思考一：中小學(xué)信息技術(shù)教育為什么需要計算思維？
從學(xué)科本身視角來看，中小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科需要學(xué)科思維，信息技術(shù)學(xué)科學(xué)生獲得的不僅是信息技術(shù)的相關(guān)知識與操作技能，更應(yīng)該是一種獨特思考和解決問題的方式（計算思維），它允許學(xué)生以更深的方式來理解數(shù)字世界，就像物理學(xué)科是為了使得學(xué)生更好地理解物理世界，生物學(xué)科是為了使得學(xué)生更好地理解生物世界。中小學(xué)信息技術(shù)教育的核心目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)個人終身發(fā)展與社會發(fā)展的人格品質(zhì)與關(guān)鍵能力，其中最主要的是學(xué)生面對復(fù)雜情境利用信息技術(shù)解決問題的能力（包括創(chuàng)新思維與創(chuàng)新精神、社會責(zé)任感）。
從目前的中小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)現(xiàn)實狀況來看，近年來中小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科教師在教學(xué)過程中關(guān)注與強(qiáng)調(diào)學(xué)生信息素養(yǎng)，從實際教學(xué)效果來看，中小學(xué)生的信息技術(shù)相關(guān)操作技能學(xué)習(xí)得很好，而學(xué)生思維缺失的現(xiàn)象比較嚴(yán)重。
從社會發(fā)展對人的需要來看，首先，一個國家的經(jīng)濟(jì)取決于技術(shù)的創(chuàng)新而不僅僅在于技術(shù)的利用；其次，信息技術(shù)發(fā)展很快，學(xué)生學(xué)習(xí)的技術(shù)在離開學(xué)校之前可能已經(jīng)過時；再次，學(xué)校所學(xué)并不只是儲存在大腦記憶庫里的書本知識、固定答案，更是一種分析問題與解決問題的過程與方法。因為計算思維不應(yīng)只關(guān)注技術(shù)本身，更應(yīng)該關(guān)注數(shù)字革命技術(shù)背后的思想和科學(xué)，這樣將幫助學(xué)生更好地了解技術(shù)發(fā)展，幫助他們掌握技術(shù)發(fā)展，而不擔(dān)心技術(shù)的發(fā)展，從而能更好地適合將來社會對人的需求。學(xué)生計算思維與傳統(tǒng)的3R技能（Reading閱讀、Writing寫作和Arithmetic算術(shù)）一起發(fā)展，將增加他們畢業(yè)后的成功機(jī)會。
從國際上各國把計算思維引入義務(wù)教育的情況看，許多國家積極把計算思維引入中小學(xué)教育，例如，歐洲的大多數(shù)國家把CT融合到初中階段教育，在小學(xué)階段教育中融合CT的趨勢也日益增加，已經(jīng)有11個國家（英國、意大利、丹麥、芬蘭等）最近完成了包括CT和相關(guān)概念的改革進(jìn)程，七個國家（捷克、愛爾蘭、挪威、威爾士等）目前正計劃將CT引入義務(wù)教育，還有其他七個國家（AT，PT，CY，IL，LT，HU，SK）正在嘗試在傳統(tǒng)的計算機(jī)科學(xué)（CS）教育中整合計算思維。
思考二：什么是中小學(xué)信息技術(shù)教育中的計算思維？
卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)計算機(jī)科學(xué)系主任周以真2011年提出了一個新的定義：“計算思維是制定問題及其解決方案所涉及的思想過程，以便解決方案以可由信息處理代理人員有效執(zhí)行的形式表示”，這個定義中有兩個方面對義務(wù)教育特別重要：一方面，計算思維是一種思想過程，因此獨立于技術(shù)；另一方面計算思維是一種特定類型的解決問題的方法，這需要不同的能力，例如：能夠設(shè)計可由計算機(jī)、人類或兩者的組合執(zhí)行的解決方案。