編者按：計算思維被認為是21世紀中葉人人都應具備的基本能力，正在受到越來越多的人關注。本文將揭開計算思維的神秘面紗，為大家普及計算思維的基本內涵與特點。
作者：張進寶、王宇
專家介紹：張進寶
北京師範大學教育學部副教授，教育技術專業、科學與技術教育專業碩士生導師，北京師範大學計算思維教育研究中心主任，北京師範大學科學教育研究院院長助理，兼任中國教育學會中小學信息技術教育專業委員會副理事長，Bebras國際計算思維挑戰賽中國區主席，主持和參與數十多項部級、省級教育信息化項目。主持和參與數十項省部級人文、教育與社會科學課題，發表中英文學術論文近百篇。
“計算思維”並不神秘
計算思維是什麼，聽起來似乎高深莫測，好像是專業人士才會用到的描述。而事實上，計算思維的真面目與此般印象大相徑庭。在許多人的固有觀念中，計算思維是計算機科學家才掌握的一種思維能力。
其實，計算思維是一種任何人都能夠且應該掌握的思維方式。在2006年，美國卡內基·梅隆大學計算機科學系主任周以真教授，正式對計算思維的概念進行界定：計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計、以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。
自此之後，越來越多的學者認識到了計算思維的重要性，但由於其概念一直不斷地向前演變，至今未有一個標準。若從寬泛角度解釋，計算思維指的是人們在面臨任何新問題和新挑戰時，理解問題及計劃問題解決方法的思維過程。
為了讓讀者更好理解計算思維的含義，在此引入兩個關於生活中隨處可見的計算思維實例。
實例一，在起床之後先後有序地完成一系列活動，如穿衣，疊被，洗刷，吃早餐等，這屬於計算思維中的順序結構，可以讓孩子們養成有計劃地安排自己各項任務和活動的習慣。
實例二，臨時被通知要出差，把哪些物品置於唯一的揹包中才是最好的選擇？這是計算思維中典型的貪心算法，指的是在解決問題過程中，做出在當時最好的選擇。這可以培養孩子們的邏輯思維以及尋求最優解的能力。
計算思維教育勢在必行
隨著信息2.0時代的到來，計算思維成為新一代必備的核心技能之一，它可以提供一種組織和分析問題的新視角，能夠廣泛應用於學習與生活。毫無疑問，2010年後出生的兒童，屬於地道的“數字原居民”，他們對數字技術的掌握有著天生優勢。
數字技術無處不在，尤其是隨著物聯網、雲計算、人工智能等技術的快速發展，計算優勢更顯現出了其變革性意義。然而大部分人很少有機會獲得對計算的理解，甚至認知還停留在數值計算和工具操作層面，更不用說去理解計算思維了，如此又怎能培養出真正合格的數字公民呢？
好在，2017年的《地平線報告（基礎教育版）》已經表明，要讓計算思維在孩子們的生活學習中成為與閱讀、算數等技能同等重要的基本生活能力。這說明，計算思維教育已勢在必行。
編程活動助力計算思維發展
早在20世紀80年代末，清華大學的孫家廣院士就曾提出“編程教育從娃娃抓起”，而少兒編程所培養的能力便是計算思維能力。已有的相關實驗證明，編程教育可以提高幼兒相關計算思維能力（抽象、排序、模式識別）在其他方面的遷移提高，並且對提升幼兒的溝通、合作、團隊建設、創造力等方面都有一定的促進作用。
2017年國務院發佈的《新一代人工智能發展規劃》中表示：“逐步推廣編程教育，鼓勵社會力量參與寓教於樂的編程教學軟件、遊戲的開發和推廣……”編程語言可以給予學習者及時反饋，促使學習者進行調試，故障排查，這些都體現了計算思維的作用。
圖片來自騰訊新聞《你好，未來人類》
國外對於計算思維的培養，是從基礎教育階段逐漸上升至高等教育階段，相對而言，我國主要的計算思維培養陣地仍是高等教育階段，隨之慢慢下移至基礎教育，但是毫無疑問，我國教育界對於計算思維培養的重視程度已越來越高。思維能力培養，是一個長期且緩慢的過程，在幼兒階段就讓孩子接觸相關的計算思維訓練，可以讓他們從小就能夠熟練使用計算思維能力要素解決生活、學習中的問題。
計算思維融入兒童教育活動
國內外已有若干研究開始探索幼兒時期發展起來的認知能力與計算思維之間的聯繫。結果表明，幼兒從4歲便能夠進行計算思維相關的學習。計算思維可以為兒童提供表達自我和創造自我的機會，比如向兒童提供外部創建工具，如圖形化編程軟件或編程機器人，以遊戲的方式向兒童提供編程學習環境，兒童便可像寫作一樣表達自身的想法。
國外培養計算思維的工具主要分為四大類：Scratch等圖形化編程、基於網絡的模擬創作工具、機器人工具包和有形媒體、以及電子紡織品和其他計算工藝套件。如今相當數量的編程教育將教學環境寄託於Scratch等可視化編程軟件，將其當作計算思維培養的主要方式。
然而教育學界逐漸意識到，幼兒在與實際可觸摸的物體進行交互、玩耍和創造時，學習效果是最好的。傳統的編程教育，無論是高年級進行的程序設計學習，還是少兒通過Scratch等圖形化編程軟件進行的學習，成果往往都是在計算機屏幕上呈現的。毫無疑義，使用以上工具進行學習都會增加孩子與電子產品接觸的時間，這也是許多家長所擔心的問題之一。
家長們可能也會擔心，編程對年幼的孩子而言是否太難了。其實相較編程語言的掌握，更重要的是讓幼兒通過親身感受，體會編程過程中所包含的計算思維與解決問題的思路。魏茨曼科學研究所的研究員Armoni認為，只要採用與幼兒年齡發展階段相適應的工具，即使是四五歲的幼兒也能順利進行編程學習。
Matatalab培養方式很特別
Matatalab使用簡易的圖形化編程積木塊代替了複雜的程序代碼，孩子無需長時間地對著電腦屏幕，也無需面對複雜的代碼設計。Matatalab所設計的瑪塔機器人，外形更容易讓年幼的孩子親近，且其中的瑪塔人偶可以替換成兒童鍾愛的樂高小人。通過瑪塔控制檯對瑪塔機器人的命令連接，幼兒可以直接觀察到自己做出的編程指令對於機器人行為的影響。
該類編程機器人提供了一種與計算思維接觸的具體方式，使抽象事物具體化，將編程學習和玩具進行有機的結合，在遊戲中，潛移默化地讓孩子形成計算思維。
瑪塔編程機器人
廣大的家長和教育工作者正在不懈努力，讓計算思維培養以各種形式深入到各類教育活動之中。我相信，今天這些精心設計的創新教育活動會在孩子心中埋下計算思維的種子，這枚種子在將來會發展成各行各業所需的核心能力，成為開啟美好未來的密鑰、創新與攻關的利器，幫助未來人類們鑄就一個更加美好的明天！
