職業(yè)教育中計(jì)算思維培養(yǎng)的研究

康葵

摘 要 計(jì)算思維是一種建立在計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)之上的思維方式，是信息社會(huì)中能使我們每個(gè)人更好地學(xué)習(xí)、工作、生活的普適思維方式。職業(yè)教育中計(jì)算思維的培養(yǎng)旨在培養(yǎng)學(xué)習(xí)者良好的職業(yè)素養(yǎng)，提升技術(shù)開(kāi)發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新能力，從而為實(shí)現(xiàn)“有業(yè)”和“樂(lè)業(yè)”打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。職業(yè)教育開(kāi)放性、專業(yè)性的特點(diǎn)為計(jì)算思維教育的實(shí)踐提供了有利的外部環(huán)境。通過(guò)依托可視化編程平臺(tái)，創(chuàng)新應(yīng)用適合職教特點(diǎn)的教學(xué)模式，引入多元化的評(píng)價(jià)方法，可以為職業(yè)教育中計(jì)算思維的培養(yǎng)做出有益的探索。

關(guān)鍵詞 職業(yè)教育 計(jì)算思維 職業(yè)素養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G710 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

從19世紀(jì)40年代計(jì)算機(jī)發(fā)明至今，不過(guò)短短七十多年，卻給整個(gè)人類社會(huì)帶來(lái)了巨大的變革，這種變革體現(xiàn)在社會(huì)生產(chǎn)方式的變化中，也體現(xiàn)在人們的生活、工作中。信息技術(shù)的高速發(fā)展，使得計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)與其他領(lǐng)域，其他學(xué)科不斷相融合，計(jì)算機(jī)運(yùn)用能力已經(jīng)成為各行各業(yè)所必需的基本職業(yè)素養(yǎng)，這種運(yùn)用體現(xiàn)在計(jì)算機(jī)工具的使用上，更加體現(xiàn)在思維方式和思維習(xí)慣上。正是隨著計(jì)算機(jī)這一工具使用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，基于計(jì)算科學(xué)基本概念和方法的思維模式—計(jì)算思維應(yīng)用而生，并成為實(shí)驗(yàn)思維和邏輯思維之后的第三大科學(xué)思維方式。計(jì)算思維的提出引起了教育界的廣泛關(guān)注，成為信息技術(shù)教育中的熱點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外專家首先在高等教育中對(duì)計(jì)算思維的培養(yǎng)進(jìn)行了理論研究和教學(xué)實(shí)踐，獲得了有益的啟示。近年來(lái)，計(jì)算思維的培養(yǎng)逐步走向低齡化，我國(guó)在2017版普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)中，已將計(jì)算思維列為信息技術(shù)課程的核心學(xué)科素養(yǎng)。但是在職業(yè)教育領(lǐng)域，特別是中等職業(yè)教育領(lǐng)域計(jì)算思維的培養(yǎng)還缺乏相關(guān)的理論研究和教學(xué)實(shí)踐，職業(yè)教育是我國(guó)教育體系的重要組成部分，應(yīng)該緊跟信息時(shí)代的步伐，在培養(yǎng)計(jì)算思維上做出有益的嘗試。

