第2章 研究的理论基础
第2章 研究的理论基础
2.1 思维科学
2.1.1 思维培训的理论研究
思维处在认识的高级阶段，个体在对客观事物进行探索的时候，思维便产生了，它对客观事物进行概括地和间接地认识，只有通过语言、表象或动作才能表现出来[14]。思维能揭示事物、现象的本质特征和内部联系，其主要表现在形成概念和解决问题的活动中[14]。
当个体面对新的刺激和信息的时候，思维就会将这些内容进一步进行加工，通过这种更深层次的加工，思维能够帮助我们发现事物或现象之间的关系或联系，对事物和现象进行高度概括，形成概念，继而利用概念进行判断和推理，并结合人类在头脑中利用长时记忆存储的知识经验，解决面临的各种问题[14]。
20世纪80年初期，钱学森创立了思维科学[15]。钱学森定义“思维科学”的含义为：“思维科学即是研究思维规律、思维活动、思维方法的一门学科[16]。”，钱学森认为，“思维科学作为一类科学，它只研究思维的规律和方法，不研究思维的内容，内容并不属于该科学研究的对象，而是其他科学技术部门的事[17]。”。
文献资料中显示，大量的事实和科学研究已经证明，思维训练作为一种有效提高个体思维的手段是有一定效果的[19]，因此，也就是说，思维是可以通过专门的训练教会，并且通过训练，思维能够有一定程度的提高[19]。但是，目前尚没有具体的针对计算思维的培训方法，我通过查阅文献，试图找到一些可以对计算思维进行培训的方法，现列举如下：
（1）脑激励法（brainstorming，又译大脑风暴法）
该方法的核心思想是把产生的想法和评价该想法区分开（Osborn,1963）[20]。其基本做法是：由教师先提出问题，然后教师鼓励学生寻找能够回答或解决该问题的尽可能多的答案，并且暂时不关注答案是否正确，教师也不给予学生的行为和答案以任何评论，直到所有可能想到的答案都被提出来了为止[20]。
教师延迟对答案作评论的优势有两个，第一个是可以鼓励学生多提答案，另一个是可以防止他们因怕说错受批评而不敢说[20]。在这种情况下，不同的想法之间互相碰撞，互相启发，就会促使更多不同的想法不断涌现出来，同时，有些想
11
陕西师范大学硕士学位论文
法可能乍看起来荒谬，但是这些想法确实是体现了个体一定的创造性[20]。
该方法的好处在于将个体头脑中的想法全部展现出来，促使想法之间互相启发，同时也避免那些有一定创造性的想法不被过早地扼杀[20]。
（2）分合法（synetic）
该方法是戈登（Gordon转引陈龙安，1999）在1961年的时候，提出的一套团体问题解决的方法，其含义是“把原本不相同、不相关的元素加以整合”，这样做的好处是在整合以后，我们会得到众多意想不到的结果，或许得到的众多结果中，大多都是没有研究和改进价值的，但也总会有少量结果显示出新颖、奇特的特点，变得值得对这一部分结果进行研究和创造[20]。而该方法中包括的两种心理运作过程：“使熟悉的事物变得新奇”和“使新奇的事物变得熟悉”，也同样体现了以上内容[20]。
依据以上内容，我认为计算思维也属于思维和思维科学的概念范畴。因此，我认为在培养计算思维的教学活动中，计算思维也是可以被当作一种思维方法而进行训练，我们可以借助信息技术教材的教学内容作为训练计算思维的工具，培养学生的计算思维能力，提高学生的思维质量。通过对各种文献的阅读和分析，笔者认为我们可以结合实际情况，结合信息技术教材的教学内容和教学目标，对这些思维训练方法进行改良，使其适用于高中阶段学生的计算思维培训。
2.1.2 高中阶段学生的思维培训
很多成年人有着这样的疑问：我们在学校学过的那些数学、物理、英语等等这些课程，感觉工作了以后什么用处都没有呢？其实，个体在学习数学课程、物理课程的时候，并不是说将来一定就要成为数学家或者物理学家，而是个体在通过这些课程的训练之后，养成了一定的科学思维的素质和能力，这些能力已经融入到我们的头脑中，在实际生活和工作中发挥着作用，这种作用也同样适用于计算机课程[18]。
根据文献[18]，我认为，学生学习各门课程并不是一定要成为该课程领域的专家学者，而是通过学习这些课程的内容，训练学生养成科学的思维方法和认知能力，通过掌握科学思维的方法，用思维来指导怎样灵活运用自己已经掌握的知识技能，目的是用来解决实际中遇到的问题。
