原創(chuàng) 芳芳 STEAM在線 收錄于話題#教育觀念9個

看點 在STEAM教育中，很多家長聽說最多的可能是編程課程，而且很多編程機構(gòu)也經(jīng)常宣傳課程會著重培養(yǎng)孩子的計算思維能力、邏輯思維能力、解決問題的能力等。那么計算思維究竟是什么？對孩子的成長有哪些幫助？如何鍛煉孩子的計算思維能力？小編就這些問題展開分享，希望能對您有所幫助。

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計算思維是什么

2006年，美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的周以真（Jeannette M. Wing）教授，發(fā)表了題為 《計算思維》（Computational Thinking）的文章，提出了一種建立在計算機處理能力及其局限性基礎(chǔ)之上的思維方式——計算思維。

她認(rèn)為，計算思維就是運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念進行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計，以及人類行為理解等涵蓋計算機科學(xué)之廣度的一系列思維活動。它能為問題的有效解決提供一系列的觀點和方法，它可以更好地加深人們對計算本質(zhì)以及計算機求解問題的理解，而且還能克服“知識鴻溝”，便于計算機科學(xué)家與其他領(lǐng)域?qū)＜医涣鳌?/p>

2008年，周以真進一步指出計算思維是一種分析思維， 在問題解決的不同階段會用到數(shù)學(xué)思維，在設(shè)計和評價復(fù)雜系統(tǒng)時會用到工程思維，在理解概念時會用到科學(xué)思維?？梢钥闯?，計算思維是多種思維的綜合應(yīng)用。

計算思維是為了便于人機的溝通，便于實現(xiàn)用計算機去解決問題，實現(xiàn)目的的一種思維方式。它不是要像計算機一樣思考，而是架起人機交流之橋梁的核心思維模式。

在用計算思維解決問題時，人負(fù)責(zé)把實際問題轉(zhuǎn)化為可計算問題，并設(shè)計算法讓計算機去執(zhí)行，計算機負(fù)責(zé)具體的運算任務(wù)，通過運算，達(dá)到人想要實現(xiàn)的工作目標(biāo)，并將這個結(jié)果呈現(xiàn)出來，這就是計算思維里的人機分工。

很多人會把計算思維和編程混在一起。計算思維是人大腦的一種思維方式，編程則是人輸入計算機的一種語言運算方式。編程是實現(xiàn)計算思維的具體的語言和數(shù)據(jù)的運算方式。

舉個簡單的例子，比如用計算機答選擇題，第一題的正確答案是A。就可以設(shè)置語句，如果答題者選擇了A，計算機后臺就會得到“1”的結(jié)果，如果答題者沒有選擇A，計算機的后臺就會算出“0”的結(jié)果，再加入一些運算公式，比如“1”是多少分?jǐn)?shù)，“0”代表多少分?jǐn)?shù)，最后計算出答題者答出了幾個“0”和幾個“1”，再求出答題者的所有分?jǐn)?shù)之和，把這一套運算的步驟和程序輸入計算機，就是編程。

如何去實現(xiàn)這一過程的整個思維過程，就是計算思維。先有了計算思維，再運用計算機可以理解的語言和能計算的公式，編程為詳細(xì)的步驟，讓計算機進行處理要實現(xiàn)的目標(biāo)。把實現(xiàn)的流程和步驟，通過計算機語言表達(dá)出來，輸入計算機系統(tǒng)，讓計算機可以自動運算出結(jié)果，這個過程就是編程。也就是編程是實現(xiàn)計算思維的一種方式。

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計算思維的實現(xiàn)步驟

海門丁杰( Hemmendinger，2010) 認(rèn)為教授計算思維的目標(biāo)是“教學(xué)生像經(jīng)濟學(xué)家、物理學(xué)家和藝術(shù)家那樣思考問題，并理解如何使用計算解決問題，創(chuàng)建和發(fā)現(xiàn)能卓有成效進行探索的新問題”，并不是讓每個人都像計算機科學(xué)家那樣思考。

計算思維的兩大核心特征是Abstraction （抽象）和Automation（自動化）。簡稱2A。

想要理解抽象和自動化之于計算思維的重要性，我們先來看下運用計算思維進行問題求解的關(guān)鍵路徑：

（1）把實際問題抽象為數(shù)學(xué)問題，并建模，即將人對問題的理解用數(shù)學(xué)語言描述出來

（2）進行映射，把數(shù)學(xué)模型中的變量等用特定的符號代替，即用符號一一對應(yīng)數(shù)學(xué)模型中的變量和規(guī)則等

（3）通過編程把解決問題的邏輯分析過程寫成算法，即把解題思路變成計算機指令，也就是算法

（4）執(zhí)行算法，進行求解，即計算機根據(jù)算法，一步步完成相應(yīng)指令，求出結(jié)果。

建立數(shù)學(xué)模型的過程就是理解問題的過程，并且要把你對問題的理解用數(shù)學(xué)語言表達(dá)出來，這個就是建立數(shù)學(xué)模型的過程，也是編程的過程。這很關(guān)鍵，數(shù)學(xué)模型的好壞意味著你對問題的理解程度夠不夠深，而且數(shù)學(xué)模型還說明了在這個問題中，哪些東西可以計算以及如何進行計算，這可以說是計算思維里最最核心的東西了。這個關(guān)鍵過程需要的核心能力就是抽象能力以及一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。

