香港編程課程建設(shè)的經(jīng)驗與啟示

駱奇 肖龍海

摘? ?要：伴隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，編程教育逐漸受到研究者的廣泛關(guān)注。我國香港地區(qū)在編程課程改革方面富有特色，并在近十年內(nèi)取得了明顯的成效?；诖?，文章圍繞現(xiàn)行的香港編程課程標(biāo)準(zhǔn)，采用案例分析與比較研究等方法，分析了香港編程課程的目標(biāo)定位、內(nèi)容結(jié)構(gòu)、教學(xué)評估等具體內(nèi)容，強調(diào)其工具性、多元化、緊扣共通能力、注重學(xué)會學(xué)習(xí)等特點。借鑒其經(jīng)驗，我國內(nèi)地應(yīng)深化編程課程建構(gòu)研究、加大對編程課程本體研究以及關(guān)注編程教學(xué)有效性問題，從而推動編程教育的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：香港 編程教育 課程改革

一、引言

伴隨著信息通信技術(shù)（Information and Communication Technology，ICT）的不斷發(fā)展，世界各國紛紛將人工智能技術(shù)研發(fā)作為未來社會可持續(xù)發(fā)展的新引擎，迫切要求未來人才具備必要的編程素養(yǎng)。2001年，日本文部科學(xué)省明確將編程教育納入《小學(xué)學(xué)習(xí)指導(dǎo)綱要》，出臺了相應(yīng)的實施方案;2019年，日本發(fā)布了《小學(xué)編程教育教案集》，助力編程課程實踐[1]。2013年11月4日，英國《每日電訊報》報道，當(dāng)時的英國將成為世界上首個在中小學(xué)實行計算機項目的國家：兒童從5歲進入小學(xué)開始學(xué)習(xí)如何編寫程序，一直到16歲中學(xué)畢業(yè)[2]。2016年，美國發(fā)布《K-12計算機科學(xué)框架》（K-12 Computer Science Framework），指導(dǎo)美國K-12階段學(xué)生的計算機科學(xué)教育實踐，其中包括了編程教育內(nèi)容及相應(yīng)的教學(xué)建議。

盡管我國的編程教育起步較晚，但發(fā)展規(guī)模與速度卻令人矚目。2017年，國務(wù)院發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，提出要“廣泛開展人工智能科普活動，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育”[3]。這是我國首次將編程教育寫入政府決策。國內(nèi)各中小學(xué)也紛紛將編程教育作為學(xué)校特色課程予以建設(shè)與實施。艾瑞咨詢發(fā)布的《2018年中國少兒編程行業(yè)研究報告》顯示，截至2018年10月，我國少兒編程行業(yè)的市場規(guī)模已達約30億至40億元，用戶約1550萬，行業(yè)規(guī)模5年內(nèi)將達到300億元[4]。但是，總體而言我國內(nèi)地編程教育整體上仍處于起步階段，在課程建設(shè)、教材研發(fā)、評估實施等方面還較為薄弱。[5]

我國香港地區(qū)在編程教育方面富有特色。2000年以來，香港已經(jīng)開發(fā)了八個計算機認(rèn)知單元課程（CAP），2015年，通過開發(fā)新的編程語言工具以及新教材，提升編程教育的教學(xué)水平。2016年12月，發(fā)布了《推動STEM教育—發(fā)揮創(chuàng)意潛能》報告，明確從小學(xué)階段開始引入編程教育，學(xué)習(xí)計算思維和編程技巧，并取得了明顯的成效。據(jù)統(tǒng)計，2013-2019年，香港青少年在國際電腦奧林匹克競賽中，共取得了21塊獎牌。

二、香港編程課程改革經(jīng)驗

香港編程課程改革經(jīng)歷了不斷優(yōu)化的過程。2013年，科技教育學(xué)習(xí)領(lǐng)域課程在初中全面實施，香港教育局建議在初中ICT的知識范圍內(nèi)撥出不少于30%的課時，用于教學(xué)程序編寫。2015年，高中階段的ICT作為高中20個選修科目之一，增加了編程課程內(nèi)容，讓選修編程課程的學(xué)生加深對編程的認(rèn)識。現(xiàn)行的香港青少年編程課程標(biāo)準(zhǔn)于2017年由香港課程發(fā)展議會編訂，經(jīng)香港特別行政區(qū)政府教育局審定，建議學(xué)校采用。該標(biāo)準(zhǔn)由六個章節(jié)組成，包括引言、目標(biāo)、學(xué)習(xí)元素、實施、學(xué)與教、評估和附錄。[6]