1什么是計(jì)算思維

思維就是以已知的事物作為依據(jù)和基礎(chǔ)，從而推斷出未知事物的一種思想活動(dòng)。對(duì)計(jì)算思維的簡(jiǎn)單理解就是利用計(jì)算機(jī)科學(xué)的相關(guān)概念、方法進(jìn)行思維的活動(dòng)。2006 年美國(guó)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)（CMU）的周以真（J.M.Wing）教授指出：計(jì)算思維（Computational Thinking）是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、理解人類行為等一系列思維活動(dòng)。同時(shí)她歸納了計(jì)算思維具有以下特征：計(jì)算思維具有遞歸和并行的處理方式；計(jì)算思維采取合適方式去陳述一個(gè)問(wèn)題和建立模型，通過(guò)任務(wù)的分解來(lái)迎接復(fù)雜的系統(tǒng)；計(jì)算思維是按照預(yù)防、保護(hù)及通過(guò)冗余、容錯(cuò)、糾錯(cuò)的方式從最壞情形恢復(fù)的一種思維；計(jì)算思維利用啟發(fā)式推理來(lái)尋求解答，就是在不確定情況下的規(guī)劃、學(xué)習(xí)和調(diào)度。2011年，國(guó)際教育技術(shù)協(xié)會(huì) （ISTE） 與計(jì)算機(jī)科學(xué)教師協(xié)會(huì) （CSTA） 聯(lián)合提出了計(jì)算思維的操作性定義，將計(jì)算思維界定為問(wèn)題解決的過(guò)程。計(jì)算思維的概念提出之后獲得了國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界的熱議，各學(xué)者、協(xié)會(huì)對(duì)計(jì)算思維從不同的角度進(jìn)行了闡釋與理解，其中學(xué)者們對(duì)其要素的意見(jiàn)較為統(tǒng)一，即，計(jì)算思維是解決問(wèn)題的過(guò)程，其核心和本質(zhì)包括抽象、分解、算法、調(diào)試等。我們看到，計(jì)算思維的本質(zhì)是一種人的思想活動(dòng)過(guò)程，是信息時(shí)代解決問(wèn)題的一條全新途徑，是計(jì)算科學(xué)在思維領(lǐng)域的重要應(yīng)用，它不是計(jì)算機(jī)學(xué)科所獨(dú)有的，也并非計(jì)算機(jī)相關(guān)從業(yè)者的專利，它存在于我們生活、學(xué)習(xí)和工作的方方面面。

2職業(yè)教育為什么要培養(yǎng)計(jì)算思維

職業(yè)教育是進(jìn)行適應(yīng)社會(huì)、生產(chǎn)發(fā)展的實(shí)用性很強(qiáng)的技術(shù)、技能教育。黃炎培把職業(yè)教育的終極目標(biāo)確定為：“使無(wú)業(yè)者有業(yè)，使有業(yè)者樂(lè)業(yè)?！睆摹盁o(wú)業(yè)”到“有業(yè)”是實(shí)現(xiàn)個(gè)人謀生手段的過(guò)程。世界經(jīng)濟(jì)論壇曾發(fā)布報(bào)道稱，未來(lái)65%的職業(yè)將會(huì)消失，而其中大多數(shù)屬于初、中級(jí)技術(shù)崗位?，F(xiàn)代信息社會(huì)，人工智能、大數(shù)據(jù)、AI迅速進(jìn)入“職業(yè)領(lǐng)域”，企業(yè)需要的是能創(chuàng)造性解決問(wèn)題的人，需要的是具有合作意識(shí)的人，需要的是有多崗位的適應(yīng)能力的人。從“有業(yè)”到“樂(lè)業(yè)”是實(shí)現(xiàn)自我價(jià)值的過(guò)程。職業(yè)教育的出發(fā)點(diǎn)和歸宿點(diǎn)，就是要服務(wù)人的全面發(fā)展，服務(wù)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，從而實(shí)現(xiàn)個(gè)人的自我價(jià)值。信息化社會(huì)需要的是能夠加工、處理信息的人；需要的是具有創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)造能力的人；需要的是能夠不斷學(xué)習(xí)，持續(xù)發(fā)展的人。在信息飛速發(fā)展的時(shí)代，知識(shí)與技能日新月異，現(xiàn)代職業(yè)教育唯有“教思維”才能使學(xué)生“有業(yè)”，進(jìn)而“樂(lè)業(yè)”。

2.1計(jì)算思維是計(jì)算科學(xué)的實(shí)踐核心，是信息時(shí)代公民的基本素養(yǎng)

計(jì)算科學(xué)概念的核心是算法，而算法就是在有限的步驟內(nèi)按照一定的順序解決問(wèn)題的過(guò)程，而計(jì)算科學(xué)實(shí)踐的核心是計(jì)算思維，即，如何通過(guò)計(jì)算科學(xué)的基本概念和方法去思考和解決問(wèn)題。2016年美國(guó)發(fā)布《K-12計(jì)算機(jī)科學(xué)框架》，框架強(qiáng)調(diào)：“計(jì)算思維是我們每個(gè)人的基本技能，計(jì)算思維應(yīng)融入每個(gè)孩子的分析能力中。”我國(guó)《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》將計(jì)算思維與信息意識(shí)、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任作為學(xué)科核心素養(yǎng)。在計(jì)算機(jī)無(wú)處不在，無(wú)處不用的時(shí)代，“計(jì)算思維”將成為公民的基本素養(yǎng)和衡量個(gè)人素質(zhì)的重要指標(biāo)。

