任思國 龔超 王冀 袁中果
摘? ?要:隨著信息和數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展,計算思維和創(chuàng)新思維逐漸成為個體適應(yīng)未來社會的必備素養(yǎng)。而編程教育作為培養(yǎng)個體計算思維和創(chuàng)新思維的重要途徑之一,也成為當前各國基礎(chǔ)教育體系的重要組成部分。2016年,日本政府提出自2020年開始實施日本小學編程教育必修化。經(jīng)過幾年的發(fā)展,日本小學編程教育工作涌現(xiàn)出很多新理念、新思路、新做法。文章通過對日本小學編程教育的相關(guān)資料進行梳理分析,總結(jié)了日本小學編程教育必修化的背景及主要措施,分析了日本小學編程教育必修化的特點及難點,以期對我國小學編程教育工作的開展提供有益啟示。
關(guān)鍵詞:日本;小學;編程教育;必修化;計算思維;人工智能
中圖分類號:G51? ? ? ? ?文獻標志碼:A? ? ? ? ?DOI:10.3969/j.issn.1672-1128.2023.05.004
一、引言
2017年7月,中國國務(wù)院發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》(以下簡稱《規(guī)劃》),明確指出:實施全民智能教育項目,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,鼓勵社會力量參與寓教于樂的編程教學軟件、游戲的開發(fā)和推廣[1]。在人工智能教育上升到國家戰(zhàn)略的同時,中小學編程也在如火如荼地進行。
自《規(guī)劃》頒布實施以來,中國教育部先后出臺了一系列促進中小學編程教育的政策文件,如《中小學綜合實踐活動課程指導綱要》[2]《教育信息化2.0行動計劃》[3]《2019年教育信息化和網(wǎng)絡(luò)安全工作要點》[4]《關(guān)于引導規(guī)范教育移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用有序健康發(fā)展的意見》[5]《教育部關(guān)于加強和改進中小學實驗教學的意見》[6]《教育部關(guān)于加強和改進新時代基礎(chǔ)教育教研工作的意見》[7]《教育部等五部門關(guān)于大力加強中小學線上教育教學資源建設(shè)與應(yīng)用的意見》[8]等。
在小學編程教育研究層面,眾多研究者從理論和實踐方面進行了不同的探討。例如,李玉閣等認為,中國編程教育尚處于起步階段,編程教育多以企業(yè)研發(fā)產(chǎn)品以及機構(gòu)培訓的方式存在,在中小學相應(yīng)的教學模式、理論基礎(chǔ)、資源建設(shè)等方面尚未完善[9]。魏曉風等分析了國外中小學編程教育發(fā)展的特點與經(jīng)驗,并針對中國中小學編程教育的現(xiàn)狀與問題探討了中小學開展編程教育的路徑,為推動中國中小學編程教育有序發(fā)展提供了借鑒[10]。洪竟雄等利用實踐經(jīng)驗系統(tǒng)探討了中小學編程課程體系建設(shè)策略,認為加強區(qū)域內(nèi)編程課程體系建設(shè)勢在必行[11]。杜曉敏等針對中小學編程的課程設(shè)置、課程內(nèi)容、課程實施、課程資源、課程評價和師資培養(yǎng)等關(guān)鍵內(nèi)容進行了研究,提出了一些針對性的建設(shè)方案[12]。顧婧萱認為中小學計算機編程語言教學中還存在諸多問題,并提出了一些相關(guān)建議[13]。張潔等認為中國在編程教育方面落后于其他國家,缺乏實踐經(jīng)驗,在梳理中國中小學程序設(shè)計教育現(xiàn)狀后對其發(fā)展路徑以及策略等進行了深入的研究和探討[14]??到ǔ到y(tǒng)研究了芬蘭中小學編程教育,包括計算思維培養(yǎng)、課程設(shè)置、教師培訓等,為中國中小學編程提供了啟示[15]。劉敏等通過研究發(fā)現(xiàn)結(jié)對編程是中小學編程教育的首選教學組織形式,有助于推動結(jié)對編程在中小學編程教育的實踐應(yīng)用與推廣[16]。從這些文獻研究的整體來看,中國中小學編程教育仍然處于起步階段,從頂層設(shè)計、課程體系、師資水平等方面存在一定的問題。
在中國積極開展小學編程教育的同時,日本也在該領(lǐng)域進行了積極探索。自2016年日本科學文部省提出2020年正式在全國實施小學編程教育必修化政策以來,日本各界均為小學編程必修化做出了諸多探討與努力,并在小學編程教育方面積累了不少經(jīng)驗。本文通過對日本小學編程教育必修化的相關(guān)內(nèi)容以及《小學學習指導要領(lǐng)》[17]、各版本《小學編程教育指南》[18-20]等進行系統(tǒng)梳理,以期為中國小學編程教育事業(yè)的發(fā)展提供參考與借鑒。
二、日本小學編程教育必修化的背景
