CCCF譯文 | 從計(jì)算思維到計(jì)算行動(dòng)* 原創(chuàng)： 邁克?蒂森鮑姆等 中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì) 譯文摘自：中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)通訊 第15卷 第5期 2019年5月 在這篇觀點(diǎn)文章中，我們勾勒了計(jì)算行動(dòng)的兩個(gè)關(guān)鍵維度：計(jì)算身份和數(shù)字賦能，而且進(jìn)一步提出通過(guò)專(zhuān)注計(jì)算行動(dòng)以及計(jì)算思維，我們可以使計(jì)算機(jī)教育對(duì)年輕的學(xué)習(xí)者更具包容性、激勵(lì)性和賦能作用。 關(guān)鍵詞：計(jì)算行動(dòng) 計(jì)算思維 設(shè)想同時(shí)教授和賦能的計(jì)算機(jī)教育。 計(jì)算行動(dòng)(computational action)，一個(gè)新的計(jì)算機(jī)教育框架，提出在學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)的同時(shí)，年輕人也應(yīng)該有機(jī)會(huì)利用計(jì)算機(jī)來(lái)創(chuàng)造對(duì)他們的生活和社區(qū)有直接影響的事務(wù)。在這篇觀點(diǎn)文章中，我們勾勒了計(jì)算行動(dòng)的兩個(gè)關(guān)鍵維度：計(jì)算身份(computational identity)和數(shù)字賦能(digital empowerment)，而且進(jìn)一步提出通過(guò)專(zhuān)注計(jì)算行動(dòng)以及計(jì)算思維(computational thinking)，我們可以使計(jì)算機(jī)教育對(duì)年輕的學(xué)習(xí)者更具包容性、激勵(lì)性和賦能作用。從計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)者開(kāi)始學(xué)習(xí)編程的那一刻開(kāi)始，他們就有能力去開(kāi)發(fā)對(duì)他們的生活有實(shí)質(zhì)影響的計(jì)算機(jī)產(chǎn)品，而他們所需要的就是處于一個(gè)允許他們這么做的環(huán)境之中。 很多時(shí)候，K-12計(jì)算機(jī)教育理1一直強(qiáng)調(diào)孩子學(xué)習(xí)編程的“基礎(chǔ)”。更高階段的以發(fā)展學(xué)習(xí)者的計(jì)算思維為中心的計(jì)算機(jī)科學(xué)教育，主要聚焦于讓學(xué)習(xí)者去理解計(jì)算的一些細(xì)節(jié)要素，如變量、循環(huán)、條件、并行、運(yùn)算符和數(shù)據(jù)處理[10]。這種最初的關(guān)注點(diǎn)是計(jì)算的概念和過(guò)程，將開(kāi)發(fā)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用程序留給“以后”再做的做法存在這樣一種風(fēng)險(xiǎn)：讓學(xué)習(xí)者覺(jué)得學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)對(duì)他們來(lái)說(shuō)并不重要。這種做法回避了很多學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)和物理的學(xué)生們都曾問(wèn)過(guò)的一個(gè)問(wèn)題：“什么時(shí)候我們才能在生活中運(yùn)用到所學(xué)的知識(shí)？”[1]。 雖然已經(jīng)有各種嘗試將計(jì)算機(jī)教育置于現(xiàn)實(shí)世界的背景與問(wèn)題中，但這些嘗試通常開(kāi)發(fā)的是通用系統(tǒng)（例如為超市設(shè)計(jì)的結(jié)賬系統(tǒng)），無(wú)法與學(xué)習(xí)者特定的個(gè)人興趣和生活聯(lián)系起來(lái)。