（一）編程課程定位：凸顯工具性

從廣義而言，編程是將一個計算問題經(jīng)過一系列計算過程來引出一個可執(zhí)行的程序。它強調(diào)通過任務(wù)驅(qū)動來引導(dǎo)學(xué)生掌握編程技巧，并應(yīng)用于生活情境，從而提高學(xué)生的批判思維和解決問題能力。如果將其內(nèi)涵作進一步界定，編程教育應(yīng)包括兩個維度：一是培養(yǎng)計算思維;二是培養(yǎng)計算實踐，其中計算思維是編程教育的核心。2006年，周以真提出了計算思維的概念，認(rèn)為計算思維是運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念去解決問題、設(shè)計系統(tǒng)、理解人類的行為[7]。計算思維包括三個層面：一是抽象化（Abstraction），二是算法（Algorithm），三是自動化（Abstraction）。因此，學(xué)生應(yīng)該了解計算思維的基本概念，包括抽象化、算法和自動化等核心概念。

香港編程教育將編程定位于工具，其開發(fā)落腳點放在訓(xùn)練計算思維來提升邏輯能力，這在其提供的Scratch學(xué)習(xí)程序編寫中得到了充分體現(xiàn)。Scratch是一款編程工具，由麻省理工學(xué)院媒體實驗室設(shè)計研發(fā)，主要使用對象是8～16歲兒童，其特點是擺脫文本編程方式，利用鼠標(biāo)拖動不同功能的程序來編寫互動故事、游戲和動畫[8]。香港編程課程將其引入教學(xué)，目的在于發(fā)展學(xué)生的想象力與創(chuàng)造力，通過編寫程序幫助學(xué)生獲得創(chuàng)意樂趣。不難發(fā)現(xiàn)，編程作為工具的再創(chuàng)造，不僅要求學(xué)生學(xué)習(xí)編程技術(shù)，更重要的是引導(dǎo)學(xué)生通過編程學(xué)習(xí)將其運用于具體情境之中，能將問題解決與創(chuàng)新創(chuàng)造聯(lián)系起來。

（二）編程課程結(jié)構(gòu)：多元化架構(gòu)

編程學(xué)習(xí)可以發(fā)生在不同的學(xué)習(xí)階段。香港小學(xué)低段（一至三年級）開展的游戲、體育與音樂等實踐性活動能夠啟蒙學(xué)生計算思維的進一步培養(yǎng)。例如，生活中的跳棋、飛行棋等棋類項目以及剪刀石頭布等游戲活動，其本身蘊含著一定的項目學(xué)習(xí)規(guī)則與步驟，它們是計算思維原始概念形成的基礎(chǔ)。香港小學(xué)高段（四至六年級）推行的編程教育，旨在幫助學(xué)生在團隊協(xié)作中獲得豐富的編程技術(shù)，在問題解決中產(chǎn)生創(chuàng)新的靈感。為此，香港編程課程確立了編程學(xué)習(xí)的三大元素，并圍繞這些元素設(shè)計了七大活動單元，從而實現(xiàn)學(xué)習(xí)元素與課程單元內(nèi)容的一致性。

