計(jì)算思維不是什么：論計(jì)算思維的邊界及其何以成為信息技術(shù)學(xué)科的立足之本

馮友梅 王昕怡 劉曉蕊 張雪

[摘 ? 要] 作為信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)，計(jì)算思維與問題解決過程近乎等同。外延如此之廣，勢必會給課程建設(shè)及教學(xué)實(shí)踐造成困擾。為了使計(jì)算思維穩(wěn)妥落地，文章以“知識與思維內(nèi)在統(tǒng)一”為理論前提，規(guī)避了動(dòng)態(tài)思維過程固有的復(fù)雜性和易逝性，在此基礎(chǔ)上，通過縝密的邏輯演繹，最終從靜態(tài)知識視角，明確了兩種角色下計(jì)算思維各自之邊界：作為一種思維方式，計(jì)算思維指向程序性知識（非陳述性知識）；作為信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)，計(jì)算思維指向策略性知識體系（非技能性知識）。在信息技術(shù)學(xué)科語境下，厘清計(jì)算思維之邊界，將其明確指向策略性知識體系，一方面，可確立信息技術(shù)學(xué)科核心的、不可替代的價(jià)值；另一方面，進(jìn)一步厘清了信息技術(shù)學(xué)科的目標(biāo)指向，有利于形成系統(tǒng)、穩(wěn)定的學(xué)科知識體系，促進(jìn)學(xué)科的良性發(fā)展。

[關(guān)鍵詞] 計(jì)算思維； 邊界； 策略性知識體系； 信息技術(shù)學(xué)科

[中圖分類號] G434 ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A

[作者簡介] 馮友梅（1983—），女，河北香河人。講師，博士，主要從事信息技術(shù)課程與教學(xué)、基于清晰圖形語義的思維可視化研究。E-mail：youmeifeng2008@163.com。

一、引 ? 言

自2006年周以真教授正式提出計(jì)算思維概念以來，教育領(lǐng)域圍繞“計(jì)算思維是什么”這一問題進(jìn)行了積極思考和討論。目前，計(jì)算思維早已走出計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域，走向自然科學(xué)、社會科學(xué)乃至更廣泛的生活領(lǐng)域，演變?yōu)椤霸谛纬蓡栴}解決方案的過程中產(chǎn)生的一系列思維活動(dòng)”[1]。然而，當(dāng)計(jì)算思維的外延擴(kuò)大至如上似乎“無所不包”的程度，勢必會給課程建設(shè)及教學(xué)實(shí)踐造成困擾。

本文在關(guān)于“計(jì)算思維是什么”的諸“說”基礎(chǔ)上，另辟蹊徑，從知識（知識結(jié)構(gòu)）視角，嘗試回答“計(jì)算思維不是什么”，以厘清“作為一種思維方式的計(jì)算思維”與“作為信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的計(jì)算思維”各自之邊界，從而為我國信息技術(shù)課程的良性發(fā)展及計(jì)算思維的穩(wěn)妥落地提供必要的理論基礎(chǔ)和保障。

二、計(jì)算思維邊界不清及原因

（一）計(jì)算思維邊界不清及實(shí)踐困擾

關(guān)于“計(jì)算思維是什么”，目前已形成大量研究成果，包括問題解決說、構(gòu)造說、抽象與自動(dòng)化說、信息表達(dá)說、系統(tǒng)說、工具說等[2-3]。以上諸“說”皆是從不同角度對計(jì)算思維的詮釋，彼此間更傾向于互補(bǔ)而非矛盾。其中，問題解決說認(rèn)同度最高。周以真教授在不同時(shí)間點(diǎn)對計(jì)算思維的詮釋都沒有脫離這一主線，我國最新版（2017版）普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)亦采用了此種解讀方式，即認(rèn)為計(jì)算思維是“在形成問題解決方案的過程中產(chǎn)生的一系列思維活動(dòng)”[1]。眾多面向?qū)嵺`的計(jì)算思維描述框架（操作性定義）亦是在問題解決說的基礎(chǔ)上分解細(xì)化而得：從過程視角，將計(jì)算思維拆分為若干環(huán)節(jié)或要素。如“抽象、分解、算法思維、概括和模式化、評價(jià)、邏輯思維”[4]、“界定問題、抽象特征、建立模型、形成問題解決方案、總結(jié)遷移”[1]等。

