我國(guó)中小學(xué)編程教育的發(fā)展路徑及策略研究

張潔 金毛玉 劉凱

關(guān)鍵詞：智能時(shí)代;中小學(xué);編程教育;STEAM;創(chuàng)客

1中小學(xué)編程教育的內(nèi)涵和緣起

1.1編程教育的內(nèi)涵

美國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)教師協(xié)會(huì)（CSTA）和計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)（ACM）在對(duì)美國(guó)中小學(xué)計(jì)算機(jī)教育進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，于2011年制定了K-12計(jì)算機(jī)科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，將編程培訓(xùn)分為思維培養(yǎng)以及實(shí)踐兩個(gè)方面。而這一標(biāo)準(zhǔn)的主要目的在于讓學(xué)習(xí)者通過(guò)學(xué)習(xí)編程語(yǔ)言以讓他們的計(jì)算機(jī)思維程度以及解決問(wèn)題的能力都能有所提升，但是，培養(yǎng)出他們的創(chuàng)新力才是這個(gè)編程教育的最終目標(biāo)。因此，編程教學(xué)可以定義為一種通過(guò)學(xué)習(xí)編程語(yǔ)言來(lái)促進(jìn)學(xué)習(xí)者的計(jì)算思維，從而增強(qiáng)批判性思維和解決問(wèn)題能力的教育。

1.2編程教育的緣起與發(fā)展

其實(shí)，編程的教育方式和概念并不新奇。早在1980年，蘇聯(lián)的計(jì)算機(jī)教育者Irshoff就擔(dān)任“文化理論”的職位。他認(rèn)為“編程語(yǔ)言是第二種文化”，并主張將其作為學(xué)習(xí)使用編程語(yǔ)言發(fā)展數(shù)學(xué)技能的學(xué)生的重要組成部分。因此，有一段時(shí)間世界各地的中小學(xué)生都在傳播編程教育。但是，在1990年，隨著強(qiáng)調(diào)工具技術(shù)使用的“工具理論”的出現(xiàn)，人們逐漸轉(zhuǎn)向計(jì)算機(jī)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。這導(dǎo)致了編程教育的衰落，甚至包括其局限性和排斥性，但現(xiàn)在它又回歸了人們的視野。

作者大致對(duì)各國(guó)開(kāi)始重視編程教育的主要原因進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析：

（1）近年來(lái)，STEAM培訓(xùn)和創(chuàng)客教育已成為不同國(guó)家教育中的熱點(diǎn)，STEAM培訓(xùn)的浪潮席卷了世界。作為STEAM教育的早期倡導(dǎo)者，美國(guó)將Scratch編程軟件視為STEAM教育內(nèi)容的重要組成部分，受到了廣泛的支持和歡迎，它還提供了一個(gè)全新的平臺(tái)，可將編程課程帶人人們的視野。同時(shí)，它使人們逐漸了解編程課程對(duì)中小學(xué)生的影響。

（2）就中小學(xué)生信息素養(yǎng)方面的培養(yǎng)來(lái)說(shuō)，人們也逐漸知道了編程對(duì)于中小學(xué)生而言確實(shí)很重要，因?yàn)樗梢詭椭麄兲峁┙鉀Q問(wèn)題的能力。從根本上來(lái)說(shuō)，“計(jì)算機(jī)思維”它是一種能力，而且融合了STEAM培訓(xùn)、藝術(shù)和人文科學(xué)等多個(gè)學(xué)科。跨學(xué)科的教育理念是一致的。通過(guò)編程，可以將其集成到數(shù)學(xué)和漢語(yǔ)等其他學(xué)科中。這不僅使學(xué)生獲得了跨學(xué)科知識(shí)，而且還獲得了系統(tǒng)性思維、創(chuàng)造性思維、分工和其他知識(shí)技能。這是學(xué)生取得成功必須要有的基本技能，這就是為什么編程教育如此受歡迎的原因所在。

