浅谈幼儿教育中计算思维的培养

蔡荣华 关 敏

（湖南师范大学，湖南 长沙410081）

一、计算思维概述

计算思维（Computing Thinking，简称CT）作为一种新型的思维方式，不同学者对其关注的角度存在着差异，所以，计算思维的定义也不尽相同。周以真教授在2006年就提出了计算思维的概念，并将计算思维定义为一种解决问题的思维过程，能够清晰、抽象地将问题和解决方案用信息处理代理（机器或人）所能有效执行的方式表述出来，她认为计算思维和阅读、写作、计数一样重要，应该作为学校课程的一部分[1]。计算机科学教师协会（CSTA）和国际教育技术协会（ISTE）对计算思维的操作性定义是以计算方式制定解决方案并且能由计算机执行解决方案的人类能力[2]。董荣胜在其《计算机科学与技术方法论》中提出，计算思维是运用计算机科学的思想与方法去求解问题、设计系统和理解人类的行为[3]。此外，其他学者和研究机构也提出了不同的定义。

虽然到目前为止，计算思维的定义还尚未统一，但各学者对计算思维基本构成要素的意见都较为一致。总的来说，其主要构成要素包括问题分解、模式识别、抽象、算法和调试[4]。问题分解就是将复杂的问题拆分成容易解决和理解的小问题，通过处理多个小问题而处理复杂的问题，使复杂的问题最终简单化；模式识别是指寻找不同问题中的相似点，通过这些相似点来总结规律，利用规律去解决问题；抽象是指提炼重要的信息，去除冗余信息，掌握抽象的能力后，就可以将学习到的某个解决方案应用于其他的实践当中，指定处理解决方案的总体思路；算法则是解决问题的步骤，该解决问题的步骤需要按照一定的顺序进行，在完成一个任务之前，就应该要设计好完成任务的每一步要做的事情，使任务按照预期顺利完成；调试是指在确定问题的解决办法后，用各种方法进行查错和排错的过程，同时还要能对紧急情况进行及时的处理。

二、计算思维与幼儿教育

我国对计算思维的研究主要集中于两个阶段。一个是高等教育阶段，重点关注的是计算思维培养理论的研究，实践研究则集中在计算科学学科课程中进行。另一个是K-12 阶段，该阶段的理论研究和实践研究都占有大致相同的比例，理论研究关注的是计算思维的核心价值、主要任务和重要性；实践研究主要关注将计算思维融入已有的课程中[5]。通过对文献的分析，发现我国对幼儿教育中计算思维的培养研究还相对较少。而国外有大量研究表明，将计算机科学进行合理地设计与利用，不仅对中小学生多门课程的成绩有显著影响，还能有效提高3-6 岁的幼儿智力、语言、创造能力的发展[6]。费萨基斯及其团队的研究表明，与没有进行计算思维教育的学生相比，具有一定计算思维的学生不仅在信息技术课上成绩更好，而且在数学、语言和科学方面的成绩也更好[7]。

笔者通过对多篇文献的阅读和对比后发现，我国对幼儿阶段计算思维培养关注度不够的主要原因是，我国大部分文章都将计算思维的研究与计算机课程相联系，计算思维的培养大部分集中在信息技术相关课程中进行。而在幼儿教育中，是没有单独的计算机课程或者信息技术课程，而且我国对幼儿编程的涉及也很少。实际上，计算思维并不等同于程序设计或编程教学，计算思维的培养也不一定要使用计算机。美国计算机教师协会（CSTA）定义的中小学计算机科学标准在中小学阶段都强调了要将计算思维与社会、语言艺术、数学与科学等课程的整合。一些学者还开始研究“Computer Science Unplugged（不使用计算科学）”来提高计算思维，大部分计算思维的专家都同意培养计算思维的策略比发展计算机操作技能更符合当前信息时代的发展和要求。

毫无疑问，对中小学生进行计算思维的培养能够提高学生的信息素养和计算机技能，能够培养学生综合运用多学科知识解决问题的能力，有效提高学生的创新能力，符合新时代教育发展的潮流[8]。而在幼儿教育中，对孩子进行计算思维的教育，主要是为了让幼儿了解计算思维的概念，形成计算思维的习惯。当幼儿逐步形成了计算思维的习惯，一方面可以使幼儿的思维习惯符合当前信息社会的发展，为将来的信息技术课程学习及其相关学习打下基础；另一方面，作为一种能提高学生智力与创新能力的新型思维，让学生在学前时期就接触计算思维，能够有效地发展学生的智力与创造力。所以，在幼儿教育中融入计算思维的培养是十分具有价值的。

三、幼儿教育中计算思维的培养

根据计算思维的特征以及幼儿教育的主要目标，我们可以从计算思维的四个基本要素入手，在幼儿教育中融入计算思维的培养，将计算思维的四个基本要素的培养与教学方法进行结合，使学生在思维形成初期就开始形成计算思维习惯。根据计算思维的基本构成要素，我们将从问题分解、模式识别、抽象、算法与调试这五个方面介绍如何将计算思维的培养融入到幼儿教育当中。

1.问题分解

在幼儿教育中让学生对问题进行分解，就意味着让学生和教师一同进入解决问题的场景中，该过程首先需要教师提出一个复杂且需要多个步骤才能解决的问题，并在学生对问题进行分解时加以提示。3-6 岁的学生其思维理解能力还未成熟，教师提出的问题要符合幼儿的身心发展，最好是日常生活中能够接触到的问题。通过对计算思维中问题分解能力的培养，可以发展学生的计算性思维框架和发展性战略。

