在大学计算机基础课程改革过程中，当“计算思维与读、写、算一样重要”的观点被普遍接受之时，有不少学者开始思考计算思维的重要性和必要性。特别是将计算思维培养由计算机专业学生推广到所有学科专业的学生，就无法回避计算思维与其他思维相比的独特意义，需要回答为什么应该重点培养当代大学生的计算思维。计算思维是否为大学生所必需，并不仅仅取决于计算思维本身的重要性，还需要考察计算思维与其他思维相比的优势。

 

      在引入计算思维教育的背景和计算思维教育遭遇到的瓶颈问题上，中小学和大学计算机基础课程十分相似。寻找新的增长点是课程发展的共同目标。在中小学开展计算思维教育实践中，教师不仅面临计算思维究竟是什么的问题，还面临着如何教、如何评价的问题。

 

      我曾与一位高中信息技术教师交流计算思维教育的相关问题。当我介绍计算思维在学术界有多种解释时，他感觉相当诧异，这可能是许多基础教育一线教师的共同态度。由于基础教育长期以来采用的是唯一答案的教学方式，教师已经习惯于标准、统一的规定，而对于自身就有争议的计算思维进入基础教育，缺乏必要的思想准备。不成熟的教学内容，确实给教师的实际教学带来困惑。一线的教师对于计算思维所表现出的困惑，既反映了他们因为缺乏对计算思维系统研究的不自信，也反映了对教学需要落实确切内容的焦虑。因此教师普遍希望获得关于计算思维教育落实的实践案例。

 

      如果完全从大学计算机学科视角去理解计算思维，可能会因学科知识储备和思维能力发展的制约，影响计算思维教育在中小学的推广与普及。如果降低计算思维教育学科的门槛，根据已有的中小学教育实践经验去理解计算思维，按现实需要解释计算思维，则会导致“计算思维是个筐，什么都可以往里装”的泛计算思维现象。因此，基于计算思维的学科背景，从中小学教育实际出发，明晰计算思维是什么有着重要的现实意义。

 

      即使明确界定了计算思维，计算思维教育的实施依然是一个具有挑战性的工作，教师仍然会面对如何教以及如何评价计算思维的难题。受传统教育惯性的影响，教师会采用知识教育的方法来教授计算思维。计算思维教育确实包括计算机学科的知识与技能，很难想象会有一个人能够具备良好的计算思维却不具备计算机学科知识的情况。但是，把计算思维教育理解为计算机学科知识教育，则只是“新瓶装旧酒”而已。

 

      2014年，我撰写的《计算思维教育》一书出版，书中阐述了我对计算思维及其教育的理解。在与一线教师交流的过程中，可以明显感受到，作为教学的直接操作者，他们不仅希望知道计算思维是什么，更希望知道计算思维教什么，以及计算思维如何教。这正是《计算思维教育》一书所缺乏的内容，因此我萌生了撰写本书的想法，希望进一步梳理计算思维教育中相关的知识、技能、方法与思维的关系，整理计算思维教育相关的案例，以期为一线教师进行计算思维教育实践提供一些帮助。

 

      多考察已有的计算思维教育实践，我发现两种倾向。第一种倾向是把计算思维寄托于问题解决之中，通过对一个真实问题的需求分析，然后以计算机或计算机技术为工具实现问题的解决。许多教师认为，在问题解决过程中，采用的诸如“分工、合作、协同”“化整为零、化繁为简、零存整取”等思想方法就是计算思维。且不说把这些解决问题的一般方法归为计算思维是否有些牵强，这种教学实践的倾向会使计算思维的培养演变成一种项目学习的教学方法，从而忽视计算思维的学术性，弱化计算机科学的知识体系对计算思维的支持作用。第二种倾向是把计算思维当作计算机学科的全部，或者说，用计算思维来统领计算机学科的知识体系。计算思维是计算机学科的一种学科思维，但肯定不是唯一的思维方式。从计算思维出发，是无法覆盖计算机学科的知识体系的。也就是说，从计算思维的角度出发去梳理和认识计算机科学，是一种本末倒置的行为。另一方面，也不应将“计算机学科”的重要性与“计算思维”的重要性混为一谈，我们不能把对计算机教育的重视简单地转换为对计算思维培养的重视。