2中小學(xué)編程教育中存在的問(wèn)題

2.1編程教育領(lǐng)域中課程標(biāo)準(zhǔn)存在缺陷

孫丹和李艷聯(lián)合發(fā)表了“國(guó)內(nèi)外青少年編程教育的發(fā)展?fàn)顩r，研究重點(diǎn)、教育、包括智能時(shí)代中國(guó)編程教育的實(shí)施策略”，文中說(shuō)，中國(guó)的編程教育起步較晚，從總體上來(lái)說(shuō)，尚且還處于一種發(fā)展初期，它主要是行業(yè)主導(dǎo)的，而且并沒(méi)有建立校內(nèi)的課程制度。尚未在學(xué)校中深入研究中小學(xué)的教育編程，而且課程標(biāo)準(zhǔn)也不明確。負(fù)責(zé)程序設(shè)計(jì)教育的大多數(shù)教師都是初學(xué)者。他們?cè)谡n堂上沒(méi)有明確的教學(xué)目標(biāo)，也不知道如何進(jìn)行編程培訓(xùn)。

編程培訓(xùn)創(chuàng)建教育內(nèi)容對(duì)于全面促進(jìn)編程培訓(xùn)至關(guān)重要。近年來(lái)，許多程序課程和教育雜志的材料已發(fā)行。結(jié)果，青年編程教育教科書(shū)卻還是從零開(kāi)始創(chuàng)建的，現(xiàn)有教科書(shū)的設(shè)計(jì)是否與當(dāng)前學(xué)生的身心發(fā)展相一致，沒(méi)有專業(yè)評(píng)估。從可用的材料來(lái)看，他們通常專注于介紹和使用反映思維能力發(fā)展的特定編程工具。特別是極少有資料可用于“計(jì)算思維”培訓(xùn)中的程序設(shè)計(jì)教育。

2.2編程教育在中小學(xué)教育培訓(xùn)機(jī)構(gòu)存在問(wèn)題

根據(jù)初中人工智能課程調(diào)查數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，有18%的學(xué)生說(shuō)自己所就讀的學(xué)校有與人工智能相關(guān)的課程，有25%的學(xué)生說(shuō)學(xué)校也曾開(kāi)設(shè)過(guò)相關(guān)講座，有40%的學(xué)生說(shuō)自己所就讀的學(xué)校沒(méi)有這類課程。2019年，我國(guó)教育部出版了《國(guó)家高中國(guó)家課程教育書(shū)籍目錄》（它是以2017年的課程標(biāo)準(zhǔn)為參考來(lái)修訂的），在全國(guó)范圍內(nèi)發(fā)行了5套“人工智能基礎(chǔ)課本”，但直到2020年才出版，另外，它主要是基于公司開(kāi)發(fā)的教材，這類教材并不適合教師使用。當(dāng)前，大多數(shù)學(xué)校都沒(méi)有系統(tǒng)地教授人工智能，雖然有些發(fā)達(dá)地區(qū)的學(xué)校開(kāi)設(shè)了相關(guān)課程，但是課程和內(nèi)容很少，并且課程系統(tǒng)尚未建立。不同地區(qū)的教育和研究機(jī)構(gòu)創(chuàng)建了各種教科書(shū)，沒(méi)有國(guó)家統(tǒng)一的人才培養(yǎng)引領(lǐng)方向，也未形成與國(guó)家未來(lái)發(fā)展戰(zhàn)略相一致的全國(guó)統(tǒng)一教材大綱。