2016年8月計算機(jī)科學(xué)教師協(xié)會（CSTA）發(fā)布了K-12計算機(jī)科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，更新了計算思維的定義：“計算思維是一種解決問題的方法，從計算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域擴(kuò)展到所有學(xué)科，為利用計算機(jī)解決問題提供了分析問題和設(shè)計解決方案的獨特方法。英國計算在學(xué)校工作組（CAS）指出：用計算機(jī)來解決問題分為兩個步驟，首先是想好解決問題的具體步驟，然后運用我們的專業(yè)技術(shù)能力通過計算機(jī)來實現(xiàn)。計算思維描述了當(dāng)我們思考如何利用計算機(jī)(或人)來解決問題時所利用的過程與方法。我國的高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2016）指出：計算思維是指個體運用計算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在形成問題解決方案的過程中產(chǎn)生的一系列思維活動。
上述這些關(guān)于計算思維的概念有著共同的指向，即計算思維與“問題解決”密切相關(guān)，計算思維是解決問題的過程和方法，尤其是利用計算機(jī)來幫助我們解決問題時，更需要計算思維。計算思維使我們能夠解決復(fù)雜的問題，了解問題是什么，并制定可能的解決方案。然后，我們可以以計算機(jī)、人或者兩者都能理解的方式呈現(xiàn)與執(zhí)行解決方案來解決問題。例如：如果要制作一個數(shù)字故事，需要首先規(guī)劃故事，以及如何拍攝它，然后才能使用計算機(jī)硬件和軟件來幫助完成工作；如果要做一個演示文稿，需要首先規(guī)劃要說什么、以及如何組織它，然后才能使用計算機(jī)硬件和軟件將一組幻燈片放在一起。在上面這兩個例子中，在開始計算機(jī)(或人)解決問題之前進(jìn)行的思考被稱為計算思維，讓計算機(jī)幫助我們解決問題是一個兩步的過程：首先考慮解決問題所需的步驟；然后利用我們的技術(shù)技能讓計算機(jī)工作在這個問題上。
思考三：計算思維只在信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)中培養(yǎng)嗎？
在中小學(xué)一提到學(xué)生計算思維的培養(yǎng)，人們可能自然而然地認(rèn)為這是信息技術(shù)課程的內(nèi)容，這是信息技術(shù)教師需要關(guān)注與思考的問題，顯然這種想法是片面的。雖然計算思維描述了像計算機(jī)科學(xué)家和軟件開發(fā)人員那樣的思考，但許多其他人也以這種方式思考，而不僅僅是使用計算機(jī)時那樣思考。例如，一個軟件工程師團(tuán)隊創(chuàng)建一個新的電腦游戲的方式可能與你和你的同事如何合作設(shè)計工作計劃的方式真的沒有什么不同。因此，計算思維不是中小學(xué)信息技術(shù)課程獨有的，或不是只有中小學(xué)信息技術(shù)課程培養(yǎng)學(xué)生計算思維，其他學(xué)科也涉及或培養(yǎng)學(xué)生的計算思維。例如：英語學(xué)科中，鼓勵學(xué)生規(guī)劃他們的寫作、思考主要事件、區(qū)分背景和人物特征；在藝術(shù)、音樂或設(shè)計和技術(shù)學(xué)科中，學(xué)生們會考慮他們將要創(chuàng)建的內(nèi)容，以及考慮如何通過將復(fù)雜的過程分解成若干計劃階段來完成所需的步驟；在數(shù)學(xué)學(xué)科中，在解決問題之前學(xué)生們將先要識別問題中的關(guān)鍵信息；這些學(xué)科活動中都涉及學(xué)生計算思維的培養(yǎng)。
中小學(xué)學(xué)生計算思維的培養(yǎng)途徑有多種，首先，中小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科能培養(yǎng)學(xué)生的計算思維；其次，其他學(xué)科也能培養(yǎng)學(xué)生的計算思維；第三，像STEAM等多學(xué)科融合的課程更應(yīng)該能培養(yǎng)學(xué)生的計算思維；第四，在非正式的學(xué)習(xí)中教師也應(yīng)該關(guān)注學(xué)生計算思維的培養(yǎng)。
