國內(nèi)外關(guān)于計(jì)算思維的對比分析

◆常珞珞

作者：常珞珞，南昌大學(xué)體育與教育學(xué)院，研究方向?yàn)榻逃夹g(shù)（330031）。

1 概述

計(jì)算思維這一概念最早是在1996年由麻省理工學(xué)院（MIT）的 Seymour Papert教授提出的。之后在2006年3月，美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)周以真（Jeannette M. Wing）教授重新定義了計(jì)算思維。周教授認(rèn)為，計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)。近幾年，部分學(xué)者將視線轉(zhuǎn)向基礎(chǔ)教育，認(rèn)為中小學(xué)生需要學(xué)習(xí)計(jì)算思維。本文在閱讀并梳理了一些國內(nèi)外文獻(xiàn)后，針對以下幾個(gè)方面進(jìn)行了對比分析。

2 國內(nèi)外關(guān)于基礎(chǔ)教育中的計(jì)算思維培養(yǎng)的應(yīng)用分析

選擇使用機(jī)器人去培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維Marina Umaschi Bers、Louise Flannery等學(xué)者認(rèn)為通過參與基于建構(gòu)主義的機(jī)器人活動(dòng)，4歲的孩子可以學(xué)會(huì)一系列概念[1]。他們認(rèn)為，真實(shí)的機(jī)器人與計(jì)算機(jī)編程是相互匹配的，擁有建構(gòu)主義課程設(shè)計(jì)的機(jī)器人工具可以讓幼兒園的孩子們學(xué)習(xí)計(jì)算思維。通過記錄幼兒園班級(jí)使用機(jī)器人的情況，發(fā)現(xiàn)幼兒園的教師和孩子們都對機(jī)器人編程感興趣，也能夠?qū)W會(huì)機(jī)器人技術(shù)、編程以及計(jì)算思維。

國內(nèi)學(xué)者龍麗娥在《智造機(jī)器人小學(xué)S4A個(gè)性化課程實(shí)驗(yàn)》一文中，提到機(jī)器人教育是計(jì)算思維培養(yǎng)的關(guān)鍵性載體之一[2]。她認(rèn)為可以把計(jì)算思維應(yīng)用于信息技術(shù)課程，這樣可以提升學(xué)科的價(jià)值以及穩(wěn)定性。她把計(jì)算思維滲透于學(xué)者曾祥潘設(shè)計(jì)的S4A課程并實(shí)施了這個(gè)課程。在課程實(shí)施環(huán)節(jié)中，學(xué)生的興趣比較濃厚，學(xué)習(xí)積極性活躍，注意力集中，并接受和理解基于S4A的編程互動(dòng)實(shí)現(xiàn)自己的想法和意圖。

使用玩游戲或者游戲化教學(xué)去學(xué)習(xí)計(jì)算思維知名學(xué)者Tak Yeon Lee等通過研究指出，十歲的孩子也可以從參與計(jì)算思維相關(guān)活動(dòng)中收益[3]。他們認(rèn)為孩子們可以先通過書面形式去表達(dá)他們的困惑，然后通過使用游戲板，最后使用計(jì)算機(jī)找到他們解決問題的辦法。他們根據(jù)孩子們玩游戲的興趣與技能建立了一個(gè)游戲系統(tǒng)，用特別的方法幫助孩子們更好地表達(dá)算法思維的形式。

美國學(xué)者Cagin Kazimoglu等在Learning Programming at the Computational Thinking Level via Digital Game-Play一文中概述了一個(gè)創(chuàng)新的游戲模型，它是通過玩數(shù)字游戲去學(xué)習(xí)計(jì)算思維[4]。他們設(shè)計(jì)了一個(gè)游戲框架，并分析了這個(gè)游戲是如何支持不同的計(jì)算思維的概念的，以及這些概念是如何被繪制成建構(gòu)的程序，去促進(jìn)學(xué)習(xí)引導(dǎo)性的計(jì)算思維。