如果僅作為理論層面的解讀，那么將“計(jì)算思維”詮釋為“問題解決過程中的思維活動(dòng)”無可厚非。但是，如果將該解讀及以其為基礎(chǔ)的描述框架作為計(jì)算思維教學(xué)實(shí)踐的指導(dǎo)和依據(jù)，則會造成實(shí)踐領(lǐng)域的諸多困擾。首先，任何學(xué)科均涉及問題解決過程，任何問題解決過程均包含前文列舉描述框架中的全部或若干環(huán)節(jié)（要素）。以物理學(xué)科為例，若要經(jīng)歷從“界定問題”到“總結(jié)遷移”各環(huán)節(jié)以成功解決物理問題，則需要以物理學(xué)科的知識體系作為基礎(chǔ)和支撐，其他學(xué)科亦然。如此問題便來了：是否所有學(xué)科知識均是計(jì)算思維培養(yǎng)的必備教學(xué)內(nèi)容；如果不是，那么為了發(fā)展計(jì)算思維，應(yīng)該系統(tǒng)學(xué)習(xí)哪些知識？進(jìn)一步，既然所有學(xué)科都內(nèi)含問題解決過程，那么為何將計(jì)算思維確定為信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)？以上問題若不澄清，那么一方面，無法系統(tǒng)建構(gòu)面向計(jì)算思維的教學(xué)及評價(jià)體系，實(shí)踐領(lǐng)域只能樸素地認(rèn)為，只要讓學(xué)生經(jīng)歷問題解決過程，便是培養(yǎng)計(jì)算思維（實(shí)踐領(lǐng)域已經(jīng)有所顯現(xiàn)），培養(yǎng)效果可想而知；另一方面，不利于信息技術(shù)學(xué)科確立學(xué)科核心價(jià)值及未來良性發(fā)展。

（二）計(jì)算思維邊界不清之原因

事實(shí)上，研究者們在闡釋“計(jì)算思維是什么”這一問題的同時(shí)，雖然未明確澄清“計(jì)算思維不是什么”，但也在嘗試說明其特定指向性以及與其他思維方式的差異。例如，“構(gòu)造說”認(rèn)為，自然科學(xué)領(lǐng)域有三大科學(xué)方法，分別為理論方法、實(shí)驗(yàn)方法和計(jì)算方法[5]，與之相對，便存在三種科學(xué)思維方式：理論思維、實(shí)證思維和計(jì)算思維[6]。與以推理和演繹為特征的理論思維和以觀察和歸納為特征的實(shí)證思維不同，計(jì)算思維（構(gòu)造思維）以設(shè)計(jì)和制作為特征[7]。再如，“問題解決說”的支持者Ｂｉｌｌ Ｗｕｆｆ認(rèn)為，“其他科學(xué)領(lǐng)域（思維方式）所關(guān)注的是物理對象，而計(jì)算思維應(yīng)該聚焦的是解決問題的過程和能夠抽象為過程的現(xiàn)象”[8]。顯然，以上兩“說”分別從不同角度闡釋了計(jì)算思維的特定指向性。但即便如此，實(shí)踐領(lǐng)域依然觀計(jì)算思維如“霧里看花”，甚至研究領(lǐng)域也無法真正厘清其邊界。實(shí)踐領(lǐng)域不必多言，僅舉研究領(lǐng)域一例。依前文所述可知，計(jì)算思維與理論思維是兩種不同的思維方式，其中，“計(jì)算思維是計(jì)算機(jī)科學(xué)的主要思維方式，理論思維則是數(shù)學(xué)的主要思維方式”[9]。由此可見，計(jì)算思維與數(shù)學(xué)思維是兩種不同的思維方式；然而，又有觀點(diǎn)如下：“計(jì)算思維是數(shù)學(xué)思維和工程思維的互補(bǔ)和融合”[10]，也就是說，計(jì)算思維與數(shù)學(xué)思維你中有我，我中有你，矛盾顯而易見。當(dāng)然，筆者更認(rèn)同第一種觀點(diǎn)，即計(jì)算思維與理論思維（數(shù)學(xué)思維）是兩種不同的思維方式，這也是目前學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)同的觀點(diǎn)[11-12]。但問題在于，為何有研究者會把以上兩種在聚焦對象和運(yùn)轉(zhuǎn)方式方面均存在明顯差異的思維方式混為一談？筆者認(rèn)為，真實(shí)思維過程的復(fù)雜性是重要原因。

