儿童计算思维教育价值与培养路径探索

李宏扬 王吉 渤海大学教育科学学院

随着计算机技术的高速发展，用计算解决问题取代了传统的思考问题方式，计算思维自提出以来得到了高度重视，事实证明计算思维对学生的学习能力、合作能力、解决问题能力以及科学精神等方面都有明显帮助，国外有研究指出，若要将计算思维作为与“读、写、算”能力同等的基本技能，需要让学生在小学阶段便具备计算思维，这就要求在学龄前便进行计算思维教育。对K-12阶段以及高等教育阶段计算思维培养的研究层出不穷，对学龄前儿童计算思维培养的研究却不多见。儿童计算思维的培养具有哪些价值？儿童计算思维培养方式与其他阶段的计算思维培养方式有哪些区别？如何在学前教育阶段开展有效且符合儿童认知发展阶段特征的教育活动？这些都是亟待解决的问题。

● 儿童计算思维的内涵

1.计算思维

计算思维概念最早由麻省理工学院教授西摩·派珀特于1980年提出，他在《头脑风暴:儿童、计算机及充满活力的创意》一书中提到，希望儿童在计算机学习过程中培养一种思维能力。他并未明确指出这种思维能力的概念，只是希望儿童能够具有一种“有力量的观点”，这种观点不是既定的书本知识，而是一种源自现实的、有用的、富有创造力的观点。直至2006年，美国卡内基·梅隆大学的周以真教授正式提出计算思维这一概念，她认为计算思维是利用计算机科学实现问题求解、系统设计、理解人类行为的一种思维活动。CSTA将计算思维定义为九个核心技能：数据收集、数据分析、数据呈现、问题分解、抽象、算法与程序、自动化、仿真、并行处理。陈鹏等人通过梳理2006—2016年的相关文献及会议论文，研究众多学者对计算思维的概念性定义得出常用的高频词汇为问题解决、抽象、过程、计算机、算法数据、科学、有效等，这与CSTA定义的计算思维核心技能相吻合。

2.儿童计算思维

2011年，周以真教授进一步明确了计算思维的定义，强调计算思维是一种解决问题的思维过程，并且能够将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达出来。这一定义给义务教育阶段的启示是：计算思维是一个独立于技术的思维过程；计算思维是一种需要不同能力并行的特殊的解决问题的方法。2016年欧盟委员会联合研究中心发布了《在义务教育阶段发展计算思维研究报告》，报告指出，一部分学者认为义务教育阶段的计算思维不仅是一种技能，同时也表现为态度和性格，是知识、技能和态度的总和，同样启示儿童计算思维的培养不单单是技能的培养。关于学龄前阶段的低龄儿童，他们处于皮亚杰认知发展阶段论中的感知运动阶段，孙立会等人将这一阶段定义为前计算思维阶段，认为在这一阶段进行计算思维的培养，投入的成本、时间以及教学效果均较此后阶段更为乐观。程艺将计算思维的核心技能对应儿童的相关技能，如算法是指儿童要学会基础的排序和逻辑组织，每一种核心技能都能与儿童的活动一一对应，这表明计算思维在3～6岁儿童中已经出现，反过来又有利于此阶段儿童的发展。对照义务教育阶段的计算思维内涵，笔者将本研究所指的儿童计算思维定义为3～6岁儿童解决实际问题的思维过程以及在此过程中观念与态度发生的一系列变化。这种思维绝非仅仅教会儿童使用计算机并具备计算技能，而是对儿童各方面的能力发展都有宝贵价值。

● 儿童计算思维的教育价值

处于学前阶段的幼儿，是当今社会的“数字原住民”，相比于上一代的“数字移民”，他们时刻生活在信息化社会环境中，每时每地都能接触到计算设备并且具有极强的学习能力，这些条件赋予他们发展计算思维的先天优势。可见，3～6岁阶段是计算思维培养的黄金关键期，更容易达到事半功倍的效果。

1.培养儿童的创造力

相关研究报告指出，伴随着科学技术的高速发展，未来社会的大部分工作将会与计算机科学有关，如果仅仅学习使用现有的软件以及工具完成信息的加工与处理，缺乏对新技术内涵的理解，便只能被动地适应计算机科学的发展，甚至阻碍计算机科学的发展。因此，应培养学生的创造力以及实际解决问题的能力。而3～6岁儿童有其独特的思考问题方式，并具有很强的学习能力，对周围环境中的一切事物有极强的探索欲望，在此阶段更容易建立起计算的思维方式，有利于发展更高阶的思维能力，为理解掌握甚至创造一整套的计算机科学设计与实施方案奠定坚实的基础，能有效提高他们的创造力，并与社会对未来人才的要求相适应。

2.训练儿童的STEAM能力

STEAM教育指的是科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)、艺术(Art)、数学(Mathmatics)及其综合的教育理念，其重视学生创新能力、综合能力和实践能力的培养。CSTA在不同学段都倡导计算思维的培养应与数学、科学、语言等课程结合，研究表明，计算思维所要求的核心技能与科学、工程、数学等学科核心素养有明显的交叉，如计算思维的核心技能“抽象”，体现在科学与工程学科中的“构造解释，设计解决方案”以及数学中的“抽象推理”“通过反复推理寻找和表达规律”等。同时，STEAM教育中的“确定问题、规划、尝试、修改和交流”这五个关键步骤都需要计算思维的核心技能作为支撑。由此可见，计算思维的培养标准与数学、科学等众多学科的标准都存在匹配之处，计算思维是STEAM学习的思维基础。

