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青少年编程培养孩子的基本技能!

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在计算机科学发展到今天,在人机协作系统深入人类社会方方面面的今天,青少年编程 已经不只是个“写程序,做码农”的事情了,青少年编程正逐渐成为一个基础性的学科群体。为什么?因为青少年编程已经是基础教育一个升级的巨大机会,它可以培养青少年的基本技能。

青少年编程涉及到的基本技能非常丰富,它不仅仅是编程本身。以图形化编程软件Scratch为例,它至少能在如下四个方面给青少年们带来基本的技能:

数学领域

首先要提到的是数学领域。青少年编程的图形化编程,培养的第一技能方向是数学。我们可以注意到,青少年学编程,首先注意的就是一个或一些角色在舞台上的行动——这其中就包括:

  • 坐标系:舞台是一个以中心为原点的直角坐标系,x轴正方向为右,y轴正方向为上。通过(x,y)坐标点,来控制所有角色的位置。事实上,舞台上还有一个隐含的坐标系,通过方向、角度和距离,这是一个极坐标系。上下左右的位置,行动操控都是通过角色的坐标来实现的。
  • 数据类型:最常见的是整数和小数,即实数集(在Scratch中所有实数是一个数据类型),另外还有布尔类型(真或假)、字符串类型(一段文本)。
  • 数据的比较:也就是数学中三种基本顺序,大于、等于和小于。
  • 算术运算:加减乘除是四种基本运算,青少年在编程过程中,常常需要在具体的场景中来运用这四种基本运算。另外还有取模运算和四舍五入。
  • 数学函数:在编程过程中,青少年将接触到一些基本的数学函数,包括取绝对值,三角函数,对数函数以及指数函数等。我们可以非常直观地通过函数图像的自动描点画图及生活应用来理解它们。
  • 几何图形:在编程过程中,一类常见的任务就是图形绘制。在这个过程中,青少年将大量接触几何图形,并从坐标系中进行图形绘制和操控。

所以,在青少年编程里面有着大量的数学学科内容。而且,这些内容都在具体的问题和任务场景中出现,既包括基本算术和几何图形知识,也包括函数以及坐标系等中学数学核心概念。通过它们在具体任务中的应用,青少年不仅操控了这个虚拟世界,而且会切身锻炼到、应用到数学知识和能力。

逻辑领域

青少年编程培养孩子的基本技能!

编程的基础,既有数学也有逻辑。逻辑思维能力,是青少年发展的一个基本能力,在文理各个方向都是十分重要的基础。青少年编程,可能是第一次对青少年正式地、系统地进行逻辑方面的锻炼。

  • 逻辑变量:起点就是逻辑变量或事件的真或假。真或假是逻辑世界的两个基本值。
  • 比较逻辑:对于用比较判断的逻辑,是儿童有直接经验并可以学习的基本逻辑判断,大于、等于、小于三种逻辑判断。
  • 事件逻辑:其次是事件逻辑,基于事件的判断,也是儿童比较熟悉的。青少年编程用几种基本的事件模式,来生成事件判断语句。在Scratch中都是以“触碰”为核心动作来构建的。
  • 逻辑运算:在简单的逻辑推理中,三种基本逻辑运算是最重要的基础。即与逻辑、或逻辑和非逻辑——这三种基本逻辑在青少年编程中大量的使用到。
  • 逻辑控制:然后就是一组逻辑控制,包括条件判断、循环控制和等待。这些既是青少年编程的基本逻辑控制语句,也是逻辑思维锻炼的一个基本工具。

所以,在青少年编程中,逻辑思维的训练是一个基本训练,这也是程序设计及计算机科学方向的一个基本核心特征。青少年将在大量的问题解决和任务控制中,形成系统化的有逻辑的解决方案。突出锻炼到青少年的逻辑思维能力。这种逻辑训练的密集度,不是其它学科知识所能比拟的。

设计思维

设计思维是人们提出的对未来社会有重大意义的思维方式,它是一种面向问题解决的、创新的系统思维方法。这也是属于STEM课程方向内青少年编程的优势之一。我们的青少年将学会系统的思维方法来分析、分解问题(需求),并通过综合的资源来解决问题。

  • 基本设计:在Scratch的编程世界中,任何一个问题需求或任务,都需要在背景、角色及行为上进行思考和分解。它们是这款编程工具提供的基本视角和思维框架。
  • 角色表达:在角色的行为表达过程中,基本的表达工具是外观图形的控制和声音音乐的控制(Scratch提供21种乐器的模拟)。一个角色的外在行为和表达,无非这些方面。
  • 交互逻辑:在事件过程中,背景、角色、行为所组成的一个完整世界中,核心逻辑是通过它们交互来完成的。除了程序所控制的软件层面的交互之外,Scratch还提供丰富指令对计算机外部设备(如鼠标、键盘)以及外部的自动化控制元件的操作能力,这使得少儿编程的解决问题方式,扩展到了硬件层面,扩展到了生活中的自动控制层面。

所以,青少年编程是一个具有丰富资源和场景可能性的学科方向,以驱使学生能深入地、创新地考虑问题的解决方法,并锻炼到青少年的设计思维。随着问题的复杂度,以及青少年问题解决方案的复杂度,和方案中操控设备复杂度的提升,青少年的设计思维能力会在不断提升。

程序设计

青少年编程培养孩子的基本技能!

青少年编程对程序设计能力的提升是显而易见的,这是本门的功能。虽然我们前面说,就编程启蒙工具Scratch这一类而言,它的语言设计是简版的,但对青少年而言却是刚刚好。

  • 程序设计的基本方面:程序设计和计算机语言的基本方面,包括数据与变量的概念,包括语句和模块(函数),都是程序设计的基本概念。
  • 计算机科学的方面:另外,Scratch中还有数据结构的支持,这是计算机科学的基本核心内容之一,还有对消息机制的应用,这在计算机软件系统中大量的应用着。同样的,需要使用到流程图等设计工具。
  • 系统运行逻辑:目前我们的社会,是一个人机协作的社会。相当多的职业和职位,都需要和计算机系统打交道。理解计算机系统运行的原理,最好最深入的方式就是理解一段程序。青少年编程每个任务,都会涉及到系统启动、运行和结束的基本过程。
  • 工程技术研发逻辑:这既属于元认知层面的训练,同时也是STEM学科方向的基本特征之一。青少年在编程过程中,将学会如何分析问题(需求),学会设计、研发、测试,并在应用中体会着解决问题的快乐。深刻理解在工程意义上而言解决一个真实问题的过程。

通过以上数学方面、逻辑方面、设计思维和程序设计四个方向基本技能介绍,我们可以得出结论:青少年编程这个学科,对比现在学校里的所有学科而言,都有鲜明的特色和优势。它对我们带来的教育和锻炼,恰恰是许多学科所不能提供的。所以,编程对于青少年的基本技能的学习和训练,有着巨大的、不可替代的作用。

义乌奥美科学,转载链接。

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