编者按：计算思维被认为是21世纪中叶人人都应具备的基本能力，正在受到越来越多的人关注。本文将揭开计算思维的神秘面纱，为大家普及计算思维的基本内涵与特点。
作者：张进宝、王宇
专家介绍：张进宝
北京师范大学教育学部副教授，教育技术专业、科学与技术教育专业硕士生导师，北京师范大学计算思维教育研究中心主任，北京师范大学科学教育研究院院长助理，兼任中国教育学会中小学信息技术教育专业委员会副理事长，Bebras国际计算思维挑战赛中国区主席，主持和参与数十多项部级、省级教育信息化项目。主持和参与数十项省部级人文、教育与社会科学课题，发表中英文学术论文近百篇。
“计算思维”并不神秘
计算思维是什么，听起来似乎高深莫测，好像是专业人士才会用到的描述。而事实上，计算思维的真面目与此般印象大相径庭。在许多人的固有观念中，计算思维是计算机科学家才掌握的一种思维能力。其实，计算思维是一种任何人都能够且应该掌握的思维方式。在2006年，美国卡内基·梅隆大学计算机科学系主任周以真教授，正式对计算思维的概念进行界定：计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。自此之后，越来越多的学者认识到了计算思维的重要性，但由于其概念一直不断地向前演变，至今未有一个标准。若从宽泛角度解释，计算思维指的是人们在面临任何新问题和新挑战时，理解问题及计划问题解决方法的思维过程。
为了让读者更好理解计算思维的含义，在此引入两个关于生活中随处可见的计算思维实例。实例一，在起床之后先后有序地完成一系列活动，如穿衣，叠被，洗刷，吃早餐等，这属于计算思维中的顺序结构，可以让孩子们养成有计划地安排自己各项任务和活动的习惯。实例二，临时被通知要出差，把哪些物品置于唯一的背包中才是最好的选择？这是计算思维中典型的贪心算法，指的是在解决问题过程中，做出在当时最好的选择。这可以培养孩子们的逻辑思维以及寻求最优解的能力。
计算思维教育势在必行
随着信息2.0时代的到来，计算思维成为新一代必备的核心技能之一，它可以提供一种组织和分析问题的新视角，能够广泛应用于学习与生活。毫无疑问，2010年后出生的儿童，属于地道的“数字原居民”，他们对数字技术的掌握有着天生优势。数字技术无处不在，尤其是随着物联网、云计算、人工智能等技术的快速发展，计算优势更显现出了其变革性意义。然而大部分人很少有机会获得对计算的理解，甚至认知还停留在数值计算和工具操作层面，更不用说去理解计算思维了，如此又怎能培养出真正合格的数字公民呢？
好在，2017年的《地平线报告（基础教育版）》已经表明，要让计算思维在孩子们的生活学习中成为与阅读、算数等技能同等重要的基本生活能力。这说明，计算思维教育已势在必行。
编程活动助力计算思维发展
早在20世纪80年代末，清华大学的孙家广院士就曾提出“编程教育从娃娃抓起”，而少儿编程所培养的能力便是计算思维能力。已有的相关实验证明，编程教育可以提高幼儿相关计算思维能力（抽象、排序、模式识别）在其他方面的迁移提高，并且对提升幼儿的沟通、合作、团队建设、创造力等方面都有一定的促进作用。
2017年国务院发布的《新一代人工智能发展规划》中表示：“逐步推广编程教育，鼓励社会力量参与寓教于乐的编程教学软件、游戏的开发和推广……”编程语言可以给予学习者及时反馈，促使学习者进行调试，故障排查，这些都体现了计算思维的作用。
国外对于计算思维的培养，是从基础教育阶段逐渐上升至高等教育阶段，相对而言，我国主要的计算思维培养阵地仍是高等教育阶段，随之慢慢下移至基础教育，但是毫无疑问，我国教育界对于计算思维培养的重视程度已越来越高。思维能力培养，是一个长期且缓慢的过程，在幼儿阶段就让孩子接触相关的计算思维训练，可以让他们从小就能够熟练使用计算思维能力要素解决生活、学习中的问题。
图片来自腾讯新闻《你好，未来人类》
计算思维融入儿童教育活动
国内外已有若干研究开始探索幼儿时期发展起来的认知能力与计算思维之间的联系。结果表明，幼儿从4岁便能够进行计算思维相关的学习。计算思维可以为儿童提供了表达自我和创造自我的机会，比如向儿童提供外部创建工具，如图形化编程软件或儿童编程机器人，以游戏的方式向儿童提供编程学习环境，儿童便可像写作一样表达自身的想法。
国外培养计算思维的工具主要分为四大类：Scratch等图形化编程、基于网络的模拟创作工具、儿童编程机器人工具包和有形媒体、以及电子纺织品和其他计算工艺套件。如今相当数量的编程教育将教学环境寄托于Scratch等可视化编程软件，将其当作计算思维培养的主要方式。然而教育学界逐渐意识到，幼儿在与实际可触摸的物体进行交互、玩耍和创造时，学习效果是最好的。传统的编程教育，无论是高年级进行的程序设计学习，还是少儿通过Scratch等图形化编程软件进行的学习，成果往往都是在计算机屏幕上呈现的。毫无疑义，使用以上工具进行学习都会增加孩子与电子产品接触的时间，这也是许多家长所担心的问题之一。
家长们可能也会担心，编程对年幼的孩子而言是否太难了。其实相较编程语言的掌握，更重要的是让幼儿通过亲身感受，体会编程过程中所包含的计算思维与解决问题的思路。魏茨曼科学研究所的研究员Armoni认为，只要采用与幼儿年龄发展阶段相适应的工具，即使是四五岁的幼儿也能顺利进行编程学习。
Matatalab培养方式很特别
Matatalab使用简易的图形化编程积木块代替了复杂的程序代码，孩子无需长时间地对着电脑屏幕，也无需面对复杂的代码设计。Matatalab所设计的玛塔儿童编程机器人，外形更容易让年幼的孩子亲近，且其中的玛塔儿童编程机器人人偶可以替换成儿童钟爱的乐高小人。通过玛塔控制台对玛塔儿童编程机器人的命令连接，幼儿可以直接观察到自己做出的编程指令对于儿童编程机器人行为的影响。该类儿童编程机器人提供了一种与计算思维接触的具体方式，使抽象事物具体化，将编程学习和玩具进行有机的结合，在和儿童编程机器人一起游戏中，潜移默化地让孩子形成计算思维。
玛塔儿童编程机器人
广大的家长和教育工作者正在不懈努力，让计算思维培养以各种形式深入到各类教育活动之中。我相信，今天这些精心设计的创新教育活动会在孩子心中埋下计算思维的种子，儿童编程机器人将成为滋养儿童创新思维的甘泉，这枚种子在将来会发展成各行各业所需的核心能力，成为开启美好未来的密钥、创新与攻关的利器，帮助未来人类们铸就一个更加美好的明天！