思考四：利用計算思維解決問題的具體過程是怎樣的？
使用計算思維來解決問題的一般過程如下：首先將復(fù)雜的問題分解成一系列小而易于管理的問題（分解）；對這些小的問題可以單獨觀察，考慮到先前已經(jīng)解決了類似的問題（模式識別）；可以分別仔細(xì)研究這些較小的問題，僅關(guān)注重要的特征，同時忽略了不相關(guān)的細(xì)節(jié)（抽象）；接下來可以設(shè)計用于解決每個較小問題的簡單步驟或規(guī)則（算法），形成解決問題的方案；對設(shè)計的解決方案進(jìn)行評估（評估）；最后，通過計算機(jī)編程以幫助最好地解決復(fù)雜問題（編程）。具體過程如下：
1. 分解
將問題分解為一系列較小可管理問題的過程稱為分解，分解有助于我們找到復(fù)雜問題的解決方案或管理大型項目。將問題分解成較小的部分并不是計算機(jī)獨有的，它在工程、設(shè)計和項目管理方面也會用到。例如：在信息技術(shù)課程中，當(dāng)要求學(xué)生設(shè)計他們的程序或系統(tǒng)時，鼓勵他們使用分解，確定程序或系統(tǒng)的不同部分必須做什么，并考慮這些是如何相互關(guān)聯(lián)的。例如，要設(shè)計開發(fā)一個簡單的教育游戲，需要進(jìn)行分解，分解成一個個小問題，如：檢查答案是否正確的方法、記錄得分和進(jìn)度的機(jī)制、用戶界面（可能包括圖形、動畫、交互性和聲音效果）， 像這樣的思考過程就是分解，這對游戲的設(shè)計至關(guān)重要。
2. 模式與概括
模式涉及發(fā)現(xiàn)小的分解的問題之間的相似性，模式使我們的任務(wù)更簡單、問題更容易解決，因為我們可以在模式存在的地方使用相同的問題解決方案。為了在問題之間找到模式，我們尋找與每個問題相同（或非常相似）的東西。
概括是指尋找一類問題的一般方法，開發(fā)可用于解決許多類似問題的解決方案。概括是基于先前問題解決方案來解決新問題的一種方式，它包括識別模式和創(chuàng)建模式。例如，學(xué)生在正方形和三角形的繪制中，發(fā)現(xiàn)在形狀的邊的數(shù)量和涉及的角度之間有一個關(guān)系。他們可以編寫一個表達(dá)此關(guān)系的算法，并使用它來繪制任何正多邊形。學(xué)生可以創(chuàng)建程序來繪制等邊三角形、正方形、五邊形、特定長度的邊；通過模式識別與概括來創(chuàng)建一個程序以繪制任意長度的任何正多邊形。在中小學(xué)信息技術(shù)課程中，可以要求學(xué)生從使用一種軟件到使用完全不同的軟件，或者從一臺計算機(jī)系統(tǒng)到另一個計算機(jī)平臺的使用方式推廣。
3. 抽象
抽象是指通過隱藏任何不必要的信息使問題或系統(tǒng)更容易理解，抽象是簡化事情，識別什么是重要的，而不用擔(dān)心太多細(xì)節(jié)。抽象過程決定我們需要突出和保持的一般特征以及我們可以忽略的細(xì)節(jié)，這是計算思維的基礎(chǔ)。例如：當(dāng)考慮三個城鎮(zhèn)之間的旅行時間，我們對道路上的彎路或者城鎮(zhèn)的樣子等細(xì)節(jié)不感興趣，可以隱藏。
在中小學(xué)信息技術(shù)課程中，當(dāng)要求學(xué)生們將他們所了解的主題放在一個演示文稿或視頻中時，他們將需要關(guān)注關(guān)鍵信息，并考慮如何表現(xiàn)這一點，同時將主題相關(guān)的細(xì)節(jié)放在一邊，這就涉及抽象。 學(xué)生可以從玩電腦游戲中學(xué)習(xí)抽象過程，特別是那些涉及現(xiàn)實世界系統(tǒng)的交互式模擬的課程。激發(fā)學(xué)生對事情如何運作的好奇心，幫助他們思考在使用軟件或瀏覽網(wǎng)頁時在計算機(jī)或互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)生的事情。
4. 計算思維——算法思維
