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就在两天前,我给大家推荐过一篇文章,文中介绍了很多与计算思维相关的学习方法。不过文章发出后我也收到了一些质疑,觉得计算思维实际上说的就是算法开发,涉及到太多的专业知识,并不适合孩子学习。
不得不说,这很可能是对计算思维的一种误解。因为
随着数字媒体的发展,这种思维早已存在于我们的日常生活中,只是很多人还未曾察觉。
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说一些大家都很熟悉的事。平时周末出去和朋友聚餐的时候,你有没有过因为排队而等到心焦?或者平时工作的时候,你会因为等一个外卖订单而耽误了工作?
这些困扰都可以使用计算思维来解决。
所谓的计算思维,是利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广度的一系列思维活动。
试想如果可以使用人工智能点单技术来下单的话,我们排队等单是不是会省很多时间呢?
而且,人工智能等高端的计算机技术也确实在逐步影响着我们的生活。
还记得几年前柯洁和阿法狗的围棋人机大战吗?身为九段职业棋手,柯洁居然在人工智能面前连败三局,不能不说这种技术真的很强大。
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有人可能会问,这样精通计算的机器人在未来是否会取代人类?我个人认为是不会的,毕竟计算机、机器人还是由我们造出的。所以,
我们应该在这种趋势之下了解计算思维,形成一种系统的计算思维,并将这种思维运用在各种生活场景中,还不是去被动地接受它。
说到这里,可能大家还是对计算思维有些茫然。那么今天,耐撕BaBa就带领大家初步地认识计算思维的主要内容,并介绍一些关于计算思维的具体案例。
计算思维的四个基本步骤
计算思维并不神秘,它和我们之前说过的很多思维方式一样(设计思维、工程思维、学科思维、逻辑思维、产品思维等),都包含有几个基本的组成元素。
在实际运用中,计算思维一般分为四个步骤,分别是分解、模式识别/数据展示、泛化抽象、算法开发。
也就是通过分解问题,通过数据表示法定义涉及的变量,并创建算法,得出通用的解决方案。对于这四个步骤,我们依次来看。
首先是“分解”,也就是把数据、过程或问题分为更小、易于管理或解决的部分,
然后再专注于解决每个小部分,直到这些小部分变得简单而易于解决。
其次是模式识别和数据展示,即观察数据的模式、趋势和规律。
例如在设计一个运动助手计步器的时候,可以将步数、加速度等变量量化为具体数值,让计算机理解现实中的运动。
下一步是泛化抽象,即识别模式形成背后的一般原理。
泛化抽象的过程,就是抽离出现象的原理和规律,并通过计算机可以理解的方式表达出来。
这里依然要说到我们之前一直强调的思维流程导图,那就是将抽象的逻辑具化为具体的发展过程的一种有效方式。
最后一步是算法开发,也就是为解决某一类问题撰写一系列详细指令。
具体到编程中,就是形成计算机可以执行的程序,即我们通常意义上理解的算法。
我们玩物星球设置的编程课,就是为了培养孩子们初步的编程能力,而这种能力正是建立在计算思维之上的。
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从上述步骤我们可以很明显地看出,计算思维和算法编程的概念还是有所不同的。
编程是告诉计算机要做什么和如何去做;而计算思维则是可以让你更清楚地知道要告诉计算机做什么。
后者的门槛确实更高,但它恰恰是培养编程能力的必备思维。
像计算机科学家一样去思考
现在,我举一些简单有趣的例子,聊一聊计算思维可以如何被有效地运用于日常生活中,以及应该如何培养孩子们的计算思维,让大家对计算思维有一个更加清楚的认知。
想象你现在要在英汉词典中查一个英文单词,你肯定不会从第一页开始一页页地翻看,而是会根据字典是有序排列的事实,快速地根据目录定位单词词条。
这正是计算机中广泛使用的索引技术。计算机正是这样查找文件的,搜索引擎同样是这样的道理。
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都说人脑其实就是一个计算机,而计算机也是依靠我们人类的大脑建造出来的。所以
把计算机想象成自己的大脑,也许你会更加清楚计算思维是怎么一回事。
再举一个例子。比如你约好一个朋友见面,但是见面的地点在你们从未去过的地方,这时你肯定会在出门前计划好行程。在这个过程中,你可能会考虑可用的路线和最佳的路线,
它可能是最快,可能是最短,也可能是经过你们最喜欢的商店的路线。
最后,你将根据一步步的规划到达目的地。
这其中,计划路线就类似于计算思维,而最终遵循规划就是编程。
整个过程就是将一个复杂的问题变成我们都理解的问题。
也就是说,
学习计算思维,其实就是学会像计算机科学一样去思考和解决问题。
计算机是通过一步步地执行指令来解决问题的,而从问题的计算机表示、算法设计直到编程实现,计算思维都将贯穿于计算的全过程。
那么,我们应该如何培养孩子的计算思维呢?
