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教师的话(二)

给孩子们的话

计算思维是什么?也许孩子们是第一次听到“计算思维”这个词,但相信大家其实早已无意识地在实践计算思维,比如每天早晨上学的过程就是一次计算思维的实践。早上起床后,孩子们就会在大脑中快速形成一个“上学程序”:第一步刷牙洗脸,第二步换衣服,第三步吃早餐,第四步检查书包,第五步出门步行或坐车去学校,第六步到校后找到座位,第七步……这其实就是计算思维的一种体现。当然,“上学程序”中的每一步还可以进一步分解为更细的步骤,比如刷牙洗脸又可以分解为挤牙膏、刷牙、漱口、接水、洗脸等,这是计算思维中的模块化思想;“上学程序”中有些步骤还可以并行地做,比如当时间来不及时,可以一边嚼着面包一边换衣服,这是计算思维中的并行思想。

现在是不是觉得“计算思维”无所不在了?通俗地说,计算思维就是让我们学会用“编程序”的方法来解决问题。但这些“程序”并不一定是仅仅在计算机上运行,也可能是由一个人、一个团队或者一个单位去执行。最近中国航天硕果累累,嫦娥五号实现月面取样返回地球,天宫空间站成功发射,祝融号首次登陆火星等等,为什么中国航天总能实现一个个充满挑战的目标?这正是得益于航天领域的总设计师们精心设计的、由几万航天人一起执行的“程序”,不仅能保障工程质量,还能缩短开发时间,这就是计算思维在航天领域的应用。

孩子们也许对计算思维还是有些陌生,但大家都做过数学题,接触过数学思维吧。这本书希望通过用数学思维和计算思维去求解同一个问题,并进行对比分析,从而让大家体会数学思维和计算思维的区别,让大家体会计算思维的威力。将来有一天,当大家能有意识地将计算思维应用到学习和工作中,能把一个复杂任务分解为一个个小步骤,能把这些小步骤变成容易理解的数学模型或者是容易执行的操作,那时相信大家会发现那些看似复杂的问题变得容易解决了,相信大家也会变得更有信心去迎接挑战。

给家长朋友们的话

作为一名家长,也经常会想:孩子未来会成为一个什么样的人?应该给孩子教点什么?在众多希望教给孩子的知识和能力中,我推荐一定要把计算思维列进去。

我从初中开始学习编程,本科就读于南京大学计算机系,也是写过不少程序,但真正深刻认识到计算思维的力量,还是在大学本科毕业十周年聚会上。当时,一位本科同学说他写了一个程序;为了验证和调试这个程序,他决定改行做高中老师。他设计的程序是这样的:

(1)将高中数学知识公理化;

(2)将解数学题的过程转化为一个搜索过程,即从题干出发搜索出对应的公理组合;

(3)设立了几条搜索优先级规则,实现了一个高效的搜索算法;

需要说明的是:这个程序并不是让计算机执行,而是由人(就是高中生)来执行。一批高三学生在用这个程序练习了一段时间后,奇迹出现了——有位学生第一次月考数学成绩为41分,第二次月考71分,第三次月考达到117分,全班第二!

这个例子给我很多启发。我开始观察我们生活的世界,其实很多人的工作就是将各种复杂任务转变为一个个程序,由政府、企业、部门和个人去执行。计算思维无处不在!我意识到,应该教给孩子们应用计算思维去认识世界、改变世界的能力。然而,我们从小到大的成长经历中,却从来没有一门课或一本书来专门介绍计算思维,来教如何训练计算思维。

于是我们几位家长决定自己去探索一种给孩子们教授计算思维的方式。这本书就是记录了2020年上半年的新冠疫情全民居家隔离期间我们和孩子们一起进行的一次尝试。正如卜老师所言,这更像是一场亲子游戏,孩子们在学习的过程中始终充满了激情与活力,也充满了对新课程的期待。因此,我想如果要再给家长朋友们一个建议,那就是带着孩子们一起去实践书中的那些题目,一起去对比分析数学思维和计算思维的区别,一起去体会计算思维的威力。

古人云,“授人以鱼,不如授人以渔”。计算思维,是乃渔也。

中国科学院计算技术研究所 包云岗

2021年10月8日 中关村

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