國內(nèi)學(xué)者高嬌在《基于游戲化教學(xué)的計(jì)算思維培養(yǎng)研究》一文中也同樣提到了把游戲與教學(xué)相結(jié)合，設(shè)計(jì)新穎的教學(xué)方式去培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維[5]。在思維的相關(guān)理論與游戲化教學(xué)的相關(guān)理論的支撐下，設(shè)計(jì)了游戲化的教學(xué)，把計(jì)算思維的相關(guān)方法與游戲化的上課內(nèi)容相結(jié)合，如啟發(fā)式推理、關(guān)注點(diǎn)分離和分解解決任務(wù)等。

使用編程軟件去培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維Maya Israel等學(xué)者認(rèn)為學(xué)生可以通過使用計(jì)算機(jī)，把自己的思想做成模型，類似于周教授的觀點(diǎn)，并把計(jì)算機(jī)編程作為計(jì)算思維的一部分[6]。他們用了跨案例分析去理解計(jì)算思維是如何被整合在五年級(jí)教學(xué)中的。教師先給學(xué)生做示范，之后學(xué)生開始使用Etoys和Scratch軟件程序平臺(tái)完成任務(wù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)學(xué)生享受并受益于計(jì)算機(jī)編程。

國外學(xué)者Sze Yee Lye等發(fā)現(xiàn)編程不僅僅是編碼，它代表著學(xué)生的計(jì)算思維，包括利用抽象的計(jì)算機(jī)科學(xué)概念去解決問題[7]。他們分析了27個(gè)有效的參與性研究并呈現(xiàn)了通過編程發(fā)展計(jì)算思維的實(shí)驗(yàn)法研究的最新趨勢。他們也贊同使用Scratch編程軟件，因?yàn)閷W(xué)生可以很容易地理解這個(gè)編程語言。

國內(nèi)學(xué)者趙蘭蘭在《運(yùn)用Scratch軟件培養(yǎng)中學(xué)生計(jì)算思維的研究》一文中，認(rèn)為可以利用Scratch軟件培養(yǎng)中學(xué)生計(jì)算思維的能力[8]。她從學(xué)生的作品中分析學(xué)生計(jì)算思維的能力，并在這個(gè)基礎(chǔ)上提出一套測量在Scratch運(yùn)用中計(jì)算思維的測量預(yù)評估量規(guī)。

3 國內(nèi)外關(guān)于基礎(chǔ)教育中進(jìn)行計(jì)算思維培養(yǎng)的比較分析

國內(nèi)外都選擇了機(jī)器人去培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)思維，由此可見，機(jī)器人教學(xué)是培養(yǎng)計(jì)算思維的一個(gè)好的方法。在學(xué)習(xí)真實(shí)的機(jī)器人課程中，學(xué)生的情感體驗(yàn)也比較相似，都感覺興趣十分濃厚，能夠?qū)W會(huì)機(jī)器人技術(shù)，并在此過程中潛移默化地培養(yǎng)了自己的計(jì)算思維。不過，國內(nèi)外在選擇學(xué)生的角度方面有些許不同。國外選擇的是4歲的幼兒園小朋友，而國內(nèi)選擇的是五年級(jí)的學(xué)生。由于年齡的差異，在接受和理解機(jī)器人課程方面也可能是不同的。幼兒園的孩子們更加傾向于學(xué)習(xí)機(jī)器人課程的趣味性，而五年級(jí)的學(xué)生可以理解機(jī)器人編程的相關(guān)課程去實(shí)現(xiàn)自己的想法和意圖。

在美國的兩篇文章中，均是通過玩游戲來學(xué)習(xí)計(jì)算思維。Tak Yeon Lee等創(chuàng)建了一個(gè)CTArcade的游戲系統(tǒng)，學(xué)生可以通過使用清晰的系統(tǒng)界面去完成任務(wù)。另一個(gè)美國學(xué)者Cagin Kazimoglu設(shè)計(jì)了一個(gè)數(shù)字游戲模型，在學(xué)生利用數(shù)字游戲模型學(xué)習(xí)計(jì)算思維的過程中，還了解到如何學(xué)會(huì)解決問題。

