职业教育中计算思维培养的研究

    康葵

    摘 要 计算思维是一种建立在计算机科学基础之上的思维方式，是信息社会中能使我们每个人更好地学习、工作、生活的普适思维方式。职业教育中计算思维的培养旨在培养学习者良好的职业素养，提升技术开发和技术创新能力，从而为实现“有业”和“乐业”打下坚实的基础。职业教育开放性、专业性的特点为计算思维教育的实践提供了有利的外部环境。通过依托可视化编程平台，创新应用适合职教特点的教学模式，引入多元化的评价方法，可以为职业教育中计算思维的培养做出有益的探索。

    关键词 职业教育 计算思维 职业素养

    中图分类号：G710 文献标识码：A

    从19世纪40年代计算机发明至今，不过短短七十多年，却给整个人类社会带来了巨大的变革，这种变革体现在社会生产方式的变化中，也体现在人们的生活、工作中。信息技术的高速发展，使得计算机科学技术与其他领域，其他学科不断相融合，计算机运用能力已经成为各行各业所必需的基本职业素养，这种运用体现在计算机工具的使用上，更加体现在思维方式和思维习惯上。正是随着计算机这一工具使用领域的不断扩大，基于计算科学基本概念和方法的思维模式—计算思维应用而生，并成为实验思维和逻辑思维之后的第三大科学思维方式。计算思维的提出引起了教育界的广泛关注，成为信息技术教育中的热点，国内外专家首先在高等教育中对计算思维的培养进行了理论研究和教学实践，获得了有益的启示。近年来，计算思维的培养逐步走向低龄化，我国在2017版普通高中信息技术课程标准中，已将计算思维列为信息技术课程的核心学科素养。但是在职业教育领域，特别是中等职业教育领域计算思维的培养还缺乏相关的理论研究和教学实践，职业教育是我国教育体系的重要组成部分，应该紧跟信息时代的步伐，在培养计算思维上做出有益的尝试。

    1什么是计算思维

    思维就是以已知的事物作为依据和基础，从而推断出未知事物的一种思想活动。对计算思维的简单理解就是利用计算机科学的相关概念、方法进行思维的活动。2006 年美国卡内基·梅隆大学（CMU）的周以真（J.M.Wing）教授指出：计算思维（Computational Thinking）是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、理解人类行为等一系列思维活动。同时她归纳了计算思维具有以下特征：计算思维具有递归和并行的处理方式；计算思维采取合适方式去陈述一个问题和建立模型，通过任务的分解来迎接复杂的系统；计算思维是按照预防、保护及通过冗余、容错、纠错的方式从最坏情形恢复的一种思维；计算思维利用启发式推理来寻求解答，就是在不确定情况下的规划、学习和调度。2011年，国际教育技术协会 （ISTE） 与计算机科学教师协会 （CSTA） 联合提出了计算思维的操作性定义，将计算思维界定为问题解决的过程。计算思维的概念提出之后获得了国内外学术界的热议，各学者、协会对计算思维从不同的角度进行了阐释与理解，其中学者们对其要素的意见较为统一，即，计算思维是解决问题的过程，其核心和本质包括抽象、分解、算法、调试等。我们看到，计算思维的本质是一种人的思想活动过程，是信息时代解决问题的一条全新途径，是计算科学在思维领域的重要应用，它不是计算机学科所独有的，也并非计算机相关从业者的专利，它存在于我们生活、学习和工作的方方面面。

    2职业教育为什么要培养计算思维

    职业教育是进行适应社会、生产发展的实用性很强的技术、技能教育。黄炎培把职业教育的终极目标确定为：“使无业者有业，使有业者乐业。”从“无业”到“有业”是实现个人谋生手段的过程。世界经济论坛曾发布报道称，未来65%的职业将会消失，而其中大多数属于初、中级技术岗位。现代信息社会，人工智能、大数据、AI迅速进入“职业领域”，企业需要的是能创造性解决问题的人，需要的是具有合作意识的人，需要的是有多岗位的适应能力的人。从“有业”到“乐业”是实现自我价值的过程。职业教育的出发点和归宿点，就是要服务人的全面发展，服务社会经济的发展，从而实现个人的自我价值。信息化社会需要的是能够加工、处理信息的人；需要的是具有创新意识和创造能力的人；需要的是能够不断学习，持续发展的人。在信息飞速发展的时代，知识与技能日新月异，现代职业教育唯有“教思维”才能使学生“有业”，进而“乐业”。

