魏曉風 蔣家傅 鐘紅

摘 要：隨著人工智能時代的到來，編程教育已成為國內(nèi)外教育的研究熱點。與其他國家相比，我國在編程教育方面起步較晚，缺乏實踐經(jīng)驗，還未形成本國的發(fā)展模式。文章梳理了編程教育的內(nèi)涵與發(fā)展趨勢，分析了國外中小學編程教育發(fā)展的特點與經(jīng)驗，并針對我國中小學編程教育的現(xiàn)狀與問題，探討了在我國中小學開展編程教育的路徑，為推動我國中小學編程教育有序發(fā)展提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：編程教育；計算思維；發(fā)展模式；路徑思考

中圖分類號：G433 文獻標志碼：A 文章編號：1673-8454（2018）24-0001-05

一、中小學編程教育的內(nèi)涵和緣起

1.編程教育的內(nèi)涵

2011年，美國計算機科學教師協(xié)會（CSTA）和計算機協(xié)會（ACM）在全美中小學計算機教育調(diào)研基礎(chǔ)上研制了《K-12計算機科學標準》，它將編程教育的內(nèi)涵界定為兩個層次：一是培養(yǎng)計算思維；二是計算實踐和編程。其目的是通過編程語言的學習，培養(yǎng)學習者的計算思維，從而提高批判思維和解決問題的能力，最終目標是培養(yǎng)學習者的創(chuàng)新創(chuàng)造能力[1]。因此，我們可以把編程教育定義為通過編程語言的學習，培養(yǎng)學習者計算思維，從而提高批判思維和解決問題能力的一種教育。其概念模型如圖1所示。

其中，計算思維是計算科學實踐的核心，它從本質(zhì)上來說就是一種計算機解決問題方式的思考過程，也可以說它是一種解決問題的思考方式。這種思考需要通過一種可視化或被人所接受的結(jié)構(gòu)方式來表達，比如編程語言[2]，這就是人們?yōu)槭裁匆獙W習編程語言來培養(yǎng)計算思維的一個重要原因。

受到“計算思維”思潮的影響，教育部發(fā)布的《普通高中信息技術(shù)課程標準（2017年版）》中，關(guān)于學科核心素養(yǎng)的說明中也明確指出計算思維能力。由此可見，計算思維對于編程教育而言是一個十分重要的培養(yǎng)內(nèi)容和目標。

2.編程教育的緣起與發(fā)展

編程教育其實不是什么新奇的教育方式和理念，早在20世紀80年代，前蘇聯(lián)計算機教育學家伊爾肖夫就提出“文化論”的觀點，他認為“程序語言是第二文化”，主張將程序設(shè)計等編程語言作為學生學習的重要內(nèi)容，以此來鍛煉他們的計算思維能力。因此，曾有一段時間全球的中小學生都在普及編程教育。但到20世紀90年代，因為“工具論”的興起，強調(diào)工具技術(shù)的使用，人們慢慢轉(zhuǎn)向更重視計算機技術(shù)的實際應用，導致編程教育一度沒落甚至被邊緣化和淘汰，直至如今又再一次重新回到人們的視野中。

世界各國為什么又重新開始重視編程教育？筆者認為原因有如下幾點：

（1） 隨著工業(yè)4.0的到來，人工智能的理念不斷在我們的生活中滲透，人們的生產(chǎn)、生活和學習都逐漸向智能化的領(lǐng)域邁進。由此，工具技術(shù)的使用也變得智能化、可視化和簡單化，操作起來非常方便和易懂，僅僅懂得技術(shù)的使用已經(jīng)不能夠滿足當今時代發(fā)展的需求，這就要求更進一步地研究智能時代的核心技術(shù)——程序語言。因此，編程語言的教育愈來愈凸顯出時代價值，再一次受到人們的廣泛關(guān)注。

（2） 近年來STEM教育和創(chuàng)客教育成為各國教育的一個熱點，全球都在興起STEM教育的浪潮。美國作為STEM教育最早的提出者，將Scratch編程軟件應用其中，并作為STEM教育內(nèi)容的重要組成部分，受到了廣泛的支持和歡迎，也為編程教育提供了一個嶄新的平臺，使其進入人們的視野，讓人們重新認識到編程教育給中小學生帶來的巨大影響。

