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計(jì)算科學(xué)已經(jīng)無(wú)處不在——改變?nèi)藗兊墓ぷ?、合作、溝通、?gòu)物、衣食住行、學(xué)習(xí)等，一言蔽之，就是改變了人們的生活，從藝術(shù)到科學(xué)政治，沒(méi)有任何領(lǐng)域不受影響。

在過(guò)去十年中，我們同樣目睹了被冠以“計(jì)算X”的各種學(xué)科興起，其中“X”代表從物理到新聞學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域?qū)W科。

但最大的問(wèn)題是：目前的K12教育是否為每個(gè)學(xué)生提供了必要的技能，使他們成為創(chuàng)新者或解決問(wèn)題的人，甚至只是具備必要的知識(shí)和信息，從而能在這個(gè)充滿計(jì)算科學(xué)的新世紀(jì)中取得成功？

進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，“4C能力”——批判性思維（Critical Thinking）、創(chuàng)造力（Creativity）、合作能力（Collaboration）和溝通能力（Communication），已經(jīng)越來(lái)越普遍地被認(rèn)為是學(xué)校課程的基本要素。這種轉(zhuǎn)變進(jìn)而推動(dòng)教學(xué)框架中更多采用諸如項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（PBL）、探究式學(xué)習(xí)等，強(qiáng)調(diào)高階思維而非死記硬背的學(xué)習(xí)方式。

我認(rèn)為，在此基礎(chǔ)上，我們務(wù)必要把計(jì)算思維（Computational Thinking，CT）作為另一項(xiàng)核心技能，或者說(shuō)21世紀(jì)“第5個(gè)C”，教授給所有學(xué)生。

全球各地的教育系統(tǒng)越來(lái)越認(rèn)識(shí)到，能夠用計(jì)算機(jī)的方式來(lái)解決問(wèn)題，即進(jìn)行邏輯和算法上的思考并使用計(jì)算工具創(chuàng)建模型和數(shù)據(jù)可視化，正迅速成為所有領(lǐng)域?qū)I(yè)人才的先決條件能力。

2012年，英國(guó)國(guó)家課程開(kāi)始向所有學(xué)生介紹計(jì)算機(jī)科學(xué)（CS）；新加坡將其作為“智能?chē)?guó)家”計(jì)劃的一部分，已將計(jì)算思維的發(fā)展列為“國(guó)家能力”；其他國(guó)家，從芬蘭到韓國(guó)，從中國(guó)到澳大利亞和新西蘭，都已經(jīng)開(kāi)展了大規(guī)模的努力，將計(jì)算思維引入學(xué)校課程 ，無(wú)論是作為新的計(jì)算機(jī)科學(xué)CS課程的一部分或是融入現(xiàn)有其它科目。美國(guó)前總統(tǒng)奧巴馬呼吁所有K12學(xué)生都應(yīng)該接受計(jì)算思維能力培養(yǎng)，作為2016年“全民計(jì)算機(jī)科學(xué)”計(jì)劃的一部分。在美國(guó)，涉及計(jì)算思維的大多數(shù)新興課程目前都是CS課程的一部分，而CT正越來(lái)越多地融入到STEM（尤其是科學(xué)）學(xué)習(xí)中去。

在深入了解K-12中的計(jì)算思維之前，讓我們先明確這些努力并不意味著每個(gè)孩子都應(yīng)該成為一名計(jì)算機(jī)科學(xué)家。正如數(shù)學(xué)和科學(xué)的基本素養(yǎng)被認(rèn)為對(duì)所有兒童理解世界如何運(yùn)作至關(guān)重要一樣，我們的教育必須解決與各個(gè)職業(yè)緊密關(guān)聯(lián)的計(jì)算機(jī)科學(xué)中相關(guān)知識(shí)技能的發(fā)展問(wèn)題。

究竟什么是計(jì)算思維，它與計(jì)算機(jī)科學(xué)和編程（編碼）的關(guān)系是什么？

簡(jiǎn)而言之，計(jì)算思維就是像計(jì)算機(jī)科學(xué)家一樣“思考”（或解決問(wèn)題）。這是一個(gè)思維過(guò)程，涉及理解問(wèn)題并以一種計(jì)算機(jī)可以執(zhí)行的方式表達(dá)其解決方案。 計(jì)算思維是使用計(jì)算機(jī)科學(xué)中的算法概念與策略來(lái)制定、分析和解決問(wèn)題。

像一般思維技能一樣，計(jì)算思維有點(diǎn)像領(lǐng)導(dǎo)力——難以定義，但當(dāng)你看到時(shí)你就會(huì)知道。許多人將其與編程和自動(dòng)化等概念聯(lián)系在一起，當(dāng)然這些都是計(jì)算機(jī)科學(xué)的核心部分。但教育工作者和研究人員發(fā)現(xiàn)，將計(jì)算思維設(shè)計(jì)為教學(xué)課程并進(jìn)行評(píng)估的可操作性更強(qiáng)。

這意味著將計(jì)算思維技能細(xì)化分解，包括了邏輯、算法、模式、抽象、綜合、評(píng)估和自動(dòng)化等概念。它還意味著將問(wèn)題“分解”為子問(wèn)題以便解決的方法，創(chuàng)建相關(guān)作品（通常通過(guò)編程）、測(cè)試調(diào)試、迭代細(xì)化。

計(jì)算思維還涉及合作與創(chuàng)造力！而且，它并不需要真的涉及電腦。

如果這些聽(tīng)起來(lái)有點(diǎn)不靠譜，請(qǐng)先不要擔(dān)心。與任何技能一樣，計(jì)算思維最好是在上下文情景中教授和學(xué)習(xí)，嵌入到具體的課堂科目中去。例如，分析和邏輯思維可以通過(guò)謎題和單詞問(wèn)題來(lái)培養(yǎng)。事實(shí)上，除了數(shù)學(xué)或計(jì)算機(jī)科學(xué)之外，這種邏輯論證和邏輯思維的問(wèn)題可以作為語(yǔ)言藝術(shù)的一部分來(lái)對(duì)待。