2.3中小學(xué)編程教育師資存在不足

大多數(shù)中小學(xué)教師認(rèn)為，中小學(xué)學(xué)生的主要工作是學(xué)習(xí)語(yǔ)文、數(shù)學(xué)和其他學(xué)科以外的學(xué)科理論知識(shí)，并取得更好的學(xué)習(xí)成績(jī)，至于像人工智能、編程等之類的學(xué)不學(xué)都無(wú)所謂，以后用得到的時(shí)候再去學(xué)就是，還有的甚至把編程課用來(lái)上其他學(xué)科的課，這嚴(yán)重影響了中小學(xué)的人工智能和編程教育的順利發(fā)展。有很多的學(xué)生在畢業(yè)后甚至連一些基本操作程序都難以獨(dú)立完成，從很大程度上來(lái)講，這大大影響了編程教育進(jìn)一步發(fā)展。

許多教授人工智能和程序設(shè)計(jì)的中小學(xué)教師受到傳統(tǒng)教育方法的影響，都采取的是那種填鴨式的教學(xué)方法，這導(dǎo)致學(xué)生失去了學(xué)習(xí)興趣，在學(xué)習(xí)上課時(shí)根本就聽(tīng)不懂，就像聽(tīng)天書(shū)一樣，這也會(huì)使學(xué)生的未來(lái)發(fā)展受阻。

3中國(guó)中小學(xué)開(kāi)展程序設(shè)計(jì)教育的路徑思考與策略研究

3.1加快編程教育課程標(biāo)準(zhǔn)和內(nèi)容的發(fā)展

高質(zhì)量的教育內(nèi)容通常需要多方協(xié)商才能共同創(chuàng)建。因此，具有國(guó)際視野的計(jì)劃研究人員需要在宏觀一級(jí)考慮課程標(biāo)準(zhǔn)的解釋和關(guān)鍵內(nèi)容的設(shè)計(jì)。在創(chuàng)建課程內(nèi)容時(shí)，重要的是要考慮編程教育領(lǐng)域發(fā)布的課程標(biāo)準(zhǔn)，并反映內(nèi)容各部分的水平和連續(xù)性。

我們應(yīng)當(dāng)要注意，當(dāng)前在線學(xué)習(xí)的普及是年輕人學(xué)習(xí)編程的絕佳機(jī)會(huì)。作為傳統(tǒng)面對(duì)面學(xué)習(xí)的補(bǔ)充，在線學(xué)習(xí)平臺(tái)可以輕松克服時(shí)間和空間限制。因此，只要遵循在線學(xué)習(xí)和多媒體學(xué)習(xí)的規(guī)則，為編程培訓(xùn)創(chuàng)建在線內(nèi)容也是研究領(lǐng)域之一。

3.2確保在中小學(xué)及相關(guān)的課外教育和培訓(xùn)機(jī)構(gòu)中進(jìn)行編程培訓(xùn)

2017年公布的“新一代人工智能發(fā)展計(jì)劃”顯示，在整個(gè)人工智能培訓(xùn)的總體環(huán)境中，編程培訓(xùn)需要逐步推廣。浙江省將程序設(shè)計(jì)教育整合到高中信息技術(shù)領(lǐng)域，并具有適當(dāng)?shù)闹黝}內(nèi)容和評(píng)估機(jī)制，除浙江省以外其他地區(qū)雖在常規(guī)的高中教室提供程序設(shè)計(jì)教育，但未正式將其納入高中課堂當(dāng)中去。初中以下的編程技能通常僅通過(guò)擴(kuò)大個(gè)別學(xué)生的課程或競(jìng)賽來(lái)提高，而沒(méi)有建立全面的編程教育課程。

因此，在課程規(guī)劃方面，中小學(xué)需要帶頭實(shí)施適合學(xué)校情況的編程課程實(shí)踐。每學(xué)期嚴(yán)格執(zhí)行編程培訓(xùn)。積極培訓(xùn)專職的編程班老師，同時(shí)開(kāi)發(fā)適合學(xué)校的編程課內(nèi)容。通過(guò)促進(jìn)學(xué)校之間、學(xué)校與企業(yè)之間以及學(xué)科之間的教師之間的交流與協(xié)作，教師可以以此提高編程教學(xué)技能。

3.3加強(qiáng)中小學(xué)編程教育的師資培養(yǎng)和在職培訓(xùn)