1.設(shè)計明確清晰的學(xué)習(xí)元素

香港編程課程涵蓋計算的聯(lián)系、計算思維的實踐、應(yīng)用與影響這三大元素。解讀這三大元素，會發(fā)現(xiàn)它們彼此之間有著內(nèi)在的邏輯聯(lián)系。例如，計算數(shù)據(jù)需要借助有效的計算思維識別與應(yīng)用才能獲取。在計算思維實踐應(yīng)用中，要認(rèn)真考慮安全以及隱私的保護，這也是信息倫理的要求。如果將三大元素作進一步細(xì)分，又可以分成若干個二級元素。例如，計算思維的實踐元素包括了“識別數(shù)據(jù)及計算使用的信息、如何使用數(shù)據(jù)”以及“制作計算制品”兩個二級元素。再以“制作計算制品”二級元素為例，又可進一步細(xì)分為六個三級要素：一是儲存程序的概念;二是使用變量以便存儲及修改數(shù)據(jù);三是基本程序編寫的結(jié)構(gòu);四是抽象的概念;五是開發(fā)程序、進行編碼;六是與實物進行互動。這種將學(xué)習(xí)元素不斷細(xì)分的設(shè)計架構(gòu)，充分借鑒了美國《K-12計算機科學(xué)框架》中關(guān)于計算機科學(xué)課程的五大核心學(xué)習(xí)模塊設(shè)計，既便于學(xué)生無障礙地學(xué)習(xí)掌握，也利于教師清晰掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容，設(shè)計相應(yīng)的學(xué)習(xí)方案。

2.構(gòu)建任務(wù)式的活動單元

香港編程課程設(shè)計了七大認(rèn)知學(xué)習(xí)單元，分別是開開心心用計算機、計算機繪圖、計算機書寫、使用互聯(lián)網(wǎng)、文字處理、電子表格計算及圖表制作、使用電子郵件。這七大學(xué)習(xí)單元涵蓋了三個主題，包括硬件與系統(tǒng)管理、信息與加工表達、網(wǎng)絡(luò)與信息交流三個版塊。從學(xué)習(xí)內(nèi)容角度看，這些單元學(xué)習(xí)內(nèi)容符合學(xué)生的年齡特點和認(rèn)知規(guī)律，且各單元之間相互銜接、各有側(cè)重，將要求學(xué)生掌握的編程技能分布在不同的單元活動中，通過任務(wù)驅(qū)動來指導(dǎo)學(xué)生開展任務(wù)式的編寫進階學(xué)習(xí)。

以小學(xué)為例，各內(nèi)容在年段分布上存在著一定的梯度。小學(xué)低段與小學(xué)高段各自設(shè)計了不同的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)，以下是香港小學(xué)編程課程前三個單元內(nèi)容（見表1）。比較小學(xué)低段與小學(xué)高段這兩個學(xué)段內(nèi)容，可以發(fā)現(xiàn)如下共同點：都是引導(dǎo)學(xué)生了解編程的應(yīng)用環(huán)境以及一些常見的表現(xiàn)形式，形成運用編程處理信息的基本能力。不同點在于，小學(xué)低段更多是從感性出發(fā)，如編排的“使用鍵盤及鼠標(biāo)控制計算機”“利用手畫及橡皮擦工具繪圖”“在圖片中輸入文字”等學(xué)習(xí)內(nèi)容，都旨在基于形象直觀的活動，引發(fā)學(xué)生“玩中學(xué)”，內(nèi)容上主要以觀察、識別和熟悉簡單操作為主，便于培養(yǎng)學(xué)生掌握常用軟件工具的應(yīng)用技能。小學(xué)高段是對小學(xué)低段的拓展提升，包括“明白輸入、輸出及儲存裝置的基本功能”“利用一般繪圖工具編輯、儲存及打印圖像檔案”等學(xué)習(xí)內(nèi)容。通過比較不難發(fā)現(xiàn)，小學(xué)低段強調(diào)簡單識別，認(rèn)識不同計算機元素的基本功能;小學(xué)高段要求初步理性地熟悉操作常用輸入與輸出設(shè)備，鼓勵學(xué)生將學(xué)到的編程技術(shù)應(yīng)用到更深層次的領(lǐng)域?qū)用?。綜上所述，小學(xué)階段的編程課程體現(xiàn)了由簡單的從直接經(jīng)驗出發(fā)的活動學(xué)習(xí)向復(fù)雜的間接經(jīng)驗的程序?qū)W習(xí)的轉(zhuǎn)變。

