2018年4月28日,全球首部人工智能普教教材发布,并将进入中国中小学生的课堂,标志着抢占人工智能制高点的战斗已经正式打响。中国国内已经有高校开始设置人工智能的相关科系,教育部加快培养新兴领域急需人才,与人工智能紧密相关的计算思维(CT)这个概念也日益受到关注,与之相关的研究议程日益丰富。许多人已经意识到计算思维将会成为人类必不可少的一种思维方式。


早在20世纪60年代,Perlis认为所有专业的大学生都需要学习编程和“计算思维”(Guzdial,2008)。自二十一世纪以来,美国科学,技术,工程和数学(STEM)教育理念在K-12教育领域盛行 ,CT被视为所有STEM学科的核心。从此,在美国计算思维的概念从计算机领域扩展到了其他学科领域,对计算思维的培养也从高等教育过渡到了K-12教育中。

儿童早期计算思维的培养.jpg

Wing重新讨论了这个话题,并且重新定义为:“计算思维是参与制定问题的思维过程并且思考出解决方案,运用编程语言让解决方案在计算机中得以表示使得计算机可以有效地执行信息。


为什么要在儿童早期阶段培养计算思维?

(1)从发展心理学的角度来看

从发展心理学的观点来看,思维的发展依赖于孩子生物或者生理因素的成熟,思维的成熟水平体现在能够独自解决社会心理问题的能力。维果斯基( Vygot sky, 1934) 曾经评论,儿童在其早期就能够发展形成概念结构的加工过程,但是直到青春期智力功能的特定组合结构才形成了概念结构加工的心理基础,并继续逐步成熟。


因此,我们不难发现在儿童早期阶段就可以进行思维方式的培养,思维发展的阶段一直延续到青春期,说明思维的训练需要大量时间,所以在儿童早期阶段就开始培养,可以让这种思维不断内化,最终建立计算思维。


(2)从性别平等的角度来看

CodeForge网站发布了2014年第四季度《中国程序员调查报告》。报告里集中了对全国100万程序员进行的调查。调查内容包括对程序员的性别比例,使用的编程语言等。这份报告清晰的显示出在程序员这个特殊的群体中,男性比例高达80%,女性仅占20%。研究显示,在美国女性程序员的数量也在急剧下降(威尔逊,Sudol,斯蒂芬森,&Stehlik,2010)。

小码王:注重儿童早期计算思维的培养,教他们不一样的思考方式1.webp.jpg

据pearce(2016)研究表明在学生年龄很小的班级里开展计算机科学和编程技术课,男孩和女孩参与者的比例几乎持平。但在五年级以上的班级里,一模一样的编程课,男生的参与人数就会高达80%之多。所以,我们必须在孩子养成一个错误的性别职业偏见的观念以前,就培养孩子对编程的兴趣,激励她们获取自信心,建立计算思维。


(3)美国教育中计算思维在儿童早期阶段的培养

美国作为当今世界上教育最先进的国家,也在不断地寻求更好的教育理念和方法。美国目前的教育改革中,如下一代科学标准(NGSS)中也强调学生需要在K-12课程中学习计算思维。 


美国计算机科学教育协会(CSTA)和国际教育技术协会(ISTE)框架在K-12核心内容中开始嵌入CT。教学计算思维的目的不是为了每个人都成为一个计算机科学家,而是“教他们如何像一个经济学家,一个物理学家,一个艺术家一样思考问题,了解如何使用计算机解决他们的问题,并且进一步地创造和发现可以探索的新问题。


(4)从未来职业的角度来看

美国互联网市场的日渐繁荣,使得美国软件工程能走进中小学课堂,给所有学生提供了学习编程的机会。据美国劳工部的数据预测,社会需要计算技能的工作从2017年的190万增长到440万。我们发现,为了满足社会的需求,美国编程教育的增长速度已高达280%,这一统计尚未包括网络编程培训班。可见,美国的编程教育已经到了繁盛时期。

在中国,大部分学生都是到了大学才接触编程,文科专业的学生甚至大学也不会接触到这门技能,在大多数的学生眼里编程是一门很深奥的学科。但是随着互联网时代的到来,人才市场对程序员的需求却与日俱增。许多大学生想要转行却又对编程技能有畏难情绪。所以,如果在儿童早期阶段就开始通过编程对孩子进行计算思维的培养,他们不会觉得自己学不好编程,不会觉得自己当不了程序员。


计算机科学家看到抽象思维的价值所以希望儿童在早期阶段就可以学习计算思维培养的相关课程。我们眼前的任务是更好地向非计算机科学家解释计算思维和计算能力的好处,使计算思维的培养更加普遍,并最终使计算思维应用在更广泛的领域。