从计算思维角度探讨编程教学：周以真教授的理论与实践分析

从计算思维的角度出发的儿童编程该怎么教？

2006 年 3 月，当时担任美国卡内基·梅隆大学（CMU）计算机科学系主任的周以真教授，如今是美国基金会（MSP）计算机和信息科学与工程部（CISE）主任。她提出了计算思维（ComputationalThinking）的概念。计算思维就是运用计算机科学的基础概念来求解问题、设计系统以及理解人类的行为。它包括了涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。

培养儿童计算思维的编程课程

目前的编程教学，在课程方面思考得较少。它缺少系统的课程理念，也缺乏对课程内容的研究。教学的随意性较大，教学目标往往只是过分关注具体的编程技术学习，却缺乏对编程过程中计算的本质与思维的关注。

一个编程教学课程如果合理且能体现计算思维，就可以将计算思维教育的课程目标固定下来。像基于 Scratch 和 Kodu 编程平台的两门趣味编程课程就是这样。这两门课程的目标都涵盖了培养编程逻辑思维，以及培养创新性思维、叙事能力、解决问题能力和合作能力等。

基于计算思维培养的儿童编程课程结构可分为四个部分：

认识平台，进行基本编程技能学习。通过设计功能明确的游戏程序，来掌握较为基本的编程技能；设计半开放的项目选题，以此引导学生学会创编故事、进行需求分析，探究编程技能，逐步形成计算思维；对于选题开放的编程作品进行设计，让学生经历情境介绍、游戏规则、场景设计、编写程序以及修改程序等环节。

学习活动按照“故事—规则—语句—作品”这一适合低龄段儿童的编程教学流程来设计，逐步推进对所编程序的理解。在故事编制和游戏规则制订的环节，学生的理性思维得到了强化；而在语句编写和作品调试与评价的环节，体现了学生理性思维的落实以及对计算机自动化的体验。

促进计算思维形成的编程教学方法

当前大部分编程教学中，多数教师采用模仿式、传统化教学。有些教师即便使用项目教学方式，也只是简单套用。学生小组合作与探究活动较少。尤其对编程教学的过程和思想不够重视。

对于教师而言，编程教学包含教授编程技能这一方面，同时还需精心设计教学过程，合理安排教学活动，巧妙激发学生的兴趣，唤起他们的思考，以此来形成计算思维。在编程教学里，不但要开展算法与程序设计的教学，还要通过编程活动的过程，让学生理解抽象、概括以及问题解决等这些计算思维的本质。在具体的编程教学当中，我们能够：

1、利用游戏活动提高学生的编程兴趣

7 岁到 12 岁的孩子此时情况是这样的。他们从表象性思维中摆脱出来了。在他们的认知结构中已经有了抽象概念。所以他们能够进行逻辑推理。不过他们的运算依然离不开具体事物的支持。儿童在具体丰富的游戏活动中，能够获得相关直接经验，以此作为学习的支撑，这样能更好地理解和掌握编程。而且图形化拖曳式的编程软件可以对编程结果进行实时动画反馈，这无疑会激发学生对编程的好感。谁不想在快乐中学习，又在学习中获得快乐呢？

2、通过“玩中学”提高编程教学的效率

在编程教学里，教师通常会运用“观察、模仿、学习”这三个步骤。学生借助这种方法来完成编程作品，其所需时间较短，成功率也较高。然而，在这个过程中，学生的编程行为只是机械地重复，缺乏了思维方面的练习，也缺少了创造性的实践。教师在教学中运用“玩中学”的理念，引导把“玩”与“学”相结合，利用“玩”激发求知动力，提升动手操作能力，这样的学习是开心且有意义的。

以《吃苹果》的 Kodu 游戏编程作为例子，学生正沉浸在移动 Kodu 去吃苹果的游戏当中，此时教师提出了一些问题。

师：游戏场景里如果有一些烂苹果被Kodu吃了，会怎么样？

生：Kodu会生病，Kodu不能吃烂苹果。

师：那在游戏中我们该怎么设计呢？

生：Kodu吃到烂苹果要受罚，要减少分数。

师：好，那大家试着修改你们的游戏吧！

实际上，玩游戏本身并非编程教学的目的。修改游戏规则以及修改游戏程序，也不是为了学习新的语句或编程技术。其目的是强化学生的归纳与抽象思维，强化他们对控制计算机自动化的体验。

3、以项目学习的形式开展编程教学

中学孩子的认知活动具备了守恒性和可逆性，并且逐渐能够从他人角度看待问题，这个阶段比较适合培养孩子独立分析问题、抽象概括问题、团队合作以及逻辑思维的能力。基于项目式学习，让学习者通过自主探究与合作去解决问题，借此学习隐藏在问题背后的知识，形成解决问题的技能以及自主学习的能力。在项目完成期间，教育者所追求的一方面是提升学生的编程能力和编程素养，另一方面是培养与关注 21 世纪的 4C 个人核心能力。

写在后面

认知特点是通过直观感知事物的规律。在教学实践里，编程教学能够成为提高计算思维的有效方式。教师能够把计算思维融入到具有娱乐性、互动性和艺术性的编程教学当中。让学生在基于现实模拟的情境里初步学习编程知识，进而归纳并提炼出在信息时代应该具备的计算思维技能，同时培养他们把这些技能运用到学习、生活和实践中去，用编程知识去解决真实世界的问题，在游戏设计和制作的过程中体会到理性、抽象、严谨等计算思维特征的能力。

有人说，教育是慢的艺术。我认为，这不仅适用于信息技术这一门学科，对于整个基础教育来说，教育的本质实际上就如同农业一样。我们不能怀着工业主义的念头，只一味地强调完成率、成绩等，而忽视了教育的原点。教育需要回归本真。信息技术教育要让每个孩子都具备像计算机科学家那样思考的能力，要让孩子们能够应对人工智能时代带来的挑战，而不是仅仅掌握某一门技术或者某种编程语言。

参考文献:

[1]百度百科.计算思维[OL].

陈久华进行了基于计算思维的儿童编程教学实践。该实践成果发表在《中国信息技术教育》2017 年第 21 期，页码为 13 至 16 页。

王蕾针对基于计算思维的信息技术教学设计模式展开了研究，并且以儿童编程单元作为例子。此研究成果发表在 2018 年第 02 期的《中国信息技术教育》杂志上，该期杂志的页码范围是 15 到 18 页。