就同一專題內(nèi)容編排而言，每個專題都有若干個單元與之相對應(yīng)。以“網(wǎng)絡(luò)與信息交流”專題為例，小學(xué)高段對應(yīng)的是“使用互聯(lián)網(wǎng)”以及“使用電子郵件”這兩個單元（見表2）。比較小學(xué)高段不同單元間的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)，可以發(fā)現(xiàn)單元內(nèi)容既關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)生活經(jīng)驗，體驗編程技術(shù)在生活學(xué)習(xí)中的應(yīng)用，也關(guān)注學(xué)生情感態(tài)度價值觀的培養(yǎng)，從而引導(dǎo)學(xué)生初步形成理性認(rèn)識與價值判斷，在今后社會生活中養(yǎng)成正確的法律道德修養(yǎng)，從而承擔(dān)未來社會的公民責(zé)任。這與上文提到的三大學(xué)習(xí)元素強調(diào)信息素養(yǎng)密切聯(lián)系，使不同學(xué)段的編程課程成為一個有機共同體，充分體現(xiàn)了學(xué)習(xí)內(nèi)容與學(xué)習(xí)元素內(nèi)容之間的一致性。

（三）編程課程目標(biāo)：緊扣共通能力

近年來，核心素養(yǎng)成為學(xué)界探討的熱點。香港地區(qū)將核心素養(yǎng)稱之為“共通能力”，指幫助學(xué)生在不同情境中掌握、建構(gòu)和應(yīng)用知識的基本能力。2001年，香港以“學(xué)會學(xué)習(xí)：課程發(fā)展路向”為主題開展了課程改革，改革的主導(dǎo)原則是“教導(dǎo)學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)”，強調(diào)“透過各種學(xué)習(xí)內(nèi)容發(fā)展學(xué)生的共通能力”[9]。依據(jù)能力分析框架，共通能力可以整合為三類能力（見表3）。

根據(jù)上表可以發(fā)現(xiàn)，九大能力共同指向人的整體能力，具體表現(xiàn)在：一是有關(guān)跨學(xué)科的、社會性、情境性的通用能力;二是與學(xué)科本質(zhì)相關(guān)的思維方式與行為表征模式;三是與學(xué)科性質(zhì)相關(guān)的知識能力與價值觀知識。香港編程課程設(shè)計充分落實了這九大共通能力，三大學(xué)習(xí)元素在共通能力上都有相對應(yīng)的體現(xiàn)。

具體而言，“計算聯(lián)系”強調(diào)學(xué)生“能夠根據(jù)解決問題的需要，自覺主動地尋求恰當(dāng)?shù)姆绞将@取與處理信息，敏銳感覺到信息的變化，分析數(shù)據(jù)中所承載的信息，采用有效策略對信息來源的可靠性、內(nèi)容的準(zhǔn)確性、指向的目的性作出合理判斷”;“計算思維”要求學(xué)生“能夠在信息活動中，采用計算機科學(xué)領(lǐng)域的思想方法界定問題、抽象特征、建立結(jié)構(gòu)模型、合理組織數(shù)據(jù)”[10]。香港編程教育課程標(biāo)準(zhǔn)還明確了學(xué)習(xí)元素及相應(yīng)的學(xué)習(xí)目標(biāo)，對每個學(xué)習(xí)目標(biāo)進行了具體的描述。如“制造計算制品”這一學(xué)習(xí)目標(biāo)下提出了六個子目標(biāo)：一是儲存程序計算機的概念;二是使用變量以便儲存及修改數(shù)據(jù);三是基本程序編寫的結(jié)構(gòu);四是抽象的概念;五是開發(fā)程序編碼;六是與實物進行互動。同時，在這些子目標(biāo)中又進一步提出了具體的學(xué)習(xí)成果以及應(yīng)用領(lǐng)域，如“基本程序編寫的結(jié)構(gòu)”概念提出了如下學(xué)習(xí)目標(biāo)以及應(yīng)用領(lǐng)域（見表4）。

結(jié)合上述目標(biāo)表述與應(yīng)用領(lǐng)域，香港編程教育課程通過具體的學(xué)習(xí)任務(wù)驅(qū)動，培養(yǎng)學(xué)生利用編程技術(shù)進行學(xué)習(xí)與探討的能力，注重知識的綜合運用與創(chuàng)新，具有更豐富的教育內(nèi)涵：一是強調(diào)利用編程技術(shù)解決問題能力的培養(yǎng);二是將利用編程技術(shù)解決問題的能力遷移到生活領(lǐng)域，形成創(chuàng)新與創(chuàng)造能力，具有“形式化、模型化、自動化和系統(tǒng)化”的特征。編程教育可為學(xué)生提供充分參與日益數(shù)字化的世界所必需的技能、知識和思維方式。