2.2計(jì)算思維是培養(yǎng)職業(yè)素養(yǎng)的基石，是學(xué)生可持續(xù)發(fā)展的重要保證

計(jì)算思維是一種根本技能，是每一個(gè)人為了在現(xiàn)代社會(huì)中發(fā)揮職能所必須掌握的。現(xiàn)代職業(yè)教育在培養(yǎng)學(xué)生具備一定的職業(yè)綜合能力的同時(shí)要使學(xué)生具有適應(yīng)信息高速發(fā)展的職業(yè)素養(yǎng)。在信息社會(huì)，知識(shí)的更新周期越來(lái)越快，產(chǎn)品、技術(shù)換代不斷加速，相對(duì)應(yīng)的，職業(yè)更替更加頻繁，勞動(dòng)崗位全面流動(dòng)，僅僅依靠學(xué)校教育獲得的知識(shí)和技能不足以滿足個(gè)人的職業(yè)生涯的持續(xù)發(fā)展。在一個(gè)技術(shù)驅(qū)動(dòng)的信息時(shí)代，學(xué)習(xí)計(jì)算思維，是實(shí)現(xiàn)終生學(xué)習(xí)和自我更新的一個(gè)重要途徑。計(jì)算思維的培養(yǎng)不是單純知識(shí)點(diǎn)的講授，也不是具體技能的培養(yǎng)，而是建立在理論知識(shí)與職業(yè)技能基礎(chǔ)上的一種適應(yīng)信息時(shí)代的思維習(xí)慣，是各行各業(yè)必須具備的職業(yè)思維，唯有良好的思維習(xí)慣才能在瞬息萬(wàn)變的信息社會(huì)實(shí)現(xiàn)自身的可持續(xù)發(fā)展。

2.3計(jì)算思維是創(chuàng)新教育的載體，是學(xué)習(xí)者實(shí)現(xiàn)自我價(jià)值的有力武器

創(chuàng)新教育就是培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)造能力，是新世紀(jì)勞動(dòng)者素養(yǎng)的核心。職業(yè)教育培養(yǎng)的應(yīng)用型人才，不僅要求具有較強(qiáng)的實(shí)踐技能，還應(yīng)該具有較強(qiáng)的創(chuàng)新、創(chuàng)造能力。創(chuàng)新既是個(gè)人自我實(shí)現(xiàn)的需要，也是個(gè)體發(fā)展的最高境界。中等職業(yè)學(xué)校在創(chuàng)新教育的教學(xué)實(shí)踐中，常常存在理論多，實(shí)踐少；形式多，內(nèi)容少的缺點(diǎn)。創(chuàng)新教育不是開(kāi)設(shè)一門(mén)課程，也不是學(xué)習(xí)一種技能，而是思維方式和技能方法的綜合。在信息技術(shù)高速發(fā)展和計(jì)算機(jī)應(yīng)用場(chǎng)景極度豐富的今天，運(yùn)用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的重要手段，計(jì)算思維可以成為創(chuàng)新教育的載體，使創(chuàng)新教育找到落腳點(diǎn)，而基于計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)應(yīng)用課程的計(jì)算思維培養(yǎng)既是一種思維訓(xùn)練，也是一種技能培訓(xùn)。思維與技能的結(jié)合將有助于創(chuàng)新教育目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，也為學(xué)習(xí)者在以后的從業(yè)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)自我的價(jià)值打下基礎(chǔ)。