盡管這些系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)所有學(xué)習(xí)者都是有價(jià)值的，但是對(duì)于年輕女性和來(lái)自非主流群體的青年來(lái)說(shuō)，并沒(méi)有給他們提供開(kāi)發(fā)具有現(xiàn)實(shí)意義的計(jì)算機(jī)解決方案的機(jī)會(huì)，這是一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題。對(duì)于傳統(tǒng)上在計(jì)算領(lǐng)域代表名額不足的這些群體，人們發(fā)現(xiàn)，融入并歸屬于更廣泛的計(jì)算社區(qū)的感覺(jué)與能夠開(kāi)發(fā)對(duì)其自身和社區(qū)都至關(guān)重要的計(jì)算解決方案密切相關(guān)[8]。通過(guò)與學(xué)生的現(xiàn)實(shí)生活聯(lián)系起來(lái)，我們可以幫助他們以批判的眼光看待自己能夠在影響社區(qū)方面充當(dāng)怎樣的角色，并且使得他們不僅僅止步于學(xué)習(xí)簡(jiǎn)單的編程，相反，我們可以問(wèn)他們想要對(duì)什么內(nèi)容編程以及為什么對(duì)它們編程[5]。 通過(guò)將計(jì)算機(jī)教育置于與學(xué)生緊密相關(guān)的現(xiàn)實(shí)世界中，我們能讓更多的人參與到計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中來(lái)，為青年和社會(huì)帶來(lái)好處。這不僅有助于培養(yǎng)急需的程序員，也向社會(huì)輸送了計(jì)算機(jī)文化和有解決問(wèn)題能力的公民。 減少實(shí)施計(jì)算行動(dòng)的障礙 在嘗試開(kāi)發(fā)有影響力的計(jì)算機(jī)解決方案時(shí)，年輕學(xué)習(xí)者面臨許多挑戰(zhàn)。其中的許多挑戰(zhàn)可歸因于計(jì)算機(jī)教育本身的背景——計(jì)算機(jī)教育經(jīng)常發(fā)生在傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室中，這些實(shí)驗(yàn)室與學(xué)生的日常生活相去甚遠(yuǎn)。然而，隨著移動(dòng)計(jì)算和普適計(jì)算的日益普及，可能要重新思考和構(gòu)建學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)的地點(diǎn)和方式。計(jì)算機(jī)教育現(xiàn)在可以從桌面屏幕上解放出來(lái)，并與學(xué)生的日常生活和社區(qū)聯(lián)系起來(lái)。 在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，與學(xué)生生活聯(lián)系起來(lái)的能力代表著一種根本性的轉(zhuǎn)變，這種能力為年輕人開(kāi)辟了新的途徑，讓他們可以將世界視為“可能性空間”。在這些空間中，他們可以提出問(wèn)題并構(gòu)建解決方案來(lái)處理個(gè)人確定的需求。但是，為了使年輕人能夠構(gòu)建這些解決方案，我們需要提供平臺(tái)和學(xué)習(xí)環(huán)境，以減少他們快速構(gòu)建和實(shí)施設(shè)計(jì)的障礙。舉一個(gè)例子，我們開(kāi)發(fā)了一款名為“App Inventor”的應(yīng)用，這是一種積木式的編程語(yǔ)言，允許學(xué)習(xí)者無(wú)須處理復(fù)雜的語(yǔ)法，就能構(gòu)建功能齊全的手機(jī)應(yīng)用程序。 計(jì)算行動(dòng)：一條構(gòu)建有影響力的計(jì)算機(jī)教育的新途徑 計(jì)算機(jī)在學(xué)生生活中所扮演角色的根本性轉(zhuǎn)變也要求我們批判性地重新審視計(jì)算機(jī)科學(xué)教育的目標(biāo)，特別是對(duì)于K-122學(xué)生來(lái)說(shuō)。計(jì)算機(jī)教育的目標(biāo)需要超越計(jì)算思維，上升到計(jì)算行動(dòng)的視野高度。計(jì)算行動(dòng)的視野高度建立在以下思想的基礎(chǔ)上：在學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)的時(shí)候，年輕人應(yīng)該有機(jī)會(huì)以對(duì)他們的生活和社區(qū)有直接影響的方式進(jìn)行計(jì)算。 