第三章 从小学编程，培养孩子的思考能力

在美国，编程是中小学教育中非常重要的内容，而且编程教学也有逐渐低龄化的趋势，甚至有很多相关书籍面对2岁左右的孩子。让孩子从小就学编程，其目的也是训练孩子的思维能力。在美国，编程是中小学教育中非常重要的内容，而且编程教学也有逐渐低龄化的趋势，甚至有很多相关书籍面对2岁左右的孩子。让孩子从小就学编程，其目的也是训练孩子的思维能力。

2岁学编程，从培养孩子结构化程序设计的思维开始

自从美国前总统奥巴马要把编程纳入中小学的教学体系后，美国编程教学低龄化的趋势非常明显，现在有越来越多关于编程的书籍、玩具、APP都开始面向2岁左右的儿童。我看了很多美国主流的儿童编程启蒙图书后发现，一般来说，如果你想让孩子学编程，首先就要从培养孩子结构化程序设计的思维开始。

结构化程序设计

编程看起来很高深，实际上却没那么复杂，说白了，就是你用程序设计语言写一段话，指挥计算机去做一件事情。你说话总得有前后之分吧，编程语言也一样，比如你对计算机说：“你好。”“我是一位妈妈。”“请你放一段音乐。”

这3句话其实就是你对计算机下的一系列指令，通过这些指令，计算机知道：

“你在跟我打招呼。”

“你是一位母亲。”

“你需要我放音乐。”

然后计算机就会按照你的指示，放一段音乐。

你对计算机说的那段话，就是结构化程序，它是按顺序依次执行的，只不过计算机所理解的语言不是我们平时说话的语言罢了。而计算机能够理解的语言，我们称之为编程语言。所以，教孩子学编程，我们就要学两点：一是结构化程序设计，二是编程语言。

编程语言有很多种，比如Scratch、Python、Java、C/C++等都是很主流的编程语言，而且儿童都可以学习。每种语言都有自己的格式和语法，学起来并不难。难就难在编程思维，也就是结构化程序设计思维上。

打个简单的比方，比如说话，说中文也好，英语也罢，都没关系，最关键的是你知道说什么。而结构化程序设计思维就是你想要表达的东西。

结构化程序设计思维怎么训练

现在主流的编程启蒙教育，训练的就是儿童结构化程序设计思维的能力。这种思维在孩子2岁的时候就可以教，借用卡通、桌游、机器人等方式，教孩子一步步学会给计算机下指令。我们看一个例子，这个例子是借用“我的世界”（Minecraft）这个游戏来学编程的。

主人公是图中（见下图）左边的小人儿，他需要到达目的地。

下面这个界面就是给小人儿下达指令的地方，总共有3个指令可以选，分别是：向前走一格（Move Forward），左拐（Turn Left），右拐（Turn Right）。

我们所需要做的，就是在这个界面里给小人儿定义好行进的步骤，最后点一下“运行”（RUN），小人儿就能按照我们给他指定的步骤行走，如果走到目的地就表示成功，如果没有走到就表示失败。

如果我们给小人儿下的指令是往前面走3格，因此一共是3个“向前走一格”的指令，最后运行的时候，小人儿就按照我们给他设置好的指令往前走了。

看起来很简单对不对？实际问题会比这个复杂很多，有时候我们需要用到条件语句，比如走到某个位置要做某个动作；有时候还会用到循环语句，就是说重复某个动作多少遍；还有时候我们会用到函数，把一组动作包含在一个固有的函数里。

关于编程书籍，有一套Code Babies专门是给儿童编程启蒙的，我已经将这套书引进到国内，并担任了本书的翻译，中译名为《宝宝的编程》（中国科学技术大学出版社）。这套幼儿编程书籍对开启孩子编程思维很有帮助。

关于编程机器人，有几款都不错。比如Dash Robot，这款是学习编程的，有专门的APP来提供编程界面。还有费雪的Code-A-Pillar，这款是通过给毛毛虫身体安装不同的行动模块，以下达行动指令，以及Learning Resource的Robot Mouse。

其实，编程并不难，只要父母适当引导，相信每个孩子都会爱上编程。

用编程“乌龟”和孩子玩编程

美国人的桌游有一个特性，就是具有开放性，只要你愿意，就能想出各种各样有创意的玩法。我曾和憨憨在一起玩过很多训练编程的小游戏，如这款 Robot Turtles（编程“乌龟”）。

用编程“乌龟”训练孩子的编程思维

很多人会觉得好奇，编程不都是用电脑实践的吗？和桌游有什么关系？我给大家看一个美国小学通行的编程训练的例子，这个训练是通过游戏“我的世界”来进行的。游戏的目的就是把游戏中的小人儿移到绵羊那个格子里（见69页图）。孩子需要利用编程来实现，程序设计框（见下图）里有3个指令，分别是前进、左拐和右拐。

孩子在下图的程序设计框中将指令设置好后，电脑就会自动按照你设定的程序来移动小人儿。

这个练习就是训练孩子的编程思维。明白了这一点，那么编程“乌龟”这款桌游你就能理解了。编程“乌龟”就是教孩子设置行动指令，让“乌龟”找到珠宝，而且不需要用电脑。

编程“乌龟”的标准型玩法

这种玩法是说明书中提到的，将珠宝卡放在中心位置（见下图），将冰城堡、木城堡、木箱子随意放置于地图上，孩子的工作就是根据“乌龟”所在的位置，每次出一张行动指令卡，比如前进、左拐或者右拐。如果“乌龟”面临冰城堡挡住去路时，可以出一张激光卡，将冰城堡融化。最后移到珠宝处获胜。

