STEAM特別報導:「運算思維」– 讓孩子同時學好數學與程式的關鍵能力

孩子們該怎麼學數學?什麼時間點應該開始準備,才能銜接國小到國中之間極大的數學課程的落差?

麻省理工學院(MIT)著名的數學家、教育家,同時也是電腦科學系教授的Seymour Papert,除了是人工智慧(Artificial intelligence)領域的先驅,同時也倡導了建構主義(Constructionism)的教育觀,近年來風行全球的「自造者運動」(Maker Movement)也受他的影響極深,他說過一句名言「老師的角色並非提供現成的知識而是在創造任何進創意發想的條件!(The role of the teacher is to create the conditions for invention rather than provide ready-made knowledge )」。

1996年Papert就在著名的「國際電腦與數理學習期刊(International Journal of Computers for Mathematical Learning)」上發表的「探索數學教育發展的可能“An Exploration in the Space of Mathematics Educations”」一文中,首先提出「運算思維(computational thinking)」一詞,將它看成是一種能「提供更豐富的知識表達能力」,2006年Jeanette Wing進而將其定位在所有人都應具備的問題解決態度和技能,這樣的定義打破了學科的限制,也影響了 K-12教育。運算思維是「概念化,不是程式化。計算機科學不是電腦程式設計。像一個電腦科學家那樣去思維的意思是不只能為電腦程式設計,更要求在抽象的多個層次上思維」!

「運算思維」近年來已經逐漸取代「創造思考」成為各國教育改革的首要能力培養目標, 108 資訊科技新課綱提出學生應「運用運算工具之思維能力,藉以分析問題、發展解題方法,並進行有效的決策」,鼓勵孩子們重新審視問題本身,經由化約(reduction)、嵌入(embedding)、轉化(transformation),或模擬(simulation),成為一個「我們知道如何解决的問題」。CSTA 在 K–12 Computer Science Standards 中指出「運算思維是一種解決問題的方法,可以使電腦與其他學科,特別是數理學科結合,並提供一個獨特的分析和發展運算解決問題的方法」。

運算思維是一種運用思考模式達成有效問題解決之能力,也是要學好程式以及數理學科重要的能力,有學者就指出:為了要在數學與科學這些領域中取得進展,必須把運算思維分解為良好的面向、可衡量的技能、概念和實踐並挑戰以往的元素並提出將運算思維分解為四個主要類別,分別是:數據的實踐,模組和模擬實踐,運算解决問題的實踐和系統思維的實踐。隨著程式教育的

Photo credit:
Computational thinkers
https://www.computationalthinkers.com/…/computationalthink…/

延伸閱讀:
@ “An Exploration in the Space of Mathematics Educations”
http://www.openworldlearning.org/…/mwfor…/msg02619/pap96.pdf
@ “Computational Thinking”
https://www.cs.cmu.edu/~15110-s13/Wing06-ct.pdf

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