編程學(xué)習(xí)是開(kāi)發(fā)計(jì)算思維技能非常有趣實(shí)用的方法，但這不是唯一的方法。以下是一些在學(xué)科中培養(yǎng)計(jì)算思維的方式，有些是不插電的，有些則會(huì)受益于編程學(xué)習(xí)。老師們會(huì)發(fā)現(xiàn)許多非編程的活動(dòng)內(nèi)容是他們已經(jīng)在做的事情！

1.語(yǔ)言藝術(shù)

• 使用邏輯以正確的順序組合一個(gè)混亂的故事

• 識(shí)別句型模式和語(yǔ)法規(guī)則

• 使用一階邏輯基于給定的事實(shí)得出結(jié)論

• 構(gòu)建社交網(wǎng)絡(luò)以分析故事

• 選擇自己的冒險(xiǎn)途徑，編寫(xiě)自己的故事

  
  

2.數(shù)學(xué)

• 通過(guò)程序在代數(shù)中建模函數(shù)

• 寫(xiě)一個(gè)關(guān)于如何進(jìn)行矩陣乘法或如何求解二次方程的算法

• 使用問(wèn)題分解來(lái)解決單詞問(wèn)題

• 通過(guò)模式識(shí)別來(lái)概括總結(jié)

  
  

3.科學(xué)

• 使用明確的“If-Then”邏輯進(jìn)行物種分類(lèi)

• 建立物理現(xiàn)象的計(jì)算模型

• 通過(guò)創(chuàng)建計(jì)算模型和模擬來(lái)研究現(xiàn)象，而不是使用預(yù)先開(kāi)發(fā)的模擬軟件

  
  

4.社會(huì)科學(xué)

• 研究數(shù)據(jù)并識(shí)別歷史事件的模式和趨勢(shì)

• 創(chuàng)建這些模式和趨勢(shì)的可視化模型

• 創(chuàng)建一個(gè)模擬模型來(lái)研究社會(huì)科學(xué)現(xiàn)象中的關(guān)系，如女性的教育和健康

• 為社交系統(tǒng)、社交網(wǎng)絡(luò)或社交選擇創(chuàng)建模型。

教師可能會(huì)發(fā)現(xiàn)上述一些非編程活動(dòng)是他們?cè)缫呀?jīng)在開(kāi)展的！確實(shí)，許多活動(dòng)都會(huì)引用到相同的思維技能，而不會(huì)被標(biāo)記為計(jì)算思維。我們的想法是更加有意識(shí)地去建立起清晰明確的計(jì)算思維能力培養(yǎng)，將編程工具結(jié)合到一些活動(dòng)中去，利用可能的自動(dòng)化和計(jì)算解決方案來(lái)解決問(wèn)題。

關(guān)于計(jì)算思維的一個(gè)常見(jiàn)誤解是“計(jì)算思維與編程是同一件事情”。這不太準(zhǔn)確。雖然編程是教授計(jì)算思維的常用工具，但計(jì)算思維卻不僅僅是編程，而是在編程之前，用于理解問(wèn)題、分析問(wèn)題和制定解決方案的思維技能。（同時(shí)還要強(qiáng)調(diào)一下，編程也不一定是計(jì)算思維過(guò)程的最終產(chǎn)出）

很少有人會(huì)質(zhì)疑編程是在K-12階段學(xué)習(xí)和應(yīng)用計(jì)算思維的有效方法。但我們需要明確的是，計(jì)算思維是在編程之前（以及編程過(guò)程中）對(duì)于問(wèn)題分析和分解的思維過(guò)程。

計(jì)算思維經(jīng)常讓學(xué)生提出并回答類(lèi)似這些問(wèn)題：這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)人或計(jì)算機(jī)更好/更容易地解決嗎？這個(gè)問(wèn)題與我們之前處理的類(lèi)似問(wèn)題之間是否存在統(tǒng)一模式？如何才能最好地組織數(shù)據(jù)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題？如何創(chuàng)建適用各種情況的通用解決方案？我能說(shuō)清楚解決這個(gè)問(wèn)題的每一步程序是什么嗎？哪些計(jì)算策略可以被采納？這個(gè)問(wèn)題的解決方案有哪些局限、權(quán)衡和限制？

此外，計(jì)算思維也不應(yīng)該與“數(shù)字素養(yǎng)”相混淆，“數(shù)字素養(yǎng)”通常是指與技術(shù)相關(guān)的，如學(xué)校關(guān)注的教學(xué)中如何使用軟件、數(shù)字工具和互聯(lián)網(wǎng)等。 計(jì)算思維不是關(guān)于如何使用數(shù)字技術(shù)；更確切地說(shuō)，計(jì)算思維幫助了解如何設(shè)計(jì)數(shù)字技術(shù)，通過(guò)運(yùn)用計(jì)算工具。

讓教師具備教授計(jì)算思維的能力，是學(xué)校走出的關(guān)鍵第一步。在教師原有的學(xué)科背景下教授計(jì)算思維有更多好處，使他們更容易能夠建立聯(lián)系。對(duì)老師來(lái)說(shuō)，獲得課程和評(píng)估、獲得專(zhuān)業(yè)成長(zhǎng)以及計(jì)算思維教學(xué)的最佳實(shí)踐，最重要的是，成為教育者社區(qū)的一部分，這對(duì)于將21世紀(jì)這一核心能力帶給所有兒童都同樣至關(guān)重要。