还是从上述的计算思维四步骤说起。分解、模式识别、泛化抽象、算法开发,
每一步都有着相应的教学和学习策略,而且绝对不会超越孩子们理解的门槛。
第一,在“分解”这一步中,老师可以描述一个场景,它将涉及多个步骤,例如计划一个生日派对。
孩子可以分解其中较重要的步骤,比如购买礼物,而老师可以绘制或书写出他们的想法,为孩子们提供将来解决类似问题的思路。
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第二,在“模式识别”这一步中,可以从研究树木开始。老师和孩子可以一起思考所有树木都有什么共同点,例如它们都有主干、根和分支。接着老师可以指导孩子制作树木的拼贴画,
在制作的过程中孩子们可以逐渐认识到树木之间的区别,从而对不同的树木做出划分。
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第三,在“泛化抽象”这一步中,
老师可以在学生接触一本书或者一个实验的时候,给他们设置一个目标,鼓励他们去追求信息和线索。
例如学生听完一个关于口腔卫生的演讲后,可以去寻找演讲者本人的信息、刷牙的正确方式等等。久而久之,孩子们可以在较短的时间内消化掉复杂的信息。
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第四,在“算法开发”这一步中,孩子们主要要学会遵循顺序规则来解决问题。这里可以让他们在制作三明治的过程中来培养计算思维。
例如第一步要做什么?第二步如果在添加蛋黄酱之前将奶酪和生菜放在三明治上应该怎么办?这种关于顺序的思考将为计算思维的培养奠定良好基础。
与其他学科领域的结合
说了这么多,计算思维似乎一直在围绕着计算机科学展开。但其实计算思维发展至今,早已不仅仅是建立在计算机科学上的一种系统性思维方式,
它同样也可以与其他学科领域相互结合,甚至可以被用来解决日常生活中的很多困难。
著名计算机科学家周以真教授曾说过,“
计算思维是每个人的基本技能,而不仅仅是计算机科学家的。在阅读、写作和算术上,我们应该在每个孩子的分析能力上增加计算思维能力。
”
周以真教授
更明确地说来,
关于计算机科学、科学和工程与数学实践之间的交集,目前已经有一个明确的维恩图来展示具体的框架。
计算思维维恩图
这个框架表示的是:
计算机科学为开发计算思维提供了独特的机会,并且该框架的实践可以应用于计算机科学以外的其他学科。
在这个图中这些学科包括的是工程学和数学,而在现实生活中,还会包括其他领域,如服务业、旅游业等等,他们都可以使用计算思维来为自己建立一套完善的系统,提高工作学习效率和质量。
例如在与数学结合的过程中,可以使用恰当的数学编程工具来整合计算资源;在与工程学结合的过程中,可以使用建构的思维方式来规划好设计的思路。
而我们将来所要做的,就是如何将计算思维的运用范围拓展到其他更多的学科领域,
比如周以真教授所说的阅读和写作,比如餐厅、银行等服务性工作领域。
最后我想说的是,
计算思维绝对不仅仅是单纯的算法,它在本质上是一种可以提高学习工作效率、有效改善日常生活的思维方式。
我们不止可以用它来理解计算机运行的基本原理,也可以用它来规划我们的生活。试想能将一件复杂的事情简化为几个易于理解且操作的部分,还有什么能比这更开心的呢?
如果大家对计算思维有兴趣的话,可以在文章下方留言,我们之后会根据大家的需求,继续梳理一些计算思维的学习案例。总之,
学习计算思维,无论是对孩子当前的学习还是未来的工作,都将是受益匪浅的。
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