo)是應(yīng)用，這是設(shè)計(jì)的原始目標(biāo)，也是理論的價(jià)值所在。因此，人造物最終回到客觀世界，在實(shí)際應(yīng)用中體現(xiàn)實(shí)用價(jià)值。同理，由于人造物的功能或性能目標(biāo)來(lái)源于客觀世界，所以，客觀世界為人造物的應(yīng)用目標(biāo)是否實(shí)現(xiàn)提供了價(jià)值判斷的依據(jù)。

在以上闡述中，抽象、形式化表達(dá)、構(gòu)造、自動(dòng)化都是關(guān)鍵詞，反映了計(jì)算學(xué)科的特征。

回到計(jì)算思維的討論。思維是人腦對(duì)客觀事物的一種概括的、間接的反映，它反映了客觀事物的本質(zhì)和規(guī)律;思維是在人的實(shí)踐活動(dòng)中，在感性認(rèn)識(shí)，特別是表象的基礎(chǔ)上，借助語(yǔ)言，以知識(shí)為中介而實(shí)現(xiàn)的。計(jì)算思維是人依據(jù)自己對(duì)有關(guān)計(jì)算知識(shí)的認(rèn)識(shí)，通過(guò)對(duì)客觀世界中的計(jì)算現(xiàn)象、計(jì)算需求和計(jì)算過(guò)程的分析，認(rèn)識(shí)有關(guān)計(jì)算的本質(zhì)與規(guī)律，形成新的知識(shí)與理論。

在計(jì)算思維的形成過(guò)程中，實(shí)踐活動(dòng)是計(jì)算思維的基礎(chǔ)。通過(guò)實(shí)踐活動(dòng)，可以將表面現(xiàn)象從對(duì)客觀事物的直接感知通過(guò)抽象過(guò)渡到理性認(rèn)識(shí)。在一個(gè)有關(guān)計(jì)算的實(shí)踐活動(dòng)中，在對(duì)客觀世界進(jìn)行分析、制造人造物的過(guò)程中形成對(duì)計(jì)算的新認(rèn)識(shí)，從而形成計(jì)算思維。這是一個(gè)反復(fù)循環(huán)的過(guò)程，是從感性到理性、從具體到抽象的過(guò)程，也是計(jì)算思維的過(guò)程。

計(jì)算思維是一種問(wèn)題求解的思維，它吸取了問(wèn)題求解所采用的一般的數(shù)學(xué)思維方法、現(xiàn)實(shí)世界中復(fù)雜的設(shè)計(jì)與評(píng)估的一般工程思維方法以及復(fù)雜性、智能、心理、人類行為理解等一般科學(xué)思維方法。盡管計(jì)算思維本身可能不是計(jì)算科學(xué)所專屬，但計(jì)算思維確實(shí)是反映了用計(jì)算的手段來(lái)解決問(wèn)題的思維方式。也就是說(shuō)，計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)基本概念去求解問(wèn)題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類的行為。

● 反思：指向自動(dòng)化的抽象

現(xiàn)實(shí)世界中有很多的人造物。能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算的裝置，即計(jì)算機(jī)這樣一個(gè)人造物，與現(xiàn)實(shí)世界中其他的人造物相比較，最大的特點(diǎn)就是自動(dòng)化，即該計(jì)算裝置是具有自動(dòng)化屬性的，能夠自動(dòng)地執(zhí)行預(yù)設(shè)操作。

從計(jì)算學(xué)科出發(fā)，在解決問(wèn)題過(guò)程中，人們是否使用了計(jì)算思維，不能簡(jiǎn)單地以是否運(yùn)用了抽象這一思維方法作為判別依據(jù)，而應(yīng)該從人們思考問(wèn)題是否從計(jì)算這一核心概念出發(fā)來(lái)判斷，即首先判斷該問(wèn)題是否可計(jì)算，在可計(jì)算的前提下給出計(jì)算的確切操作步驟，最后對(duì)計(jì)算的過(guò)程與效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

回到本文初討論的“食物鏈與Scratch編程”的課例。人類無(wú)時(shí)無(wú)刻不在使用抽象的方法，不同學(xué)科都運(yùn)用抽象，抽象也是思維的最基本方式。計(jì)算思維的抽象，一定是指向自動(dòng)化的。理性的思維具有連續(xù)性，也具有目標(biāo)性。在本課例中，如果對(duì)鷹、兔子、草三者關(guān)系的抽象，是以學(xué)習(xí)食物鏈原理為目標(biāo)的，則顯然不是計(jì)算思維的抽象。當(dāng)學(xué)生得出鷹、兔子、草三者關(guān)系時(shí)，思維的延續(xù)是對(duì)食物鏈的思考，已經(jīng)偏離了計(jì)算思維的軌跡。如果學(xué)生在已知Scratch工具實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化機(jī)理的基礎(chǔ)上，梳理出“如果鷹遇到兔子，就抓兔子”“如果兔子遇到草，就吃草”這樣的規(guī)則，并且還可以羅列出在顯示屏上一步步地繪制“鷹抓兔子”或“兔子吃草”的操作步驟，那么，這里的抽象，是屬于計(jì)算思維中的抽象。其抽象方法的運(yùn)用，是為可計(jì)算判別和計(jì)算步驟構(gòu)造服務(wù)的，是以自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)為目標(biāo)的。學(xué)生在對(duì)鷹、兔子、草三者關(guān)系抽象的時(shí)候，始終是以Scratch為平臺(tái)的計(jì)算環(huán)境為判別依據(jù)的。

