“国优”讲坛纪要｜李晓明：关于计算思维及其教育的思考

　　2024年4月12日，北京大学“国优计划”科学教育讲坛2024年第1期讲座“关于计算思维及其教育的思考”在教育学院112报告厅成功举办。大湾区大学（筹）教学负责人、讲席教授李晓明为主讲嘉宾，开云官方注册 - 开云(中国)教育技术系汪琼教授为对谈嘉宾，北大“国优计划”负责人郭丛斌研究员、助理教授郑蕾、首届班级成员以及校外从事科学技术教育的师生共40余人参与了此次活动。

　　讲座开始前，主持人郑蕾老师首先介绍了教育学院设立“国优计划”科学教育讲坛的初衷，即邀请教育家型科学家从科学研究前沿的角度来分享对科学教育的思考，助力未来创新型科学教师的培养，同时为广大从事科学教育的同仁搭建分享交流的平台。接着，郑蕾老师向大家介绍了李晓明教授为中国计算机教育教学所做出的突出贡献。

　　

　　郑蕾老师（左一）介绍科学教育讲坛及李晓明教授（右一）

　　讲座伊始，李晓明教授讲述了计算思维概念的形成与被接受的时代背景。20世纪末至21世纪初，万维网在全世界流行开来，得益于互联网和搜索引擎等信息技术的快速发展，计算思维（Computational Thinking）这个词应运而生。我们目前所理解的计算思维，是由Jeannette Wing于2006年正式界定，陈国良、李廉等多位学者积极推动了计算思维在中国的传播。由于网络功能与信息服务的变迁，上网不仅仅是为了找信息，更是为了提供信息；同时，网络的发展也促进了各种组织机构的数字化和计算化建设。一种全新的世界观认为：人类社会赖以生存的三大系统中自然系统、社会系统都蕴含着“计算”，而统一于“计算”的技术系统则在自然系统和社会系统中发挥着越来越重要的作用。例如，自然系统中的候鸟迁徙路线，市场经济“无形之手”，都是自然和社会中所蕴含的计算优化现象。而计算机技术的发展，使得我们能够更好地理解和应用这些优化现象，因此理解计算也就是计算思维应当成为当代人的基本素养。

　　

　　计算思维带来的一种世界观

　　李晓明教授接着介绍了计算思维的内涵和实践。计算思维是一种利用包括网络在内的计算系统进行问题求解的态度和能力。问题求解包括科学技术问题和经济社会问题，不仅仅是解决方案，也包括“解释”和“理解”。计算思维可以分为四个维度：逻辑思维、系统思维、网络思维和算法思维。李晓明教授通过一些例子深入浅出地解释了这四种侧面印象，比如在解释算法思维时，李老师举例：多数手机计算器，给出10%+10%+10%=0.121，知道它是怎么算的吗？在听众们纷纷尝试解答之后，李老师介绍了计算思维的途径和核心特征是面向计算的抽象和资源约束下的执行。

　　

　　李晓明教授讲解计算思维的途径和核心特征

　　面向计算的抽象方面，李老师举例疫情期间密接者之间的联系可以用计算机中的网络图，来解读从信息到数据的转换；以一元五次方程没有根式解，但计算思维可以采用“二分法”逐步逼近解来解释数学思维和计算思维的联系和区别。数学家通过抽象思维和逻辑推理，可以改变提问方式，而计算思维则更注重具体的操作和实现，不断地缩小区间，逼近问题根。资源约束下的执行方面，李教授以提问X=3*3*3*3*3*3*3*3一定要做7次乘法吗，来引导现场听众思考和讨论。

　　

　　老师同学们聆听李晓明教授讲解数学思维与计算思维的联系和区别

　　

　　李晓明教授通过实例引导大家思考和讨论

　　随后，李晓明教授介绍了计算思维的外延。以计算、电脑、手机等为载体的各种应用都是利用了计算思维，同时计算思维还与理工、社科各个学科都有交叉。比如计算思维与社会科学交叉的例子：政治学中的囚徒困境、经济学中的匹配市场、社会学中的三元闭包，李老师分别用实例进行了生动的说明。

　　

　　李晓明教授介绍计算思维的外延

　　关于计算思维教育的开展，在基础教育阶段，《普通高中信息技术课程标准》（2017年版）中要求的学科核心素养包含了计算思维，而高等教育中北大、国科大、哈佛和芝加哥大学等都有开设改进的计算机课程（从计算到思维）或者新开以计算思维为核心的交叉学科课程。类似我们学习理化生是为了理解大自然、学习史地政是为了理解人类社会，学习计算是为了理解信息社会，从而更好地理解当代人类社会。所有这些“理解”，就基础教育而言，主要追求的应该是基础性，而不是实用性，尽管它们有实用的意义。

　　

　　李晓明教授生动地讲解

　　李晓明教授最后谈到了人工智能（AI）与计算思维的关系。虽然AI一直是计算研究的追求，但最近的AI与以往有所不同，以往AI的发展靠算法优化，而现在则靠“喂数据”。计算机科学是实现和理解AI的基础，而算法在计算中起到了关键作用。李老师认为编程不是必须的技能，但是建议学生们应该学习编程，因为这是培养计算思维的有效工具。

　　在汪琼教授与李晓明教授的对谈环节中，汪老师对计算思维做了进一步的补充和解释。汪老师提到对“国优计划”研究生以后上岗成为科学教师而言，最容易做的学科交叉课程就是和计算机的对接，从而帮助学生以计算思维来理解世界。汪老师还对计算思维四个维度中的系统思维和网络思维之间的区别提出疑问，并和李老师展开了讨论。

　　

　　汪琼教授（右）与李晓明教授（左）的对谈

　　“国优计划”同学钟云竹、杜晨喆等就计算思维与PBL的关系、基础教育阶段计算思维的训练缺乏、普通人学习计算思维应该学到什么程度等问题与李晓明教授、汪琼教授进行了深入讨论。活动最后，开云官方注册 - 开云(中国)郭丛斌研究员向李晓明教授颁发北京大学“国优计划”科学教育讲坛特邀专家证书并合影留念。

　　

　　

　　同学提问

　　

　　郭丛斌研究员向李晓明教授颁发北京大学“国优计划”科学教育讲坛特邀专家证书　　

　　

　　讲座嘉宾合影

　　北京大学“国优计划”科学教育讲坛介绍

　　强国必先强教，强教必先强师。国家优秀中小学教师培养计划（简称“国优计划”）是国家健全中国特色教师教育体系，推动“双一流”建设高校培养研究生层次高水平理工科类中小学教师的重点举措，旨在落实习近平总书记要在教育“双减”中做好科学教育加法的重要指示精神，夯实创新人才培养基础。为了助力北京大学“国优计划”的开展，帮助“国优计划”研究生站在科学前沿理解科学教育，同时为关注和支持科学教育、科学教师教育的同仁搭建分享交流的平台，开云官方注册 - 开云(中国)特设科学教育讲坛，邀请理工科学院教学名师分享有关科学与技术教育的思考和经验，共同为探索基础教育与高等教育在拔尖创新人才培养上的贯通做出努力。