國內(nèi)的學(xué)者并沒有設(shè)計(jì)游戲模型，而是利用了游戲化教學(xué)的相關(guān)理論，選擇的課程是中小學(xué)信息技術(shù)，用游戲化的教學(xué)設(shè)計(jì)去指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算思維的相關(guān)內(nèi)容。

通過比較，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)外在利用玩游戲?qū)W習(xí)計(jì)算思維方面是有差別的。國外側(cè)重于直接建立一個(gè)可供學(xué)生使用的游戲系統(tǒng)或者模型，學(xué)生在使用該系統(tǒng)或者模型的過程中，潛移默化地學(xué)習(xí)了計(jì)算思維。在此過程中，教師的作用是引導(dǎo)學(xué)生。國內(nèi)只是使用了游戲化的教學(xué)理念，從游戲化的角度去完成教學(xué)設(shè)計(jì)。國內(nèi)外利用玩游戲去學(xué)習(xí)計(jì)算思維的方法是很可行的，學(xué)生很有興趣通過玩游戲?qū)W習(xí)。

在國外學(xué)者做的研究中，Maya Israel使用了Etoys和Scratch軟件程序平臺(tái)，學(xué)生利用這兩個(gè)平臺(tái)完成教學(xué)任務(wù)。Sze Yee Lye使用了Scratch編程軟件。國內(nèi)的學(xué)者也使用了Scratch軟件。Scratch軟件是一款非常適合兒童編程的軟件，不懂編程的學(xué)生可以很簡單地操控這個(gè)軟件。國內(nèi)外學(xué)者在軟件的選擇上面基本沒有區(qū)別。在實(shí)際的教學(xué)環(huán)節(jié)中，國內(nèi)外學(xué)者都是對學(xué)生的作品進(jìn)行拍照，然后分析。除了對作品的分析外，美國學(xué)者還訪談了教師和課堂觀察人員，使研究更加可靠。而國內(nèi)學(xué)者是在課程實(shí)施的基礎(chǔ)上，提出一套計(jì)算思維的測量方法。對于使用軟件培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，國內(nèi)外都認(rèn)為Scratch軟件是很好的工具，學(xué)生均從中受益。

4 總結(jié)

通過分析國內(nèi)外關(guān)于基礎(chǔ)教育中計(jì)算思維的學(xué)習(xí)與培養(yǎng)的文章，發(fā)現(xiàn)國外相對更加重視計(jì)算思維，在培養(yǎng)計(jì)算思維的方法上面也更加靈活，并且在幼兒園階段就有涉及到計(jì)算思維。在國內(nèi)，計(jì)算思維還沒有引起中小學(xué)階段的教學(xué)的重視。不過，有部分學(xué)者意識(shí)到培養(yǎng)中小學(xué)生的計(jì)算思維十分重要，他們也在實(shí)踐中做了很多有意義的探索?？傮w來說，關(guān)于在基礎(chǔ)教育中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維的文章還是不多的，希望將來有更多的學(xué)者可以關(guān)注基礎(chǔ)教育中的計(jì)算思維。

[1]Bers M U, Flannery L, Kazakoff E R, et, al. Computational thinking and tinkering: Exploration of an early childhood robotics curriculum[J].Computers & Education,2014,72.

[2]龍麗嫦.“智造機(jī)器人”小學(xué)S4A個(gè)性化課程實(shí)驗(yàn)[J].中小學(xué)信息技術(shù)教育,2014(5):22-24.

[3]Lee T Y, Mauriello M L, Ahn J, et, al. CTArcade: Computational thinking with games in school age children[J].International Journal of Child-Computer Interaction,2014,2(1):26-33.

[4]Kazimoglu C, Kiernan M, Bacon L, et, al. Learning Programming at the Computational Thinking Level via Digital Game-Play[J].Procedia Computer Science,2012,9:522-531.

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[7]Sze Yee Lye, Joyce Hwee Ling Koh. Review on teaching and learning of computational thinking through programming:What is next for K-12?[J].Computers in Human Behavior,2014,41:51-61.

[8]趙蘭蘭.運(yùn)用Scratch軟件培養(yǎng)中學(xué)生計(jì)算思維的研究[D].上海:上海師范大學(xué),2013.