 

      基于以上考虑，本书仍然从计算机学科出发阐述计算思维，分为五章。

 

      第一章从中小学计算机教育的课程发展角度分析计算思维教育的价值。计算机教育或信息技术教育，作为一门年轻的课程，其发展性与不确定性为课程实施带来了诸多困难，但该课程从无到有的发展过程为我们研究基础教育课程发展提供了非常好的素材。同时，研究其他学科的思维教育教学实践，也能为计算思维教育实践提供经验。

 

      第二章在列举与分析中小学计算思维教育实践的基础上，分别从计算思维外部特征及计算思维学科特征两个方面进行了分析阐述，提出计算思维的问题解决特征、技术性特征以及人机共通的思维特征，提出计算思维与计算机学科的关系以及对计算过程的支持作用，并从专业计算思维和大众计算思维两个层次阐述了针对不同人群和场景的计算思维的不同理解。

 

      第三章在分析思维教育特点的基础上，重点对适合中小学教育教学实践的计算思维相关学科内容进行梳理，围绕计算过程，介绍实现计算的常用算法，阐述计算思维的一般方法，提出从抽象、形式化表达、构造到自动化的适合中小学计算思维培养的方法路径。

 

      第四章结合具体实例介绍一些基于问题来促进学生思维展开的方法和以抽象、形式化表达、构造和自动化为方法路径的教学案例，希望读者能以此为鉴启发更多、更有效的教学方法。

 

      第五章从人工智能的发展、计算思维教育的评价以及教师要求三方面，点状地阐述了计算思维及其在中小学教学实施中的困境与挑战，以期读者对计算思维教育能有一个理性的、基于批判性思考的认识。

 

      中小学计算思维教育是当今一个热点问题，目前开展计算思维教育的主阵地还是信息技术课程。中小学信息技术课程的地位决定了计算思维教育还是一个小众的选题。虽然大部分教师认同开展计算思维教育的必要性，但是在开展教学实践研究过程中依然困难重重。感谢上海科技教育出版社杜文彪主任对中小学计算思维教育的关注与热情。感谢朱一军老师、李伟老师、曹磊老师、陈久华老师等领衔的名师基地和教研团队给我提供了计算思维教育相关教学设想的实践机会和教学案例，使得我的一些观点得到实践佐证，也丰富了本书的教学实践内容。感谢单位领导为我提供了宽松的工作环境，使我有时间对计算思维等问题作比较深入的思考。最后，特别感谢家人长期默默的关心、支持以及无微不至的照顾，使我有精力继续承担研究与写作工作。

 

      本书写作过程中，借鉴了许多学者的观点，也引用了一些源于网络的案例，在此一并致谢。尽管已在本书“参考文献”中罗列了相关文献目录，但难免挂一漏万。本书引用的观点、现象与案例，仅为分析与阐述观点之用，并无对原文的褒贬评价。若引用中有不实或不合适之处，敬请谅解。

 

思维存在于人脑之中，可以用文字、符号来表征，而表征某一思维过程和结果的文字、符号往往就形成了知识或方法。在人的学习过程中，思维是学习的工具，学习就是在思维的加工作用下，将已有的旧知识不断加工成新知识；而思维教育，又要求将作为学习工具的思维变成为学习目标。考察上述问题，可以发现思维教育所面临问题的复杂性。在计算思维教育中，既然把计算思维认作是一种思维，那么就需要清晰地认识到计算思维与知识、技能、方法、能力之间的关系，同时也要认识作为学习工具的一般思维方式和作为教育目标的计算思维之间的关系，这些问题都有待于进一步的研究。

 

      鉴于水平有限，书中不足与错误之处在所难免，望读者不吝赐教。