作者：朱琳 东南大学脑与学习科学系
研究生导师：姜飞月
教育中的计算思维：过去和现在
【推荐摘要】：随着计算机在日常生活中变得司空见惯，教育者已经开始将注意力从使用计算机（计算机素养）转向使用计算机（计算思维）。本文从历史的角度描述了计算思维（CT）的发展。本文将首先回顾20世纪90年代中期CT的早期阶段，以及随后几十年的演变，最后讨论了拟议的教育效益，以及对未来学习的影响。
【关键词】：教育中的计算思维；建构主义；计算机科学
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早期计算思维
最早使用计算机支持以学习者为中心的方法的研究人员之一包括西摩·帕克特，他也希望将教育理论扩展到行为主义之外（阿克曼，2001；帕克特，1980；皮亚杰和英海尔德，1967）。最值得注意的是，Papert将建构主义扩展到后来被称为建构主义的范式。这种建构主义范式表明，学习者在学习中制造或构造工件，并参与与其创作相关的对话时，学习效果最好。此外，Papert的理论强调了塑造和重塑思想、思维过程和信念的工具的重要性。他还强调了情境学习在人类发展中的重要性（Ackermann，2001；Papert，1980）。
在建构主义的导论章节（Papert，1991）中，Papert对使用计算机进行教学做了重要的澄清。他解释说，简单地将当面教学转为计算机辅助教学并不是建构主义的观点；相反，计算机应该改变学习过程的性质，改变向学生传授知识和学生生产知识之间的平衡。他提出了“计算机可能会影响人们的思维和学习方式”的理论，并提出了“电脑可能会增强思维并改变获取知识的模式”的方法（Papert，1980）。Papert（1980）强调了这一观点，他反思道，“我开始看到，学习了计算机编程的儿童如何使用非常具体的计算机模型来思考和学习，并以此增强他们作为心理学家和认识论者的能力”。
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将计算思维扩展到更广泛的受众
虽然计算机科学和计算思维（CT）的概念已经存在了几十年，但对于教育工作者来说，CT仍然相对较新，尤其是那些在大学前环境中工作的人。20世纪90年代，CT主要在大学一级教授。这段时间的K-12计算机课程主要集中在计算机素养课程和一些计算机编程选修课上。在本世纪之交，教育者和决策者开始认识到对数字化机制的理解是21世纪的一项重要技能（Denning&Tedre，2019）。2000年代中后期，CT的重点开始从计算机科学领域转向将其视为“每个人的基本技能，而不仅仅是计算机科学家的基本技能”（Wing，2006）。为了超越高等教育，教育研究人员（Sykora，2020；Wing，2006）建议，计算思维应该被添加到每个孩子的阅读、写作和算术分析能力中。
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定义计算思维
随着计算机在社会中的用途发生了变化，CT的定义也发生了变化。Wing在2006年的文章中提出，“通过借鉴计算机科学的基本概念，计算思维包括解决问题、设计系统和理解人类行为”。随着时间的推移，研究人员对该学科结构不良的性质提出了挑战（国家研究委员会，2010）。Barr等人（2011）扩展了其他方法，以包括其他技能集，包括更全面的CT和解决问题的观点，包括以下内容：
•以使我们能够使用计算机和其他工具帮助解决问题的方式制定问题。
•逻辑组织和分析数据。
•通过抽象（如模型和模拟）表示数据。
•通过算法思维（一系列有序步骤）自动化解决方案。
•识别、分析和实施可能的解决方案，以实现步骤和资源的最有效组合。
•将这个解决问题的过程推广到各种各样的问题上。
也许这一新定义中最显著的不同之处在于，学生可以以一种有助于使用计算机和其他工具解决这些问题的方式来组织问题，本质上帮助他们像计算机一样思考问题。如上所述，这个新的定义还包括了CT方法的更传统的组成部分，并包括了CT解决问题过程的概括和迁移。在这样做的过程中，这些观点建立在Papert的建构主义（1991）和Wing（2006）的建议上，即CT应被视为所有学生的基本技能。
尽管这一定义仍有争议，但许多专家都认为CT涉及一套思维技能，根据对以往研究的分析，Korkmaz等人（2017）建议，除了算法思维、批判性思维和解决问
题之外，这套技能还应包括创造力和合作。
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计算思维、教育和未来方向
在21世纪的第一个十年里，随着CT的定义变得更加具体，科学家和教育工作者正在寻找新的方法，将CT整合到各个教室和年龄组，其中包括探索新的工具，使编码更容易获得，让儿童更容易学习。2007年，麻省理工学院媒体实验室向公众发布了一种名为Scratch（https://Scratch ch.MIT.edu/）的基于块的可视化编程语言，旨在帮助儿童学习代码。基于块的可视化方法允许学生拖放代码片段以形成编程命令，从而使幼儿更容易学习编码。在接下来的十年中，学校中的区块编程的成功导致了使用该技术的商业产品，例如Osmo（www.playo-smo.com）和Kano（https://Kano.me\/us）也出现了，这为面向年轻学生的CT教育提供了替代的视觉方法。
就未来方向而言，最近的出版物表明了在学科教育中连接和整合CT的研究趋势，特别是在STEM教育方面。CT还与其他突出的教学策略相结合，如智能教学助手、基于问题的学习技术、教育游戏和翻转课堂策略（Gong等人，2020）
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结论
多年来，在研究人员和行业领导者中，就计算思维的定义达成一致已被证明是一项艰巨的任务（Gong等人，2020）。根据对以往研究的分析，Korkmaz等人（2017）得出结论，这些计算思维技能包括创造力、算法思维、合作、批判性思维和问题解决。
虽然CT的定义不断发展，但该领域可能会继续培养新的想法、发展和增长。随着历史的发展，外部力量（例如，向远程学习迈进）可能需要更广泛的视角，以确保更广泛的学习者可以使用CT。
最后，教育技术专家和教学设计师可以在CT编织中发挥重要作用，因为该领域在其他领域成为一个重要的技能集。
查阅原文：Payne, L；Tawfik, A；Olney, AM TECHTRENDS
DOI：10.1007/s11528-022-00766-1
转自：“百研工坊”微信公众号
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