cccf譯文 | 從計算思維到計算行動*
原創： 邁克•蒂森鮑姆等 中國計算機學會
譯文摘自：中國計算機學會通訊 第15卷 第5期 2023年5月
很多時候，k-12計算機教育理1一直強調孩子學習程式設計的「基礎」。更高階段的以發展學習者的計算思維為中心的電腦科學教育，主要聚焦於讓學習者去理解計算的一些細節要素，如變數、迴圈、條件、並行、運算子和資料處理[10]。這種最初的關注點是計算的概念和過程，將開發現實應用程式留給「以後」再做的做法存在這樣一種風險：讓學習者覺得學習計算機對他們來說並不重要。這種做法迴避了很多學習數學和物理的學生們都曾問過的乙個問題：「什麼時候我們才能在生活中運用到所學的知識？」[1]。
雖然已經有各種嘗試將計算機教育置於現實世界的背景與問題中，但這些嘗試通常開發的是通用系統（例如為超市設計的結賬系統），無法與學習者特定的個人興趣和生活聯絡起來。儘管這些系統在實際應用中對所有學習者都是有價值的，但是對於年輕女性和來自非主流群體的青年來說，並沒有給他們提供開發具有現實意義的計算機解決方案的機會，這是乙個嚴重的問題。對於傳統上在計算領域代表名額不足的這些群體，人們發現，融入並歸屬於更廣泛的計算社群的感覺與能夠開發對其自身和社群都至關重要的計算解決方案密切相關[8]。通過與學生的現實生活聯絡起來，我們可以幫助他們以批判的眼光看待自己能夠在影響社群方面充當怎樣的角色，並且使得他們不僅僅止步於學習簡單的程式設計，相反，我們可以問他們想要對什麼內容程式設計以及為什麼對它們程式設計[5]。
減少實施計算行動的障礙
在嘗試開發有影響力的計算機解決方案時，年輕學習者面臨許多挑戰。其中的許多挑戰可歸因於計算機教育本身的背景——計算機教育經常發生在傳統的計算機實驗室中，這些實驗室與學生的日常生活相去甚遠。然而，隨著移動計算和普適計算的日益普及，可能要重新思考和構建學生學習計算機的地點和方式。計算機教育現在可以從桌面螢幕上解放出來，並與學生的日常生活和社群聯絡起來。
計算行動：一條構建有影響力的計算機教育的新途徑
計算機在學生生活中所扮演角色的根本性轉變也要求我們批判性地重新審視電腦科學教育的目標，特別是對於k-122學生來說。計算機教育的目標需要超越計算思維，上公升到計算行動的視野高度。計算行動的視野高度建立在以下思想的基礎上：在學習計算機的時候，年輕人應該有機會以對他們的生活和社群有直接影響的方式進行計算。
為了完善計算行動的教育舉措，我們制定了一套標準概述了所需的關鍵要素。
支援計算身份的形成需要：
• 學生必須感到自己有責任闡明和設計他們自己的解決方案，而不是努力達到預定的「正確」答案。
• 學生需要感覺到，對於更廣泛的計算界和工程界的實踐和產品而言，他們的工作是有實質意義的。
支援數字賦能的形成需要：
• 大量的活動和開發應該建立在真實的並且與個人相關聯的環境中。
• 學生需要感受到他們的工作有可能對他們自己的生活或社群產生影響。
• 學生應該感受到他們有能力通過他們當前的工作來尋求新的計算機會。
實踐中的計算行動
推進這種學習者自驅動且以行動為中心的計算機教育，需要我們重新審視如何為學習者提供支援。這也給教師帶來了新的挑戰。學生需要在設計過程中使用「腳手架」(scaffolding)來幫助他們理解如何將應用程式分解為可管理和可構建的部分。重要的是，教師需要在沒有預定**決方案的複雜教學環境中仍然能從容應對各種問題。這並不是要求教師更多地了解功能性的程式設計知識，而是要求他們在應用程式設計方面更加靈活。教師需要新的策略來幫助學生自己發現解決方案（而不是直接給他們答案），並且需要新的方法來評估學生的工作。認識到這些教育學的轉變意味著我們必須接受新的教育方法，來測試和完善我們的計算行動理論。
學習者認識到應用計算機的機遇，然後設計和構建解決方案
讓學生推動他們自己的學習或解決問題的過程並不是教育界的乙個新想法。在過去的二十年中，基於問題的學習（示例參見hmelo-silver[3]）越來越多地用於科學和工程教育。然而，將學生設計的產品應用於他們的社群一直是乙個挑戰。隨著移動計算和普適計算的普及，我們開始意識到這裡的潛力。
通過專注於計算行動而不是計算思維，我們讓孩子參與有意義的專案，而不是預先制定的練習。佩珀特(*****t)認為，在開發對個人有意義的專案過程中，學生將能夠形成想法，並通過應對自然產生的挑戰來學習必要的編碼元素[7]。這類似於在專業領域中程式設計和構建計算解決方案的過程。來自所有職業和業餘愛好的人們都構思了希望構建的「專案」，這些專案需要用到電腦程式。這些人先制定計畫再開始構建，但障礙不可避免地出現。這些計算機程式設計師、專業人員和業餘愛好者、計算機科學家、工程師、科學家以及其他人在更廣泛的程式設計師群體中找到自己問題的答案（通過直接詢問同事或通過stackoverflow這樣的**）。如果這就是現實世界中計算的發生方式，為什麼教育系統卻經常讓學生以抽象和不真實的方式來學習計算和解決計算問題呢？
