计算思维能力在中学计算机科学与技术课程中的培养

张春玉

摘要：计算思维能力培养作為逻辑思维能力培养的具体表现形式，国内越来越多的教育学者将这个概念引入到高等教育教学计划中实施。通过已发表的国内外文献中可以看到，计算思维能力的培养在国外已经被成熟地应用在许多中小学课堂中，而国内在高校中的应用还处于理论发展和研究阶段，本文提出，将计算思维概念引入中学计算机科学与技术课程中，提早对中学生进行初级计算思维的培养，这样不仅可以为大学的学习打下基础，而且还可以促进学生良好的逻辑思维能力的形成。

关键词：计算思维；逻辑思维；中学；计算机教学

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）08-0091-02

高度集成的资源获取与利用是当代社会发展的趋势，而实现其的主要途径是通过计算机网络信息技术。计算机与信息化技术遍布于人类生活中的每个角落，从科学研究到人文考古，天体物理到日常用度无一不见其身影。计算机作为信息化技术的主要实现途径，需要进行更广的普及与应用，计算机课程在中学的普及就是一个很好的例子。很多教育学者将前沿的科学技术与概念引入中学计算机教学当中。潘兆军[1]提出了将大数据的概念引入现代中学计算机教学中，让中学生们从简单的概念开始接触，不仅可以提前为以后进入大学学习相关知识培养兴趣，还可以通过科普的方式让学生们理解大数据的用途。汪凯[2]，高欣等人[3]将网络信息技术与中学计算机教学结合在一起，使计算机科学技术这门课程不再是单纯地使用，而是更高一级的应用。将前沿理念引入教学当中，不仅可以让学生更好地理解开展该课程的意义，而且更能深切体会到计算机科学作为一门计算科学的学科之美。现在很多教学都是以提高学生学习主动性为主要目的，大部分精力使用在设计课程的趣味性而忽略了该课程本身的属性，计算机科学技术这门课程最主要的一部分是对逻辑能力的培养，我们除了要让学生了解该课程的重要性和社会价值之外，还需要让他们从现在开始培养这种思维能力。

在西方国家，逻辑思维能力是很重要的，他们甚至从小学就开始培养孩子的逻辑能力。他们对逻辑能力的重视程度除了从文献中可以看到之外，最常见的就是英语语法构成，很多中文表达未必主谓宾全有，甚至有些句子正反说都是一个意思，但若在英语中这样表达，很多不仅不能构成一个句子，甚至还会出现截然不同的两种意思。不仅许多西方学者认为中国学生的逻辑思维能力很差，而且很多国内高校的老师针对研究生的论文逻辑性也很头疼，这其实与中国的文化有一定联系。逻辑能力的培养若能越早实现在义务教育当中，对学生未来的发展助益就越大，我们完全可以借鉴国外对中小学生逻辑能力培养的模式，因地制宜进行相应教育和改革，具体来说，就是可以在计算机科学与技术这门课程中添加相应的培养模块，可以让学生从自我思维能力的初步形成阶段开始就培养这种的逻辑思维能力，改善逻辑不好的弊病。本文主要围绕如何利用计算机科学与技术这门课程培养中学生的逻辑思维能力的问题进行讨论。

1计算思维概念的提出

计算思维由周以真于2006年首次提出，计算思维是指运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动[4]。计算思维可以让我们理解计算机的思维方式，可以让我们更好地与计算机进行沟通，进而让计算机帮我们处理很多繁杂和重复的数据运算，更进一步的，还可以让计算机进行自我学习来处理类似但不完全相同的案例，这同时也是当代很火的概念——人工智能。

自计算思维提出以来，国内很多教育工作者也指出了计算思维在计算机科学与技术课程中的重要性。战德臣等人[4]及衷克定[5]就提出了在大学计算机课程体系中培养大学生计算思维能力的想法。相比与国内对计算思维的教育计划，国外教育工作者就比较超前了，他们将此概念渗透入中小学计算机科学与技术的教学计划当中。Chalmers[6]介绍了澳大利亚四所小学老师将整合机器人与编码技术引入课堂，面向小学1～6年级的学生进行计算思维能力的培养，结果表明，这种教学方法不仅使老师对自己的教学计划变得更有信心而且也引起了学生们对计算与编码浓厚的学习兴趣。Basogain等人[7]也针对计算思维的核心课程在美国中小学课堂中的开展进行了相关调研，研究表明计算科学与教育技术的结合，不仅可以辅助老师成功地完成计算思维能力培养的教学任务，而且学生创造性思维能力在这个过程中也得到了很大的提高。类似的研究报告还有很多[8-10]，培养计算思维能力就是培养逻辑能力的一种具体表现形式，这充分体现了西方国家对逻辑能力的重视程度。

现今，很多青少年可以轻而易举地编写程序算法，各行各业也都融入了程序编制与算法优化，编程已经不再是程序员的专属。计算思维是一种逻辑思维很好的具体表现形式，其与数学思维不同，但却可以相互助益，如果两种思维能很好地相互结合应用，可以达到很高的高度，正如编程好的学生数学也很好，但是数学好的学生编程并不一定好。所以计算思维能力从学生开始形成自己良好思维能力的中学开始就应该介入教育，这样，不仅可以为高校输送更好的人才，还可以让学生提早培养更好的逻辑思维能力。