    2.1计算思维是计算科学的实践核心，是信息时代公民的基本素养

    计算科学概念的核心是算法，而算法就是在有限的步骤内按照一定的顺序解决问题的过程，而计算科学实践的核心是计算思维，即，如何通过计算科学的基本概念和方法去思考和解决问题。2016年美国发布《K-12计算机科学框架》，框架强调：“计算思维是我们每个人的基本技能，计算思维应融入每个孩子的分析能力中。”我国《普通高中信息技术课程标准（2017版）》将计算思维与信息意识、数字化学习与创新、信息社会责任作为学科核心素养。在计算机无处不在，无处不用的时代，“计算思维”将成为公民的基本素养和衡量个人素质的重要指标。

    2.2計算思维是培养职业素养的基石，是学生可持续发展的重要保证

    计算思维是一种根本技能，是每一个人为了在现代社会中发挥职能所必须掌握的。现代职业教育在培养学生具备一定的职业综合能力的同时要使学生具有适应信息高速发展的职业素养。在信息社会，知识的更新周期越来越快，产品、技术换代不断加速，相对应的，职业更替更加频繁，劳动岗位全面流动，仅仅依靠学校教育获得的知识和技能不足以满足个人的职业生涯的持续发展。在一个技术驱动的信息时代，学习计算思维，是实现终生学习和自我更新的一个重要途径。计算思维的培养不是单纯知识点的讲授，也不是具体技能的培养，而是建立在理论知识与职业技能基础上的一种适应信息时代的思维习惯，是各行各业必须具备的职业思维，唯有良好的思维习惯才能在瞬息万变的信息社会实现自身的可持续发展。

    2.3计算思维是创新教育的载体，是学习者实现自我价值的有力武器

    创新教育就是培养学习者的创新意识和创造能力，是新世纪劳动者素养的核心。职业教育培养的应用型人才，不仅要求具有较强的实践技能，还应该具有较强的创新、创造能力。创新既是个人自我实现的需要，也是个体发展的最高境界。中等职业学校在创新教育的教学实践中，常常存在理论多，实践少；形式多，内容少的缺点。创新教育不是开设一门课程，也不是学习一种技能，而是思维方式和技能方法的综合。在信息技术高速发展和计算机应用场景极度丰富的今天，运用计算机解决问题是实现创新的重要手段，计算思维可以成为创新教育的载体，使创新教育找到落脚点，而基于计算机基础应用课程的计算思维培养既是一种思维训练，也是一种技能培训。思维与技能的结合将有助于创新教育目标的实现，也为学习者在以后的从业过程中实现自我的价值打下基础。

    3职业教育应该如何培养计算思维

    3.1以可视化编程工具为依托，开展编程教育

    开展信息技术课程是培养计算思维的重要方式，而学习程序设计是培养计算思维的重要载体。我们可以看到程序设计的一般过程是分析问题，抽象数据模型，确定算法，编写代码，运行调试，这一系列的过程与计算思维的本质：抽象与自动化有着紧密的联系。对于非计算机专业的学生，程序设计的学习有助于他们建立计算思维的概念与结构，为计算思维的培养打下坚实的基础。职业院校学生普遍存在着认知能力不高、自信心不足、学习兴趣不浓、自控力不强等问题，因此涉及到编程相关语法、语义等概念，对于职业院校的学生，特别是中职学生来说存在着较大的困难。而可视化编程工具的蓬勃发展为解决这些难题提供了可能，如SCRATCH的搭积木方式、LOGO的绘图方式等，这些工具改变了编程在人们头脑中固有的一堆枯燥代码的印象，降低了学习编程的难度。选择适宜的编程工具，通过教师根据学生学习、生活的实际开展游戏开发、动画设计等编程教学，不仅有助于培养分解、抽象、算法、调试等计算思维能力，还有助于建立学生正确的审美情趣与信息伦理。