隨著計算機和計算機教育領域的快速發展，我們有機會重新考慮學生應該如何學習計算機。年輕的學習者從開始學習程式設計的時候起，就有能力開發對他們的生活產生實質性影響的計算機產品。而他們需要的，僅僅是乙個允許他們發揮影響力的環境。計算行動從定義這個環境應該是什麼樣子開始。隨著更多計算機專業教師上線，我們有獨特的機會與他們合作，因為他們具備了與學生一起參與計算行動所需的技巧和技能。我們為這樣的乙個世界感到興奮，年輕的學習者認為這個世界充滿著可以以數位化的方式創造他們（和我們）想要居住的未來的機遇。腳注
1 2023年10月，美國《k-12電腦科學框架》(k-12 computer science framework)正式發布，描述了電腦科學概念和實踐的基本集合，是美國新版國家電腦科學教育標準研製的基礎。——譯者注
2 「k–12」是指從幼兒園（kindergarten，通常5-6歲）到十二年級（grade 12，通常17-18歲）。——譯者注
3 stem是科學(science)、技術(technology)、工程(engineering)、數學(mathematics)四門學科英文首字母的縮寫，其中科學的功能在於認識世界、解釋自然界的客觀規律；技術和工程的功能則是在尊重自然規律的基礎上改造世界、實現對自然界的控制和利用、解決社會發展過程中遇到的難題；數學的功能是作為技術與工程學科的基礎工具。——譯者注
參考文獻
[1]flegg, j., mallet, d., and lupton, m. students』 perceptions of the relevance of mathematics in engineering. intl. journal of mathematical education in science and technology 43, 6 (june 2012), 717–732.
[2]freire, p. pedagogy of the oppressed (20th anniversary ed.). continuum, ny, 1993.
[3]hmelo-silver, c.e. problem-based learning: what and how do students learn? educational psychology review 16, 3 (mar. 2004), 235–266.
[5]lee, c.h. and soep, e. none but ourselves can free our minds: critical computational literacy as a pedagogy of resistance. equity & excellence in education 49, 4 (apr. 2016), 480–492.
[6]maltese, a.v. and tai, r.h. eyeballs in the fridge: sources of early interest in science. international journal of science education 32, 5 (may 2010), 669–685.
[7]*****t, s. an exploration in the space of mathematics educations. international journal of computers for mathematical learning 1, 1 (jan. 1996), 95–123.
[8]pinkard, n. et al. digital youth divas: exploring narrative-driven curriculum to spark middle school girls』 interest in computationalactivities.
journal of the learning sciences 26,3 (mar.2017); doi.org/10.1080/10508406.2017.1307199
[9]thomas, k.w. and velthouse, b.a. cognitive elements of empowerment: an 「interpretive」 model of intrinsic task motivation. academy of management review 15, 4 (apr. 1990), 666–681.
[10]wing, j.m. computational thinking. commun. acm 49, 3 (mar. 2006), 33–35.
作者介紹
邁克•蒂森鮑姆(mike tissenbaum)
伊利諾伊大學香檳分校教育學院助理教授。
哈爾•阿貝爾森(hal abelson)
麻省理工學院電氣工程與電腦科學系電腦科學與工程教授。
譯者介紹
劉宇航ccf專業會員，cccf特邀譯者。中國科學院計算技術研究所副研究員。主要研究方向為計算機體系結構、高效能計算、大資料、智慧型併發系統。
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