序
由中國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)(CCF)組編的“CCF中學(xué)生計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)教材”面世了。
早在1984年,鄧小平就提出“計(jì)算機(jī)的普及要從娃娃抓起”。這很有先見之明,但這里的“計(jì)算機(jī)普及”是泛指,并未明確普及哪些內(nèi)容。在過去的三十多年中,中小學(xué)廣泛開展了計(jì)算機(jī)普及活動(dòng),2000年教育部也曾發(fā)文,要在全國中小學(xué)開展信息技術(shù)教育。但事實(shí)上,現(xiàn)有的所謂“普及”大多成了對計(jì)算機(jī)工具的認(rèn)識,而不是對中小學(xué)生智力的開發(fā)和思維的訓(xùn)練,因而效果不佳。CCF早在1984年就創(chuàng)辦了“青少年信息學(xué)奧林匹克競賽NOI”,這是面向那些學(xué)有余力的中學(xué)生的一項(xiàng)計(jì)算機(jī)科學(xué)(CS)教育活動(dòng),但具備開展這項(xiàng)活動(dòng)的學(xué)校并不很多,每年參加NOI聯(lián)賽的學(xué)生不過七八萬,比例很小,因而普及的面并不大。
計(jì)算機(jī)科學(xué)教育的核心是算法設(shè)計(jì)和編程,這要求學(xué)生面對一個(gè)給定的現(xiàn)實(shí)問題要能夠找到一個(gè)正確和高效的辦法(算法)并將其變成計(jì)算機(jī)能理解的語言(程序設(shè)計(jì)語言),進(jìn)而讓計(jì)算機(jī)計(jì)算出人們需要的結(jié)果來。像快遞員最佳路徑算法就是一個(gè)典型的現(xiàn)實(shí)問題。這個(gè)過程并不容易,因?yàn)閷⒁粋(gè)問題抽象并構(gòu)造一個(gè)模型,需要一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),還得理解計(jì)算機(jī)的特點(diǎn),“指揮”計(jì)算機(jī)干活。這還涉及欲求解問題的“可計(jì)算性”,因?yàn)椴⒉皇侨魏螁栴}都可以由計(jì)算機(jī)求解的。計(jì)算機(jī)也并不知道什么是“問題”,是人告訴計(jì)算機(jī),如何按照一步一步的程序求解。這個(gè)過程,就會(huì)訓(xùn)練一個(gè)人求解問題的能力,相應(yīng)地,其具備的讓計(jì)算機(jī)做事的思維能力稱之為“計(jì)算思維”(Computational Thinking)。我們平常操作計(jì)算機(jī)(包括手機(jī)這些終端設(shè)備)僅僅像開關(guān)電燈那樣簡單,并不會(huì)使我們具備計(jì)算思維能力,而只有通過上述步驟才能訓(xùn)練這樣的能力。隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,未來越來越多的工作將和計(jì)算(機(jī))有關(guān)(據(jù)美國政府的統(tǒng)計(jì)是51%以上)。我們必須知道如何讓計(jì)算機(jī)做事,起碼知道計(jì)算機(jī)是如何做事的,這就要求普及計(jì)算機(jī)科學(xué)教育(注意:不是計(jì)算機(jī)教育,也不是信息技術(shù)教育)。
美國政府已經(jīng)把在中小學(xué)普及計(jì)算機(jī)科學(xué)當(dāng)成一種國策(CS for All,每一個(gè)人學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)科學(xué)),并投入40億美元落實(shí)這一項(xiàng)目。奧巴馬總統(tǒng)說“在新經(jīng)濟(jì)形態(tài)中,計(jì)算機(jī)科學(xué)已不再是可選技能,而是同閱讀、寫作和算術(shù)一樣的基礎(chǔ)技能……因此,我制定了一項(xiàng)計(jì)劃,以確保所有孩子都有機(jī)會(huì)學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)科學(xué)!泵绹衙鞔_把計(jì)算機(jī)教育列入(從幼兒園到12年級)教育體系K12中。英國從2014年起,對中小學(xué)的計(jì)算機(jī)課程進(jìn)行重大改革,5歲的兒童就開始學(xué)寫程序。英國教育部啟動(dòng)了“計(jì)算機(jī)在學(xué)!保–omputing at School,CAS)項(xiàng)目。新西蘭等國也把計(jì)算機(jī)編程課當(dāng)作中學(xué)的必修課,并為此投入資金培訓(xùn)教師。未來的競爭不是資源的競爭,而是人才的競爭,如果不具有計(jì)算素養(yǎng)和技能,則在未來的社會(huì)中處于被動(dòng)地位。
CCF作為一個(gè)負(fù)責(zé)任的學(xué)術(shù)社會(huì)組織,應(yīng)該勇于承擔(dān)起CS普及的任務(wù),這比NOI更加艱巨,更難。不過有NOI三十多年發(fā)展的基礎(chǔ),會(huì)對未來CS的普及提供有益的經(jīng)驗(yàn)。
普及計(jì)算機(jī)科學(xué)教育的難點(diǎn)在于師資,而培訓(xùn)師資需要合適的教材。CCF組織富有程序設(shè)計(jì)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的中學(xué)老師編寫了“CCF中學(xué)生計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)教材”,分為入門篇、基礎(chǔ)篇、提高篇和專業(yè)篇,只要有一定數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的老師,均可從入門篇修起。學(xué)習(xí)編程并不像人們想象的那么困難,只要從現(xiàn)實(shí)中遇到的(簡單)問題出發(fā),循序漸進(jìn),通過和計(jì)算機(jī)的互動(dòng),一旦入門就好辦了,以后就可以逐步深入下去。
感謝朱全民、陳穎、徐先友、江濤、邱桂香、宋新波、汪星明、屈運(yùn)華、廖曉剛等老師的貢獻(xiàn),他們花了兩年時(shí)間寫成了這套教材。感謝吳文虎教授、王宏博士審閱本書,在此向他們表示感謝。
杜子德
中國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)秘書長
2016 年8 月29 日
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