通過(guò)多個(gè)設(shè)計(jì)研究、研討會(huì)和使用麻省理工學(xué)院App Inventor的全球移動(dòng)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)倡議，我們構(gòu)建了計(jì)算身份和數(shù)字賦能這兩個(gè)關(guān)鍵維度，來(lái)理解和發(fā)展支持學(xué)生參與計(jì)算行動(dòng)的教育經(jīng)驗(yàn)。“計(jì)算身份”建立在先前的研究基礎(chǔ)之上，這些研究表明了年輕人科學(xué)身份的發(fā)展對(duì)于未來(lái)STEM3進(jìn)步的重要性[6]。對(duì)于我們而言，計(jì)算身份是一種自我認(rèn)知，即認(rèn)為自己能夠設(shè)計(jì)和實(shí)施計(jì)算機(jī)產(chǎn)品去解決自己想要解決的問(wèn)題。此外，學(xué)生應(yīng)該將自己視為龐大的計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)者所構(gòu)成的社區(qū)中的一員。“數(shù)字賦能”則建立在弗雷爾(Freire)的工作之上[2]，弗雷爾將賦能(empowerment)定位為批判性地參與他們所關(guān)注的問(wèn)題的能力，還建立在托馬斯(Thomas)和奧爾特豪斯(Velthouse)的工作之上[9]，他們發(fā)現(xiàn)了賦能與意義、能力、自我決斷和影響力等概念之間的聯(lián)系。因此，數(shù)字賦能需要向年輕的學(xué)習(xí)者灌輸這樣的信念：他們能夠?qū)⒆约旱挠?jì)算身份付諸行動(dòng)，以實(shí)質(zhì)性的和有意義的方式去解決與他們緊密關(guān)聯(lián)的問(wèn)題。 為了完善計(jì)算行動(dòng)的教育舉措，我們制定了一套標(biāo)準(zhǔn)概述了所需的關(guān)鍵要素。 支持計(jì)算身份的形成需要： ? 學(xué)生必須感到自己有責(zé)任闡明和設(shè)計(jì)他們自己的解決方案，而不是努力達(dá)到預(yù)定的“正確”答案。 ? 學(xué)生需要感覺(jué)到，對(duì)于更廣泛的計(jì)算界和工程界的實(shí)踐和產(chǎn)品而言，他們的工作是有實(shí)質(zhì)意義的。 支持?jǐn)?shù)字賦能的形成需要： ? 大量的活動(dòng)和開(kāi)發(fā)應(yīng)該建立在真實(shí)的并且與個(gè)人相關(guān)聯(lián)的環(huán)境中。 ? 學(xué)生需要感受到他們的工作有可能對(duì)他們自己的生活或社區(qū)產(chǎn)生影響。 ? 學(xué)生應(yīng)該感受到他們有能力通過(guò)他們當(dāng)前的工作來(lái)尋求新的計(jì)算機(jī)會(huì)。 實(shí)踐中的計(jì)算行動(dòng) 我們已經(jīng)親眼目睹了計(jì)算行動(dòng)這個(gè)方法對(duì)學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)科學(xué)產(chǎn)生的巨大影響。在孟買(mǎi)達(dá)拉維的貧民窟（亞洲最大的貧民窟之一，電影《貧民窟的百萬(wàn)富翁》的標(biāo)志性地點(diǎn)），一群年輕女性（8~16歲）認(rèn)識(shí)到女性的安全是她們社區(qū)中存在的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。盡管之前沒(méi)有編程經(jīng)驗(yàn)，但她們還是行動(dòng)起來(lái)，因?yàn)樗齻兏惺艿骄幊炭梢越o她們身邊人的生活帶來(lái)真正的變化。通過(guò)當(dāng)?shù)貙?dǎo)師、一些在線視頻以及麻省理工學(xué)院APP Inventor的指導(dǎo)，她們構(gòu)建了名為“Women Fight Back”的應(yīng)用程序，該應(yīng)用程序?qū)Ｗ⒂谂缘陌踩?#xff0c;并具有短信息(SMS)警報(bào)、地圖定位、遇險(xiǎn)報(bào)警和聯(lián)系人緊急呼叫等功能[4]。受到早期成功的鼓舞，她們構(gòu)建了更多的應(yīng)用程序，包括一個(gè)用于協(xié)調(diào)從公共水源取水的應(yīng)用程序，以及一個(gè)針對(duì)無(wú)法上學(xué)的女孩們的教育類(lèi)應(yīng)用程序。