信息技术课程的反思与计算思维教育的必要性

学习怎么样使用应用软件并没有什么错误。但是我想我们的学生能够学习更多和更深的概念。

——周以真

学会像计算机科学家一样思考有可能成为信息技术课程的目标之一。

——王荣良

中小学信息技术教育的学科价值除了让学生掌握必要的知识与技能外，更重要的是培养学生运用这些知识和技能解决实际问题的能力。而要做到这一点，就一定要让学生逐渐地熟悉信息技术学科的思维方式。

——李冬梅

记者：第一个问题提给王荣良老师，您去年曾在我们杂志上刊登了一篇介绍计算思维的文章，请问您当时为什么想要介绍计算思维的？第二个问题提给李冬梅老师，是什么原因促使您提及计算思维呢？

王荣良：很高兴有机会通过贵刊交流有关计算思维的话题。上世纪80年代起，我就从事计算机本科专业教育，长期的困惑就是：相对于学生毕业工作，大学课堂教授的永远是过时的技术，这是计算机技术飞速发展特征所产生的无奈。所以，探寻计算机学科的方法论，以希望实现授之“渔”而非“鱼”始终是计算机教育的梦想。

计算思维概念最初是在大学公共计算机教育领域中兴起的，是为了阐述学习计算机科学技术与从事计算机专业研发有无必然关系。计算思维努力想表明其普适性，即计算思维是对普通人都有用的，不仅仅是面对计算机专业开发人员，也不仅仅是为了能熟练使用计算机。中小学信息技术课程存在着同样的困惑。我曾提出信息技术课程的三种思维（算法思维、工程思维、批判性思维）以及基于这三种思维引申的六种能力（形式化、工程化表达与实施能力；全局观和优化能力；对工具的合理运用、操作能力；限定条件下发挥个性和创造能力；质疑与信息辨别能力；多种思维综合运用能力），以期能从某一视角表述信息技术课程的学科核心图谱。在努力推导、实践和论证这三种思维、六种能力的过程中，我关注到国内外有关计算思维的讨论，引入计算思维到中小学，可以让未来的社会公民具备更强的信息社会适应能力，同时也可解决信息技术课程中存在的一些问题。学会像计算机科学家一样思考有可能成为信息技术课程的目标之一。

李冬梅：是的，我曾经在谈论信息技术学科价值的文章中提到过计算思维。我认为中小学信息技术教育的学科价值除了让学生掌握必要的知识与技能外，更重要的是培养学生运用这些知识和技能解决实际问题的能力。而要做到这一点，就一定要让学生逐渐地熟悉信息技术学科的思维方式。这也是信息技术学科的主要价值。“计算思维”是计算机科学中讨论的一个专业概念。由于要谈中小学信息技术学科的价值，我通俗地讨论了信息技术学科思维方式的四个特点。

第一是细致的分析性。当学生运用信息知识与技术去解决问题时，首先要理性地分析问题，将一个复杂的问题转变为若干便于解决的简单问题。通过细致的分析，可以自上向下，逐步求精，不断将问题分解，直至计算机可以解决。这有助于培养学生的分析性思维方式。

第二是整体的结构性。通过分析问题，学生可以看到不同的层次和每个层次上不同的单元，这些层次和单元实际上组成了一个相互关联的整体。只有从整体结构看问题，才能更好地认识不同层次和单元的地位、作用。这有助于培养学生的整体性思维方式。

第三是严谨的推理性。了解了问题的整体结构和部分间的关联，就可以进行严谨的推理。从最基础的问题开始求解，直到问题的整体解决。计算机为学生提供了训练缜密思维能力的机会；在不断发现方案中的错误问题和不断地解决问题的人机互动过程中，锻炼、提高了学生的故障诊断能力和推理能力。这有助于培养学生严谨的逻辑推理能力。

第四是精确的计算性。信息技术学科在处理和解决问题的过程中，有着大量精确的计算。借助计算机强大快速的计算功能和海量的存储功能，能够对问题进行详细的数据分析，帮助学生更科学、更准确地表达概念，而不只是给出主观的、笼统的说法。这有助于培养学生通过精确的计算进行分析性思维的能力。

当然，这些特点不是信息技术学科所独有的，但它们在信息技术学科中有充分和鲜明的体现，都是信息技术学科思维方式所不可缺少的。也是学生在信息技术学科学习中能够深刻感受到的特点。我认为用“计算思维”这个概念来概括信息技术学科思维方式的本质特征也是比较恰当的。

记者：你们认为目前中小学信息技术课程教学实践中存在着哪些问题？

王荣良：关于信息技术课程教什么、怎么教，存在很多问题，这里不再赘述。其问题可能源于教材、教师、环境等，再往上追溯，则是由于信息技术发展过快以及信息技术课程目标不够明确。如果再往上追溯呢？

