什么是计算思维?

Mars老师
Mars老师 2022-10-24 22:46:10
资深IT专家 / 教育领域创作者。 官方主站:https://kidscodes.cn/

教育部印发了义务教育课程方案和课程标准(2022年版),在课程内容结构、学业质量标准等方面都有较大变化。

在这次修订中,着重体现了学生核心素养的重要性。

以信息科技课程标准为例,信息科技课程要培养的核心素养,主要包括信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任。四个方面互相支持、相互渗透、共同促进学生数字素养与技能的提升。

这其中,“计算思维”也多次提到过的一种思维能力,它究竟指的是什么?如何锻炼这种能力?今天我们将为大家细细解读这个被教育部“划了重点”的思维能力。

什么是计算思维?

说起计算思维,许多人可能会联想到数学、数字运算。实际上计算思维中的“计算”指的并不是数值计算,而是与计算机有关。

最早,计算思维是由计算机科学家周以真在2006年提出,作为一种解决问题的思维过程:运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为。

周以真教授(英文名JeannetteM. Wing)曾担任美国卡内基·梅隆大学计算机科学系主任,现为哥伦比亚大学数据科学研究院主任、计算机科学教授,同时她也是哥伦比亚大学首位华裔女副校长。

2012年,在微软亚太教育峰会上,周以真教授分享了对计算思维的看法,她表示,“计算性思维能够将一个问题清晰、抽象地描述出来,并将问题的解决方案表示为一个信息处理的流程”。

通俗来讲,计算思维对我们最大的帮助在于提升解决问题的能力,而这种能力不仅仅适用于计算机科学专业课堂或某个特定领域。如同数值计算仅仅是计算机功能中的一小部分,计算思维也包含着更广泛的应用领域,它在我们生活中的应用非常普遍。

举个例子,如何在走最少的路、且等待项目时间最短的情况下,规划玩游乐园的路线?解决这个问题,我们就可以用到计算思维。

以环球影城为例,我们想要达到的目的是:走最少的路、等待项目时间最短、玩完整个园区。明确了任务后,再来逐一分解目标。

“走最少的路”,我们必须要提前规划好游览路径,尽量避免走回头路;“等待项目时间最短”,我们需要提前收集资料,了解在什么时间段哪些项目最火爆,错峰体验项目;“玩完整个园区”,要考虑到开、闭园时间,花车游行时间以及各项演出时间等。

综合错峰体验项目的顺序对游览路径进行规划,再充分考虑到途中有可能会发生的一些问题,设置一些“紧急预案”方便我们随机应变。

这个问题看似简单,我们将上述解决问题的步骤抽象化,可以得到如下流程:确定任务目标——分解问题——逐一分析——综合完善——关注动态变化并实时修正。这也正是我们在编程时,为了实现一个功能经常会用到的一种思路。

除此之外,如何为一个经常堵车的路口设计合理的交通方案?如何让设备实现面部识别?如何破解人类的遗传信息?在科技快速发展的今天,越来越多领域的问题,需要使用计算思维来解决。

计算思维教育的提出,是因为计算机和互联网、人工智能等技术的出现,改变了人类问题解决的观念、思维和实践。在各项新兴技术不断进步的今天,掌握计算思维能够帮助我们更好地适应数字时代,解决在数字时代所面临的各种问题。

既然计算思维影响的范围这么广,那么家长该如何帮助孩子提升计算思维,为孩子的未来赋能?

以编程、机器人为代表的科技素质教育是发展孩子计算思维能力最好的切入点

计算思维培养囊括的范围很广,它不等同于编程教育,但是以编程和机器人为代表的科技素质教育却是培养孩子计算思维的最好切入点。

无论是编辑代码进行一项操作,或是达成一项功能,编程的最终目的在于解决实际问题。

区别于纯理论学习,编程和机器人的学习,都非常注重以真实问题或项目驱动,通过创设真实场景和问题,对运用计算思维解决问题的核心能力进行锻炼。孩子将以解决实际问题为目的去学习相关知识,进而将知识运用在实践当中,形成一个学习闭环。

在基础教育领域,各个国家都高度重视和关注计算思维培养。

美国下一代科学教育标准(NGSS)将计算思维确定为科学与工程八项关键实践之一,是所有K-12年级学生在课堂上进行科学学习必不可少的一部分。

英国专门开设“计算”课程,提出培养学生计算思维。澳大利亚于2012年将数字素养明确地归入中小学生基本能力要求。

芬兰的课程从一年级开始就将编码作为一项强制性的跨课程主题。日本、韩国也针对计算能力和计算思维培养出台各项政策。

如今,计算思维在我国也引起了重视,信息技术与学科融合进一步深入。

在这次新修订的义务教育课程方案和课程标准中,也强调了信息科技是现代科学技术领域的重要组成部分,并将“能采用计算机科学领域的思想方法界定问题、分析问题、组织数据,制定解决方案”等列入课程目标。

综上可见,计算思维成为信息技术新课标学科核心素养之一,是21世纪学生发展的核心能力。

用周以真教授的话来说:“计算思维将成为每一个人的技能组合成分,而不仅仅限于科学家。普适计算之于今天就如计算思维之于明天。普适计算是已变为今日现实的昨日之梦,而计算思维就是明日现实。”

如何利用技术进行学习工作,解决问题,不仅是教学者的能力要求,作为未来建设社会人才的中小学生,这种计算思维能力的提升更是迫在眉睫。

计算思维能力已然成为与阅读、写作、算术同等重要的能力,我们要抓住中小学能力培养黄金时期,让每个学生在未来高度信息化的社会中能拥有硬核的能力,成为一名合格的未来公民。

Mars老师 2022-10-24 22:46:10