浅议中小学生计算思维的培养思路
罗灵
摘 要：计算思维是当前广为关注的一个重要概念，美国卡内基梅隆大学Wing教授首次提出了计算思维（Computational Thinking）：“计算思维是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为。”
关键词：中小学生; 计算思维; 培养思路
中图分类号：G623.58 ? ? ? ? ? ? ?文献标识码：A ? 文章编号：1006-3315（2019）03-030-002
计算思维已融入到我们每个人的生活之中：当你早晨上学时，把当天所需要的东西放进背包，这就是“预置和缓存”;当有人丢失自己的物品，你建议他沿着走过的路线去寻找，这就叫“回推”。由此可见，计算思维与人们的工作与生活密切相关，计算思维应当成为人类不可或缺的一种生存能力，同时，计算思维是一项跨学科的基本素养，不仅限于计算机领域，科学、社会等领域也涉及到计算思维的思想方法，“低龄化”和“跨学科”已成为计算思维培养的整体趋势。计算思维是中小学生必备的基础技能。通过培养计算思维并为其发展提供空间，培养学习思考的方式，是帮助他们理解未来技术的先决条件，可以为学生将来的成功做好准备，将其纳入现有的中小学常规课程中是非常有必要的。
学生在学习的过程中怎样才能经历、感受并形成计算思维呢？显然，这是一个漫长的过程。学生需要在每节课上经历发现问题、提出问题、应用学科思维方式解决问题的过程。经过反复的练习之后，在学生的潜意识里就很自然的形成了这种思维方式。这种思维模式一经形成，当学生再遇到相似问题的时候就會很自然的运用这种思维方式去解决问题。这就需要摒弃目前的以每个知识点为主线，按知识点将课程内容划分成模块的教学组织模式，摒弃目前盛行的段落式课堂教学模式。经过不断的归纳、分析和查阅研究，总结出以下几点在中小学课程中培养学生计算思维的策略。
1.选择合适的教学策略
有效培养学生的计算思维能力，教学方法的选择尤为重要。得当的教学方法，可以更轻松地培养学生的计算思维能力，提高教学效率。因此，采取新的教学策略是培养计算思维不可或缺的一部分。
首先，从学科特征与深层价值角度出发，按照课程知识的内在结构重新整合教学内容，使每个完全孤立的知识成为具有一定逻辑关系的相对独立的知识模块。系统性的将知识教授给学生，让学生感受到知识的系统性和逻辑性;再以项目的方式为每个模块设计课堂作业，每个模块完成一个项目任务。这样既可以很好地巩固所学知识，也可以使学生体会到知识的相对独立性和相互依赖关系。
其次，要改变以学科知识为中心的教学观，采用以学生为主，教师为辅的教学思想。更多的让学生自己去发现问题、提出问题、应用所学知识来分析问题、设计解决问题的方案，最后完成方案，得出结果。在这个过程中，老师可根据实际情况，采取不同的教学策略进行教学，譬如活动式教学、探究式教学、分层教学等等。当学生在每一节课堂中都经历这样一个过程，其思维方式与思维能力就会逐渐地建立并强化起来。
2.设计与标准一致性的教学内容
通常，教师是根据课程标准进行施教的。课程标准改变了，则相应的教材及教学内容也应相对的做出改变。教学内容与课程标准的一致性是教学内容组织的一项基本原则，主要反映在“认识程度的一致性和知识要点的一致性”两个层面。
不同年龄段的学生其认知能力存在差异，同样他们对知识组织方式的接受程度存在差异。例如低年级学生比较容易接受图形、实物等组成的形象性学习内容，高年级学生则对抽象性学习内容具有较高的理解能力。因此，计算思维教学内容的组织上应与学生的认识水平相符合，这便是认识程度的一致性。
不同的教学要求，不同的课程目标，其知识的侧重点也不一样。基于计算思维的课程标准对知识要点的要求由原来的具体化转变为抽象化。它不再一味的要求学生掌握某一种固定的操作方式，而是要学生通过学习计算思维，解决一系列问题。而且要求学生学到的是非抽象的、系统的知识，既要能灵活的运用到具体的问题当中，又要能适当的将知识分解，分散运用。因此，计算思维教学内容知识要点的设计上必须与课程标准保持一致。
3.开设趣味编程或者算法专门课程