（四）編程教學(xué)與評價：注重學(xué)會學(xué)習(xí)

2001年，香港地區(qū)開始推行題為“學(xué)會學(xué)習(xí)”的課程改革，提倡以學(xué)生為本的學(xué)習(xí)模式，注重提升學(xué)習(xí)素質(zhì)和效能，并提供不同的學(xué)習(xí)經(jīng)歷。同時，還積極推廣“作為學(xué)習(xí)的評估”，即教師基于學(xué)情使用評分標(biāo)準(zhǔn)，引導(dǎo)學(xué)生開展自我評估與同伴互評，幫助學(xué)生評估自己的學(xué)習(xí)情況，推動課程與教學(xué)的轉(zhuǎn)變，從而實現(xiàn)終身學(xué)習(xí)。

1.提倡以學(xué)生為中心的自主學(xué)習(xí)

編程學(xué)習(xí)是一個復(fù)雜、多元化、生動而互動的過程。香港編程教育教學(xué)推行以建構(gòu)主義理論為基礎(chǔ)，以學(xué)生為中心的教學(xué)范式，其中列舉了一些教學(xué)的注意事項，例如，投入時間培養(yǎng)分解問題的技巧;在學(xué)習(xí)程序編寫技巧前先學(xué)習(xí)識別數(shù)據(jù)和信息以作計算的用途;投入時間通過“不插電活動”來發(fā)展抽象化技能。

上文提及的“不插電活動”即不利用計算機，通過一些生動有趣的活動游戲，采用開放和自主學(xué)習(xí)方式把培養(yǎng)編程素養(yǎng)融入課程學(xué)習(xí)中，從而開發(fā)學(xué)生的計算思維。其實，“不插電活動”與計算思維有著密切的聯(lián)系，它能夠構(gòu)建算法多樣化的途徑，將在忽略與問題無關(guān)的內(nèi)容基礎(chǔ)上，積極抽象化并建立格局圖樣。同時，“不插電活動”還可以與不同學(xué)科進行整合，如數(shù)學(xué)教師可以利用運算符AND來強化學(xué)生了解公因數(shù)和公倍數(shù);常識教師可以利用月相引入循環(huán)概念。這些“不插電活動”讓學(xué)生認(rèn)識到編程不再神秘難懂，而是為了解決問題而提出。學(xué)生在活動中由于去除了計算機干擾，就更能集中注意力參與到活動中，并且通過自主認(rèn)知活動掌握編程計算思維的核心概念，培養(yǎng)了獨立思考與自主學(xué)習(xí)能力。

2.靈活運用評估工具

評估是教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，有效評估旨在收集學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，讓學(xué)生、教師、家長都能了解編程的學(xué)習(xí)進度。為此，香港編程課程設(shè)計了相應(yīng)的評估工具，并參照評估工具得出相應(yīng)的評估結(jié)果。例如，圍繞“抽象”這一編程指標(biāo)，從低、中、高三個角度提供了相應(yīng)的評估依據(jù)，這樣可以幫助教師在開展教學(xué)研討時做出具體的反饋（見表5）。一般而言，評估目標(biāo)應(yīng)與上述三大學(xué)習(xí)元素（計算的聯(lián)系、計算思維的實踐、應(yīng)用與影響）密切配合，具體要求包括：一是把一個簡單問題抽象化以便設(shè)計一個解決方案;二是了解基本的程序編寫結(jié)構(gòu)，并能在日常生活中看到相關(guān)結(jié)構(gòu);三是預(yù)測更改程序語言，改變程序的操作;四是熟悉重用和混合程序編碼，并能夠測試和修復(fù)程序中的錯誤;五是找出程序中的格局圖樣，并能夠在新的情況下應(yīng)用它們;六是利用程序編寫語言表達一個簡單的算法。

