為什麽說計算思維是一種批判思維？

來源：edsurge

作者：Stephen Noonoo

智能觀 整理編譯

計算思維，最初是由卡內基·梅隆大學計算機科學系主任周以真（Jeannette M. Wing）教授在美國計算機權威期刊《計算機協會通訊》上提出並定義的。

周教授認為：計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計、以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。

目前，計算思維成了教育中最流行的詞之一，它甚至被稱為21世紀技能的“第五個C”（以字母C開頭的五個詞匯）。

雖然它最初是作為一種幫助計算機科學家更合乎邏輯地思考數據分析的方法而出現的，但最近，它在從科學到數學再到社會研究的各種學科中受到了教師們的歡迎。

它越來越受歡迎的原因之一是什麽?

“問問自己，你願意自己琢磨數據集，還是更願意聽老師給你講數據集?”賓夕法尼亞州利哈伊大學負責教育項目的副教授湯姆·哈蒙德這樣問。顯然，“大多數人對自己動手操作更感興趣，即使他們只能看著地圖說，這個地方是這樣，那個地方是那樣！他們也願意自己去做！”，他說。

哈蒙德是一名社會研究教師，他對計算機科學有著天生的興趣。現在，他在倡導一種新的研究方法，將計算思維與數據可視化工具結合起來，比如地理信息系統(geographic information systems，簡稱GIS)。GIS將地圖與數據層結合起來，這樣用戶就可以直觀看到一些內容，如殖民時代按縣或州邊界劃分的選舉結果。

能夠使用數據工具是很重要的。但在其核心，計算思維只是一種使用更高階或批判性思維處理信息的方法。朱莉·奧特曼(Julie Oltman)這樣說。她也在這所大學任教，並與哈蒙德合作開發一門相關的社會研究課程。

無論是在編程課還是在社會研究中，框架都是一樣的：查看提供的信息，將其逐漸縮小找到最有價值的數據，然後找到模式並確定主題。它同樣也適用於比較地圖、代碼塊或兩本文學作品。

朱莉說：“這在鼓勵跨學科的批判性思維方面有一定的效率。”它屬於“在同樣的框架下的不同場景。”

一、聯想學習

長期以來，基於文檔的問題，一直是社會研究課程的主要內容——這些練習要求學生分析給定的文本並進行批判性評估，包括考察作者的動機和目標閱聽人等因素。

使用計算思維，就使得學生必須積極地去處理數據，最終他們就會學到相似的一類問題，甚至還能注意到問題中所存在的缺陷。換句話說，我們的目標是讓學生學會不要只看表面價值。

哈蒙德說：“這就像給學生們指明了方向，並把他們引向細微之處。”如果把同樣的信息作為事實呈現給他們，他們可能就不會意識到這一點。學生們最終會自己完成大部分的學習。

1930年，在利哈伊大學的一個項目中，覆蓋了美國人口密度的地理信息系統地圖。紫色的點表示富蘭克林·德拉諾·羅斯福發出的信件。

由於人類的大腦本質上是用來識別模式的，把計算性思維說成是使用計算機之類的——有點自相矛盾——因為有時根本不需要使用計算機。以哈蒙德最喜歡的活動之一為例，它可以在一節課內完成，也可以把它延伸到一個更大的項目中。

他說：“首先，我讓學生說出五個州的名字，比如，弗吉尼亞州、馬裡蘭州、紐約州和馬薩諸塞州。前三項被添加到白板左側的一欄中；馬薩諸塞州在右邊有自己的專欄。然後另一名學生給出了北卡羅萊納、南卡羅萊納、北達科塔、南達科塔和伊利諾斯州。卡羅萊納州和弗吉尼亞州、馬裡蘭州被列入同一列。但最後三個州和馬薩諸塞州歸為同一類。

經過反覆試驗，學生們就會發現，白板上的州並不是按地理位置相近或加入歐盟的日期分類的。而是按州名的詞源學或地名來源。”

哈蒙德說：“你可以用紙張和學生們的頭腦來做這些。在學習地理的過程中，他們會學到更多的西班牙語、土著語和英國地名。因此，學生們會感覺很有趣。他們可以深入到各縣或加拿大各省，在那裡可以對比英語和法語的名字去學習。”

另一項活動是利用GIS（地理信息系統）軟體，讓學生按年分析內戰戰場。一旦學生們注意到早期的戰鬥發生在何處，與戰爭後期的戰鬥發生在何處，當聯邦軍隊試圖包圍裡士滿的南部邦聯時，學生們就會在頭腦中浮現出戰爭模式。