使用分解我們可以將問題分解成較小的部分，然后我們可以按照合適的順序計劃如何組合起來以解決問題，該順序可以表示為算法。算法是一系列指令或一組規(guī)則來完成某些操作，它必須有一個起點，一個完成點和一組明確的說明。例如：你可能知道從學(xué)校到家最快的路線，例如左轉(zhuǎn)、開車5千米、右轉(zhuǎn)，你可以將其視為“算法”──作為一系列指令讓你進(jìn)入你選擇的目的地。 有很多算法（即路由）將完成相同的目標(biāo); 在這種情況下，甚至還有算法來處理最短或最快的路線。一個算法可以由一個人或一個機(jī)器完成。有許多日常的情況，通過算法思維可以使工作變得更簡單或更有效率。
在中小學(xué)信息技術(shù)課程中，可以要求學(xué)生了解什么是算法，以及它們?nèi)绾卧跀?shù)字設(shè)備上的程序中使用。可以有許多算法來解決相同的問題，并且可以在不同的計算機(jī)系統(tǒng)上使用不同的編程語言來實現(xiàn)。除了設(shè)計算法，還可以要求學(xué)生使用邏輯推理來解釋算法，并檢測和糾正錯誤。可以讓學(xué)生通過流程圖等來表示算法，這使得學(xué)生在將它們作為計算機(jī)上的代碼實現(xiàn)之前，更容易地獲得教師或?qū)W生對其算法的反饋。
5. 計算思維——評估
計算思維的其他方面主要關(guān)注幫助解決問題或理解系統(tǒng)，評估更關(guān)心檢查我們是否有解決方案，并考慮解決方案的質(zhì)量、算法的效率、用戶界面的設(shè)計。評估確保解決方案是一個好的過程，確保解決方式適合于目的。評估問題的解決方案需要進(jìn)行權(quán)衡，因為對于所有情況，很少有一個理想的解決方案。
評估不僅僅是計算機(jī)科學(xué)家或軟件工程師，每一位技術(shù)使用者都可以考慮軟件和硬件的可用性是否適合目的，并且認(rèn)識到使用計算機(jī)解決問題有什么限制。周以真教授認(rèn)為：計算思維意味著每個人都應(yīng)該能夠：判斷計算工具、技術(shù)和問題之間的匹配程度和理解計算工具、技術(shù)的局限性和優(yōu)勢。
評估能夠確保我們的解決方案能夠完成其設(shè)計的工作，并考慮如何改進(jìn)。如果沒有評估，算法中的任何故障都不會被發(fā)現(xiàn)，程序可能無法正確解決問題，也可能無法以最佳方式解決問題。
具體應(yīng)該從以下幾個方面對算法（解決方案）進(jìn)行評估。
√ 是否容易理解——是否完全分解？
√ 是否完整——是否解決了問題的各個方面？
√ 是否高效——它是否充分利用可用資源來解決問題（如盡可能快地/使用最少的空間）？
√ 是否符合我們的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)？
如果算法符合這四個標(biāo)準(zhǔn)，則可能會很好地運行。 然后才可以對該算法進(jìn)行編程。評估有助于確保把解決方案編寫成程序時出現(xiàn)盡可能少的困難。
思考五：計算思維與計算機(jī)編程有關(guān)嗎？
一提到計算思維，人們往往與計算機(jī)編程聯(lián)系起來，認(rèn)為只有通過學(xué)習(xí)計算機(jī)編程才能培養(yǎng)學(xué)生的計算思維。因此，許多關(guān)于計算思維培養(yǎng)的論文中都會提到Scratch編程、Kodu編程等。那么，計算思維與計算機(jī)編程到底是什么關(guān)系呢？
簡單來說，編程會告訴計算機(jī)應(yīng)該做什么以及如何做，而計算思維使人們能夠準(zhǔn)確地計算出要告訴計算機(jī)的內(nèi)容。例如，如果去以前從未去過的地方見到您的朋友，您可能會在離開房子之前計劃路線。您可以考慮可用的路線，哪條路線是“最好的”──這可能是最短路徑，最快的路線，或者路途中經(jīng)過您最喜愛商店的路線。然后，您可以按照逐步的指示來到達(dá)那里。在這種情況下，規(guī)劃路線部分就像計算思維，遵循與執(zhí)行規(guī)劃就像編程。
雖然編程是中小學(xué)信息技術(shù)新課程的重要組成部分，但將其視為計算思維是錯誤的，計算思維主要是指通過分解、模式與概括、抽象、算法思維、評估來形成有效的問題解決方案，然后通過編程來實現(xiàn)解決方案。當(dāng)然，正是通過編程的實踐經(jīng)驗，學(xué)生的計算思維才能最有效地培養(yǎng)和實踐，編程是計算思維培養(yǎng)的重要手段，編程可以使計算思維概念具體化，成為學(xué)習(xí)計算思維的工具。并不是所有的學(xué)生今后都將繼續(xù)在軟件行業(yè)獲得工作，或者在學(xué)術(shù)研究中使用他們的編程，但他們都有可能應(yīng)用計算思維。編程可以使計算思維概念具體化，為學(xué)習(xí)強(qiáng)大思想開辟道路。學(xué)習(xí)者不僅應(yīng)該能夠編寫程序，還可以閱讀它們。即使是小孩子也應(yīng)該能夠“使用邏輯推理來預(yù)測簡單程序的行為”。也就是說，能夠向別人解釋一個程序打算做什么，或者如果一個程序沒有按預(yù)期行事，能明白為什么。中小學(xué)計算思維培養(yǎng)過程中的常見編程學(xué)習(xí)工具有：Scratch，Kodu，Lilypad，Greenfoot，樂高M(jìn)indstorms等。