三、對內(nèi)地小學(xué)編程課程建設(shè)的啟示

面對當(dāng)今知識經(jīng)濟的浪潮，提升學(xué)生編程素養(yǎng)可以使學(xué)生盡快適應(yīng)社會發(fā)展，具備必要的創(chuàng)新精神與實踐能力。但是，編程素養(yǎng)的培養(yǎng)是一個系統(tǒng)化的過程，需要各個學(xué)段有機銜接與有序遞進，才能發(fā)揮合力并體現(xiàn)實效，香港編程課程改革的經(jīng)驗可以給內(nèi)地編程課程建設(shè)帶來以下借鑒。

（一）深化編程課程建構(gòu)研究

在編程課程改革設(shè)計中，課程體系的整體架構(gòu)是實現(xiàn)編程課程上下有機銜接與整體優(yōu)化的關(guān)鍵。首先要對編程課程進行整體架構(gòu)，具體包括編程課程的目標(biāo)定位、學(xué)科內(nèi)容、各學(xué)段要求。當(dāng)前，編程教育隨著STEM教育和創(chuàng)客教育普及而逐漸受到重視，編程不僅是在信息技術(shù)課堂加入編程內(nèi)容，也不只是編寫代碼，而應(yīng)讓編程課程與多學(xué)科實現(xiàn)整合。借鑒香港編程課程改革經(jīng)驗，可以在如下方面進行深入思考——整體上如何確定編程課程的總目標(biāo);依據(jù)總目標(biāo)應(yīng)設(shè)計哪些課程學(xué)習(xí)元素;在各個學(xué)習(xí)元素領(lǐng)域可以編制哪些具體目標(biāo)以及安排哪些具體內(nèi)容;如何體現(xiàn)不同領(lǐng)域的內(nèi)容并在不同年齡段實現(xiàn)有序提升等。

（二）加大對編程課程的本體研究

編程課程與信息技術(shù)課程、STEM課程有著天然的聯(lián)系，從培養(yǎng)目標(biāo)來看三者具有許多相似之處?！读x務(wù)教育信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出，信息技術(shù)課程的總體目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生積極學(xué)習(xí)和探究信息技術(shù)的興趣，養(yǎng)成良好的信息意識和健康負(fù)責(zé)的信息技術(shù)使用習(xí)慣，強化學(xué)生使用信息技術(shù)支持各種學(xué)習(xí)和解決各類問題的意識和能力。而STEM課程目標(biāo)，旨在培養(yǎng)學(xué)生成為科學(xué)、科技和數(shù)學(xué)的終身學(xué)習(xí)者，提升創(chuàng)造協(xié)作和解決問題的能力。但是從學(xué)科本體而言，編程與信息技術(shù)、STEM也有一定區(qū)別。因此，如果將信息技術(shù)課程與STEM課程等同于編程，顯然過于草率，也會在編程課程設(shè)計的系統(tǒng)性與有效性方面存在問題。因此編程目標(biāo)的一體化設(shè)計可以適當(dāng)借鑒香港編程課程設(shè)計的理論研究和實踐成果，界定與編程課程相關(guān)的知識、能力與價值觀，并將其體現(xiàn)在各個學(xué)段的課程目標(biāo)中。

（三）關(guān)注編程教學(xué)有效性問題

綜觀香港編程課程標(biāo)準(zhǔn)文本，不僅關(guān)注課程目標(biāo)、課程內(nèi)容的厘定，尊重學(xué)生的認(rèn)知水平與接受能力的差異，而且重視教學(xué)評估、教學(xué)策略等的設(shè)計。例如，教學(xué)原則上強調(diào)要有效互動、獨立學(xué)習(xí)、善用發(fā)展性評估、有效運用資源、增強學(xué)習(xí)動機、鼓勵學(xué)生積極參與。這些教學(xué)原則大多是從編程課堂教學(xué)研究成果中提煉出來的，對教師如何開展編程教學(xué)提出了明確要求。如何讓編程課程真正被學(xué)生所喜歡，如何讓編程理念真正被教師所接受，這些都需要認(rèn)真思考與扎實行動。

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編輯 徐玲玲? ?校對 呂伊雯