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計算思維:面向智能時代的基本思維

發布時間:2021-06-03 作者:于曉雅 來源:中國教育新聞網-《中國民族教育》雜志

真實世界里,計算技術早已無處不在,譬如化身小芯片嵌入我們生活方方面面的計算性能,每日產生上億信息的物聯網大數據系統等。面對全新的未來智能世界,人類需要全新的思維方式,使我們能夠看透技術本質,以創造性的、深思熟慮的和適當的方式理解和使用這些技術。計算思維(Computing Thinking, CT),作為運用計算機和互聯網及其他信息處理代理有效執行人類構造和表述問題的思維過程,不僅是計算機科學家和數字工程師的專業興趣,而且跨越各個學科領域,必然成為這個時代最基本的思維方式。

計算思維是數學、科學、工程和技術(STEM)的融合體。計算思維傳承于數學算法思維,要求對于問題能夠產生形式化的描述和定義;計算強調對信息的變換,而不是簡單的信息發現、分類、存儲或通信;計算思維具有明顯的工程技術性質,不僅需要描述解決一個問題的方法,更要求有讓一臺計算機真正解決這個問題的實踐方案。計算思維已經成為科學研究領域繼理論和實驗研究之后的第三種范式。

計算思維教育的提出,是因為計算機和互聯網、人工智能技術的出現,改變了人類問題解決的觀念、思維和實踐。在教育領域,我們也需要作出改變,讓我們的學生能夠具備這種計算思維,能夠參與和設計技術,為在這個全新的時代工作、生活、娛樂做準備。

基礎教育領域高度重視和關注計算思維培養。美國下一代科學教育標準(NGSS)將計算思維確定為科學與工程八項關鍵實踐之一,是所有K-12年級學生在課堂上進行科學學習必不可少的一部分(NGSS Lead States 2013)。英國專門開設“計算”課程,提出培養學生計算思維。澳大利亞于2012年將數字素養明確地歸入中小學生基本能力要求。新加坡于2014年倡導的“編碼@新加坡政府”(CODE@SG)項目中亦提出,將計算思維發展為一項全民能力。芬蘭的課程從一年級開始就將編碼作為一項強制性的跨課程主題。日本、韓國也針對計算能力和計算思維培養出臺各項政策。我國也出臺了本科、高中計算思維培養的相關課程標準,義務教育階段的編程和計算思維培養進入深度試水期。隨之而來的是教育實踐層面的眾多問題,例如:“教師需要在多大程度上理解和掌握計算思維,才能幫助學生發展計算思維能力和技能?”“將計算思維整合到X領域中是否會提高X領域的學習能力?”以及“將計算思維融入X領域是否能提高計算機科學的學習?”等,對于思維的評估也遇到了很多挑戰,對于這些問題的探索和挑戰的應對策略思考將有助于將計算思維整合到K-12學科領域。

無論是從具象實踐還是抽象思維的視角,計算思維本身就具有思維和實踐的雙重跨學科性,對于中小學校和教師而言,如何以創造性、跨學科的方式培養計算思維是一個具有挑戰性和復雜性的工作。考慮到技術變革的加速,以及它對我們的生活和世界的巨大影響,這是一個迫切需要關注和解決的問題。

于曉雅,博士,副教授,北京教育學院創客教育研究中心主任,綜合課程教研室主任。研究方向為中小學信息技術教育、STEM和創客教育、人工智能和教師專業發展等。(《中國民族教育》雜志2021年第6期)

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