這些年輕學(xué)習(xí)者從零編程經(jīng)驗(yàn)開(kāi)始，成長(zhǎng)為一個(gè)持續(xù)努力利用計(jì)算機(jī)改善她們所處社區(qū)的群體，展示了計(jì)算行動(dòng)具有革新性的巨大潛力。 在達(dá)拉維女孩和其他類(lèi)似的年輕學(xué)習(xí)者成功的基礎(chǔ)上，我們開(kāi)始開(kāi)發(fā)包含計(jì)算行動(dòng)模型的正式課程。最近，我們與一所大型而多樣化的美國(guó)高中的多位教師合作，使用App Inventor創(chuàng)建了一個(gè)為期10周的計(jì)算課程。在這個(gè)課程中，學(xué)生們開(kāi)發(fā)了計(jì)算解決方案，以解決與他們及其社區(qū)相關(guān)且有意義的問(wèn)題：清理當(dāng)?shù)睾拥篮吞岣弑Ｗo(hù)意識(shí)。課程結(jié)束時(shí)的訪談顯示，學(xué)生對(duì)自己的計(jì)算身份和數(shù)字賦能的認(rèn)知有積極改變：從根本不相信自己能夠構(gòu)建移動(dòng)應(yīng)用程序，到意識(shí)到他們不僅可以構(gòu)建應(yīng)用程序，而且他們的設(shè)計(jì)可以產(chǎn)生顯著的現(xiàn)實(shí)影響。許多學(xué)生也對(duì)將來(lái)構(gòu)建新的應(yīng)用程序表示興奮。 推進(jìn)這種學(xué)習(xí)者自驅(qū)動(dòng)且以行動(dòng)為中心的計(jì)算機(jī)教育，需要我們重新審視如何為學(xué)習(xí)者提供支持。這也給教師帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。學(xué)生需要在設(shè)計(jì)過(guò)程中使用“腳手架”(scaffolding)來(lái)幫助他們理解如何將應(yīng)用程序分解為可管理和可構(gòu)建的部分。重要的是，教師需要在沒(méi)有預(yù)定義解決方案的復(fù)雜教學(xué)環(huán)境中仍然能從容應(yīng)對(duì)各種問(wèn)題。這并不是要求教師更多地了解功能性的編程知識(shí)，而是要求他們?cè)趹?yīng)用編程方面更加靈活。教師需要新的策略來(lái)幫助學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)解決方案（而不是直接給他們答案），并且需要新的方法來(lái)評(píng)估學(xué)生的工作。認(rèn)識(shí)到這些教育學(xué)的轉(zhuǎn)變意味著我們必須接受新的教育方法，來(lái)測(cè)試和完善我們的計(jì)算行動(dòng)理論。 學(xué)習(xí)者認(rèn)識(shí)到應(yīng)用計(jì)算機(jī)的機(jī)遇，然后設(shè)計(jì)和構(gòu)建解決方案 讓學(xué)生推動(dòng)他們自己的學(xué)習(xí)或解決問(wèn)題的過(guò)程并不是教育界的一個(gè)新想法。在過(guò)去的二十年中，基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)（示例參見(jiàn)Hmelo-Silver[3]）越來(lái)越多地用于科學(xué)和工程教育。然而，將學(xué)生設(shè)計(jì)的產(chǎn)品應(yīng)用于他們的社區(qū)一直是一個(gè)挑戰(zhàn)。隨著移動(dòng)計(jì)算和普適計(jì)算的普及，我們開(kāi)始意識(shí)到這里的潛力。 通過(guò)專(zhuān)注于計(jì)算行動(dòng)而不是計(jì)算思維，我們讓孩子參與有意義的項(xiàng)目，而不是預(yù)先制定的練習(xí)。佩珀特(Papert)認(rèn)為，在開(kāi)發(fā)對(duì)個(gè)人有意義的項(xiàng)目過(guò)程中，學(xué)生將能夠形成想法，并通過(guò)應(yīng)對(duì)自然產(chǎn)生的挑戰(zhàn)來(lái)學(xué)習(xí)必要的編碼元素[7]。這類(lèi)似于在專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域中編程和構(gòu)建計(jì)算解決方案的過(guò)程。