之所以說真實(shí)思維過程復(fù)雜，是因?yàn)槿魏握鎸?shí)的思維過程均內(nèi)含多種思維方式。一方面，理論思維和實(shí)證思維的運(yùn)轉(zhuǎn)需要計(jì)算思維的引導(dǎo)。人是主體人，故人的思維活動(dòng)是主動(dòng)的、以目標(biāo)為導(dǎo)向的思維活動(dòng)，科學(xué)思維活動(dòng)更是如此。而目標(biāo)的有效實(shí)現(xiàn)必須以經(jīng)過規(guī)劃設(shè)計(jì)的行動(dòng)方案或步驟為基礎(chǔ)，無論主體是否清晰意識到此規(guī)劃設(shè)計(jì)過程。從這個(gè)意義上說，任何真實(shí)思維過程均有計(jì)算思維的參與。以數(shù)學(xué)學(xué)科的幾何證明問題為例。直觀來看，幾何證明過程就是一系列的演繹、推理過程，即理論思維過程。不過，該推理過程并非毫無目的，而是以目標(biāo)為導(dǎo)向展開的。換言之，推理過程中內(nèi)含以目標(biāo)為導(dǎo)向的方案設(shè)計(jì)過程：為了得到某結(jié)論，需要分幾步證明，第一步證明什么，第二步證明什么……可見，理論思維的運(yùn)轉(zhuǎn)須有計(jì)算思維的引導(dǎo)，實(shí)證思維亦然。另一方面，計(jì)算思維的運(yùn)轉(zhuǎn)須以理論思維和實(shí)證思維為支撐。前文已提及，計(jì)算思維以設(shè)計(jì)、構(gòu)造、制作為特征。以設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)特定目標(biāo)的行動(dòng)步驟為例。認(rèn)知心理學(xué)將解決問題的每一個(gè)行動(dòng)步驟稱為一個(gè)算子[13]。算子或算子序列的獲得主要有兩種途徑：其一，通過歸納他人或自身成功解決問題的經(jīng)驗(yàn)獲得；其二，通過手段—目的分析法（Means-ends Analysis）獲得[13]。很明顯，第一種算子獲得過程符合實(shí)證思維的特征，即算子或算子序列通過實(shí)證思維獲得；第二種算子獲得過程運(yùn)用的手段—目的分析也稱為逆向推理，其與正向推理均是演繹、推理過程，即理論思維過程。由此可見，計(jì)算思維過程中關(guān)鍵的設(shè)計(jì)、構(gòu)造（形成問題解決方案）環(huán)節(jié)需要理論思維和實(shí)證思維的支撐。除此之外，計(jì)算思維過程的其他環(huán)節(jié)，如界定問題、抽象特征等，亦需要以上兩種思維方式的支撐，不再贅述。

綜上，雖然從聚焦對象、運(yùn)轉(zhuǎn)方式的角度，可以在理論思維、實(shí)證思維、計(jì)算思維三者間劃定清晰的邊界線，但這僅是邏輯上的劃分，真實(shí)的思維過程中三種思維方式互為支撐，彼此交織。結(jié)果是，其一，計(jì)算思維研究者自身便因此模糊了三種思維方式間的邊界，給出的計(jì)算思維定義或描述自然會“無所不包”；其二，研究者自身的認(rèn)識無誤，但在描述計(jì)算思維的時(shí)候，即使努力回避，也難免會帶有其他思維方式的印記，特別是當(dāng)其嘗試以形象、直觀的方式面向?qū)嵺`領(lǐng)域進(jìn)行闡釋時(shí)，其他思維方式的印記會更為明顯，加之實(shí)踐領(lǐng)域基于經(jīng)驗(yàn)的樸素“腦補(bǔ)”，計(jì)算思維也極有可能會落入“無所不包”的境地；其三，即便實(shí)踐領(lǐng)域?qū)τ?jì)算思維的邊界有清晰認(rèn)識，因其不能獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)，故當(dāng)計(jì)算思維作為教育目標(biāo)時(shí)，也難免會被動(dòng)地將其他作為支撐的思維方式“據(jù)為己有”，最終依然“無所不包”。

三、從知識視角看計(jì)算思維的邊界

承接前文，事實(shí)上，研究領(lǐng)域已經(jīng)從過程（思維過程）視角給出計(jì)算思維的邊界，但因計(jì)算思維運(yùn)轉(zhuǎn)過程須有其他思維方式的支撐，加之思維過程本身的易逝性（運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束即消失，且與其他作為支撐的思維方式同步出現(xiàn)和消失），故難以把握計(jì)算思維獨(dú)立的存在形式，實(shí)踐領(lǐng)域也難以剝離掉其他作為支撐的思維方式，僅聚焦計(jì)算思維本身開展教學(xué)。換言之，即便從過程視角厘清計(jì)算思維的邊界，但當(dāng)計(jì)算思維成為教育目標(biāo)時(shí)，因其與其他思維方式的共存性及易逝性，依然會邊界不清、無所不包。

（一）視角轉(zhuǎn)換：從動(dòng)態(tài)易逝的“思維過程”到靜態(tài)穩(wěn)定的“知識結(jié)構(gòu)”

分析至此可發(fā)現(xiàn)，問題的核心非“計(jì)算思維”邊界不清，而是“作為教育目標(biāo)的計(jì)算思維”邊界不清，且問題根源為思維過程本身的固有屬性。既然如此，那么是否意味著作為教育目標(biāo)，計(jì)算思維無所不包是一種必然結(jié)果，計(jì)算思維教學(xué)和評價(jià)也因此根本無法形成體系？一方面，計(jì)算思維對于學(xué)生終身發(fā)展和社會發(fā)展的重要價(jià)值不允許我們?nèi)绱溯p易地下此結(jié)論；另一方面，主體思維水平相對穩(wěn)定這一事實(shí)讓我們看到了困境突破的可能性。

