通过对计算思维概念的总结和梳理,有助于我们更好的理解计算思维的本质,然而要真正提升学生的计算思维能力,需要理清计算思维的内部发展规律。目前我国关于计算思维培养方面的研究还处于初级阶段,其研究领域集中在计算思维内涵、价值等理论方面的讨论,关于计算思维的应用研究相对较少,且普通高等教育的应用研究最多。例如,牟琴等学者分别提出了通过“轻游戏”方式、任务驱动式教学、网络自主学习模式来培养学生的计算思维能力;张立国等[8]提出基于游戏化理念的教学、基于问题解决理念的教学、基于可视化理念的教学的计算思维培养策略;刘昕认为培养学生的计算思维需要贯穿以问题为中心的教学,引导学生发现问题、分析问题、解决问题;陈宇峰等学者探讨了通过创设虚拟实验,启发学生在探索中总结规律以产生新的问题解决方法,达到培养计算思维的目的。虽然以上专家、学者关于计算思维培养的相关研究多为高校学生,但是计算思维发展的内部发展规律都是一致的。通过整理和总结发现,由于研究视角的不同,不同专家、学者关于培养计算思维的策略和方法也不尽相同,但是这些策略和方法之中却包含着一些共性,因此笔者在总结不同专家、学者的研究成果的基础上,更为深入的剖析出培养计算思维的培养路径。
1.利用程序算法解决问题是计算思维培养的核心要素
计算思维的本质即:能够利用计算机领域的相关思维、算法等分析问题、抽象特征、建立结构模型、形成问题解决方案。计算思维是一种思维习惯和思维品质,注重抽象概括能力和逻辑思辨能力,需要依附于问题解决过程。计算思维区别于其他人类思维,因为计算思维是利用计算机相关领域的知识、方法、技术等分析问题、解决问题的新视角,因此,在分析解决问题的过程中需要利用相关的算法、程序及特定的语言类型(C语言、Java、VB等),具备计算思维的学生在解决问题过程中,具体表现为:形式化、模型化、自动化、系统化,让学生能够运用计算机方面的方法解决问题。
2.“生活化”和“游戏化”的学习情境是计算思维发展的前提条件
上文所提及的“游戏化”教学、虚拟实验等教学方式,其本质都是模拟了一种特定的项目情境,因此,计算思维的培养需要依托一定的学习情境,项目情境应当符合“生活化”、“游戏化”的特点,相比于传统的“灌输式”教学方式,创设“生活化”、“游戏化”的学习情境能够更好的吸引学生的注意力,提高学生的学习兴趣,让学生更快、更好的进入学习的状态,为培养学生的计算思维起到良好的铺垫作用。在进行学习活动情境设计时,活动情境应以揭示计算思维核心素养与活动情境之间逻辑关系为前提,因为,活动情境的本质是为了培养学生的计算思维,活动情境在计算思维的培养中起到铺垫和辅助的作用。
3.“程序化”和“模块化”的实践活动是计算思维生成与发展的必由之路
计算思维的培养区别于学科知识的学习和专业技能的练习,计算思维重在发展学习者的认知结构,因此,计算思维的培养很难在传统的教授式课堂中自觉地成长,学生计算思维的培养需要经历发现问题、分析问题、提出问题解决方案、评价、迁移运用等一系列过程,因此,学生的计算思维能力需要在实践活动中逐渐形成。由于计算思维的特殊性,普通的实践活动难以渗透到计算思维当中,因此,实践活动应当符合计算机领域的一些特性,如“程序化”、“模块化”等等。计算思维是人的一种思维方式,因此,实践活动的重点是锻炼学生的思维,在实践活动中避免过多概念性知识的传授,更多的让学生理解算法、程序等背后所蕴含的原理,学生在活动中能够真正“吸收”关于计算思维的“养分”,让计算思维真正融入到自己的问题解决的思路中,让学生在具体的实践活动中实现知识和思维逻辑的建构。
4.“自动化”的实现程序算法迁移运用是计算思维形成的关键
“自动化”是计算思维的重要特征,计算机解决问题的过程中经常会遇到重复性问题,“自动化”能够提高解决问题的效率。以上专家学者所提出的培养学生计算思维的方法和策略,如“游戏化”、“任务驱动”、“虚拟实验”等方法,让学生在完成任务的过程中、游戏的过程中充分体验如何利用计算思维去发现问题、解析问题、最终解决问题,在这个过程中学生的体验过程和实践意义远远高于任务及游戏的结果。要将活动中解决问题的思路、程序算法融会贯通,达到“举一反三”的效果,且能够迁移到与之类似的问题中,以实现创造性解决问题的目的。