本課例的分組拓展環(huán)節(jié)是：學(xué)生分組利用Scratch軟件創(chuàng)設(shè)一個(gè)加入其他因素后對(duì)食物鏈產(chǎn)生影響的預(yù)期場(chǎng)景，用以預(yù)測(cè)相關(guān)因素的變化對(duì)食物鏈的影響。針對(duì)這一教學(xué)環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)活動(dòng)，如果學(xué)生運(yùn)用Scratch編制的程序，來(lái)模擬增加一個(gè)動(dòng)物以后食物鏈的結(jié)構(gòu)變化，預(yù)測(cè)食物鏈中相關(guān)因素的變化對(duì)食物鏈結(jié)構(gòu)的影響，那么，這里的學(xué)生學(xué)習(xí)指向并不是計(jì)算思維，而是食物鏈的相關(guān)知識(shí)，計(jì)算機(jī)技術(shù)只是為學(xué)生深入理解食物鏈知識(shí)體系提供方便。如果學(xué)習(xí)目標(biāo)是計(jì)算思維的培養(yǎng)，那么學(xué)生應(yīng)該在已知食物鏈中相關(guān)因素的變化對(duì)食物鏈影響的有關(guān)知識(shí)基礎(chǔ)上，運(yùn)用計(jì)算學(xué)科的知識(shí)和方法，對(duì)食物鏈結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析與抽象，設(shè)法用Scratch實(shí)現(xiàn)，這才是解決計(jì)算學(xué)科中的計(jì)算問(wèn)題，這才涉及計(jì)算思維的培養(yǎng)。在這個(gè)過(guò)程中，同樣要判斷是否可計(jì)算，考慮如何計(jì)算，還要考慮計(jì)算的開(kāi)銷，最終通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)預(yù)設(shè)的功能。

通過(guò)對(duì)“食物鏈與Scratch編程”課例的討論，我們會(huì)得到兩方面的啟示：第一，計(jì)算思維是有學(xué)科背景的，忽視計(jì)算學(xué)科，對(duì)計(jì)算思維的理解會(huì)出現(xiàn)偏差。第二，類似于STEM的多學(xué)科學(xué)習(xí)場(chǎng)景，有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，也為計(jì)算思維的培養(yǎng)提供了真實(shí)場(chǎng)景，但如果教師對(duì)計(jì)算思維的學(xué)科理解不透徹的話，反而會(huì)削弱計(jì)算思維的教學(xué)效果。

思維具有指向性，思維是一個(gè)過(guò)程，抽象不是計(jì)算思維的全部，只有以自動(dòng)化為目標(biāo)，經(jīng)歷了從抽象、形式化表達(dá)、構(gòu)造到自動(dòng)化的過(guò)程，才是計(jì)算思維的實(shí)施過(guò)程。并不是所有的抽象就一定涉及計(jì)算思維，在計(jì)算學(xué)科框架下，抽象的運(yùn)用可能成為計(jì)算思維的一部分。英國(guó)從原來(lái)的信息通信技術(shù)（ICT）課程轉(zhuǎn)向計(jì)算（Computing）課程，在中小學(xué)開(kāi)展計(jì)算思維教育，提出了五個(gè)特征：抽象、分解、評(píng)估、算法思想以及歸納。其作為計(jì)算課程框架中的抽象，一定是指向自動(dòng)化的。

從計(jì)算學(xué)科視角出發(fā)，可以分析類似的問(wèn)題。在項(xiàng)目學(xué)習(xí)中，把復(fù)雜問(wèn)題分解成一個(gè)個(gè)小問(wèn)題，一步一步地完成，這是問(wèn)題解決的一般方法。如果對(duì)復(fù)雜問(wèn)題的分解，是以這樣的策略進(jìn)行的——經(jīng)分解的操作步驟，讓一個(gè)完全不懂的人，按給定的步驟操作，也能夠完成項(xiàng)目，并且最好是重復(fù)執(zhí)行相同的操作，那么，這樣的任務(wù)分解方法，可以說(shuō)，有一定的計(jì)算思維屬性，說(shuō)明分解后的操作步驟是可機(jī)械地執(zhí)行的，即可計(jì)算的。這也可以從另一個(gè)側(cè)面說(shuō)明，計(jì)算機(jī)作為計(jì)算的執(zhí)行裝置，只會(huì)機(jī)械地執(zhí)行操作命令，是一種很“笨”的執(zhí)行裝置。

當(dāng)然，一步一步地執(zhí)行操作步驟，是計(jì)算學(xué)科實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化很重要的因素。但計(jì)算學(xué)科在構(gòu)造自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中，還有很多學(xué)科方法和特征，這些方法和特征同樣也可以反映在計(jì)算思維之中，需要我們不斷地探索與實(shí)踐。堅(jiān)持以計(jì)算學(xué)科視角分析計(jì)算思維，有利于認(rèn)清計(jì)算思維的本質(zhì)。