思維水平相對穩(wěn)定，意味著存在支撐主體思維運(yùn)轉(zhuǎn)的相對穩(wěn)定的內(nèi)部心理基礎(chǔ)。此內(nèi)部心理基礎(chǔ)與其支撐的動(dòng)態(tài)思維在發(fā)展過程和水平方面應(yīng)該具有一致性，且不隨著思維運(yùn)轉(zhuǎn)過程的結(jié)束而消失。就計(jì)算思維而言，如果把觀察視角從動(dòng)態(tài)易逝的計(jì)算思維過程轉(zhuǎn)換為支持其運(yùn)轉(zhuǎn)的靜態(tài)穩(wěn)定的內(nèi)部心理基礎(chǔ)，那么作為教育目標(biāo)，其便有了獨(dú)立的、可把握的存在形態(tài)，邊界不清、無所不包的問題自然迎刃而解。關(guān)鍵問題是，思維的內(nèi)部心理基礎(chǔ)是什么？計(jì)算思維的內(nèi)部心理基礎(chǔ)又是什么？

自2016年起，筆者及團(tuán)隊(duì)成員從核心素養(yǎng)的落地困境入手，層層追溯，最終發(fā)現(xiàn)認(rèn)知心理學(xué)關(guān)于學(xué)習(xí)核心機(jī)制的“信息加工”隱喻的局限性。在此基礎(chǔ)上，從皮亞杰發(fā)生認(rèn)識論（“新理論”）之哲學(xué)精髓處獲得啟發(fā)，得到關(guān)于知識與思維間關(guān)系的全新認(rèn)識：靜態(tài)的知識（知識結(jié)構(gòu)）與動(dòng)態(tài)的思維（思維結(jié)構(gòu)）具有內(nèi)在一致性。其中，知識（知識結(jié)構(gòu)）是思維（思維結(jié)構(gòu)）運(yùn)轉(zhuǎn)的內(nèi)在基礎(chǔ)；思維（思維結(jié)構(gòu)）是思維過程與思維內(nèi)容的整體（并無獨(dú)立于思維內(nèi)容的思維過程），它是以既有知識結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的知識結(jié)構(gòu)再建構(gòu)過程，其結(jié)果是新的知識結(jié)構(gòu)的形成，此知識結(jié)構(gòu)又是下一次思維運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)。如此螺旋上升，使得靜態(tài)的知識結(jié)構(gòu)與動(dòng)態(tài)的思維結(jié)構(gòu)在發(fā)展過程與水平方面保持同步和統(tǒng)一[14]。

至此我們可以確定，動(dòng)態(tài)易逝的思維之內(nèi)部靜態(tài)穩(wěn)定的心理基礎(chǔ)就是知識。接下來的問題是，作為整體思維集合中的一員，計(jì)算思維的內(nèi)部基礎(chǔ)是什么樣的知識？即與計(jì)算思維內(nèi)在一致的是什么樣的知識？在回答此問題之前，有必要對計(jì)算思維概念本身再作一番審視。任何概念均有其特定的內(nèi)涵和外延，且概念的內(nèi)涵和外延會隨著概念所處語境或承擔(dān)“角色”的變化而改變。對于“計(jì)算思維”這一概念而言，其至少有兩個(gè)“角色”，分別為“與理論思維、實(shí)證思維并列的一種思維方式”和“信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)”（既有研究普遍將以上兩角色含混等同）。以上兩個(gè)“角色”下的計(jì)算思維之內(nèi)涵和外延便存在差異，對應(yīng)的知識類型亦有別。以下本文分別闡釋與不同“角色”下的計(jì)算思維內(nèi)在一致的知識類型，從知識視角，厘清“作為一種思維方式”的計(jì)算思維與“作為信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)”的計(jì)算思維各自之邊界，從而為信息技術(shù)課程建設(shè)和教學(xué)實(shí)踐提供更為科學(xué)有效的引領(lǐng)和指導(dǎo)。

（二）不同“角色”下計(jì)算思維之邊界

1. 作為一種思維方式的計(jì)算思維之邊界

計(jì)算思維是一種特定的思維方式，這是目前學(xué)界公認(rèn)的計(jì)算思維的角色定位。事實(shí)上，研究者在闡釋理論思維、實(shí)證思維及計(jì)算思維三者之差異時(shí)，已經(jīng)暗示了各種思維方式所指向的知識類型。例如，“其他科學(xué)領(lǐng)域（思維方式）所關(guān)注的是物理對象，而計(jì)算思維應(yīng)該聚焦的是解決問題的過程和能夠抽象為過程的現(xiàn)象”[8]；再如，“理論思維是數(shù)學(xué)的思維方式，實(shí)證思維是物理學(xué)的思維方式，計(jì)算思維則是計(jì)算機(jī)科學(xué)的思維方式”[9]。顯然，以上論斷均把特定思維方式與具體的學(xué)科領(lǐng)域相關(guān)聯(lián)，而不同的學(xué)科領(lǐng)域便指向不同的知識類型。

認(rèn)知心理學(xué)將知識分為兩種基本類型，分別為陳述性知識和程序性知識。其中，陳述性知識指是什么的知識，程序性知識指如何做的知識[15]。不過，因知識有內(nèi)部表征和外部表征之分，導(dǎo)致以上兩個(gè)概念（陳述性知識和程序性知識）在使用的過程中被衍生出多種既相關(guān)又有差異的內(nèi)涵[16]，故本文對概念內(nèi)涵作進(jìn)一步界定：在本文中，陳述性知識指關(guān)于世界是什么的知識，是主體理解、解釋世界的結(jié)果和基礎(chǔ)；程序性知識指關(guān)于如何塑造現(xiàn)實(shí)、改造世界的知識，是主體以目標(biāo)為導(dǎo)向改造世界的結(jié)果和基礎(chǔ)。以此為依據(jù)，我們分析各學(xué)科領(lǐng)域及其主要思維方式所指向的知識類型。

