譯寫「Teaching Computational Thinking」(2017 Horizon Report K-12)

      大學塾寫過幾篇「運算思維」分享,這次將「教導運算思維」視為「待解決問題」的話,我們如何運用「運算思維」來解決此問題呢?

      教導運算思維~與複雜思維(complex thinking)同義,隨著定義不斷發展和課程建立,仍處於優勢地位,需要為新的職前和在職教師建立新的培訓形式才足以在學校中運作。為了在21世紀取得成功,年輕人必須學習如何成為ISTE(International Society for Technology in Education)所定義的運算思維者,以便學生能夠善用技術之力以開發和測試解決方案的各種方式,“發展並運用戰略、理解和解決問題”。運算思維是一種形式化問題解決方法(A method of formalized  problem-solving),善用電腦能力,透過收集數據、將數據分解成小部分、識別模式的策略。在現今日益數位化世界中,雖然設計和執行編程是解決問題的一種方法,但這只是運算思維者可使用的方法之一。

Overview 概述

      運算思維的根源可追溯自20世紀五、六十年代的演算思維,學習者開始透過將輸入轉換為輸出來解決問題,使用演算法來執行轉換。當代對這些相關技能的興趣在二十世紀中期(mid-2000s)日漸普及,因為新穎,更易理解的運算思維觀點開始出現。在2006年3月的 issue of Communications of  the ACM中,Jeanette Wing創造了“運算思維”這個術語,認為除了閱讀、寫作和算術之外,所有人都應該掌握基本技能,包括那些對電腦科學不感興趣的人。隨著未來十年工作性質的變化,運算思維技能將愈來愈受重視。專家認為,運算思維不僅將影響軟體開發商和電腦系統分析師的工作,還將影響市場研究分析師和市場行銷專家的工作,預計到2024年將達到兩位數增長。

      自「運算思維」這個術語於美國普及以來,國際上已做了很多工作,但仍處於起步階段,導致其定位仍為困難挑戰。在電腦科學領域之外,能獲普遍認同的定義尚未形成,這一概念在各級教育教學的整合仍然不足,愛爾蘭尤其如此,研究人員指出,唯一相關的課程是編程方面的短期課程。The  Case  for  Improving  U.S.  Computer  Science  Education  by  the  Information  Technology  &  Innovation  Foundation報告強調運算思維的初始(nascence),主要發現只有四分之一的高中提供電腦科學課程,其中許多主要側重於電腦運用或編程,只有18%的AP認證學校提供電腦科學AP考試,而且規劃電腦課程者主要集中在富裕的學校。

      挑戰的另一面是,教師仍未準備好將運算思維融入課程中。研究人員認為,職前教師教育需要納入更多的內容、教學法和教學策略,以更有意義的方式嵌入運算思維。綜合的挑戰是,很少有教師培訓課程是專為電腦科學教師所規劃,更不用說在其他學科工作的人員。 不過,仍有希望協助在職教育工作者,在澳大利亞“改善學校教師運算思維教學能力(Improving  the  Computational  Thinking  Pedagogical  Capabilities of School Teachers)”報告中,研究人員對教師準備度的挑戰進行了調查,發現在職教師可以通過專業發展工作坊,迅速提高他們對運算思維內容、教學法和技術的基本知識。

Implications for Policy, Leadership, or  Practice 對政策,領導或實踐的影響

      政策制定者正將運算思維定位於教育議程最前沿,2017年1月,馬來西亞教育部與私營企業合作,將運算思維作為中小學教育新標準課程的一部分,其目標是賦予年輕人能成為自己技術的創客,無論是應用程式、遊戲還是其他數位創新。2018年9月開始,加拿大的課程編程方案將要求英屬哥倫比亞省的每個學生在完成九年級前完成一個基本編程模塊。教育部將運算思維視為一項核心技能,對所有學習領域的學習都有幫助。雖然這被認為是個挑戰,但即使是幼兒園的學生也可以理解運算思維的概念~以便盡快選擇如何著衣(choosing how to dress for recess as quickly as possible)~某些服裝需要按特定的順序穿戴,這教導他們簡單的演算問題解決。

      此領域的領導者正努力幫助教育工作者克服教導運算思維的挑戰。在英國,“電腦在學校的運算思維:教師指南”用來幫助小學和中學教育工作者對學校的運算思維教學形成共識。它包括一個框架,描述教學方法,並提供評估指南。對於遍布全球的資源,Google的“探索運算思維”集合提供了130套資源,包括與國際教育標準相一致的課程計劃、演示和方案,以及如何將運算思維融入不同學科領域的線上課程。澳大利亞Computer  Science  Education Research Group也致力為數位技術學習領域的教育工作者提供專業發展,提供的線上開放課程涵蓋基礎電腦科學和小學、中學的運算思維。

      創新學校已經在整合學前教育的運算思維。在新加坡,運算思維開始於學前階段,the School of Fish curriculum加載到平板電腦上,提供角色、遊戲和模擬活動的互動功能,以幫助年輕學習者解決問題和創造性思維。美國的 Excel  Public Charter School,學生們透過堅持挑戰、參與實驗,然後交流成果,運用大量的運算思維技術來解決課程中模棱兩可的問題。 在六年級社會學習課程中,古文明電腦輔助課程讓學生將運算思維應用於文明的興衰,針對影響地區復原力的資源進行選擇。

For Further Reading 延伸閱讀

      對於想了解更多關於運算思維教學的人,建議以下資源:

Computational Thinking, 10 Years Later
      繼10年前撰寫了定義運算思維的開創性文章之後,Jeanette Wing探討了對政策的影響。從那以後,英國的Computing  At  School努力引領K-12學校對於電腦運算的需求,而在美國,Computer Science for All Initiative已培訓近萬名教育工作者。

The Computing Curriculum — Two Years On
      資訊與通訊技術(ICT)被英語中小學電腦課程取代後,資源和培訓不足。執行力一直不足,一個專家小組指出,80%的課程專注於紙筆測驗,只有20%運用載具解決問題。

Developing Computational Thinking in Compulsory  Education
      這份政策報告概​​述歐洲學校脈絡裡的運算思維技能,探索近期研究成果以及草根行動對政策層面的影響(the impact of grassroots initiatives at the policy level)。

On the Program for K–12: Computational Thinking
      作者描述技術如何幫助所有學生擴展自己的想法和解決複雜問題。她提出關於疾病傳播課程如何幫助學生使用運算機思維來理解傳染病爆發進展的例子。

A Plan to Teach Every Child Computer Science
      本文強調美國各地電腦科學培訓分佈不均的情況,指出七到十二年級的學生只有大約五成機會能獲得專門的電腦科學課程。作者指出,有幾個組織正努力創造具適應性的框架來彌補不公平。

Programming ^ Algorithms = Computational  Thinking (PACT)
      PACT計劃是由大學主導的計劃,開發框架提供免費的運算思維資源,聚焦於為愛爾蘭的中小學開發跨學科的創造性思維和新思維方式。

Teaching Computational Thinking Is the First Step to  Bridging STEM Skills Gap
      形式化解決問題是運算思維的核心,一位美國教育家說明任何學科領域的教師如何發展強調這種思維型態的課程。

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