3職業(yè)教育應(yīng)該如何培養(yǎng)計(jì)算思維

3.1以可視化編程工具為依托，開(kāi)展編程教育

開(kāi)展信息技術(shù)課程是培養(yǎng)計(jì)算思維的重要方式，而學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)是培養(yǎng)計(jì)算思維的重要載體。我們可以看到程序設(shè)計(jì)的一般過(guò)程是分析問(wèn)題，抽象數(shù)據(jù)模型，確定算法，編寫(xiě)代碼，運(yùn)行調(diào)試，這一系列的過(guò)程與計(jì)算思維的本質(zhì)：抽象與自動(dòng)化有著緊密的聯(lián)系。對(duì)于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生，程序設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)有助于他們建立計(jì)算思維的概念與結(jié)構(gòu)，為計(jì)算思維的培養(yǎng)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。職業(yè)院校學(xué)生普遍存在著認(rèn)知能力不高、自信心不足、學(xué)習(xí)興趣不濃、自控力不強(qiáng)等問(wèn)題，因此涉及到編程相關(guān)語(yǔ)法、語(yǔ)義等概念，對(duì)于職業(yè)院校的學(xué)生，特別是中職學(xué)生來(lái)說(shuō)存在著較大的困難。而可視化編程工具的蓬勃發(fā)展為解決這些難題提供了可能，如SCRATCH的搭積木方式、LOGO的繪圖方式等，這些工具改變了編程在人們頭腦中固有的一堆枯燥代碼的印象，降低了學(xué)習(xí)編程的難度。選擇適宜的編程工具，通過(guò)教師根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)、生活的實(shí)際開(kāi)展游戲開(kāi)發(fā)、動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)等編程教學(xué)，不僅有助于培養(yǎng)分解、抽象、算法、調(diào)試等計(jì)算思維能力，還有助于建立學(xué)生正確的審美情趣與信息倫理。

3.2以學(xué)生特點(diǎn)為依據(jù)，創(chuàng)新教學(xué)模式

職業(yè)教育的學(xué)生雖然基礎(chǔ)知識(shí)較差，學(xué)習(xí)興趣不高，但無(wú)可否認(rèn)，他們具有著更加強(qiáng)烈的好奇心，由好奇到好學(xué)是教師教學(xué)藝術(shù)的體現(xiàn)?！盎趩?wèn)題解決”的教學(xué)模式不失為一種好的選擇，它體現(xiàn)了建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的思想，它將學(xué)習(xí)目標(biāo)定位于知識(shí)的靈活運(yùn)用和高層次思維能力的培養(yǎng)，讓學(xué)生通過(guò)問(wèn)題解決來(lái)獲取新知識(shí)，提高運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力和高層次思維能力。但是可以看到，傳統(tǒng)的“基于問(wèn)題解決”的教學(xué)模式將選擇和設(shè)計(jì)問(wèn)題作為教學(xué)中最為關(guān)鍵的步驟，而對(duì)問(wèn)題創(chuàng)設(shè)的種種要求，使得教師在實(shí)踐中難以把握，增加了運(yùn)用的難度。針對(duì)職業(yè)教育學(xué)生的特點(diǎn)，在教學(xué)模式上進(jìn)行創(chuàng)新，將問(wèn)題的提出由教師轉(zhuǎn)向?qū)W生，讓學(xué)生成為教學(xué)中的主導(dǎo)者，教學(xué)的內(nèi)容由學(xué)生確定，而不是教師。以SCRATCH編程教學(xué)為例，教師只需要簡(jiǎn)單介紹幾個(gè)基本積木塊的使用，即可完成課堂講授的過(guò)程，其余則是通過(guò)學(xué)生“問(wèn)題”的解決完成教學(xué)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)每個(gè)學(xué)生的個(gè)體目標(biāo)。皮亞杰認(rèn)為，知識(shí)是個(gè)體在與周圍環(huán)境相互作用的過(guò)程中，逐步建構(gòu)起來(lái)的對(duì)于外部世界的認(rèn)識(shí)，從而使自身認(rèn)知結(jié)構(gòu)得到發(fā)展。學(xué)習(xí)是學(xué)生自己建構(gòu)知識(shí)的過(guò)程。而學(xué)習(xí)者通過(guò)與SCRATCH中小貓的“玩”，激發(fā)興趣，建立自己的學(xué)習(xí)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的建構(gòu)。為了讓學(xué)生知道如何去“玩”，教師可以結(jié)合學(xué)生數(shù)學(xué)、物理等相關(guān)科目的學(xué)習(xí)進(jìn)度準(zhǔn)備“玩”的主題，既可以激發(fā)學(xué)生的興趣，又不至于讓學(xué)生感覺(jué)陌生。通過(guò)“玩”，在提高學(xué)生抽象、算法、重復(fù)、調(diào)試等計(jì)算思維能力的同時(shí)，給其他課程的學(xué)習(xí)提供了切實(shí)的經(jīng)驗(yàn)。

