计算思维在儿童数字文化创作课程中的地位及培养

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原文地址：计算思维在儿童数字文化创作课程中的地位及培养作者：science
发表在《中小学信息技术教育》2012.01 编者按：如今，计算机技术的发展大大扩展了人类解决问题的能力，许多人类原来想都不敢想的复杂问题在计算机的帮助下得以逐步解决。无论哪个行业的从业者，都需要借助计算机技术去解决问题。在此背景下，计算思维的提出恰逢其时。2010年9月，包括北京大学和清华大学在内的九所高校共同发布了《九校联盟计算机基础教学发展战略联合声明》，强调计算思维能力的培养应为大学计算机基础教学的核心。今年以来，王继华和吴向东老师将计算思维作为儿童数字文化创作课程的核心之一，在实践中也做出了一些探索。

计算思维在儿童数字文化创作课程中的地位及培养

王继华  吴向东

什么是计算思维

计算思维是美国华裔科学家周以真于2006年首次提出的。她将计算思维看做除读、写、算之外每个人都必须具备的另一种基本技能。她对计算思维[1]的界定是：运用计算机科学的基本概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为。计算维斯强调问题求解的操作过程和机器实现，是一种人机共存的思维。计算思维是通过约简、嵌入、转化和仿真等方法，把一个看起来困难的问题重新阐释成一个我们知道怎样解决的问题。
计算思维的提出，引起了学界的广泛共鸣，同时由于定义的宽泛也引起了一些争论。为了便于在K12中实施，国际教育技术协会(ISTE)和计算机科学教师协会(CSTA)于2011年通过给计算思维的各要素作描述的方式，下了一个操作性的定义[2]，即计算思维是一个问题解决的过程，该过程包括以下特点：1.制定问题，并能够利用计算机和其他工具来帮助解决该问题；2.要符合逻辑地组织和分析数据；3.通过抽象，如模型、仿真等，再现数据；4.通过算法思想（一系列有序的步骤），支持自动化的解决方案；5.识别、分析和实施可能的解决方案，找到最有效的方案，并且有效结合这些步骤和资源；6.将该问题的求解过程进行推广并移植到更广泛的问题中。
容易与计算思维相混淆的概念有两个：算法思维和生活算法。算法思维是通过程序设计用计算机的算法去求解问题的思维方式。生活算法是国内知名信息技术教育实践者武健老师于2003年提出的概念，是运用类似计算机算法的策略来求解生活中的问题，也可以说是算法思维的外化。这两个概念与计算思维的内涵有一定的相通之处，但相比之下，都显得狭隘和单薄。当然，也可以将它们作为计算思维的一部分来对待。

计算思维与数字文化

由计算思维的概念，我们可以认为，计算思维是伴随计算机的出现而产生的一种浸润着信息技术文化的特有思维方式。“正如印刷出版促进了3R（阅读、写作和算术）的普及，计算和计算机也以类似的正反馈促进了计算思维的传播”[3]。
按照儿童数字文化创作课程的目标体系[4]，计算思维贯穿在三个层级的目标之中，既包含用以解决问题的“操作方法”与“技术规则”层面，也包含思考和改变解决问题方式的“数字文化”层面。艺术创作的“大规模业余化”，藉由网络协作平台协作共创的普及，程序设计的可视化与自然语言界面，人、计算机、网、物之间的互联，这一切的改变都需要人们用全新的计算思维去思考如何解决问题。

需要再次强调的是，计算思维不仅存在于“程序与控制”中，不能把它简单等同于程序设计中的算法。比如数字艺术，如果只是一味地强调模仿现有的绘画工具在绘图板上作画，那么，绘画软件中许多新工具的特效就发挥不出来，这样在电脑上作画的画家是不具备计算思维的。计算思维就是要借助计算机的能力达到前所未有的极限。

我们对数字文化的界定是：以现代数字技术的广泛应用为基础，以数字化产品和知识产业为支柱，以数字化产品和知识的生产、分配、传播、交流、使用作为人们普遍的活动内容，通过这一活动过程，引起人类生存方式全面变革而形成的数字化时代的文化形态。所以，计算思维可以看做数字文化的一个重要部分，它渗透在数字文化的方方面面，影响着我们发现、思考和解决问题的方式与习惯。

我们的实践

2010年下半年开始，我们开展了Scratch的教学实验，将“程序与控制”和“数字艺术”两部分融合在一起，让学生在创作小故事与小游戏的过程中学习计算思维。如果按照ISTE的定义，我们主要从“通过算法思想，支持自动化的解决方案”和“将该问题的求解过程进行推广并移植到更广泛的问题中”两方面去做尝试。下面的案例渗透了计算思维的培养方法。

1.提出创作主题

师：同学们，通过一段时间的学习，我们已经对Scratch软件有了一定的掌握。今天，我们将动手来做一个“躲避游戏”，体验它的神奇之处。有谁愿意上来玩玩这个游戏？看你能在游戏中坚持多久。

2.范例研习

教师打开范例并提问：请说说这个例子中有几个角色？各个角色都有哪些动作？会涉及哪些语句？教师将例子中重复的角色删除，让学生浏览所需要用的脚本（见图1）和角色（小球、精灵和幽灵），并通过对3个角色的分析（见表1和表2），弄清游戏的设计思路，即游戏的建模方法和其中的算法思想。为了便于清晰地分析脚本，每一个脚本功能块都分开来撰写。

图1  范例《小球躲幽灵》

3.模仿设计

结合“范例”进行模仿设计的活动，可小组合作，也可单独设计制作。教师把范例投放在大屏幕上，学生开始模仿制作。通过模仿和实验，学生感悟游戏建模的方法和其中的算法思想。

4.自由创作

这一阶段可以让学生尝试各种变化，比如改变各个角色的造型、动画效果、背景图，增加角色的数量及其运动方式，并赋予角色各不相同的行为，甚至设置变量，增加游戏的难度等，以设计出全新的“躲避游戏”。这一环节体现的是“将该问题的求解过程进行推广并移植到更广泛的问题中”的计算思维的培养目标。

在自由创作的过程中，学生可以采取边尝试边修改的办法进行构思、设计、制作，并可以下位观摩其他组的设计，以相互启发。图2是通过“照相”功能，直接从摄像头中拍摄照片，然后在“编辑”中擦去除脑袋之外的多余部分，最终得到的真人版躲避游戏。

图2   真人版躲避游戏

5.分享交流

本阶段要让学生分享躲避类小游戏的模型建构和算法设计等方面的知识。以学生展示分享为主，教师根据课堂中普遍存在的问题做提示和补充，一方面巩固所学，另一方面使学生看到自己作品的优缺点，以改进或思考新的游戏设计。

计算思维与儿童数字文化创作课程的目标、内容和教学方法是水乳交融的。我们目前对Scratch教学的实践，所涉及的只是计算思维诸多特征中的某些部分。要想全面反映计算思维解决问题的思想与方法，仅靠一个软件或者仅靠信息技术这一门课程去承担，是远远不够的。这也意味着，计算思维的培养与信息素养一样，将不仅是信息技术课程的主要目标和内容，也是其他课程的主要目标和内容。

参考文献
[1][3]周以真.徐韵文,王飞跃译.计算思维[J].中国计算机学会通讯,2007(11).
[2]范红译.K-12教育中的“计算思维”的操作性定义.
[OL]http://www.iste.org/Libraries/PDFs/Operational_Definition_of_Computational_Thinking.sflb.ashx
[4]吴向东,王继华.儿童数字文化创作课程的目标体系[J].中小学信息技术教育,2010(9).

（作者单位：华南师范大学附属小学）