對(duì)于教育技術(shù)（或計(jì)算機(jī)科學(xué)和其他相關(guān)專業(yè)）的預(yù)備教師應(yīng)加強(qiáng)對(duì)編程語(yǔ)言、人工智能、機(jī)器人技術(shù)和創(chuàng)客教育的培訓(xùn)。為了更好地適應(yīng)未來(lái)的青年編程教育，還應(yīng)在預(yù)備教師課程的教學(xué)理論有關(guān)的最新標(biāo)準(zhǔn)解釋和內(nèi)容中增加編程教育課程。鑒于游戲的元素和機(jī)制是年輕人首選的學(xué)習(xí)方法，并且廣泛用于國(guó)家和國(guó)際編程和教師培訓(xùn)課程，因此可以通過(guò)特定的教育游戲來(lái)實(shí)現(xiàn)教育游戲設(shè)計(jì)的教育內(nèi)容。

一般來(lái)說(shuō)，學(xué)校的編程老師都是由學(xué)校的計(jì)算機(jī)老師任教。作為傳統(tǒng)意義上的助理老師，經(jīng)常遇到諸如“人少事多、身兼數(shù)職”之類的問(wèn)題。換句話說(shuō)，很難覆蓋整個(gè)學(xué)校的課程，因此課程也可能壓縮。此外，某些編程學(xué)校的內(nèi)容未集成到傳統(tǒng)課程標(biāo)準(zhǔn)或教室材料中。因此，現(xiàn)任教師需要花費(fèi)時(shí)間來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)培訓(xùn)、教育設(shè)計(jì)和其他相關(guān)內(nèi)容的編程語(yǔ)言。在職教師可以利用教育部要求的3或5年培訓(xùn)計(jì)劃來(lái)選擇在線或離線編程技能或課程，并積極參加與教學(xué)技能相關(guān)的新技術(shù)的培訓(xùn)課程。同時(shí)，組織教師培訓(xùn)的單位和機(jī)構(gòu)需要意識(shí)到，編程培訓(xùn)、創(chuàng)客培訓(xùn)和STEAM培訓(xùn)是在智能時(shí)代，尤其是在科技領(lǐng)域，這些都是培訓(xùn)的重要內(nèi)容。除此之外，還應(yīng)該在培訓(xùn)方案中及時(shí)補(bǔ)充有關(guān)內(nèi)容，例如，在國(guó)家和地方各級(jí)引入各種激勵(lì)機(jī)制，以鼓勵(lì)在職教師參加相關(guān)的培訓(xùn)課程和競(jìng)賽。

4總結(jié)

未來(lái)幾年，青年教育新領(lǐng)域的理論發(fā)展和商業(yè)化將進(jìn)入快速發(fā)展階段。從理論上講，該領(lǐng)域應(yīng)該要對(duì)編程教育有一個(gè)深入的了解和認(rèn)知，并以對(duì)這些認(rèn)知方法和重要概念的理解為基礎(chǔ)，為青年程序員的讀寫(xiě)能力建立課程標(biāo)準(zhǔn)和核心技能。同時(shí)，對(duì)青少年編程教育培訓(xùn)加以規(guī)范化，針對(duì)不同的群體設(shè)計(jì)不同的培訓(xùn)內(nèi)容。實(shí)際上，在這一領(lǐng)域需要許多專業(yè)的年輕編程老師。因此，現(xiàn)有的教師培訓(xùn)應(yīng)考慮什么是培訓(xùn)以及如何對(duì)教師進(jìn)行編程?，F(xiàn)有的教師培訓(xùn)計(jì)劃還需要添加少量的編程課程內(nèi)容。此外，學(xué)校與公司之間在發(fā)展青年計(jì)劃教育實(shí)踐方面的合作以及大學(xué)、初中和小學(xué)之間的合作將是未來(lái)發(fā)展的重要趨勢(shì)。