3.3以多元化評(píng)價(jià)為基礎(chǔ)，改革評(píng)價(jià)機(jī)制

由于計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)內(nèi)容多樣，形式靈活，因此目前還很難通過(guò)統(tǒng)一的、有效的工具進(jìn)行教學(xué)效果的評(píng)估。但是基于編程的計(jì)算思維教育的評(píng)價(jià)在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有了較為豐富的研究和實(shí)踐。 如，美國(guó)麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室（MIT）的三維框架，從計(jì)算概念、計(jì)算實(shí)踐、計(jì)算觀念三個(gè)維度進(jìn)行計(jì)算思維的培養(yǎng)與評(píng)價(jià)。Scratch 編程環(huán)境下的Dr. Scratch，通過(guò)分析Scratch作品的源代碼來(lái)評(píng)估計(jì)算思維能力。此外，編程效能感量表、綜合訪談、情景創(chuàng)設(shè)等方法的研究也具有一定的實(shí)踐指導(dǎo)意義。在職業(yè)教育中基于編程的計(jì)算思維培養(yǎng)不是考查學(xué)生的編程水平，單一的通過(guò)作品進(jìn)行評(píng)價(jià)存在一定的片面性，計(jì)算思維的評(píng)價(jià)應(yīng)該貫穿于計(jì)算思維的教學(xué)過(guò)程中，在基于“問(wèn)題解決”的教學(xué)模式中，“問(wèn)題”為計(jì)算思維的評(píng)價(jià)提供了有效的途徑，通過(guò)分析學(xué)生的“問(wèn)題”能夠評(píng)估學(xué)生的思維水平和分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。以MIT計(jì)算思維的三維框架為基礎(chǔ)，從學(xué)生問(wèn)題出發(fā)，通過(guò)分析學(xué)生作品，綜合訪談等多種評(píng)價(jià)手段的綜合應(yīng)用評(píng)估學(xué)生計(jì)算思維能力，評(píng)價(jià)教師教學(xué)效果?？傊?，計(jì)算思維教學(xué)的評(píng)價(jià)既不是通過(guò)一張?jiān)嚲恚膊皇峭ㄟ^(guò)一個(gè)作品來(lái)評(píng)定，而是貫穿于教學(xué)整個(gè)過(guò)程的綜合評(píng)價(jià)過(guò)程，這一方面增加了評(píng)價(jià)的難度，另一方面也對(duì)教師提出了更高的要求。

4結(jié)束語(yǔ)

計(jì)算思維教育是一種思維教育，教學(xué)習(xí)者（下轉(zhuǎn)第19頁(yè)）（上接第12頁(yè)）信息時(shí)代的思維方式；計(jì)算思維教育是一種創(chuàng)新教育，給學(xué)習(xí)者足夠的思維空間，鼓勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)習(xí)者發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題；計(jì)算思維教育是一種職業(yè)素養(yǎng)教育，提高學(xué)習(xí)者的崗位適應(yīng)能力。信息時(shí)代，計(jì)算思維已經(jīng)成為職業(yè)素養(yǎng)的重要組成部分。當(dāng)然僅僅通過(guò)編程就形成計(jì)算思維是不切實(shí)際的，思維習(xí)慣是在長(zhǎng)期的生產(chǎn)生活中積累形成的，而計(jì)算思維教育也應(yīng)該滲透到各基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程中，滲透入學(xué)習(xí)者的生活中。但是，編程特別是可視化編程，為職業(yè)教育學(xué)生提供了形成計(jì)算思維的基礎(chǔ)，為職業(yè)教育教師的提供了培養(yǎng)計(jì)算思維的載體，為計(jì)算思維在各學(xué)科的滲透積累經(jīng)驗(yàn)。

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