作为图书情报信息领域的信息素养，到信息技术课程领域发生水土不服是正常的。由于学界对信息素养内涵理解存在差异，也导致信息技术课程目标不断摇摆。信息技术课程的不稳定，表面原因是信息技术的飞速发展，其本质是信息科学学科的不成熟，以及信息技术课程教学的理论在信息科学本质方面研究的缺乏。分析信息技术课程，目前人们对其工具性没有异议，人文性也逐渐被接受，但其上位的信息科学学科体系的本身是什么还缺乏研究。

用信息科学的基本方法观察目前的信息技术课程，课程主要是围绕人、信息、工具（技术）三者的关系展开，信息是研究的对象，人是主体，可以处理信息，工具位于人与信息之间，在一定程度和范围内帮助和替代人处理信息。信息技术课程围绕以下三种关系展开教学：

第一种关系，“人是如何处理信息的”反映了人与信息的最基本关系，即信息在人类社会成员之间传递、传播和交流规律，该关系属于人类信息学范畴。信息技术课程努力想以此作为课程的核心内容，但实际上课程只能涉及其中一小部分。由于人信息处理的一般知识与技能的习得是渐进的、多渠道的，信息技术课程对这部分内容并不具有独占性，也很难像数学、物理课程一样系统论述。

我们处于信息社会庞杂的信息包围之中，信息技术课程要求学生掌握信息处理的一般方法以后，更主要的是解决第二种关系“人是如何运用工具处理信息的”，以提高信息处理的效率和效果。第二种关系反映了人用工具高效处理信息的基本技能以及有效使用工具的意识。目前，国内以信息素养培养为课程目标的信息技术课程主要就是反映了第二种关系的学习要求。这是信息技术课程的主体学习内容，也是信息社会的公民应该具备的基本技能。由于信息技术的飞速发展，这部分学习内容最不稳定，这也是信息技术课程的困惑所在。

第三种关系，“工具是如何处理信息的”反映了工具信息学的学科思想和方法论。在信息技术课程中体现第三种关系的教学要求有三方面的好处：其一，其学科思想可以迁移至其他应用；其二，有利于应对信息技术的飞速发展；其三，为将来从事信息技术专业发展的学生提供基础。我认为计算思维就是源于这一种关系，引入基础教育，具有引领中小学信息技术课程可持续发展的作用。

李冬梅：目前中小学信息技术课程教学实践（包括教材）中存在的主要问题是：

第一，对信息技术学科课程目标和价值，特别是对学科的思维方式缺乏深入的理解，因此，教学实践中也就难以体现学科的深层次价值。

第二，缺少实现学科目标和价值的合理的教学评价体系，有些学校的教学实践中根本就没有教学评价。这种状况严重影响了学科目标和价值的落实和实现，也降低了教学实践的效果。

第三，课程设置不合理，导致教学实践效率低下。目前，全国各地大多数初中，部分高中学校信息技术课程的设置为每周一节，即使一些高中学校每周设置两节信息技术课，也是单节分开两次上。

由于学科的特殊性，信息技术课程必须有特殊的教学环境，这一方面使得学生上信息技术课必须“跑”教室，另一方面也使得信息技术课堂教学的巩固环节必须在学校完成。这样一来，单节的信息技术课除了“跑”教室带来时间上的损耗外，还要肩负着“学习新内容”和“巩固所学”双重任务，对于实践性很强的教学内容，在短短的一节课里学生既要学习新内容，又要巩固它，结果是学不透也巩固不牢。一周后所学已基本忘记。因此，比较合理的课程设置是，每周至少两课时，每两节课连上。

记者：你们认为计算思维在中小学普及的必要性是什么？

周以真：我相信计算机科学教育，包括教授计算思维对于中学是有必要的。我相信不管学生从事什么样的领域或者在最终从事的工作和职业中面对问题时，理解和应用计算机科学的概念的重要性。

美国和英国正在开发中学计算机科学课程。英国走得更为靠前——他们也正在开发小学计算机科学课程。

学习如何应用软件的核心是计算机素养的核心。计算思维比计算机素养走得更远，甚至计算机编程比计算机素养走得更远。我想我们低估了我们的孩子学习怎么样编程和学习计算机科学更为抽象和复杂的概念的能力。

学习怎么样使用应用软件并没有什么错误。但是我想我们的学生能够学习更多和更深的概念。

王荣良：计算（computing）是人类最基本的能力，目前计算存在的两大形态就是人脑计算和机械计算。随着大数据时代的到来，机械计算的普及要求越来越高。计算思维就是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为。计算思维就是通过约简、嵌入、转化和仿真等方法，把一个看来困难的问题重新阐释成一个我们知道怎样解决的问题。尽管学界对计算思维这一概念还有很多争议，包括是computing thinking还是computational thinking，但计算思维很好地从思维的角度把人是如何处理信息和工具是如何处理信息有机地结合起来了。

从学生与社会的角度而言，如今所有的学生都生活于计算环境之中，现实的社会生活越来越离不开计算机系统和大量的计算机应用人员。计算机科学教育不仅可以帮助学生成为熟练的技术用户，也可以使他们成为技术革新创造者，提高全人类的生活质量。