（3） 從培養(yǎng)中小學生信息素養(yǎng)的角度出發(fā)，人們也意識到計算思維的重要性，它有助于提高中小學生解決問題的能力?！坝嬎闼季S”不僅是一種思維，從根本上說是一種能力，它跨越了單一計算機科學邊界，融合多學科范圍，如STEM教育，甚至有藝術(shù)與人文等學科[2]，這就與跨學科的教育理念不謀而合。通過編程可以和數(shù)學、語文等其他學科融合，不僅使學生獲得多學科的知識，而且使他們學會系統(tǒng)推理、創(chuàng)造性思考與分工合作等知識能力，這些都是學生未來在各方面通向成功所需的必備技能[3]。這也是編程教育受到人們廣泛關(guān)注的一個重要原因。

二、國外中小學編程教育發(fā)展的經(jīng)驗與啟示

從2012年開始，美國、英國、澳大利亞、新加坡、日本、韓國等紛紛開始重視編程教育的巨大作用，相繼頒布政策將編程列入中小學的必修課程。其中，美國、英國的編程教育發(fā)展最具代表性和影響力，筆者結(jié)合兩國編程教育發(fā)展經(jīng)驗進行了研究，并且總結(jié)出一些啟示。

1.美國中小學編程教育的發(fā)展

美國是世界上最早開始關(guān)注編程教育的國家，在上世紀60年代，麻省理工學院就對幼兒進行編程教育實驗，開始教授LOGO語言。期間發(fā)展緩慢，直到2012年后編程教育受到美國各界廣泛的關(guān)注和支持，由此開始迅速發(fā)展和擴散。如今在美國，程序語言已經(jīng)成為繼兒童閱讀、寫作、算術(shù)等必備技能之后必須掌握的第四項基本能力。

在政策層面，2016年初時任美國總統(tǒng)的奧巴馬在其國情咨文中提出“面向所有人的計算機科學”新計劃，美國眾多知名互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)都參與其中，向中小學生提供包括編程在內(nèi)的計算機課程，從而興起一場中小學生計算機編程教育運動[4]。同年，美國政府投入40億美元的教育巨資，在全美各州開展從幼兒園到高中的完備優(yōu)質(zhì)的電腦科學教育，使小學生更早開始接觸編程與計算機，旨在實現(xiàn)讓美國的兒童能在小學階段具備最簡單的編程能力的目標。這些政策為編程教育的發(fā)展提供了政策制度層面上的支持。

在企業(yè)社會層面，蘋果公司現(xiàn)任首席執(zhí)行官蒂姆·庫克也曾說過：“越早教孩子學習編程越好，希望編程能成為所有小學生的必修課?！倍ど探缭缫芽吹骄幊探逃龑τ趪颐褡灏l(fā)展的重要性：例如，在2013年計算機科學教育周，美國一家專注于青少年在線編程教育的非盈利組織Code.org發(fā)起名為“編程1小時”的活動，旨在通過采用趣味歡樂的教學形式引起中小學生對程序編寫的了解，從而激發(fā)孩子們對計算機領(lǐng)域的興趣，自2014年起，“編程1小時”成為一項全球性活動，吸引了全世界數(shù)百萬人參加[5]；此外還有“天堂谷學區(qū)”“洛斯阿圖斯學區(qū)”等社會編程教育機構(gòu)涌現(xiàn)出來；同時，美國多家企業(yè)如微軟、Facebook等都涉足到編程教育的活動中，受到了社會媒體的廣泛關(guān)注，這些都極大地促進了美國編程教育的發(fā)展。

在學校教育層面，《K-12計算機科學標準》（2011年）設(shè)計了小學（K1-6）、初中（K6-9）、高中（K9-12）三個不同水平階段的計算機科學教育，目的是在全美中小學普及計算機科學課程。

編程教育作為計算機科學課程學習的核心內(nèi)容之一，在標準總體目標中充分體現(xiàn)了讓學生能運用計算機科學技能（尤其是計算思維）解決問題[6]。此外計算機科學標準還可作為當前學校中IT和AP課程的補充[7]。從 2013 年 12 月以來，美國共有幾十個學區(qū)同意增設(shè)編程課；部分州已將計算機科學設(shè)定為與數(shù)學等一樣的基礎(chǔ)課程，不再將其作為選修課來對待[4]。同時，在美國得克薩斯州還通過一個法案，允許有些學生用編程語言學分代替外語課程的學分。由此可見，編程語言在學校教育中的地位越來越重要。

