高校創(chuàng)客教育視野下的計算機(jī)編程學(xué)習(xí)和應(yīng)用

南楠 南超

摘 要：創(chuàng)客這一概念正在逐漸得到越來越多的關(guān)注，針對目前高校創(chuàng)客教育中編程教育起步晚，校內(nèi)編程教育尚未形成體系的現(xiàn)狀，文章闡述了高校創(chuàng)客教育背景下的計算機(jī)編程學(xué)習(xí)和應(yīng)用前景，以期增強(qiáng)創(chuàng)客教育可持續(xù)發(fā)展新平臺，加快高校編程教育的教育實踐。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)客教育;高校;編程;人工智能

0? ? 引言

人工智能時代催生了人工智能技術(shù)的活力與深度應(yīng)用。以深度學(xué)習(xí)、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)為代表的人工智能技術(shù)為創(chuàng)客教育注入了鮮活的血液。未來，高等院校必須要積極探索培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的策略，優(yōu)化創(chuàng)客教育模式，提高計算機(jī)編程學(xué)習(xí)和應(yīng)用水平。

1? ? 創(chuàng)客、創(chuàng)客教育、編程教育概述

1.1? 創(chuàng)客的概念

創(chuàng)客（Maker）是指通過自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新，出于自身的興趣和愛好，借助各種數(shù)字化、智能化和開源化的工具努力把各種設(shè)想與創(chuàng)意轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實產(chǎn)品的人。這一概念的流行始于2012年初《創(chuàng)客雜志》的創(chuàng)辦和發(fā)行。[1]創(chuàng)客教育在中國起步相對較晚。2013 年開始，國內(nèi)對創(chuàng)客教育的研究逐步開展，相繼在北京、深圳、西安等地開設(shè)了創(chuàng)客空間，并積極開展創(chuàng)客教育論壇和研討會等系列活動。

1.2? 創(chuàng)客教育

創(chuàng)客教育是在傳統(tǒng)教育的基礎(chǔ)上著眼于知識的融合、應(yīng)用、深化、創(chuàng)造，旨在培養(yǎng)創(chuàng)新精神、創(chuàng)客基本技能和創(chuàng)業(yè)基本素養(yǎng)，使創(chuàng)客具有在較高認(rèn)知水平上進(jìn)行創(chuàng)造性活動的高階思維能力。目前，我國很多高等院校都開始引入創(chuàng)客空間開展創(chuàng)客教育，為大學(xué)生提供創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)支持，不同高等院校的創(chuàng)客空間之間可互相合作，通過進(jìn)行資源共享、頭腦風(fēng)暴等方式，對某一課題或構(gòu)思進(jìn)行分析。人工智能開放平臺、智能機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)手段為創(chuàng)客教育提供開放新穎的體驗和創(chuàng)意實踐平臺。

1.3? 編程教育

編程教育是以編程語言的學(xué)習(xí)與計算思維的培養(yǎng)為目的，學(xué)習(xí)核心的邏輯、算法、語法和結(jié)構(gòu)。純編程分為圖形化編程（Scratch）和純語言編程兩大類。編程學(xué)習(xí)的教學(xué)模式探索改革以及創(chuàng)新型編程平臺設(shè)計方面的研究近幾年如火如荼，特別是基于高校創(chuàng)客教育的計算機(jī)編程學(xué)習(xí)和應(yīng)用成為當(dāng)下潮流。

2? ? 基于高校創(chuàng)客教育的計算機(jī)編程學(xué)習(xí)

2.1? 計算機(jī)編程學(xué)習(xí)的時代背景

大數(shù)據(jù)時代，世界各國紛紛開展編程教育的普及工作。美國前總統(tǒng)奧巴馬2012年推出了“編程一小時”活動，扎克伯格和比爾·蓋茨等為3萬學(xué)生講解基本編程概念。我國人工智能教育略晚于國外發(fā)達(dá)國家。不過，受惠于時代需求和政策引導(dǎo)，發(fā)展勢頭迅猛。2018年，我國浙江省高考首次將信息技術(shù)納入選考科目，我國在高年段及成人教育利用Python，C++，Java等語言進(jìn)行深度的智能編程。編程環(huán)境和編程工具是編程教育的重要技術(shù)支撐，學(xué)生通過運(yùn)用模塊化編程和智能開源硬件技術(shù)創(chuàng)造性地設(shè)計智能產(chǎn)品，逐步提升創(chuàng)新能力和解決問題能力。國際上無論是面向校內(nèi)創(chuàng)客教育課程還是面向校外的創(chuàng)客技能培訓(xùn)課程都巧妙的利用了這些開源編程技術(shù)，其中經(jīng)典的是 Scratch和樂高套件。

2.2? 高校創(chuàng)客教育中計算機(jī)編程學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容