事实上，一般学生都热爱计算，无论是计算机程序给他们提供的魔力般的感觉，还是喜欢艺术组合、描述、设计、规划并促进个人视觉世界中的创造。计算思维可以为学生提供更多的学习机会，当计算思维的思想与方法帮助我们解决实际问题变得更加容易时，它就会产生飞跃，拓展我们对周围世界的理解。

从信息技术课程存在与发展的需要来看，也需要学科思维。计算思维具备了一般学科思维的三个特征：核心性、稳定性、排他性。在信息科学技术体系中，计算机技术、网络技术隶属于工具信息学范畴，反映了智能化信息处理的一般方法；从计算机的发展历史来看，尽管其制造工艺和实现技术有很大变化，但其以冯·诺依曼体结构为核心体系的基本思想变化不大；由计算机学科思维引申的反映人与机械计算关系的计算思维，具有排他性，在目前的基础教育课程体系中，还没有其他课程能够承载这种思维。

有一种能力说，将培养学生使用信息技术解决实际问题的能力作为信息技术课程的核心价值是目前流行的一种说法，课程实施中也有这样的做法。在信息技术课程中重视培养这样的能力有其积极作用，但这项能力与信息技术课程的技能高度重合，存在的缺陷也是明显的：能力说有一定的排他性，但随着信息技术在操作友好性方面不断改善，排他性会不断削弱；因解决问题能力与使用信息技术的技能紧密相关性，使得能力说会随着技术的发展与更替而出现一定的不稳定性；我们分析与信息技术相关能力结构就会发现，在使用信息技术解决问题能力的上位应该是学生在信息社会中的适应能力，与其同一层次的还有学习新技术的能力，而解决问题能力只是从信息技术应用角度来反映，而没有从人、信息（物）、工具（技术）三者关系的高度来阐述。

李冬梅：我认为在中小学信息技术教育中开始培养学生的计算思维能力是非常必要的。理由有三。

第一，计算思维能力是信息化社会学生综合素质中一个重要的方面，是必须具备的素质。生活在今天的信息化社会中，男女老少都很容易感受到信息技术在人类生活的各个方面引起的重要变化和重要作用。不仅如周以真教授所说，计算思维已经，并且在更大的程度上改变着不同学科科学家的思维方式，而且也改变着普通人思维问题和解决问题的方式，改变着人们的生活方式。可以说，一个高度信息化社会中的合格公民必须具备一定的计算思维能力，才能更好地认识和适应这个社会，解决这个社会中衣食住行方面的许多问题，更好地生活在社会中。由此来看，中小学教育应该培养学生的计算思维。

第二，“九校联盟声明”中指出：“将计算思维能力培养作为计算机基础教育的核心任务，是一个较为长期的过程，也是需要我们不断探索、努力实践的过程。”充分说明了“培养学生计算思维能力”这个任务的艰巨性。

我认为中小学的信息技术教育和大学的计算机基础教学是一个有机联系的整体。要完成在大学中普及学生计算思维的任务，就必须从中小学开始培养学生的计算思维能力。

第三，从中小学信息技术学科本身的价值来看，就是要把培养学生运用信息技术知识和技能解决实际问题的能力放在首位，只有这样学生才能真正掌握学到的信息技术知识和技能。而培养学生的计算思维能力是信息技术能力教育所必须的。

从我多年的实践来看，完全可以完成培养学生的计算思维能力，提高学生运用信息技术解决实际问题的能力这个任务。当然，我国各地经济和教育发展程度不同，有些地区师资和设备严重不足，这是我们应该不断解决的问题。

记者：你们认为计算思维对于学生的综合素质提高方面有哪些帮助呢？它是新时代人才必须具备的素质吗？

王荣良：我认为，20世纪计算机的发明之所以伟大，是因为它直接丰富了人们的思维技能，而不是简单的肌肉和感觉技能，这是它截然不同于其他技术的发展。能够在一定程度上反映机械计算本质的计算思维，应该成为生活在一个数字化、计算化、程序化世界里的我们用以认识世界、改造世界的一种思维方式。

计算思维的培养对学生综合素质的提高需要开展系统而又深入的研究。但从以往计算机科学学习的经验中，我认为计算思维的引入将有助于学生理解与掌握逻辑推理、算法思维、问题解决的设计和结构，所有这些知识和技能都是非常有用的。学生可以清楚地明白资源获取、实施、测试和布局的方案，理解处理过程中真实世界的各种条件限制。从科学工程到人文商业，这些技能都能适用于各种情境中，帮助人们对这些领域深入地理解。例如，计算机模拟对于发现和理解各种系统中的基本规律是非常重要的；计算机科学还可以帮助人们理解人类的心理工作。我们应该有这样的认识，学习计算机科学可以为学生进入很多领域做好准备，包括计算机领域和非计算机领域。在基础教育阶段，渗透计算思维教育不失为一种为弥补因多种原因无法开展计算机科学教育造成缺陷的措施。