2.英國中小學編程教育的發(fā)展

英國對于編程教育的重視程度并不亞于美國，他們很早就預見到編程教育在基礎(chǔ)教育中的重要作用，在上世紀60年代開始就不斷進行計算機教育改革，因此才能領(lǐng)先全球完成基礎(chǔ)教育的改革，將編程教育和計算機教育引入到基礎(chǔ)教育中。

在政策層面，英國教育和科學部在2013年9月正式公布《Computing課程學習計劃》，Computing課程的核心是計算機科學，目的是讓學生在每個階段都能接受優(yōu)質(zhì)的計算機知識教育和編程教育，從而學會使用計算思維來創(chuàng)造性地理解和改變這個世界，自此“編程教學”正式進入英國中小學[8]。2014年，英國政府為激發(fā)兒童對計算機的興趣，將編程知識引入小學課本，而且還將2014年定為“編程年”[9]，旨在激勵全民進行程序語言學習，培養(yǎng)計算思維，提高解決問題的能力。同年，英國教育和科學部還啟用了新的計算機教學大綱，把“計算機素養(yǎng)”作為更廣泛的學習目標[8]， 要求兒童從 5 歲起就學習簡單的編程語言。這些政策促使編程教學呈現(xiàn)低齡化趨勢，顯著提升了英國學生的ICT 素養(yǎng)，也促進他們更善于實踐活動和拓展個人項目，為初高中學習和未來面臨的工作挑戰(zhàn)奠定了基礎(chǔ)[10]。

在企業(yè)社會層面，英國眾多科技企業(yè)和民間組織紛紛發(fā)起了促進編程教育的活動。其中，影響較大的一個組織是在2012年4月由克萊爾·薩克利夫和琳達·桑德維克聯(lián)合創(chuàng)建的“編程俱樂部”。這是一個由免費志愿者為主導的、主要針對9-11歲兒童的全國性課外編程學習網(wǎng)絡(luò)[8]，其目的是鼓勵孩子們創(chuàng)新創(chuàng)造，樂于分享自己的想法，提高兒童的學習樂趣，從而促進編程教育的發(fā)展。在整個民間企業(yè)和政府相互聯(lián)動配合以及社會各界的支持下，英國的編程教育得到順利普及。

3.兩國編程教育發(fā)展的啟示

綜上所述，在分析美英兩國編程教育的發(fā)展過程中，我們可以看出，其大都遵循著一種自上而下，政、企、校、社會聯(lián)動促進的發(fā)展模式（見圖2）。

從“上”的方面看，美英兩國都較早關(guān)注到編程在基礎(chǔ)教育中的重要價值，兩國政府都陸續(xù)頒布了中小學校發(fā)展編程教育的一系列政策，為編程在基礎(chǔ)教育中的普及提供了強有力的制度保障，而且政府還投入了巨額的教育資金，旨在為中小學生提供優(yōu)質(zhì)的編程教育資源。在地方與學校方面，美國各州立政府在響應聯(lián)邦政府推行的編程教育政策制度的同時，也都不同程度地頒布了相應的法案，推動本地區(qū)學校的計算機科學教育普及工作。在大多數(shù)地區(qū)的中小學校中都增設(shè)了編程課程，并且使編程等計算機課程的地位得到提升，甚至有些地區(qū)將其與數(shù)學等主科設(shè)為同等的基礎(chǔ)課程學習，還允許學生用編程語言學分代替外語課程的學分，這都體現(xiàn)出美英兩國學校教育對編程教育的重視。

從“下”的方面看，社會企業(yè)等各界力量都在積極推動與促進編程教育的實施與發(fā)展，努力營造一種全民學習編程的社會氛圍，例如美國的“編程1小時”“天堂谷學區(qū)”等各種學習社區(qū)，英國的“編程年”等，都從社會大環(huán)境和輿論導向中積極推動編程教育，為全國發(fā)展編程教育創(chuàng)造了良好的環(huán)境條件。因此形成了一種國家倡導、地方推行、學校實施、社會營造環(huán)境，由上至下、相互促進和推動編程教育發(fā)展的良好模式，如圖2所示。從美英兩國編程教育的發(fā)展經(jīng)驗和模式中，我們可以汲取有益的經(jīng)驗，結(jié)合我國教育現(xiàn)狀，推動具有中國特色的編程教育發(fā)展。