在整個過程中，抽象是方法，是手段，貫穿整個過程的每個環(huán)節(jié)。自動化是最終目標(biāo)，讓機器去做計算的工作，把人腦解放出來，中間目標(biāo)是實現(xiàn)問題的可計算化，體現(xiàn)在成果上就是數(shù)學(xué)模型、編程、還有算法。

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計算思維對孩子有什么幫助

很多家長都會給孩子選擇編程課程，希望提高孩子的計算思維、邏輯思維、抽象思維等能力。計算思維對孩子有哪些好處呢？

1、計算思維可以提高孩子的數(shù)學(xué)能力

計算思維必不可少的就是計算，計算一定會用到數(shù)學(xué)知識，數(shù)學(xué)對于計算思維是必不可少的，在鍛煉孩子的計算思維的時候，可以把數(shù)學(xué)知識實際的應(yīng)用起來，這樣有利于培養(yǎng)孩子對數(shù)學(xué)的興趣，激發(fā)孩子學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的熱情，原來數(shù)學(xué)這么有用！孩子再學(xué)起數(shù)學(xué)來，就不會覺得那么枯燥，還會覺得數(shù)學(xué)很重要，可以實現(xiàn)自己想要的計算結(jié)果。

2、提高孩子的邏輯思維能力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牧?xí)慣

在計算思維實現(xiàn)的過程中，建立數(shù)學(xué)建模需要有多種選擇的語句，和分別相對應(yīng)的實現(xiàn)步驟，這些都非常有利于培養(yǎng)孩子的邏輯思維能力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S習(xí)慣，一旦出現(xiàn)了紕漏，整個計算過程就會出現(xiàn)失敗，這就不得不迫使孩子去重新檢查數(shù)學(xué)建模中出現(xiàn)了哪些問題和錯誤，有時候一些細(xì)微的錯誤不一定很容易發(fā)現(xiàn)，這就需要孩子耐心去檢查，也培養(yǎng)了孩子的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度和抗挫折的能力，以及重新再來的勇氣。

3、提高孩子的人際交際溝通能力

孩子們在整個計算思維的訓(xùn)練過程中，難免會遇到問題， 遇到問題怎么辦？就要去尋求解決的方法。這就需要向老師、家長和同學(xué)求助，也許實現(xiàn)一個計算思維的途徑會有點復(fù)雜，需要同學(xué)們集思廣益一起去完成，這樣就要及時溝通，互相學(xué)習(xí)和幫助，在互動中去尋求解決方案。

4、培養(yǎng)孩子思考問題和解決問題的能力

計算思維本身就是為了解決問題而提出的，是為了解決問題而提倡的一種思維方式，這對于鍛煉孩子的思考問題、解決問題能力的養(yǎng)成非常有效。

孩子通過計算思維的實踐和計算操作實現(xiàn)了自己想要的數(shù)學(xué)模型的時候，也會提高孩子的自信心和自我認(rèn)可能力。

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如何提高孩子的計算思維能力

計算思維能力的培養(yǎng)，可以通過多種手段和方法去實現(xiàn)。任何包括計算思維在內(nèi)的操作方式都可以去嘗試。

比如，對于低年級的小朋友來說，可以讓孩子們對氣球進行分類，紅色氣球有幾個，綠色、藍(lán)色、黃色等等各有幾個，然后讓他們計算紅色氣球加上綠色氣球一共多少只，紅色加藍(lán)色一共多少只，班里一共有多少小朋友？如何把氣球進行分配等等。這些小朋友通過運算，就可以提高計算思維能力。

利用一些玩具也可以實現(xiàn)，比如積木，可以讓小朋友對積木進行分類，圓柱形的有多少個，長方體有多少個，正方體有多少個，球形有多少個等等，然后可以讓小朋友搭建一個自己喜歡的玩具，搭建好了，再進行統(tǒng)計，用去了多少個球體、圓柱體、正方體和長方體，還剩下了多少個等等，讓小朋友在玩中去鍛煉計算思維。