比如：为了培养学生的问题分解思维，教师可以组织一个开派对的游戏。首先由教师描述一个场景，如小红要过生日了，打算举行一个生日派对。举行一个生日派对之前要完成哪些事情，将举行派对需要做的事情分解成一个个小任务，就是问题分解。如果不将其分解成一个个逻辑清晰的小目标，幼儿是无法弄清楚如何去举行一个派对的。直接将复杂的问题扔给孩子，只会使学生不知所措，难以下手。在引导幼儿进行问题分解时，教师也可以通过画或写的方式为学生呈现一个思维导图，让问题更加生动清晰地呈现在学生面前，教会他们在未来如何对这类问题进行分解。

2.模式识别

模式识别主要是需要学生分析相似的对象或经验，然后找出其中的共同点。在发现这些对象或经验的共同点后，孩子们就可以了解趋势，从而能够做出预测。通过模式识别思维的教育，可以扩展幼儿对周围世界的认识。在模式识别的过程中，教师先要提供一些日常生活中常见的相似事物，然后让学生寻找相似点并确定该模式的特征，使学生能够在今后的生活中识别出这种模式，使类似的任务简单化，有助于学生利用心中已有的模式解决未来可能出现的问题。

比如：为了培养幼儿模式识别思维，可以举树木的例子。教师在课前找许多不同树木的图片，告诉学生这些都属于树，之后就让学生根据图片说出这些树都有什么共同点，带领学生进行总结。虽然树木的类型很多，但主要结构都包含树干、树根和树枝。在识别了共同点后，还可以继续深入讨论不同树木之间树干的区别，比如说，有的树干很粗、有些则很细；有些是白色的、有些则是棕色的。还可以讨论树根和树枝的区别，进一步在脑海中形成树根与树枝的模式。

3.抽象

抽象是指在一堆信息中筛选出相关的重要信息，除去冗余的部分。在教授学生抽象的技能时，要涉及从无关细节中分离出核心信息。通过培养抽象思维技能，让学生学会对可用的信息的重要性进行排序，以此来识别自己需要的特定信息。识别重要信息是一种非常宝贵的技能，因为随着年龄的增加，学生接受的信息会越来越复杂，而辨别事物的轻重缓急很大程度上关系着最终的成败。

比如培养幼儿的抽象思维技能。教师在给幼儿讲故事的时候，可以通过描述细节和总结故事的中心思想，自然就会教孩子抽象的概念和文学知识。如果想使教学更进一步，那么教师可以鼓励幼儿复述讲过的故事或者讲一个新的故事，并在这个过程鼓励他们说出这个故事教会了我们什么，多次演练后，让学生用最简练的信息讲出一个完整的故事。

4.算法

算法思维主要是探寻解决问题的方案步骤，算法思维与问题分解思维的区别是算法思维需要将解决问题每一个步骤的先后顺序完整列出来，而问题分解则只需要知道完成这个步骤要先完成哪些更细化的问题。所以对算法思维具体来说，就是创建规则顺序以解决问题。对于幼儿来说，孩子们学到完成事情的顺序不同，会产生不同的效果。

比如在培养学生算法思维的时候，教师可以让学生做简单的炒菜游戏。可以提问学生第一步要做什么，如果把顺序打乱又会怎么样，如把菜炒熟了再去洗菜。也可以让学生回忆每天从起床到来学校的过程和步骤，哪些步骤是值得鼓励提倡的，哪些是不应该做的。这种要求学生思考不同的行为顺序是如何改变结果的，鼓励幼儿反思自己的生活方式，形成良好的习惯，达到多方面的预期成果。

5.调试

调试在计算机编程中是极为重要的一步，它是在程序编写完成后，利用各种方式对程序进行检验，是整个程序是否能够正常运行的最后一步。将调试思维作为计算思维的关键构成要素融入在幼儿教育中，能够提高幼儿对计划中可能出现事故的判断，提高学生对未知事物的把握。调试思维的培养一般在算法思维的培养之后，让学生判断自己的“计划”是否切实可行，会不会出现其他的事件影响原有的计划。

比如：培养学生的调试思维。在让学生讲述每天从起床到上学的步骤之后，引导学生思考在这些步骤中会不会出现一些突发情况，比如说闹钟响了不愿意起床，上学路上堵车等，并且还要和学生一起思考如何解决出现的这些问题。以此来生成解决问题的最佳方案。

四、结论

我们生活在一个智能化的世界，3-6 岁的幼儿也是使用各种智能技术的一员，尽早培养学生计算思维的策略，比教编程技能的作用要大得多。而且在这个年龄阶段，更应该锻炼的是幼儿的思维。培养幼儿形成计算思维的习惯，了解智能设备的工作原理，可以让幼儿形成借助技术解决问题的思维。

计算思维使学生在未来的工作学习中更主动地使用技术。我们使用技术获取信息的方式，以及应用智能设备解决问题的方式，将成为未来社会人与人之间重要的差别。而那些能够拥有一定计算思维的人将会更加容易于获得职业的长期发展，并取得成功。而培养计算思维的准备工作，应该从最年轻的学习者开始。