三、我國中小學編程教育發(fā)展現(xiàn)狀和問題

1.我國中小學編程教育發(fā)展現(xiàn)狀分析

我國的編程教育在20世紀80年代也曾風行一時，鄧小平同志曾說過：“計算機的普及要從娃娃抓起”，從而為我國計算機教育開啟了先河。但后來由于“工具論”文化的流行，在中小學進行編程語言學習的現(xiàn)象一度消失，以至在中小學校中無人問津。在世界各國都在關(guān)注和推進編程教育普及之時，我國則顯得有些落后。但隨著STEM教育浪潮的推動，我國也逐漸意識到編程教育對未來發(fā)展的重要作用。

在政策層面，教育部2016年印發(fā)的《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中，提出實施全民智能教育項目，在中小學設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育[11]。2017年7月，國務院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，明確指出要在中小學階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育[12]。該規(guī)劃的出臺，加速推動了編程教育在中小學的普及。2018年伊始，教育部發(fā)布的《普通高中課程方案和語文等學科課程標準（2017年版）》中，信息技術(shù)學科大幅提升了在編程、計算思維、人工智能等方面的學習要求，重新規(guī)定了編程教育的學習內(nèi)容。這些政策都進一步推進了編程教育在我國基礎(chǔ)教育階段的實施與普及。

在學校教育層面，我國編程教育的興起是在STEM教育和創(chuàng)客教育普及過程中逐漸受到社會各界的重視的，因此編程教育與STEM教育是緊密結(jié)合在一起的。

目前編程教育在國內(nèi)的推廣主要有以下幾種形式：①在許多創(chuàng)客空間與培訓機構(gòu)以及各類競賽中推廣和教授編程。②逐步在中小學校信息技術(shù)課程中普及編程教育。一般學校都會使用Scratch編程軟件或C語言等進行教學，培養(yǎng)學生的計算思維和邏輯思維能力。③通過科技競賽和社團活動教會編程語言，為學生參加科技競賽提供技術(shù)支持。如佛山市石門中學，在信息技術(shù)教師江濤的帶領(lǐng)下，屢次在全國各類信息學競賽中取得佳績，參賽的學生紛紛被清華、北大等高等院校提前或降分錄取。此外，北京景山中學、溫州中學等在創(chuàng)客和編程教育方面都走在國內(nèi)同行的前列。

2.我國中小學編程教育發(fā)展存在的問題

綜上可見，我國政府已經(jīng)開始關(guān)注到編程教育的重要意義，正逐步在中小學校中進行推廣。在形式上，編程教育依靠創(chuàng)客教育、學生社團和科技競賽等載體，并且和信息技術(shù)學科緊密聯(lián)系，逐漸出現(xiàn)在我國中小學教育中，整個發(fā)展呈現(xiàn)一種蓬勃的態(tài)勢。但我們也要看到，由于我國在編程教育方面經(jīng)驗不足、起步較晚，整個社會還處在編程教育發(fā)展的初期階段，還未形成一種良好的發(fā)展模式。此外，我們也不能一味生搬硬套別國的成功經(jīng)驗和模式，還要結(jié)合本國實際情況。

因此，如何發(fā)展適合我國國情的編程教育，需要從以下幾個方面考慮：①如何自上而下地協(xié)調(diào)好國家與地方、高校與中小學校的關(guān)系，以及如何依靠社會環(huán)境等因素共同促進編程教育的發(fā)展。②如何發(fā)展屬于本國特色的編程教育模式。③如何把編程教育與信息技術(shù)等學科融合，更好地促進學科發(fā)展。

四、我國開展中小學編程教育的路徑思考

基于我國編程教育發(fā)展的現(xiàn)實情況，借鑒美英兩國編程教育的發(fā)展經(jīng)驗和啟示，筆者從不同主體視角由上而下地思考了我國中小學編程教育發(fā)展的路徑和模式。

1.國家層面：政策引領(lǐng)、規(guī)范體系、聯(lián)動各方力量

政府作為編程教育發(fā)展的頂層倡導者和推動者，需要在政策法規(guī)上給予強有力的發(fā)展保障，切實將編程教育納入中小學教育發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃中，分階段、分地區(qū)、分年級逐步推進，并且要為編程教育發(fā)展投入相應的資金支持和開展人才培養(yǎng)，為中小學提供相配套的優(yōu)質(zhì)教育資源。同時，還需制定編程教育的相關(guān)標準，建立良好的發(fā)展體系，規(guī)范編程教育的推廣機制，聯(lián)合校、企、社等各方機構(gòu)與平臺，共同創(chuàng)造一種熱學愛學編程、創(chuàng)新創(chuàng)造的社會氛圍，促進形成全民學習編程的社會新氣象。