首先看物理學(xué)科。物理學(xué)是自然科學(xué)領(lǐng)域的一門基礎(chǔ)學(xué)科，研究自然界物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、相互作用和運(yùn)動(dòng)規(guī)律[17]?？梢姡锢韺W(xué)科以解釋世界為旨?xì)w，形成的知識顯然屬于陳述性知識。作為物理學(xué)科的主要思維方式，實(shí)證思維的運(yùn)轉(zhuǎn)過程便是解釋世界的過程，與此動(dòng)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)過程內(nèi)在一致的靜態(tài)結(jié)果自然是陳述性知識。事實(shí)上，除物理學(xué)科外，實(shí)證思維是所有科學(xué)類學(xué)科，如化學(xué)、生物等的主要思維方式。作為實(shí)證思維的運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)果，科學(xué)類學(xué)科知識（學(xué)科核心知識體系）均為陳述性知識。再看數(shù)學(xué)學(xué)科。數(shù)學(xué)源于對現(xiàn)實(shí)世界的抽象，基于抽象結(jié)構(gòu)，通過符號運(yùn)算、形式推理等，理解和表達(dá)現(xiàn)實(shí)世界中事物的本質(zhì)、關(guān)系和規(guī)律[18]。因此，數(shù)學(xué)學(xué)科同樣以解釋世界為旨?xì)w，與數(shù)學(xué)學(xué)科的主要思維方式——理論思維內(nèi)在一致的知識亦是陳述性知識。最后看計(jì)算機(jī)科學(xué)。計(jì)算機(jī)科學(xué)雖然也被冠以“科學(xué)”之名，但與物理學(xué)等以自然物為對象的科學(xué)類學(xué)科不同，其學(xué)科對象是“人造物”。人造物也有自身的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行規(guī)律或原理，如網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)工作原理等，但此結(jié)構(gòu)和原理非天然存在，而是主體改造世界、塑造現(xiàn)實(shí)過程中所運(yùn)用的策略、方法等的物化。計(jì)算機(jī)科學(xué)研究人造物的結(jié)構(gòu)和原理的最終目的也非解釋，而是創(chuàng)造出能夠更好地滿足主體需求的方法或新的人造物?？梢姡?jì)算機(jī)科學(xué)以改造世界為旨?xì)w，作為其主要思維方式的計(jì)算思維之運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)果便是程序性知識。

綜上，我們以“知識與思維內(nèi)在一致”為理論前提，結(jié)合計(jì)算思維研究者們的“暗示” ，確定了與計(jì)算思維（作為思維方式）內(nèi)在一致的知識類型——程序性知識。這也意味著，我們已經(jīng)從知識視角，厘清了作為一種思維方式的計(jì)算思維之邊界：計(jì)算思維（作為思維方式）的內(nèi)部心理基礎(chǔ)及運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)果是程序性知識，而非陳述性知識。

2. 作為信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的計(jì)算思維之邊界

計(jì)算思維邊界不清之所以會成為一個(gè)亟待解決的問題，正是因?yàn)槠浔毁x予了教育目標(biāo)這一角色。故問題的核心非作為思維方式的計(jì)算思維邊界不清，而是作為教育目標(biāo)的計(jì)算思維邊界不清，更具體的是作為信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的計(jì)算思維邊界不清。因此，厘清此角色下的計(jì)算思維之邊界，是解決與計(jì)算思維相關(guān)的一系列實(shí)踐問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

前文已經(jīng)確定了計(jì)算思維（作為思維方式）與程序性知識的內(nèi)在一致性。然而，程序性知識的外延甚廣：依據(jù)抽象程度，程序性知識可劃分為抽象方法類知識（也稱方法論或策略性知識）和具體技能類知識[19]，同時(shí)，這兩類知識又廣泛分布于各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，特別是具體技能類知識，更是體量巨大。作為學(xué)科核心素養(yǎng)，計(jì)算思維的外延顯然不應(yīng)如此之廣。換言之，作為信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的計(jì)算思維之外延，應(yīng)是程序性知識的某一子集，或者說，應(yīng)是某一核心子集。接下來的問題是，如何確定這一子集？既然計(jì)算思維是作為新的教育目標(biāo)被引入基礎(chǔ)教育領(lǐng)域，那么意味著，在支持學(xué)生終身發(fā)展和社會發(fā)展方面，既往基礎(chǔ)教育存在某種缺失，而計(jì)算思維恰指向此缺失。因此，只要我們能夠找到既往基礎(chǔ)教育的與程序性知識相關(guān)的缺失，便確定了作為信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的計(jì)算思維之外延和邊界。