思考六：計算思維是信息技術(shù)課程的具體內(nèi)容嗎？
計算思維不是中小學(xué)信息技術(shù)課程的一個具體內(nèi)容，計算思維應(yīng)該是隱含在中小學(xué)信息技術(shù)課程目標(biāo)中。英國的Computing At School 組織發(fā)表了一個名為Computing Progression Pathways 的文件，其中列出了計算機(jī)的主要知識領(lǐng)域（算法、程序設(shè)計與開發(fā)、數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)表示、硬件與處理、通訊與網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)），并提出了與這些領(lǐng)域相關(guān)主題的更多掌握的具體指標(biāo)，這些指標(biāo)涉及計算思維的各種組成。上表以“數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)表示”這一計算機(jī)知識領(lǐng)域為例，列出了從小學(xué)到中學(xué)四個階段的學(xué)習(xí)目標(biāo)。
從上表可以看出，中小學(xué)信息技術(shù)課程的具體知識與技能目標(biāo)都與計算思維的相關(guān)內(nèi)容緊密相關(guān)。
另外，傳統(tǒng)的中小學(xué)信息技術(shù)相關(guān)活動可以通過計算思維來解決。例如，讓學(xué)生創(chuàng)建“一個視頻演示”可能會將項目分解為一個個簡短的任務(wù)（分解），仔細(xì)考慮解決這些問題的最佳順序（算法）并繪制視頻的故事板，了解如何拍攝和編輯的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，并認(rèn)識到如何利用別人的作品基礎(chǔ)，甚至在作品中包括別人的作品（模式與概括），了解但不要過分關(guān)注照相機(jī)和文件格式的技術(shù)元素（抽象）。
思考七：如何評估中小學(xué)生的計算思維？
對于如何評估學(xué)生的計算思維相關(guān)的研究不多，其中Brennan和Resnick（2012）描述了評估計算機(jī)思維的三種主要方法：一是分析學(xué)生的項目過程中的電子檔案袋，生成每個項目中使用（或未使用）的（編程）塊的可視化表示；二是基于人工的訪談，基于兩個受訪者關(guān)于選定項目的討論；三是設(shè)計情景，考慮到一組中低高不同復(fù)雜程度的三個項目，受訪者被要求選擇一個項目，并做如下的事情：說明所選項目的作用，描述如何擴(kuò)展，修復(fù)一個錯誤，通過添加功能來重新混合項目。
我們可以通過分析學(xué)生制作完成的人工作品（例如游戲或模型）來衡量學(xué)生計算思維的能力，測量學(xué)生計算思維的一個策略是要求學(xué)生修改現(xiàn)有程序的代碼，以達(dá)到特定的目標(biāo)；故障排除方案（即調(diào)試現(xiàn)有程序）也可能是評估學(xué)生在計算機(jī)程序設(shè)計和基于計算機(jī)的問題解決方面的流暢程度的有效途徑；我們也可以使用多項選擇題評價和伴隨性量規(guī)來評估中小學(xué)生的計算思維技能；我們也開發(fā)支持教師評估學(xué)生編程的工具，并評估計算思維的發(fā)展，例如開發(fā)一個執(zhí)行Scratch程序自動分析的工具，檢測學(xué)生作品中特定原語（例如條件語句）的存在或不存在。
從目前情況來看，評估學(xué)生的計算思維的研究仍然不夠，計算思維的評估還處于早期階段，需要進(jìn)一步研究。@