2.地方層面：因地制宜、示范建設(shè)、監(jiān)督推進

地方政府作為編程教育發(fā)展的地區(qū)推動者和執(zhí)行者，需要積極響應國家推行編程教育的政策，根據(jù)本地區(qū)的教學現(xiàn)狀和教學條件制定編程教育發(fā)展綱要和相應的規(guī)劃方案等，借助地區(qū)學校和科研機構(gòu)的力量，通過編程教育實驗校等建設(shè)，總結(jié)實驗經(jīng)驗和成果，轉(zhuǎn)化成為本地區(qū)特色的編程教育發(fā)展模式。最后，將特色模式在本地區(qū)逐步推廣實施，并加強對其動態(tài)管理和監(jiān)督，定期進行評估優(yōu)化。

3.中小學校與高校機構(gòu)層面：產(chǎn)研結(jié)合、課程開發(fā)、師資培育

高校和中小學校作為編程教育發(fā)展的研究者與實施者，需要緊密結(jié)合在一起。高校研究力量走進一線實地考察，在試點校中指導和培訓中小學校更好地開展編程教育，幫助中小學校開發(fā)課程資源，在研究中形成地區(qū)特色發(fā)展模式，從而做到產(chǎn)學研相結(jié)合，易于轉(zhuǎn)換實踐成果，加快推進編程教育更接地氣的發(fā)展。中小學校在高校研究力量的支持與幫助下，要積極配合推進編程教育的發(fā)展，結(jié)合本校的實際情況，建設(shè)編程的資源平臺與空間環(huán)境，整合學校的課程，提倡跨學科融合的教育。同時，也要重視相關(guān)師資人才的引進或培養(yǎng)，成為推動編程教育發(fā)展的中堅力量。

4.社會企業(yè)等各界力量層面：協(xié)同合作、服務支持、造勢推動

社會企業(yè)等各方力量作為編程教育發(fā)展的促進者和有益補充成分，需要加強與政、校、科研機構(gòu)等社會各方的合作與支持，生產(chǎn)編程教育產(chǎn)品和平臺，為中小學校提供教育環(huán)境、課程、資源、技術(shù)、培訓等多方面有關(guān)編程教育的服務與支持[13]。同時，聯(lián)動各方力量，舉辦具有影響力的編程教育比賽或者科技創(chuàng)新競賽以及相關(guān)的線上線下編程學習社區(qū)，在全國范圍內(nèi)掀起學習編程的浪潮，培養(yǎng)中小學生的編程興趣與愛好，營造一種良好的社會氛圍，造勢推動編程教育的發(fā)展。

5.信息技術(shù)學科結(jié)合層面：學科定位、學科情境、學科融合

信息技術(shù)學科作為編程教育實施和發(fā)展的載體，對當前中小學信息技術(shù)課程的結(jié)構(gòu)和改革有著重大的影響。在中小學信息技術(shù)學科中，要定位好編程教育的價值，教編程不是要把每個學生都培養(yǎng)成程序員，而是培養(yǎng)學生的思維和能力，最終成為具有創(chuàng)新創(chuàng)造能力的人才。編程教學不應是單純的程序語言教學，需要創(chuàng)設(shè)學習情境，激發(fā)學生的需求和興趣。最后，編程教育不僅只是借助于信息技術(shù)學科載體，還需要跨學科融合，支持數(shù)學、語文、物理等多學科教學，豐富學習形式，促進學習效率。

五、總結(jié)

隨著一些試點地區(qū)在高考中加入信息技術(shù)學科，越來越多的人們開始重視編程知識的考核，也越來越廣泛地關(guān)注編程教育。但是，如何使編程教育在中小學中具體實施和順利推廣，還需要教育部門、學校、科研機構(gòu)、企業(yè)等社會各方力量的共同研究和努力，發(fā)展適合本國、本地區(qū)特色的編程教育模式，培養(yǎng)當代學生創(chuàng)新創(chuàng)造的能力，這樣才能使編程教育真正發(fā)揮出巨大的教育價值。

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（編輯：李曉萍）