基礎(chǔ)教育的最終目的，便是賦予學(xué)生“能夠適應(yīng)終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力”[20]。其中，必備品格大體對應(yīng)價(jià)值觀，關(guān)鍵能力則大體對應(yīng)世界觀和方法論。即是說，經(jīng)過基礎(chǔ)教育后，學(xué)生應(yīng)在頭腦中形成特定的世界觀、方法論及價(jià)值觀體系。反觀我國基礎(chǔ)階段的課程設(shè)置，首先，科學(xué)類課程（如物理、歷史等）占比較大，無論是自然科學(xué)還是社會科學(xué)類課程，其目的均是引導(dǎo)學(xué)生從不同角度理解世界，在此基礎(chǔ)上形成世界觀體系；其次，語文、政治（道德與法治）等學(xué)科為主陣地，其他所有學(xué)科為輔，亦能支持學(xué)生價(jià)值觀體系的建構(gòu)；最后，對于方法論體系，雖然其對于學(xué)生未來發(fā)展的重要性從未被質(zhì)疑，但在計(jì)算思維走進(jìn)課程標(biāo)準(zhǔn)之前，沒有任何課程或課程群支持其系統(tǒng)建構(gòu)。

方法論體系又稱為“策略性知識體系”，如“分治”“變治”“減治”“封裝”“重用”“統(tǒng)籌”“迭代”“可視化”“折衷”“回溯”等。顯然，策略性知識體系對于學(xué)生終身發(fā)展和社會發(fā)展至關(guān)重要[19]。但截至目前，該類知識在K-12階段并未得到足夠重視，僅在個(gè)別課程中偶有涉及，如語文學(xué)科中的“曹沖稱象”內(nèi)含變治策略，數(shù)學(xué)學(xué)科中的“數(shù)形結(jié)合”內(nèi)含可視化策略，信息技術(shù)學(xué)科中的“網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)”內(nèi)含分治策略等。其結(jié)果便是，學(xué)生頭腦中僅有零散的策略性知識，遠(yuǎn)未形成體系，以至于在面對復(fù)雜問題時(shí)缺少系統(tǒng)規(guī)劃的意識和能力，難以給出有效且高效的問題解決方案。這顯然有悖于“核心素養(yǎng)”的初衷。

至此，我們找到了既往基礎(chǔ)教育在支持學(xué)生終身發(fā)展和社會發(fā)展方面的重要知識缺失——策略性知識體系，而策略性知識正是程序性知識的核心子集。作為程序性知識之精華，其 “鑲嵌”于大量具體技能類知識中，對學(xué)生未來發(fā)展具有重要的奠基作用。作為信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)，計(jì)算思維便聚焦于此。

四、計(jì)算思維何以成為信息技術(shù)學(xué)科的

立足之本

行文至此，很可能會引發(fā)如下疑問：既然計(jì)算思維的教育指向是策略性知識體系，那為何其被確定為信息技術(shù)學(xué)科而非其他學(xué)科的學(xué)科核心素養(yǎng)？此疑問順理成章，畢竟依據(jù)既有經(jīng)驗(yàn)，很多學(xué)科都可以向?qū)W生滲透策略性知識，如前文提及的語文、數(shù)學(xué)等學(xué)科。這里需要特別強(qiáng)調(diào)，計(jì)算思維指向的是策略性知識體系，而非零散的策略性知識，“體系”二字恰是問題的關(guān)鍵所在。

所謂策略性知識體系的建構(gòu)，是作為學(xué)科知識的客觀策略性知識體系內(nèi)化為學(xué)生頭腦中主觀策略性知識體系的過程。因此，能夠有效支持策略性知識體系建構(gòu)的學(xué)科，其學(xué)科知識結(jié)構(gòu)中必須內(nèi)含策略性知識體系，而非零散或零星的策略性知識，或者說，策略性知識須處于其知識體系的核心地位?？v觀基礎(chǔ)教育各學(xué)科，只有信息技術(shù)學(xué)科滿足以上條件，原因如下。

首先，學(xué)科對象的性質(zhì)決定了學(xué)科知識的性質(zhì)。前文已提及，信息技術(shù)學(xué)科的研究對象為人造物，人造物的結(jié)構(gòu)、機(jī)理等乃是其制造者為實(shí)現(xiàn)特定目標(biāo)所運(yùn)用的策略、方法等的物化。也就是說，與化學(xué)、生物等以自然物為對象的學(xué)科不同，信息技術(shù)學(xué)科所有學(xué)科對象中均內(nèi)含制造者的目的以及為實(shí)現(xiàn)目的所采用的策略和方法。例如，“網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)”與化學(xué)學(xué)科中的“原子結(jié)構(gòu)”雖然均是特定對象之結(jié)構(gòu)，但二者有本質(zhì)區(qū)別：網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是主體以數(shù)據(jù)的安全、有效傳輸為目的設(shè)計(jì)、開發(fā)而成的人造結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)本身便內(nèi)含設(shè)計(jì)開發(fā)者的目的以及為實(shí)現(xiàn)目的所采用的策略和方法，如分治、統(tǒng)籌等；原子結(jié)構(gòu)則是天然結(jié)構(gòu)，不蘊(yùn)含任何主觀要素。再如，“計(jì)算機(jī)內(nèi)部工作原理”與生物學(xué)科中的“光合作用原理”，二者亦在相似的“外表”下有著本質(zhì)的不同。正是信息技術(shù)學(xué)科對象的特殊性，使得其學(xué)科知識結(jié)構(gòu)中系統(tǒng)內(nèi)含了各類策略性知識，即策略性知識體系，而非零散的策略性知識（如化學(xué)、生物等以自然物為對象的學(xué)科）。事實(shí)上，信息技術(shù)學(xué)科知識從本質(zhì)或源頭上講主要為程序性知識，策略性知識體系便是此程序性學(xué)科知識結(jié)構(gòu)的核心。