數(shù)字游戲也是很好的提高計算思維的方式。比如7的倍數(shù)的游戲。游戲規(guī)則是，大家圍成一個圈依次報數(shù)，報數(shù)范圍可以限制在1-100之間。遇到帶有數(shù)字7，或者7的倍數(shù)的數(shù)字時，就不要報數(shù)，而是以鼓一下掌或者拍一下桌子表示，如果誰表達(dá)錯了，就是輸了。

例如，在7的倍數(shù)7、14、21、28、35等數(shù)字時也是不能報的，要鼓掌或者敲桌子，如果犯錯了，可以罰唱歌、表演節(jié)目等，在這樣的游戲中，可以鍛煉孩子快速的計算思維和反應(yīng)能力，而且孩子們還會玩的很開心，要想不輸?shù)脑挘鸵煤脤W(xué)習(xí)乘法口訣了。

“計算性思維”歸根結(jié)底是根據(jù)孩子的思維發(fā)展規(guī)律，培養(yǎng)數(shù)理邏輯能力。我們可以先利用一些玩具和實物進行培養(yǎng)，再過度到編程的學(xué)習(xí)上，這樣會更加自然。

（1）涂鴉、串珠、玩拼圖——形象思維第一步

學(xué)齡前3-6歲的孩子主要以培養(yǎng)形象思維為主。比如，問孩子“3+2等于幾”，對于這個年齡段的孩子其實并不那么容易，但若問他們“3個珠子和2個珠子放在一起是幾個珠子”，大多數(shù)孩子會覺得好算很多。

因此，這一階段“玩”實物能夠有效的訓(xùn)練孩子的思維。

我們可以用：串珠子，讓孩子研究串成有規(guī)律、間色不同的圖案； 涂鴉填色，比如在一組直線排列的三角形填上順序為“紅、黃，紅、黃，紅、黃”的顏色，或是推測下一個圖形的顏色； 拼圖，讓孩子對具體的形象、結(jié)構(gòu)產(chǎn)生認(rèn)識。

除了“有序”的練習(xí)，創(chuàng)造性的串珠制作和發(fā)揮想象力的涂鴉也能對孩子思維的提升有很大幫助。

（2）數(shù)學(xué)游戲、棋類、魔方——抽象邏輯逐步養(yǎng)成

6-11歲是培養(yǎng)孩子抽象邏輯思維能力的關(guān)鍵時期。讓孩子通過觀察分析，逐步學(xué)會對事物進行概括、抽取出事物的特性，形成概念，并進行推理及判斷。

數(shù)學(xué)游戲是典型的計算思維與邏輯的練習(xí)方法。

比如下面這個題目：

把寫著1到100這100個號碼的牌子，像下面這樣依次分給四個人，讓孩子判斷第73號牌子會落在誰的手里？

想要解開這道題目，孩子需要運用邏輯推理，找出數(shù)字的排列規(guī)律，通過思考和探索數(shù)學(xué)問題，嘗試找到比“窮舉”更快更有效的辦法，從而得到思維的提升。

除此之外，棋類、魔方也是有效提升兒童思維能力的方式：

（3）日常對話—邏輯是計算性思維的重要部分

千萬不要忽視了與孩子的日常對話，這對訓(xùn)練孩子的思維能力是有很大影響的：

①強調(diào)日常對話中的因果關(guān)系

明辨因果關(guān)系是邏輯思維的基礎(chǔ)能力之一。比如，去公園的時候告訴孩子：

因為今天天氣很熱，所以你現(xiàn)在口渴了；因為你口渴了，所以你需要喝水。

孩子并不一定能理解這里的因果聯(lián)系，但如果父母在表達(dá)的過程中注重邏輯，也會在潛移默化中影響孩子的思維方式。

②教孩子區(qū)分事實和觀點

教孩子區(qū)分事實和觀點是美國小學(xué)課堂上教孩子思辨的重要課題之一，就是“fact or opinion”（事實還是觀點）。

事實，包括太陽是熱的、蛋糕是甜的、A是字母表里的第一個字母、蜘蛛有八條腿；而觀點，包括“我喜歡曬太陽”、“蛋糕很好吃”、“我不喜歡背古詩”、“我覺得蜘蛛很可怕”。

平時有意識地引導(dǎo)孩子，區(qū)分Ta 表達(dá)的是感情、觀點，還是道理、依據(jù)，這對于Ta 以后分析問題和做判斷是非常有用的，同時也是日后思維發(fā)展的基石。

以上的方式僅供參考，培養(yǎng)孩子計算思維可以充分利用身邊已有的資源和材料，采取寓教于樂的方式進行，對孩子的計算思維能力的培養(yǎng)將會事半功倍。

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原標(biāo)題：《計算思維≠編程！該如何培養(yǎng)孩子的計算思維？》

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