二、計算思維的核心

正如本文開頭所講的，周以真教授在2006年對計算思維給出了一個定義，其中使用了她所在領域的術語——即使是在引用日常例子時，她也願意這樣比喻。

她說，學生裝書包為一天的學習做準備就是“預取和緩存”；在超市裡結账找到最短的隊伍是“性能建模”；而對租房和買房孰優孰劣進行成本效益分析，則是在運行一種“在線算法”。她寫道：“當算法和先決條件等詞匯成為每個人常用詞匯的一部分時，計算思維將在每個人的生活中根深蒂固。”

但哈蒙德則認為如此定義過於專業化——應該使用更容易理解的術語。他說：“不坐下來編碼、不做數學或物理的人絕不會說，‘是的，我在構建算法。’所以，當把這個詞引入社會研究時，我不會用這個定義。我大概會說，‘我正在制定一個規則，看看它是否成立。’”

哈蒙德說，通過這種制定規則的方式，“計算思維中技術含量越高的部分會被納入其中。”

制定規則的三個主要步驟是：

1.查看數據：決定哪些內容值得包含在最終數據集中，哪些內容應該被刪除。從GIS工具到筆和紙，有哪些不同的工具可以幫助處理這些數據?

2.尋找模式：通常，這涉及轉換到更高層次的抽象——或者相反，變得更加細化。

3.分解：什麽是趨勢，什麽是趨勢的異常值?事物在哪裡相互關聯，在哪裡可以找到因果推理？

哈蒙德說：“一旦你對這個模式有所了解，就可以生成你的規則了。”然後開始研究這個規則，是隻適用於單個實例還是適用於更廣泛的環境。

“數據模式和規則是我們為社會研究打包計算思維的方式。”他補充道，“如果我從事文學或英語語言藝術，我可能會想出一個完全不同的框架來。”

三、因果關係

香農·索爾特(Shannon Salter)是賓夕法尼亞州艾倫頓市21號樓高中的一名社會學研究教師。她曾與哈蒙德合作開展了與地理空間工具相關的項目。

在過去的幾年裡，她致力於打造將環境科學與城市規劃結合起來的課程，以及她所說的對城市區域的“智能設計”。當然，這需要大量的計算性思維。

課程的一部分，要求學生使用一種名為ArcGIS的地理空間工具，來分析他們所在城市的社區地圖。學生們可以切換使用與犯罪率、空置房屋、樹木覆蓋率以及醫療和學校等服務相關的彩色編碼覆蓋。

一旦有了數據，他們就會尋找模式來做出預測: 綠色空間和犯罪水準之間有關係嗎？收入達到平均水準和獲得醫療保健的關係又如何？

學生們很快注意到綠地、樹木覆蓋和犯罪率之間存在著公認的相關性。但他們的預測是缺乏經驗的。索爾特說：“當我們讓學生在看結果之前做一個預測時，他們說，‘樹木較高的社區犯罪率較高，因為有更多的地方可以讓罪犯躲在樹後。’接著，我們對此進行了測試，他們發現事實正好相反。”

這引發了一個問題。學生們有數據，也有分析數據的工具。但是，他們忽略的是，在分解過程中，有一部分缺少相關性的數據需要從因果關係中分離出來。在一些早期的解決方案數據中，建議在社區種植更多的樹木，以減少犯罪——而事實上，在缺乏大面積樹木資源的社區犯罪率更高。

“我們花了相當多的時間，來確保讓學生們知道這種關聯和假設因果關係之間的區別。”索爾特說，“確實需要進行一些練習來幫助他們理解這種關聯度的大小，要讓他們明白，僅僅找到一小段關聯和真正具有因果關係之間的區別。”

四、跨越主題線

對索爾特來說，這種評估看起來與其他學校可能有些不同。21號樓採用的是一種創新的、精通式的學習模式。這種模式與單元和測試周期的結合程度較低。

學生們的評分標準通常是一個跨越學科的定製標題，它被稱之為“技能發展連續性”（CSD），它與學生的能力相適應，並能夠為年輕的學生提供更多的支撐。

它還具有靈活性，能夠跨越主題線，這意味著索爾特可以把它從數學和英語語言藝術標準的項目中提取出來，並將其添加到自己的規則當中。

索爾特說，“我們的目標是更好地幫學生回答一個古老的問題：我將如何在現實世界中使用這些知識？”她說，“他們所學的一切都可以應用到多種情境中去。”

哈蒙德表示，將計算思維融入課程並不需要多大的改革。它可以按需插入，並且只在有意義的地方插入即可。

他還說：“如果我要說，把你現有的課程都匯總起來，這樣做顯然是不可能的；我不是讓你扔掉之前的所有東西，只是想說，把這個放進你現有的課程裡面去，如是而已。”