進(jìn)一步，就有效支持策略性知識體系的建構(gòu)而言，與同樣以人造物為對象的通用技術(shù)學(xué)科相比，信息技術(shù)學(xué)科亦有自身獨(dú)特的優(yōu)勢?！坝?jì)算思維在人類思維的早期就已經(jīng)萌芽，并且一直是人類思維的重要組成部分”[9]，然而，其真正引起教育領(lǐng)域的關(guān)注，并被視為學(xué)生素養(yǎng)的重要組成要素，卻還不到二十年的時(shí)間。我們認(rèn)為，計(jì)算思維之外延（知識視角）在近幾十年的快速豐富，特別是大量策略性知識的“加盟”，是其在教育領(lǐng)域“存在感”凸顯的重要原因，而“幕后推手”正是信息技術(shù)。

策略性知識，如分治、統(tǒng)籌、重用、動(dòng)態(tài)規(guī)劃等的價(jià)值主要體現(xiàn)在復(fù)雜問題的解決上，即問題越復(fù)雜，其成功解決對有效策略的依賴性就越高，策略性知識的價(jià)值也就越發(fā)凸顯。信息技術(shù)進(jìn)入社會生產(chǎn)領(lǐng)域之前，很多復(fù)雜的解決問題過程根本無法實(shí)現(xiàn)，策略性知識也無太多用武之地，故彼時(shí)計(jì)算思維的外延（知識視角）主要為具體技能類知識，策略性知識的占比較少。信息技術(shù)逐漸取代物質(zhì)技術(shù)成為社會第一生產(chǎn)力之后，因其對信息的高效處理能力，使得許多原本僅停留在理論層面的復(fù)雜過程得以真正實(shí)現(xiàn)[21]，大量可有效解決復(fù)雜問題的策略也應(yīng)運(yùn)而生。這帶來了兩個(gè)結(jié)果：其一，策略性知識成為計(jì)算思維之外延（知識視角）中最有“存在感”的組成部分，計(jì)算思維對于學(xué)生未來發(fā)展的奠基作用也因此凸顯，并受到全球教育領(lǐng)域的關(guān)注；其二，出現(xiàn)大量內(nèi)含更多、更有效的策略和方法的人造物——信息系統(tǒng)或由信息流帶動(dòng)物質(zhì)流的數(shù)字制造系統(tǒng)[21]，這正是信息技術(shù)學(xué)科的關(guān)注對象。也就是說，較之通用技術(shù)學(xué)科，信息技術(shù)學(xué)科對象及學(xué)科知識結(jié)構(gòu)中內(nèi)含了更為系統(tǒng)、全面的策略性知識，這便是其在支持學(xué)生策略性知識體系建構(gòu)方面的獨(dú)特優(yōu)勢。

綜上，作為計(jì)算思維的教育指向，策略性知識體系對于學(xué)生終身發(fā)展和社會發(fā)展至關(guān)重要，而信息技術(shù)學(xué)科在支持其有效建構(gòu)方面具有的獨(dú)特的、不能被其他學(xué)科所替代的價(jià)值。這正是信息技術(shù)學(xué)科的立足之本！

五、結(jié) ? 語

多年來，因“工具屬性”這一學(xué)科定位，信息技術(shù)學(xué)科對學(xué)生未來發(fā)展的奠基作用一直備受質(zhì)疑?！皵?shù)字土著”時(shí)代的到來，使得信息技術(shù)作為一門獨(dú)立（工具性）學(xué)科存在的必要性遭遇了更為嚴(yán)峻的拷問。幸得計(jì)算思維的“眷顧”，信息技術(shù)學(xué)科終于摘掉工具的帽子，確定了自身對于學(xué)生終身發(fā)展和社會發(fā)展的價(jià)值所在。然而，因計(jì)算思維邊界模糊不清，外延近乎等同于問題解決過程，故信息技術(shù)學(xué)科根本無法證明其對于計(jì)算思維培養(yǎng)而言的不可替代性，處境依然尷尬。

