淺談如何在義務教育階段培養學生計算思維能力

韓嵩

【摘要】：本文通過介紹計算思維的重要性以及世界各國對其的重視程度，對我國義務教育的弊端進行分析，并通過對其他國家提升學生計算思維的方式進行比較，建議我國也加快對義務教育階段的學生進行編程教育，以達到提高學生計算思維能力的目的。

【關鍵詞】：計算思維 義務教育 編程教育

美國卡耐基大學周以真博士發表了《運算思維》（Computational thinking）一文后，如何培養學童計算思維的能力已漸成為一股潮流（Wing， 2006）。早在 2011 年，計算思維就已被納入美國《CSTAK-12 標準（2011 修訂版）》。 隨后，英國 2013 年“新課程計劃”、澳大利亞2015年“新課程方案”也都將計算思維作為其新信息技術課程的重要內容。在我國2017新版《普通高中信息技術課程標準》中，已明確將計算思維列為信息技術學科核心素養的關鍵要素之一。由此可見培養學生的計算思維能力尤其重要。

但就筆者觀察到的義務教育現狀，教師和家長都很少注重學生能力的培養，更不要提計算思維能力的培養了。學生從小學開始，家長和老師就開始以成績論英雄，成績好的孩子就是老師和家長口中表揚的好孩子，而學習不好的孩子即使其他方面表現得再優秀也會聽到老師的一聲惋惜。那么好的成績從哪里來？在筆者的親身經歷中，家長們為了讓孩子成績提高，會把孩子的課余時間用各種補習班填充滿；老師為了提高學生的卷面分數，會把所有與考試無關的課程如：體育、班會、綜合探究、音樂、美術、科技課等統統替換掉，取而代之的是數學、語文、英語這類與升學考試有關的課。而在課后，各科老師會布置大量的家庭作業，這些作業一般都是練習冊、教輔書上的習題：理科類同樣題目反復練來提高答題正確率，但是學生們真的只會答題，卻不能很好地將這些知識應用到現實生活中，出現了“高才低能”的現象；文科類中語文的閱讀理解題也是背會答題公式，來爭取得到高分，學生幾乎不能有自己的獨到見解，因為答案是標準統一的，只有符合答案才能得到高分，作文也有高分模板，學生們為了考高分而學習，使他們不能真實地表達他們的思想，而歷史政治等學科更是“背”字當先，學生們背會了考試重點，卻鮮少思考重點為什么是重點，因為課業壓力大，老師為了節省時間會直接畫出重點，學生只要等著答案就好，學習主動性、好奇心、求知欲反而越來越弱。在這樣的環境中，學生的思辨性、自主學習能力等大大下滑。可見我們的應試教育，把孩子們教成了考試工具，離真實的世界越來越遠，只會考試不會用所學知識去解決真實的問題，甚至做題思維的固化，也很難讓學生借助思維的力量去解決實際問題，此時計算思維的培養顯得尤為重要。

各國都對學生計算思維的培養高度重視。2009年，美國“國家研究委員會”組織了兩場關于計算思維的研討會，重點提及計算思維在教育領域應用的可能性及前景 。2012年，英國教育部公布了以計算思維為核心內容的計算（Computing）課程，用以取代原有的中小學信息通信技術課程。而如何在義務教育階段培養學生的計算思維能力，現在國際上普遍認同的做法是用編程教育進行培養。電腦編程在 21 世紀已經是一項必備技能，就像以前的閱讀和算術一樣。從社會趨勢來看，教會孩子編程可能會改變他的未來，不僅益于他的職業生涯，還有他思考問題的方式。美國在 2013 年開展了編程一小時活動，同年，美國非營利機構Code.org創始人哈迪帕爾托維就說過，編程非常重要，每個學校都應該向孩子教授編程，并向公眾提供免費編程課程。韓國在2014 年將72 所學校作為試點將編程教育作為必修課程，到2017年，試點學校擴大到130所。2017年7月，國務院印發《新一代人工智能發展規劃》，提出“實施全民智能教育項目，在中小學階段設置人工智能相關課程，逐步推廣編程教育，鼓勵社會力量參與寓教于樂的編程教學軟件、游戲的開發和推廣”。在中小學信息技術課標中，編程教育已成為我國中小學信息技術教育的必修課程。

在小學階段，則較多的采用游戲化教學的方式，使用可視化編程工具如Scratch、App Inventor等，提升學生的學習興趣，培養學生一些簡單的計算思維能力，其中Scratch于2012年在我國開始普及，并成為中小學信息技術課的主要學習內容。Scratch是由美國麻省理工學院（MIT）開發的一款面向兒童和青少年的編程軟件，學生不需要具備編程基礎，只需要像搭積木一樣地將這些語句組織在一起即可完成編程任務；而在中學階段主流的編程語言則是Python，Python語言簡潔易懂，是一種面向對象的動態類型語言，最初被設計用于編寫自動化腳本（shell），隨著版本的不斷更新和語言新功能的添加，越來越多被用于獨立的、大型項目的開發，同時Python在設計上堅持了清晰劃一的風格，這使得Python成為一門易讀、易維護，并且被大量用戶所歡迎的、用途廣泛的語言，使其在義務教育階段被應用于課堂中變得更受歡迎。在義務教育中推行編程作為促進“計算思維”的一種方式，現已變成了一種趨勢，并受到各中小學教師的歡迎，且相關課程的開發、師資的培養也正逐漸被重視。

綜上在義務教育階段引入Scratch、Python等編程語言的學習，對學生進行編程教育可以更好地促進學生計算思維的提升。

Wing， J. M. （2006）. Computational thinking. Communications of the ACM， 49（3）， 33. doi： 10.1145/1118178.1118215