2计算思维在中学计算机课程中的实现

许多非计算机科学领域的人认为计算机科学就等同于计算机编程，包括现在很多家长都认为孩子学习计算机就是局限于程序员的行业，此刻，计算机思维的提出就是一个让计算机教育学者及研究者改变这一社会定论的关键所在。国外学者针对计算机思维的培养已经制定了相对完善的核心课程进行学习，例如：PC-01与ECE130[7]，这两个课程针对不同阶段的学生，前者针对小学，而后者则针对中学甚至是大学的学生。根据国内目前教育现况来看，我们暂时无法采用国外的教学模式对学生就行培养，但是，我们可以从计算思维的本质与概念出发，从基础上对学生进行逻辑能力的培养。

1）概念与应用的结合

在平时的常规教育课程中引入计算思维的概念，让学生有意识地去理解和接受。在这个过程中，需要老师将这些抽象的概念回归到现实和自然中，让学生更深刻的理解这种思维模式的形成，让他们更好的理解计算机科学家是如何将这些抽象的模型从具体问题中剥离出来的。当学生有了这种思维模式的雏形之后，可以基于一些简单的具体问题，让学生以独立或合作的形式充当一次“计算机科学家”，完成一次简单地从现实具体模型到抽象模型的建立过程，其包括问题的提出，方案的选择与设计，问题的求解，到最终的结果获取与展示。基于这类将概念与简单案例相结合的实施方式，可以让学生初步具备一定的计算思维能力。

学校可以增设相关的计算机科学与技术兴趣课程。这部分课程不在常规教学计划内，是针对逻辑能力培养极其感兴趣的学生开设的兴趣课程，在这部分课程中，可以采用部分国外学者提出的计算思维核心课程内容对学生进行简单的训练，不仅仅包括理论知识的学习，最重要的是通过自主动手来实现计算思维能力的培养。这些可以通过让学生自主编写简单的小程序或小游戏来实现，还可以定期举办小程序开发竞赛，以此激发学生们的兴趣与潜力。当然，这个过程的实施，对开展这门课程的老师们也是具有重大挑战性的，这就要求我们，不仅要时刻以学生为本，还要不断学习前沿的科技教育教学方法来提高我们的教学质量。

2）方案实施的阻力与建议

在中学教育当中，学校及家长对计算机课程的定位属于计算机科普教育，虽然定义比较片面，但是对于现阶段计算机课程在中学教育中的轻视性可见一斑。汪凯[11]及王世军[12]也指出计算机课程在中学教育中面临的严峻形势，甚至是一种被架空的状态，这种状态与冰冻三尺的教育现状有一定关系。面对残酷的中高考，学校和家长们更关注的是主要科目的修习，但是如果能将计算思维的培养与主要科目（例如数学等）的学习联系起来，是可以获得意想不到的收获的，当然，各学科老师的相互配合并制定完善的教学方案是能推进该方案实施的一种很好的方式。

3结论与展望

计算思维能力的培养是一种逻辑思维能力培养的具体表达形式，也是可以通过计算机科学与技术这门课程来实现的培养方式。因此，在国内将计算思维的概念引入中学计算机教育中并实施是一个大胆且富有挑战性的教学理念。广义来说，计算思维不仅仅局限于计算科学教育当中，其渗透于各学科和日常生活之中，可以很好地对学生进行逻辑思维能力的培养，狭义来讲，可以给学生在未来的大学学习之前就打下良好的基础，还可以从学生开始形成自我思维模式的时候就开始规范自我逻辑思维能力。但是这项教学计划的实施与发展目前看來依旧任重道远，不过从国家越来越重视中小学生素质教育的程度来看，我们坚信，在未来的中学教育中，计算思维能力的培养也是可以很好地开展与实施的。

参考文献：

[1] 潘兆军.大数据时代下中学计算机科学与技术课程实践教学探究[J].信息技术， 2018（6）：58.

[2] 汪凯.网络环境下中学计算机教学思路转变思考[J].电脑知识与技术， 2017（13）：149-151.

[3] 高欣，魏晋，张建莉.网络时代大学与中学计算机基础内容衔接研究[J].电脑知识与技术，2016（12）：17.

[4] 战德臣，王浩.面向计算思维的大学计算机课程教学内容体系[J].中国大学教学，2014（7）：59-66.

[5] 衷克定.论大学计算机课程计算思维能力培养的人本位回归[J].中国大学教学，2015（7）：51-55.

[6] Chalmers C.Robotics and computational thinking in primary school[J]. International Journal of Child-Computer Interaction，2018（17）：93-100.

[7] Basogain X，Olabe MA，Olabe JC，Rico MJ.Computational Thinking in pre-university Blended Learning classrooms[J].Computers in Human Behavior，2018 （80）： 412-419.

[8] García-Penalvo FJ，Mendes AJ.Exploring the computational thinking effects in pre-university Education[J].Computers in Human Behavior，2018（80）：407-411.

[9] Durak HY， Saritepeci M.Analysis of the relation between computational thinking skills and various variables with the structural equation model[J].Computers & Education 2018（116）：191-202

[10] Konga SC，Chiub MM，Lai M.A study of primary school students' interest， collaboration attitude， and programming empowerment in computational thinking education[J].Computers & Education，2018（127）：178-189.

[11] 汪凯.中学计算机教育课程改革与发展探索[J].信息与电脑，2016（20）：217-218.

[12] 王世军.我国中小学信息技术课程：历程与归因[D].吉林：东北师范大学，2006.

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