算法思维包括开发问题的解决方案。具体来说，它创建顺序规则以解决问题。在低年级中孩子们可以学到事情完成的顺序不同，产生的效果也不同。
谷歌公司将“编程思维（computational thinking）”概括成这四大类型：分解问题，模式认知，抽象思维，算法设计。通过这四个步骤，一个棘手的复杂问题先被拆解成一系列好解决的小问题;每一个小问题被单独检视、思考，搜索解决方案;然后，形成解决思路;最后，设计步骤，执行——问题解决。你会发现，编程是能够把抽象思维转化为具体思维最好的载体，能够帮助孩子形成严密的逻辑思维能力。另外，根据教育认知学，孩子会在7岁左右开始形成抽象逻辑思维，整个7-12岁是抽象逻辑思维的最佳形成期。所以孩子从中小学阶段开始学编程，就是在正确的时间做正确的事。
学习编程和算法课程的核心，不在于掌握具体哪一种计算机语言，本质在于思维方式的养成，是一种计算性的思维方式，通过编程获得的计算性思维逻辑，可以有效地创造性地进行具体的学习与实践活动。
对于中小学生来说，代码很枯燥，但类似Scratch之类的简单易学的编程工具，用拖动指令块代替敲代码，学生可以避开程序设计语言语法的学习和调试，集中精力对问题进行求解，这为学生计算机思维的培养提供了便利条件。其中数学方法涉及抽象、递归、证明、形式化表达等，工程方法包括系统方法、分治法、面向过程和面向对象方法等。教师通过这两类方法的传授，把有关计算思维的相关思维特征和方法分解到每一个具体的教学内容之中。
计算思维的本质是抽象和符号化，在类似Scratch之类的趣味编程创作过程中，无论是动画故事的编制，还是游戏的开发，都需要把具体的问题抽象成符号或对象，并使用指令块把相应的问题“计算”出来。这种能将一个问题清晰、抽象地描述出来，并将问题的解决方案表示为一个信息处理流程的思维过程就是计算思维的训练过程。计算思维是通过约简、嵌入、转化和仿真等方法，把一个看似困难的问题重新阐释成一个人们知道怎样解决的问题。
4.组织实践探究性的教学活动
培养学生计算思维的最终目的是期望学生将这种思维方式合理地迁移至日常生活与学习之中，全面提升学生的综合素质。组织实践探究性的教学活动，例如：你可以要求他们做一个三明治。首先，我们应该先做什么？第二，如果我在加蛋黃酱之前把奶酪和生菜放在三明治上呢？关于序列和顺序的思考发展了算法思维的基础，又如，为了让学生思考算法，让他们设计从教室到图书馆的路径，详细说明一系列步骤。另外，让学生思考每天早上他们去上学会有什么步骤？顺序将如何影响结果？要求学生思考不同的行为是如何改变结果的，鼓励他们反思自己的想法，并适时改变计划，以达到预期结果。
这正是考察学生计算思维能力的一个过程，由此可以得出计算思维能力与读、写、算能力一样重要。可以这样讲，所有学科的学习都会有计算思维的存在，它已经成为当今教育体制中不可或缺的东西，却往往被我们所忽略。可见，在计算思维教学实施中，为了引导学生理解学科思维方式，就需要将教学内容落实于探究性的教学活动中，在真实情境中体验与实践，促进计算思维的有效迁移。再如各类创客节、科技节等实践活动，让学生通过实际操作设计，领悟计算思维方式。现代心理学理论认为：思维的发展是一种富情境化的过程，脱离了真实情境的“说教式”教学就很难实现学生思维能力的迁移。为了促进计算思维的学习迁移，教学活动就不应只停留于知识的讲解和技能的操练上，同样还需要创设隐含计算方法的、与学生生活学习相类似的学习情景，引导学生在其中发现计算问题，应用计算方法解决问题，将计算思维迁移于真实的问题情境中，并逐步完善这种思维方式。
综上所述，计算思维就是把一个看起来困难的问题重新阐述成一个我们知道怎样解的问题，同时它跟人们的生活工作密不可分。计算思维应当跟3R（阅读、写作和算术Reading，wRiting， and aRithmetic—3R）能力一样，成为一种基础的、普遍的、适用的基本能力。将计算思维这一基本理念引入中小学课程中的教育与传播格外重要，通过计算思维的教育，让每个中小学生都能够“像计算机科学家一样思考”，就教学而言，计算思维作为一个问题解决的有效工具，应当在所有地方、所有学校的课堂教学中得到应用。因此，培养学生的计算思维，是中小学课程的责任和义务。