創(chuàng)客教育的有效實施是當(dāng)下高等教育研究的熱點，高校學(xué)生學(xué)計算機(jī)編程會鍛煉邏輯思維、提升自學(xué)能力、增強(qiáng)升學(xué)競爭力、鍛煉想象力和創(chuàng)造力等。首先，高校創(chuàng)客教育中圖形化編程學(xué)習(xí)（以Scratch為主），編游戲編動畫，主要是帶動學(xué)生的興趣，讓學(xué)生有成就感，鍛煉學(xué)生的邏輯能力。[2]學(xué)習(xí)項目包含了Scratch和國內(nèi)的一些圖形化編程，另外順帶下編游戲機(jī)的項目。其次，開源硬件圖形化編程與仿真，讓學(xué)生了解電子線路硬件，學(xué)習(xí)嵌入式編程開發(fā)的基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)開發(fā)類似冰箱、洗衣機(jī)程序的原理。學(xué)習(xí)機(jī)器人編程、無人機(jī)編程、3D打印編程等。Python現(xiàn)在是編程語言排行榜上排名第3的編程語言。圖形化Python，左面是圖形積木，右邊是代碼，左右對照，解決了代碼編程語言學(xué)習(xí)難的問題，可以用圖形積木編程，也可以用代碼編程;計算機(jī)編程學(xué)習(xí)，在于對一門語言的精通程度，學(xué)好Python后可以做到融會貫通。C語言是編程語言的利劍，可進(jìn)行嵌入式編程、計算機(jī)底層的編程。學(xué)習(xí)單片機(jī)編程，可以編程電子硬件產(chǎn)品。

2.3? 開發(fā)面向創(chuàng)客需求的高校編程課程新體系

創(chuàng)客教育本身具有極強(qiáng)的包容性，需要參與者積極主動地進(jìn)行探索，因此高校在構(gòu)建創(chuàng)客課程體系的時候，需要擺脫傳統(tǒng)課程體系的桎梏，創(chuàng)客課程體系可以分成以下3種：（1）基礎(chǔ)類課程，這種課程所對應(yīng)的學(xué)習(xí)主體是學(xué)校的所有學(xué)生，課程內(nèi)容可以包括3D打印技術(shù)、Scratch趣味編程等。其主要作用在于：將創(chuàng)客技術(shù)等普及，激發(fā)學(xué)生參與創(chuàng)客活動的積極性。（2）拓展類課程，這類課程所對應(yīng)學(xué)習(xí)主體是具有成為創(chuàng)客意向的學(xué)生，課程內(nèi)容可涉及系統(tǒng)工程、智能控制、傳感器等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。（3）創(chuàng)新類課程學(xué)習(xí)主體為創(chuàng)客空間的學(xué)生，主要培養(yǎng)他們理論與實踐相結(jié)合的能力。

3? ? 高校創(chuàng)客教育背景下的計算機(jī)編程教育

3.1? 計算機(jī)編程教育國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀

作為智能時代的一項重要技能，編程能力逐漸被國際產(chǎn)業(yè)界和教育界所重視，日益成為世界各國進(jìn)行創(chuàng)新性人才培養(yǎng)戰(zhàn)略的實施重點。美國、英國、澳大利亞及歐盟等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)已將青少年編程教育納入國家層面戰(zhàn)略規(guī)劃或行動計劃中。我國青少年編程教育的實踐與研究總體處于初級發(fā)展階段，即便是在高校創(chuàng)客教育推動下，編程教育的規(guī)范教材體系和成熟的教學(xué)模式尚在摸索之中。對國內(nèi)有代表性青少年編程教育平臺梳理發(fā)現(xiàn)：它們各有亮點和特色，課程內(nèi)容主要圍繞“機(jī)器人教育”以及“編程教育”，講授的語言主要有Python，Scratch，App Inventor 及C++。其中，多個平臺將全國青少年信息學(xué)奧林匹克聯(lián)賽作為授課重點之一。此外，結(jié)合Arduino 等開發(fā)的STEAM 教育智能機(jī)器人，是當(dāng)前國內(nèi)青少年編程教育中主要的教學(xué)模式之一。青少年編程教育多為編程機(jī)器人、信息學(xué)奧賽以及圖形化編程等，注重小班教學(xué)，利用各類教學(xué)方式打造更優(yōu)的編程學(xué)習(xí)體驗。