编程“乌龟”的竞争型玩法

除了说明书中介绍的基本玩法，我们还可以延伸一下。我跟憨憨玩的时候，会跟他一起设置关卡，比如我分给每个孩子1个冰城堡、1个木箱子、1个木城堡，然后让每个小朋友给对方设计地图，人为设置路障。

这里就有很多技巧，举个例子，如果“乌龟”到珠宝所在地的直线路程中没有任何障碍，那么它到珠宝所在地的路程肯定最短，用时也最少。但是，如果你在“乌龟”到珠宝所在地的直线路程上设置一个冰城堡，那么孩子就需要用一张激光卡将其融化，然后才能行走，步骤就会多一步。而如果你在“乌龟”到珠宝所在地的直线路程上设置一个木城堡，那么孩子就需要绕路行走，就多了好几步。最后，取得珠宝用的步骤最少者为胜。

这个玩法其实考验了孩子两个方面的技巧：一是给对方设置障碍的技巧，二是破解别人设置的障碍的技巧。

这个过程不仅学习了编程的技巧，还需要计算最优路径，这就比第一种玩法难了不少。

编程“乌龟”的过关型玩法

这个玩法是我和憨憨设计的，就是将珠宝放在任何位置，然后在“乌龟”到珠宝的直线路程中间设置很多障碍，让孩子试着用通过卡牌的指令到达珠宝所在地。

在这一过程中，到达珠宝所在地有很多路径，我们需要孩子找出最短路径出来，也就是说所用的指令要最少。

这就像我们设计程序的时候都需要最优的算法。程序写得越少，那么这个程序执行的速度就越快。玩编程“乌龟”就是需要不断训练孩子解决问题，以及优化设计的能力。

用一个户外游戏来进行编程启蒙

公众号的不少读者跟我说，他们是编程“小白”，怎么教孩子编程呢？宝宝才两三岁，也可以开始编程启蒙吗？

编程现在有多热？看看美国就知道了！有一条新政策是编程已被纳入美国的幼儿园到高中（K-12）的教育体系，为此政府特批了40亿美元的基金支持这一计划。

美国一些幼儿园、小学也已经开始有意识地在平日的教学中向孩子传授编程的小常识。编程一般都要用电脑来做，可是对于幼儿来说，长时间使用电脑也不合适，那怎么办呢？于是很多学校就将编程的理念融入平时的户外活动中，而这些活动我们在家也可以陪孩子一起玩。

说到编程，最基本的程序模式有3类： 顺序执行、条件语句、循环语句。

顺序执行就是将命令一条条地依次去做，直到执行完，程序也就结束了，这个很好理解。而很多孩子最迷茫的就是在条件语句上，条件语句的格式是 “if…else…”，计算机入门的时候都会先接触这个。而这个概念也是非常考验孩子逻辑思维能力的，理解了它也就意味着一只脚跨入了编程的大门。

if 　判断条件：　　结果1　　else：　　结果2

什么是条件语句呢？举个例子，我们需要计算机放一首歌，如果我在键盘输入的是A，那么放的是黄致列的歌；如果不是A，放的就是李玟的歌。

这段话如果用程序设计来表示，就能写成下面这样：

if 　　键盘输入A：　　放黄致列的歌　　else：　　放李玟的歌

这个“if…else…”就是编程必用的条件语句，太重要了。话又说回来，这个句子大人一看就明白，可是孩子们怎么理解呢？美国老师还真为此设计出了一个很棒的游戏。

这个游戏平时在家或者一群小朋友玩耍的时候都可以玩。游戏开始的时候，首先要选择一个小朋友（假设名字叫A）作为参照物，别的小朋友就会根据A的指示来做动作。

第一关：复制动作

我们在纸上写下程序。

if　A做一个动作：大家都要做同样的动作

也就是说，如果A做什么动作，别的孩子都要跟着做同样的动作，如果谁做错了那就是谁输了。

通过这一步，教会了孩子一个最基本的概念：程序设计中的条件语句——如果发生了什么条件，那么就会产生相应的结果。

第二关：动作相反

程序又改成了这样：

if　A做一个动作（蹲下或者跳起）：大家要做相反的动作（跳起或者蹲下）

也就是说，如果A蹲下，那么别人就要跳起来；而如果A跳起来，那么别人就要蹲下。检查这一过程看谁犯糊涂了。这一关的难点在于，孩子看到的和需要做的是完全相反的事情。

通过这一步，孩子慢慢理解，在条件语句中条件和结果可以不一样。比如说例子里的条件是A跳起，但结果是别的孩子要蹲下。

第三关：反之情况

继续修改程序，加入了一个else。

if　A举右手：大家都要举右手

else：大家都要抬右脚

也就是说，如果A举右手，那么别人都要举右手；而如果A没有举右手（他在做别的动作），那么别人都要抬右脚。这个就有点儿难度了。大家可以一起比赛，做错的人就出局，看看谁是最后的冠军。

通过这一步，孩子理解了整个条件语句的概念，如果出现了某个条件，产生相应的结果；但如果没有发生那个条件，就会产生别的结果。

第四关：开始编程

到了最后一关，可以让孩子开始编程了。我们让孩子自己制定游戏，用“if…else…”的格式把他们想要玩的游戏规则写下来，要求就是给出一个条件和两个结果。如果达到某个条件，就会产生第一个结果；而如果没有达到条件，就会产生另外一个结果。模板如下。

if_：　　_　　else：_

通过这一步，孩子就可以根据自己的想法编写喜欢的程序了。