    3.2以学生特点为依据，创新教学模式

    职业教育的学生虽然基础知识较差，学习兴趣不高，但无可否认，他们具有着更加强烈的好奇心，由好奇到好学是教师教学艺术的体现。“基于问题解决”的教学模式不失为一种好的选择，它体现了建构主义学习理论的思想，它将学习目标定位于知识的灵活运用和高层次思维能力的培养，让学生通过问题解决来获取新知识，提高运用知识解决问题的能力和高层次思维能力。但是可以看到，传统的“基于问题解决”的教学模式将选择和设计问题作为教学中最为关键的步骤，而对问题创设的种种要求，使得教师在实践中难以把握，增加了运用的难度。针对职业教育学生的特点，在教学模式上进行创新，将问题的提出由教师转向学生，让学生成为教学中的主导者，教学的内容由学生确定，而不是教师。以SCRATCH编程教学为例，教师只需要简单介绍几个基本积木块的使用，即可完成课堂讲授的过程，其余则是通过学生“问题”的解决完成教学过程，实现每个学生的个体目标。皮亚杰认为，知识是个体在与周围环境相互作用的过程中，逐步建构起来的对于外部世界的认识，从而使自身认知结构得到发展。学习是学生自己建构知识的过程。而学习者通过与SCRATCH中小猫的“玩”，激发兴趣，建立自己的学习目标，实现知识的建构。为了让学生知道如何去“玩”，教师可以结合学生数学、物理等相关科目的学习进度准备“玩”的主题，既可以激发学生的兴趣，又不至于让学生感觉陌生。通过“玩”，在提高学生抽象、算法、重复、调试等计算思维能力的同时，给其他课程的学习提供了切实的经验。

    3.3以多元化评价为基础，改革评价机制

    由于计算思维培养的教学内容多样，形式灵活，因此目前还很难通过统一的、有效的工具进行教学效果的评估。但是基于编程的计算思维教育的评价在国内外已经有了较为丰富的研究和实践。 如，美国麻省理工学院媒体实验室（MIT）的三维框架，从计算概念、计算实践、计算观念三个维度进行计算思维的培养与评价。Scratch 编程环境下的Dr. Scratch，通过分析Scratch作品的源代码来评估计算思维能力。此外，编程效能感量表、综合访谈、情景创设等方法的研究也具有一定的实践指导意义。在职业教育中基于编程的计算思维培养不是考查学生的编程水平，单一的通过作品进行评价存在一定的片面性，计算思维的评价应该贯穿于计算思维的教学过程中，在基于“问题解决”的教学模式中，“问题”为计算思维的评价提供了有效的途径，通过分析学生的“问题”能够评估学生的思维水平和分析问题、解决问题的能力。以MIT计算思维的三维框架为基础，从学生问题出发，通过分析学生作品，综合访谈等多种评价手段的综合应用评估学生计算思维能力，评价教师教学效果。总之，计算思维教学的评价既不是通过一张试卷，也不是通过一个作品来评定，而是贯穿于教学整个过程的综合评价过程，这一方面增加了评价的难度，另一方面也对教师提出了更高的要求。

    4结束语

    计算思维教育是一种思维教育，教学习者（下转第19页）（上接第12页）信息时代的思维方式；计算思维教育是一种创新教育，给学习者足够的思维空间，鼓励和引导学习者发现问题，解决问题；计算思维教育是一种职业素养教育，提高学习者的岗位适应能力。信息时代，计算思维已经成为职业素养的重要组成部分。当然仅仅通过编程就形成计算思维是不切实际的，思维习惯是在长期的生产生活中积累形成的，而计算思维教育也应该渗透到各基础课程和专业课程中，渗透入学习者的生活中。但是，编程特别是可视化编程，为职业教育学生提供了形成计算思维的基础，为职业教育教师的提供了培养计算思维的载体，为计算思维在各学科的渗透积累经验。

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