3.2? 創(chuàng)客教育需要編程教育的創(chuàng)新支持

創(chuàng)客教育是計算機(jī)語言教育的一次回歸，圖形化計算機(jī)語言的出現(xiàn)讓普通人學(xué)習(xí)計算機(jī)語言成為可能。在做計算機(jī)創(chuàng)客的時候，往往都會將計算機(jī)編程與電子電工一起融合。將電子電工的各個感應(yīng)模塊融合到一起就可以使用創(chuàng)客課程中的組合創(chuàng)造法，創(chuàng)造出很多新的產(chǎn)品。因為只要是不同的編程邏輯就可產(chǎn)生不同程度的影響。比如說，自然光線的數(shù)據(jù)的大小就可以通過編程控制，決定我們調(diào)節(jié)室內(nèi)燈光的亮度;室內(nèi)溫度的高低不同，可使用計算機(jī)編程控制我們的空調(diào)根據(jù)人體適應(yīng)能力自由的進(jìn)行調(diào)整。創(chuàng)客教育的精髓是學(xué)術(shù)進(jìn)行創(chuàng)客活動過程中培養(yǎng)學(xué)生提出問題、解決問題、動手制作的綜合能力，融合科學(xué)研究、技術(shù)制作、藝術(shù)創(chuàng)作等。機(jī)器人、編程、3D打印是創(chuàng)客教育的形式，創(chuàng)客教育需要編程教育的支持，它是將計算機(jī)程序的虛擬世界與現(xiàn)實的物理世界連接的橋梁。在人工智能時代，利用編程教育進(jìn)一步開發(fā)和利用學(xué)習(xí)資源，降低教育成本，更好地推廣創(chuàng)客教育。

3.3? 強(qiáng)化創(chuàng)客教育和編程教育的有機(jī)整合

創(chuàng)客教育在廣義上是一種培養(yǎng)創(chuàng)客精神為目標(biāo)的教育形態(tài);狹義上是一種以培養(yǎng)青少年學(xué)習(xí)者創(chuàng)客素養(yǎng)為導(dǎo)向的教學(xué)模式。創(chuàng)客教育在廣義上是一種培養(yǎng)創(chuàng)客精神為目標(biāo)的教育形態(tài);狹義上則是一種以培養(yǎng)青少年學(xué)習(xí)者創(chuàng)客素養(yǎng)為導(dǎo)向的教學(xué)模式。在創(chuàng)客教育實踐中，往往包含教育機(jī)器人、3D 打印等能夠利用技術(shù)將創(chuàng)意轉(zhuǎn)變成現(xiàn)實的工具或程序，這與編程教育更是密不可分。英國威爾士技術(shù)營地作為英國最知名的創(chuàng)客教育基地，為11—19歲學(xué)生提供編程、機(jī)器人、游戲設(shè)計及應(yīng)用開發(fā)等各項內(nèi)容。[3]在研究方面，國內(nèi)王濱設(shè)計了項目教學(xué)法指導(dǎo)下的圖形化編程課程教學(xué)活動，并且通過實驗證明，這種方法能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)生的創(chuàng)新精神以及團(tuán)隊協(xié)作能力。未來是人工智能的時代，5G技術(shù)讓萬物互聯(lián)得以實現(xiàn)，互聯(lián)網(wǎng)編程不僅是要進(jìn)行線上的功能實現(xiàn)，也要回歸實體造物。因此，編程教育是輔助創(chuàng)客教育進(jìn)行造物、制造人工智能屬性的產(chǎn)品。沒有編程教育，無人機(jī)、3D打印、VR、機(jī)器人等這些產(chǎn)盤就像是沒有頭腦和控制器的模型玩具，而沒有創(chuàng)客教育，編程也只是沒有依附的虛幻物質(zhì)，無法展示其在生活和工作中的實際價值。

4? ? 結(jié)語

未來，高校編程教育這一新興領(lǐng)域的理論發(fā)展和實踐應(yīng)用將會迎來一個飛速發(fā)展的時期，要探索適合高校學(xué)生編程教育的教學(xué)規(guī)律，構(gòu)建適合不同群體和針對不同編程內(nèi)容的多樣化編程教育模式，并加快建設(shè)專業(yè)的青少年編程教育教師，增加編程教育教學(xué)內(nèi)容，開展高校學(xué)生編程教育實踐，為高校創(chuàng)客背景下的計算機(jī)編程學(xué)習(xí)注入新的發(fā)展動力。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 陳孝然.基于Scratch 編程的創(chuàng)客課程學(xué)習(xí)現(xiàn)狀調(diào)查[J].無線互聯(lián)科技，2019（6）：55-56.

[2]蔡國.基于創(chuàng)客教育的Arduino 校本課程教學(xué)實踐[J].課程教育研究，2019（21）：9.

[3]董麗.高校創(chuàng)客教育的實施策略研究[D].南充：西華師范大學(xué)，2017.

（編輯 姚 鑫）

Study and application of computer programming from the perspective of

maker education in colleges and universities

Nan Nan1，? Nan Chao2

（1.Zhanjiang Preschool Teachers College， Zhanjiang 524300， China;

2.Anyang Village Primary School， Quyang County， Baoding City， Hebei Province， Baoding 073100， China）

Abstract：The concept of maker is gradually gaining more and more attention. Aiming at the late start of programming education in college maker education and the fact that school programming education has not yet formed a system， this article explains the computer programming learning and learning in the context of college maker education. Application prospects， with a view to enhancing the new platform for sustainable development of maker education， and accelerating the educational practice of programming education in colleges and universities.

Key words：maker education; colleges and universities; programming; artificial intelligence