从小学阶段开始培养学生的STEAM能力已是大势所趋，这就要求儿童提前具备STEAM能力所要求的核心素养。在3～6岁阶段培养儿童的计算思维，训练儿童的STEAM能力，使儿童具备多学科的基本素养，与更高级学科的教育内容有机衔接，这一举措具有深刻意义。

3.提高儿童的核心素养

Society5.0时代是日本政府首倡的继狩猎社会、农耕社会、工业社会、信息社会之后出现的目前所处的智能化社会，智能化社会要求儿童具备更高阶的信息素养，信息素养是核心素养框架中所倡导的八大核心素养之一，是人应对信息社会对自我、对工作、对生活的挑战所必备的素养，日常生活和学习中的基本素养已经不足以应对智能化社会对人才的要求。

基础教育中的核心素养涵盖三个方面，即基础教育中的基础知识和基本技能，解决问题过程中所获得的基本方法，思考问题、解决问题的思维方法和价值观。这些方面无一不对应着计算思维中的核心技能，3～6岁儿童可塑性高，作为智能化社会发展的核心力量，在此阶段对儿童计算思维进行培养，能够建构起一种高效能、低成本、可持续的计算思维培养系统，通过这一系统的培养，能够有效提高儿童的核心素养，使其适应未来社会的要求。

● 儿童计算思维的培养方式

1.由引领导向转变为创造导向

派珀特在20世纪初提出儿童应具备认识自己的思维能力，计算机教育的目的也不仅仅是引领儿童培养技能，应该是教会他们思考，不向儿童树立规范答案，让儿童利用计算机思维，不断地操作与应用，以建立对世界的认知，直至认知与现象合一。然而在现在的计算思维教育中，当儿童独立解决问题时，教育者通常容易形成定势，一旦儿童遇到困难或者不确定性的问题不想继续探究下去，他们会习惯性地给出答案，按照既定答案引领儿童进一步探索，这样的培养方式会僵化儿童的思维过程。教育者应更多关注儿童在此阶段思维过程以及态度观念发生的变化，更要接受、重视并支持儿童对不同问题或不同儿童对同一问题思考方式的不同，让儿童能够创造性地思考解决方案。同时，要给儿童留足尝试和犯错误的空间，修补和矫正错误的过程同样是计算思维发展的关键。

2.由刻意塑造转变为环境浸润

现有的儿童计算思维培养大多以编程教育、机器人教育等方式进行，事实上，3～6岁儿童受环境影响大，周围环境的细微变化即可引起儿童的显著改变，相比于刻意塑造儿童的计算思维，以环境浸润儿童计算思维是众多培养方式的首选。派珀特曾用“计算机国”来形容儿童计算思维培养的环境，即使在今天，“计算机国”的愿望也还需要进一步探索，但在培养过程中，可有意识地将计算思维所要求的核心素养与儿童的实际活动相联系，为儿童创造丰富多样的学习环境，使儿童处在计算的环境里，在培养过程中多问、多听，以实际生活中的问题启发儿童的计算思维。

3.由抽象培养转变为实体操作

3～6岁儿童大多以看、听、摸等方式与真实世界产生联系，具有固定外形的具体实物更符合儿童计算思维发展的阶段特点，不同于抽象地让儿童编写一段程序，在操作实物的过程中，动手兴趣的培养更能促进儿童在活动过程中的思维发展，调动儿童各方面的感官，如在实体积木的操作过程中，通过积木的移动、排序、队列、搭建等行为，为儿童的抽象、仿真等核心技能培养奠定基础。编程教育作为计算思维培养的重要方式之一，有效地提高了青少年甚至儿童的计算思维，但计算思维的培养不完全等同于编程教育，尤其是在儿童计算思维培养中，编程教育不应过于复杂，应采取与实体操作相结合的方式，如在编程之前通过积木堆积、不插电活动、有声绘本、简易机器人等方式先让儿童理解程序，再进行可视化的程序编写，游戏化、动手操作的编程教育方式实现了由简单符号向复杂符号的过渡，可以很好地满足儿童计算思维发展的要求。

4.由单一训练转变为多元培养

儿童计算思维的传统培养方式多以图形化编程、机器人编程等方式展开，这些培养很大程度上能够提高儿童的计算思维和创造能力。但是针对3～6岁儿童思维跳跃、不稳定并且对这些培养方式接受程度不高的特点，仅采取以上方式不免单一且困难，教育者应探索多元化的培养方式。例如，绘本阅读作为3～6岁儿童汲取外界知识的重要方式之一，受到越来越多家长的重视。世界学前教育组织（OMEP）在1997年的国际会议中将“儿童与书”作为会议主题，会议研究认为，儿童早期阅读是儿童语言发展的基础，能够提高儿童各方面技能，使儿童长期处于丰富的环境中，培养想象力、观察力与思维能力。儿童电子绘本、有声绘本等一系列的早期绘本阅读，既可以实现儿童的交流互动，也可以让儿童汲取各方面的知识，将其与儿童计算思维培养有机结合，是值得探索的新兴计算思维培养方式。