來(lái)自所有職業(yè)和業(yè)余愛(ài)好的人們都構(gòu)思了希望構(gòu)建的“項(xiàng)目”，這些項(xiàng)目需要用到計(jì)算機(jī)程序。這些人先制定計(jì)劃再開(kāi)始構(gòu)建，但障礙不可避免地出現(xiàn)。這些計(jì)算機(jī)程序員、專(zhuān)業(yè)人員和業(yè)余愛(ài)好者、計(jì)算機(jī)科學(xué)家、工程師、科學(xué)家以及其他人在更廣泛的程序員群體中找到自己?jiǎn)栴}的答案（通過(guò)直接詢(xún)問(wèn)同事或通過(guò)StackOverflow這樣的網(wǎng)站）。如果這就是現(xiàn)實(shí)世界中計(jì)算的發(fā)生方式，為什么教育系統(tǒng)卻經(jīng)常讓學(xué)生以抽象和不真實(shí)的方式來(lái)學(xué)習(xí)計(jì)算和解決計(jì)算問(wèn)題呢？ 隨著計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)教育領(lǐng)域的快速發(fā)展，我們有機(jī)會(huì)重新考慮學(xué)生應(yīng)該如何學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)。年輕的學(xué)習(xí)者從開(kāi)始學(xué)習(xí)編程的時(shí)候起，就有能力開(kāi)發(fā)對(duì)他們的生活產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性影響的計(jì)算機(jī)產(chǎn)品。而他們需要的，僅僅是一個(gè)允許他們發(fā)揮影響力的環(huán)境。計(jì)算行動(dòng)從定義這個(gè)環(huán)境應(yīng)該是什么樣子開(kāi)始。隨著更多計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)教師上線，我們有獨(dú)特的機(jī)會(huì)與他們合作，因?yàn)樗麄兙邆淞伺c學(xué)生一起參與計(jì)算行動(dòng)所需的技巧和技能。我們?yōu)檫@樣的一個(gè)世界感到興奮，年輕的學(xué)習(xí)者認(rèn)為這個(gè)世界充滿(mǎn)著可以以數(shù)字化的方式創(chuàng)造他們（和我們）想要居住的未來(lái)的機(jī)遇。 腳注 * 本文譯自Communications of the ACM, “From Computational Thinking to Computational Action”, 2019,62 (3) : 34~36一文. 1 2016年10月，美國(guó)《K-12計(jì)算機(jī)科學(xué)框架》(K-12 Computer Science Framework)正式發(fā)布，描述了計(jì)算機(jī)科學(xué)概念和實(shí)踐的基本集合，是美國(guó)新版國(guó)家計(jì)算機(jī)科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)研制的基礎(chǔ)。——譯者注 2 “K–12”是指從幼兒園（Kindergarten，通常5-6歲）到十二年級(jí)（Grade 12，通常17-18歲）。——譯者注 3 STEM是科學(xué)(Science)、技術(shù)(Technology)、工程(Engineering)、數(shù)學(xué)(Mathematics)四門(mén)學(xué)科英文首字母的縮寫(xiě)，其中科學(xué)的功能在于認(rèn)識(shí)世界、解釋自然界的客觀規(guī)律；技術(shù)和工程的功能則是在尊重自然規(guī)律的基礎(chǔ)上改造世界、實(shí)現(xiàn)對(duì)自然界的控制和利用、解決社會(huì)發(fā)展過(guò)程中遇到的難題；數(shù)學(xué)的功能是作為技術(shù)與工程學(xué)科的基礎(chǔ)工具。——譯者注 參考文獻(xiàn) [1]Flegg, J., Mallet, D., and Lupton, M. 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總結(jié)

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