谭忠

摘 要：全球瞩目的“智能+”时代加速到来，我国正逐步确立世界人工智能产业引领者地位，人工智能AI作为新一轮产业变革的核心动力，在虚拟现实、机器学习、数据挖掘、人机对弈等诸多领域推动整个社会生产力，发展人工智能已然成为我国的国家战略。少儿编程显然是有效培养少儿计算思维，进而培养大量人工智能储备人才的有效路径之一。本文以Scratch图形化编程软件为载体，探索其与计算思维培养的契合之处，以期为培养少儿计算思维、自主钻研和创新能力提供一种可行方式。

关键词：人工智能;少儿编程;计算思维;教学策略

2017年7月国务院颁布了《新一代人工智能发展规划》，全面论述了发展人工智能是我国的战略性举措，规划指出：应逐步推广全社会智能教育，在中小学阶段设置人工智能课程、普及编程教育，在高等教育阶段建设人工智能专业，培养计算思维的复合型人才，从而提高我国人工智能人才储备。

人工智能（Artificial Intelligence，缩写为AI）是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门计算机科学技术，其研究领域包括模式识别、自然语言和图像理解、专家系统、自适应动态规划、博弈论文、智能搜索与推荐、DNA编程、智能控制以及机器人技术等。

计算思维（Computational Thinking）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。简单理解为：人们通过分解、转换、化简和仿真等方法，把原本复杂、看似无法解决的问题，转化成多个小的、简单的、有办法解决的问题，各个击破进而解决原本的复杂问题。

目前，全球使用最广泛的少儿编程语言Scratch，是麻省理工媒体实验室（MIT Media Lab）终身幼稚园组（Lifelong Kindergarten）开发的，一款针对于少儿的编程软件。它作为一款入门级编程工具，可以让6-13岁的少儿创建自己的交互式故事和游戲，使用图形化编程语言进行程序设计，充分满足孩子们的认知、个人、社交和情感需求。其编程语言由“编程块”组成，其中的编程块被设计成其语法属性与视觉属性相对应的“积木块”。在使用Scratch应用程序时，孩子们可以通过拖拽一系列积木块组合来控制角色的外观、动作以及交互，从而创建编程脚本。

一、少儿计算思维培养

1、少儿编程教育现状分析。少儿编程教育在世界各国均引起了从教育专家到国家领导社会各方面的广泛重视，制定了相应的措施并进行了大规模的实践。美国、日本、德国、澳大利亚等都相继制定和出台了一系列强化少儿编程教育的实施方案，英国甚至早在2014年就把编程作为所有学校的必修课，规定5至7岁的少儿应理解简单算法并能将算法转换为程序。而Scratch编程软件在美国市场渗透率为45.60%，英国为10.97%，中国仅0.98%。笔者深感忧患。

2、少儿学习编程的认知特点。认知（Cognition）也称认识过程，是指人们认识、理解事物或现象，保存认识结果，利用有关知识经验解决实际问题的过程，是包括感觉、知觉、记忆、想象、思维、注意等一组相关的心理过程。少儿在学习编程过程中表现出该年龄阶段的思维特点和行为特点，这是我们在教学模式模型设计时必须考虑的问题。

（1）思维特点——尚处在具体运算阶段。这个阶段的学生认知结构的发展正在可塑时期，对直观形象的东西容易理解和记忆，但在发现问题、解决问题时仍需要与他们熟悉的事物或场景相联系，不太容易进行抽象思维，但适当加以引导就可以凭借具体事物或从具体事物中获得的表象进行逻辑思维了。

（2）行为特点——好动，好奇心强，模仿性强，有强烈的求知欲。

可以看出，少儿的认知具有感觉能力强、感觉的随意性强的特点，理论学习过程需要借助实践的反馈来完成，而Scratch编程恰好能够让少儿“在玩中学，在学中玩，通过游戏完成AI的学习”，高度吻合了少儿的认知规律。

3、运用Scratch培养少儿计算思维的教学策略。少儿编程教育的真正目的在于思维方式的训练。行之有效的教学策略设计显得尤为重要，帮助少儿建立问题意识，学会发现、分类和表述问题，逐步理解抽象概念，运用概念进行逻辑判断，进而在计算机中模拟验证，最终完成问题解决。

（1）呈现问题，创设情境。故事导入，情境创设。引导学生形成问题意识，驱动学生在创设的情境中研究不同变量对结果的影响，进而找准要研究的问题。此环节旨在培养学生发现问题的能力，让学生能迅速进入学习情境。充分调动起他们的积极性，通过游戏或故事，团队合作完成一个相对较复杂的任务。

（2）分解问题，各个击破。任务驱动，探索新知。让少儿沉浸在创设情境中明确亟待解决的问题，引导其主动进行任务拆解、任务分析，对策思考、操作实践，完成规定主题的编程小项目。这一环节有针对性地培养学生分解与概括、比较与递推、抽象与综合的能力。

（3）洞察问题，抽象模型。分析问题，巩固重点。引导学生多维度分析问题和讨论解决方案，动手修改程序。由浅入深、从具象思维到抽象思维，逐步锻炼学生分析与综合、因果推理与逆向思维的能力。

（4）多维评价，归纳总结。交流分享，共同进步。通过分享作品和经验，团队成员之间充分交流，或是根据老师点评的要点完善作品，再次巩固，都可以取长补短，全面进步。

以上教学策略设计，环环相扣，步步为营，是为实施少儿编程教育，培养计算思维的有效教学模式。

二、计算思维和Scratch的融合

逻辑思维主要有归纳与演绎、分析与综合、抽象与概括、比较与递推、因果推理、逆向思维等六种重要方法。根据以上“五环实施模型”中基于问题情境的逻辑思维发生、发展的过程，从以下五个阶段分析两者的契合度。

第一阶段，问题分解。在解决目标问题之初，计算思维主张把问题分解成若干个容易解决的小问题，再依次解决每个小问题，最终即可解决目标问题。在Scratch中依然可以训练少儿的这种能力，根据目标问题进行分解并找到解决方案，这就是程序设计思想中的“模块化设计”思想。

第二阶段，模型抽象。抽象层次是计算思维的一个重要概念，人们可以根据不同的抽象层次，有选择的忽视某些细节，最终控制系统的复杂性。Scratch编程的过程，则很好的体现了这一特点。少儿应用Scratch时，无需关注积木块背后的代码是运用何种原理制作的，只需根据图标的含义，进行拖拽式编程。这一过程，能非常有效的训练少儿把问题抽象成模型的能力。

第三阶段，算法优化。少儿在运用Scratch编程时，可使用其并不充足的数学知识来求解问题。举一反三，引导少儿多种思路解决问题的过程就是算法优化的过程，对于后期人工智能技术的掌握至关重要。

第四阶段，并行处理。多个事件同时发生，这在生活中是很常见的，培养少儿在解决问题的时候综合考虑多种因素，训练递归思维也是计算思维中重要的一环。

第五阶段，迁移应用。计算思维是一种思维方式，它具有“兼容性”，即：一种解决问题的方式可以移植到其他情境中去。在Scratch中，如果两个角色有相同或类似的操作，或者两个项目有相同或类似的解决模式，就能将编好的程序脚本直接复制粘贴到另一个角色或是项目里，再进行针对性修改。这就是算法的迁移应用。

综上所述，计算思维所倡导的思维方式及问题解决模式与Scratch软件在少儿编程时展现的特征确实能够很好的融合在一起。Scratch少儿编程软件可以作为培养少儿计算思维的有效工具，值得推广应用。