高中阶段的学生年龄一般是在16~19岁的范围之内，处在这个时期的少年，其能力正处于形成和发展时期，能力的发展除了取决于遗传因素和个人的主观能动性之外，还取决于环境和教育因素与实践活动。因此，在这个时期给予积极、
12
第2章 研究的理论基础
正确的培养和训练，对其能力的发展会有一定的促进作用。
高中阶段的学生，其感知能力，观察能力，注意的品质，记忆水平和思维的概括性、深刻性、抽象性均有显著提高，且好奇心和求知欲强。笔者根据高中生的这些心理特点，提出思维培训的方法——思维外显化，其主要内容有：
1. 创设思考性课堂。在课堂教学中，提供富有思考性的问题，让学生参与到思考问题，讨论解决方案的过程中来；鼓励学生大胆假设，找出更多的答案，多种解决方案，教师引导学生思考，不做评论或建议。
2. 了解自己的思维。人能够通过认识活动，概括出事物和现象的联系和规律，这种认识活动是依靠个体的思维活动来进行的，是基于一定的思维过程的，但同时，很多人都意识不到自己的实际思维过程。所以，笔者认为首先需要做到让学生有意识地关注自己的思维过程，为改进自己的思维方法做准备。
口语报告法要求被试在从事某种活动的同时或刚刚结束之后，将自己在头脑中进行的思维活动、心理操作等用口头语言的方式表述出来，主试记录他们的口头陈述，然后按照一定的程序对其进行分析，根据分析的结果，揭示被试的心理活动过程及其规律[22]。
课堂上的每个人既可以充当被试也可以充当主试，主要为了通过使用该方法达到了解自己与他人的思维过程和思维方法的目的。借鉴“口语报告法”，要求学生在解决问题的时候可以将自己的思维过程小声口述出来，也可以不出声地口述，边解决问题边口述。
3. 了解他人的思维。借鉴“口语报告法”，教师将自己解决问题的思维过程表述出来，学生也通过这种方法，将自己解决问题的思维过程表述出来，其他学生可以通过这种方法了解他人的思维过程。
4. 改进自己的思维。对比自己的思维过程与他人的思维过程有何异同，教师给予一定的引导，帮助学生得出哪种思维方法更能有效地解决问题，然后，改进自己的思维，在实践中逐步掌握解决问题的较为有效的思维方法。
5. 反复实践，建立模型。在课堂或生活的多次实践活动中反复应用改进后的思维方法解决问题，完成任务，掌握解决某一类问题的思维过程，巩固思维方法，养成良好的思维习惯，建立起自己的思维模型。
13
陕西师范大学硕士学位论文
2.2 计算思维
2.2.1 计算思维的内涵与特点
计算思维是人类求解问题的一种思考方法和解决途径，它并不能被理解为我们应当像计算机一样地思考，而是应该被理解为我们应当像处理和解决计算机领域里的问题那样处理和解决现实生活中的各种问题[23]。
计算思维的详细表述如下表所示。
表2-1 计算思维的内涵和特性
[2, 23]
（1）通过约简、嵌入、转化和仿真等方法，把一个看来困难的问题重新阐释成一个我们知道问题怎样解决的思维方法； （2）一种递归思维，一种并行处理，一种把代码译成数据又能把数据译成代码，一种多维分析推广的类型检查方法； （3）一种采用抽象和分解来控制庞杂的任务或进行巨大复杂系统设计的方法，一种基于关注点分离的方法（Separation of Concerns，简称SOC方法）； 内涵 （4）一种选择合适的方式去陈述一个问题，或对一个问题的相关方面建模使其易于处理的思维方法； （5）按照预防、保护及通过冗余、容错、纠错的方式，并从最坏情况进行系统恢复的一种思维方法； （6）利用启发式推理寻求解答，能在不确定情况下的规划、学习和调度的思维方法； （7）利用海量数据来加快计算，在时空之间、在处理能力和存储容量之间进行折衷的思维方法。 （1）概念化而不是程序化。 （2）根本的而不是刻板的技能。 特性 （3）是人而不是计算机的思维方式。 （4）数学和工程思维的互补与融合。 （5）是思想而不是人造物。 （6）面向所有的人和所有的地方。
目前，周以真教授给出的计算思维的定义、内涵和特性是大部分研究者和学者比较认可的，对计算思维的一系列探索和研究也都是以此为基础展开的，本研
14