本文以“知識與思維內(nèi)在統(tǒng)一”為理論前提，從知識視角，明確了計(jì)算思維的教育指向——策略性知識體系，并以此為基礎(chǔ)，分析了信息技術(shù)學(xué)科對于計(jì)算思維培養(yǎng)的獨(dú)特的、不可替代的價(jià)值。但若要使信息技術(shù)學(xué)科真正站穩(wěn)腳跟，還有很長的路要走：首先，需要建構(gòu)系統(tǒng)、穩(wěn)定的學(xué)科知識體系，而非跟隨信息技術(shù)的發(fā)展亦步亦趨；其次，需要建構(gòu)學(xué)科特有的教學(xué)方法論及方法體系，以有效實(shí)現(xiàn)其對于學(xué)生計(jì)算思維（策略性知識體系）發(fā)展的獨(dú)特價(jià)值……這是筆者及團(tuán)隊(duì)成員的努力方向，期待更多同行者！

[參考文獻(xiàn)]

[1] 中華人民共和國教育部.普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2] 鐘柏昌，李藝.計(jì)算思維的概念演進(jìn)與信息技術(shù)課程的價(jià)值追求[J].課程·教材·教法，2015（7）：87-93.

[3] 張立國，王國華.計(jì)算思維：信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的核心議題[J].電化教育研究，2018（5）：115-121.

[4] BELL T， HENDERSON T， ROBERTS J. Computational thinking and CS unplugged[EB/OL]. [2022-01-01]. https：//csunplugged.org/en/computational-thinking.

[5] 石鐘慈.第三種科學(xué)方法：計(jì)算機(jī)時(shí)代的科學(xué)計(jì)算[M].北京：清華大學(xué)出版社，2000.

[6] 朱亞宗.論計(jì)算思維——計(jì)算思維的科學(xué)定位、基本原理及創(chuàng)新路徑[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2009（4）：53-55，93.

[7] 陳國良.計(jì)算思維導(dǎo)論[M].北京：高等教育出版社，2012.

[8] NRC. Report of a workshop on the scope and nature of computational thinking[M]. Washington， D. C. US： National Academies Press， 2010.

[9] 李廉.計(jì)算思維——概念與挑戰(zhàn)[J].中國大學(xué)教學(xué)，2012（1）：7-12.

[10] WING J M. Computational thinking and thinking about computing[J]. Philosophical transactions of the royal society， 2008（7）：3717-3725.

[11] 蔣宗禮.計(jì)算思維之我見[J].中國大學(xué)教學(xué)，2013（9）：5-10.

[12] 李鋒，趙健.高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)修訂：理念與內(nèi)容[J].中國電化教育，2016（12）：4-9.

[13] 安德森.認(rèn)知心理學(xué)及其啟示[M]. 秦裕林，程瑤，周海燕，徐玥，譯.7 版.北京：人民郵電出版社，2012.

[14] 馮友梅，顏士剛，李藝.從知識到素養(yǎng)：聚焦知識的整體人培養(yǎng)何以可能[J].電化教育研究，2021 （2）：5-10.

[15] 斯滕伯格.認(rèn)知心理學(xué)[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2006.

[16] 王建安，葉德營.知識分類與知識表征——評賴爾的知識分類和圍繞它的爭論[J].自然辯證法通訊，2010（4）：13-18，126.

[17] 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[18] 中華人民共和國教育部.普通高中數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[19] 馮友梅，王珊，王昕怡，周彤彤.支持我國信息技術(shù)課程評價(jià)體系構(gòu)建的計(jì)算思維描述框架設(shè)計(jì)[J].電化教育研究，2022（6）：115-121.

[20] 核心素養(yǎng)研究課題組.中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)[J].中國教育學(xué)刊，2016（10）：1-3.

[21] 陳國良，李廉，董榮勝.走向計(jì)算思維2.0[J].中國大學(xué)教學(xué)，2020（4）：24-30.

What Computational Thinking is Not： On the Boundary of Computational Thinking and Why It Becomes the Base of Information Technology Discipline

FENG Youmei， WANG Xinyi， LIU Xiaorui， ZHANG Xue

（Department of Education， Tianjin Normal University， Tianjin 300387）

[Abstract] As a key competency in information technology discipline， computational thinking is almost equivalent to the problem-solving process. With such a wide denotation， it is bound to cause troubles for curriculum construction and teaching practice. In order to ensure the implementation of computational thinking， taking "the inner unity of knowledge and thinking" as the theoretical premise， this paper avoids the inherent complexity and perishability of dynamic thinking process， and clarifies the boundaries of computational thinking under the two roles from the perspective of static knowledge through a meticulous logical deduction： as a way of thinking， computational thinking points to procedural knowledge （non-declarative knowledge）; as the key competency of information technology discipline， computational thinking points to strategic knowledge system （non-skillful knowledge）. In the context of information technology discipline， this paper clarifies the boundaries of computational thinking and points it clearly to the strategic knowledge system. On the one hand， it can establish the core and irreplaceable value of information technology discipline; on the other hand， it further clarifies the target orientation of information technology discipline， which is conductive to the formation of a systematic and stable disciplinary knowledge system and promotes the healthy development of the discipline.

[Keywords] Computational Thinking; Boundary; Strategic Knowledge System; Information Technology Discipline