點教育》「運算思維」是否能成為教育主軸?

2020-10-19 05:50

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運算思維實驗教育機構,運作不到一年就結束。

運算思維實驗教育機構,運作不到一年就結束。

「資訊工業策進會」為李國鼎先生在民國七○年代創辦,對於臺灣資訊科技的發展貢獻良多。為落實「運算思維」(Computational Thinking)向下扎根的理念,於民國108年成立了「運算思維實驗教育機構」,招收小六、國一、高一學生進行運算思維的教育。不料該實驗教育機構未滿周歲就停止招生,坦承對教育領域專長經驗不足。對於「資訊工業策進會」勇於創新以及勇於承認錯誤,一方面感佩,一方面想要釐清,運算思維是否能成為教育主軸?究竟是要以用運算思維去培養學生解決問題的能力?還是要藉著運算思維讓學生提早學習電腦科學以發掘資訊人才?這需要清楚的辨明。

「運算思維」的崛起,是美國知名華裔電腦科學家周以真博士,在2008年的文章中首先提出,並規劃出運算思維的四個核心能力,分別是:拆解、找出規律、歸納與抽象化、設計演算法。周以真博士在演講中說到,運算思維的核心在於解決問題,而且她特別強調,關鍵是學生要能「了解自己」,明白自己的優點和興趣,才能對自己保持信心。按照國教院對於108課綱的說明,「運算思維」是讓學生具備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。

而「運算思維實驗教育機構」的辦理,是根據「教育部運算思維推動計畫」,希望透過電腦科學相關知能的學習,培養邏輯思考、系統化思考等運算思維。該機構的理念宗旨,並非培育電腦工程師,而是期許學生能擁有解決問題、自我探索與學習的能力,順利找到未來的人生方向。顯然的,運算思維的主要目的,並不在於把學生訓練成電腦工程師。

但是「教育部運算思維推動計畫」的願景為:「扎根程式學習、培養運算思維、接軌國際活動」。令人不解的是,為甚麼要扎根程式學習才能培養運算思維?請問,早五年學寫程式、晚五年學寫程式、或不學寫程式,對培養運算思維有影響嗎?如果真要發展所謂的運算思維,教育當局不需要忙著要求學生寫程式,只要指定學生研習一套國際上很棒的教材《不插電的資訊科學》(CS Unplugged),既省電環保又省經費,因為不需要軟硬體,且沒有落伍的問題,也不會有城鄉差距,而且多年前臺灣就有免費的翻譯版。而且,運算思維與接軌國際活動有甚麼關聯?國際活動應該只是附帶的效應,卻成了計畫的主要遠景?

提出「運算思維」的美國知名華裔電腦科學家周以真博士。( Flickr: An insight, an idea: Jeannette Wing∕維基百科)
提出「運算思維」的美國知名華裔電腦科學家周以真博士。( Flickr: An insight, an idea: Jeannette Wing∕維基百科)

按照「教育部運算思維推動計畫」的規劃,是在國小階段學習基本運算思維,國中階段以運算思維解決問題,高中階段能內化運算思維,從而發展創新思考與團隊合作之能力。且不論這樣的計畫最後要如何評量成效,在運算思維還說不清、道不白的情況下,又多了一個新名詞:「創新思維」。請問甚麼是「創新思維」?如果是美國學者帕尼斯(Parnes, S. J.)所提出的創新思考問題解決(Creative Problem Solving),那就請明確釐清:內化運算思維與創新思考是如何發生關聯的?如果說不清楚,還不如效法北美推動運算思維兩大機構CSTA與ISTE,開宗明義就說明要培養學生用電腦解決問題,像電腦科學家一樣思考。

但是真要如電腦科學家一樣的思考,那幾乎離不開數學。例如,運算思維的最高階目標是設計演算法,當要深入討論演算法,「圖論」(Graph Theory)經常是如影相隨。近百年來讓所有電腦科學家頭痛的第一課題,就是「圖論」中「旅行推銷員問題」(Traveling Salesman Problem, TSP),至今找不到有效解決的演算法,就算當紅的人工智能也莫可奈何。而談到人工智能,如果缺少對機率如「貝氏定理」(Bayes Theorem)的了解、或對「線性代數」(Linear Algebra)的空間概念,大概也很難玩出甚麼名堂,頂多也只是套用別人寫好的工具。

近十五年AI大爆發主要歸功於硬體運算能力的提升,百花齊放的演算法與新技術開發,已經發展到了一個限度,創投業者轉向AI的運用,第三波AI寒冬似乎已在眼前,人們寄望著量子計算機的成熟,同時間,資訊戰場關注的是令人束手無策的資訊安全問題,而相關方面的研究更是與數學不離不棄。因此,如果國家真正重視資訊科技未來的發展,與其讓中小學生浪費時間去學套裝軟體模擬寫程式(例如Scratch),不如讓學生能有更充裕的時間,好好的學習數學。

確實,如同周以真博士在演講裡所提到的,電腦改寫了人類生活,例如:選舉到了,記者不用到大街小巷採訪,只要用大數據分析社群網路輿情,就可以寫新聞了。又例如:以莎士比亞作品的詞彙與風格,用演算法去判斷某篇文章的真假;或是找出巴哈樂曲的模組或特色,去創造新的巴哈樂曲。但是電腦就是工具,如同汽車、飛機。

使用工具與製造工具是不同的概念,人們不需要知道汽車原理,就可以利用汽車享受精彩的旅程。因此,有必要為了讓汽車跑快一點,要求全國大、中、小學生學習汽車原理嗎?再請問,學習運算思維,能緩解美國種族歧視、降低中印邊界衝突、消弭南北韓對峙、減少敘利亞難民、對抗全球暖化嗎?對了,有關「萊豬」的爭議,運算思維是否能幫上甚麼忙?

教育的複雜度以及其關聯性,可能遠超過電腦專業人士所能想像。但是在人工智能及大數據浪潮的當頭,電腦科學幾乎成為了顯學。大概擔心若不跟上熱門議題就表示落伍,教育界在人云亦云的情況下,推動了自己也不清楚的計畫。因此在許多的教學現場,雖冠上了「運算思維」大帽,其實就是教一些基本程式指令或應用軟體的介面。

運算思維如何轉化成為有效的教育載具,如何能具體實踐與評估,尚未有成熟的相關研究,還有很長的路。呼籲教育當局不應急就章,首當認真檢討過去二十年資訊教育的得失,避免重蹈覆轍一再耽誤學生寶貴的青春。

*作者為「通識再現」主筆群

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