日本文部科學省提出2020年小學要全面實施編程教育必修化[21],并在頂層設(shè)計方面,分別頒布了《小學學習指導要領(lǐng)》《小學編程教育指南(第一版)》《小學編程教育指南(第二版)》和《小學編程教育指南(第三版)》等文件,小學編程教育一時間成為日本全民關(guān)注的焦點。日本文部科學省之所以提出小學編程必修化,筆者認為有時代發(fā)展、國家競爭以及經(jīng)驗借鑒等幾個主要因素。
(一)時代發(fā)展
隨著大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等信息技術(shù)的發(fā)展,世界迎來了第四次工業(yè)革命。在《日本再興戰(zhàn)略2016》中,物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和機器人等技術(shù)革新所帶來的“第四次工業(yè)革命”的實現(xiàn)被日本視為增長戰(zhàn)略的一大支柱[22]。日本政府提出了社會5.0(Society5.0)的概念,即通過第四次工業(yè)革命實現(xiàn)的超智慧社會體系。為了實現(xiàn)社會5.0,人工智能技術(shù)作為最重要的手段之一必不可少,而編程作為人工智能的基礎(chǔ)則顯得尤為必要。
(二)國家競爭
世界很多國家已經(jīng)將發(fā)展人工智能上升到國家戰(zhàn)略層面,人工智能在未來國家之間的競爭中必將發(fā)揮重要作用。日本的現(xiàn)實問題是人工智能人才相對于需求嚴重不足。據(jù)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省調(diào)研報告稱[23],日本人工智能市場于2020年、2025年和2030年的人才缺口分別為4.4萬人、8.8萬人和12.4萬人。從企業(yè)內(nèi)人工智能人才的實際情況來看,即使是IT企業(yè),也有85%的日本企業(yè)回答“沒有確保人工智能人才”。報告中指出,2030年預(yù)計日本IT人才缺口將達到78.9萬人。而作為人工智能技術(shù)基礎(chǔ)的編程教育是實現(xiàn)人工智能人才戰(zhàn)略的重要保障。
(三)經(jīng)驗借鑒
日本曾在小學進行過編程教育,然而由于缺乏頂層設(shè)計,導致教學內(nèi)容參差不齊,校內(nèi)學時難以保障,因此教育效果并不顯著。一些學者認為,日本雖然是發(fā)達國家,但編程教育的實施卻比其他國家落后[24]。一些國家很早就在小學實施了編程教育必修化,在文部科學省制定相關(guān)政策的數(shù)年前,就開始對各國實施編程教育的相關(guān)工作展開了調(diào)研,表1給出了不同國家小學編程教育必修化的開始年份。
三、日本小學編程教育必修化的具體舉措
(一)定位清晰明確,重視素質(zhì)能力提升
1.目標明確,界定清晰
2018年3月,日本文部科學省發(fā)布《小學編程教育指南(第一版)》;同年11月,《小學編程教育指南(第二版)》發(fā)布;2020年2月,《小學編程教育指南(第三版)》發(fā)布??偟膩砜矗齻€版本中并無實質(zhì)內(nèi)容的刪減,但相較于第一版,第二版中細化明確了編程教育的教學目標,并增補了實際教學案例輔以說明;第三版進一步添加了校企合作授課的案例,同時也增加了信息化授課環(huán)境要求和教師培訓的相關(guān)內(nèi)容。因此,本文主要以《小學編程教育指南(第三版)》(以下簡稱《教育指南》)為分析對象。
《教育指南》對小學編程教育的目標進行了論述,主要體現(xiàn)在以下三個方面:一是培養(yǎng)計算思維;二是意識到編程的功用,理解信息技術(shù)是建設(shè)信息社會的基石,培養(yǎng)利用計算機建設(shè)更好的社會生活態(tài)度;三是通過在各學科教學中加入編程教育,加深對每個學科內(nèi)容的理解??梢钥闯?,日本文部科學省在編程教育上,更加注重的是思維的鍛煉,生活態(tài)度的培養(yǎng)以及編程與各學科的交叉融合,并未強調(diào)編程技能的提升。
從日本文部科學省短時間內(nèi)相繼出臺三版《小學編程教育指南》可以看出,日本的小學編程教育正在不斷更新完善。
2.計算思維培養(yǎng)的重要性
周以真教授最早提出并倡導“計算思維”的概念。所謂“計算思維”,是運用計算機科學的基礎(chǔ)概念進行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動,代表了一種普遍適用的態(tài)度和技能,不僅僅是計算機科學家,每個人都應(yīng)該學習和利用[26]?!督逃改稀分赋觯幊淌请S著時間推移普遍需要的一種能力,無論將來從事什么專業(yè),計算思維都十分重要,并將計算思維的培養(yǎng)放到了首位,提倡讓兒童在編程和使用計算機時體驗到樂趣和成就感,提升程序能夠解決問題的意識,激發(fā)好奇心,從而充分發(fā)展計算思維,這也是各學科學習的基礎(chǔ)。計算思維是對事物進行邏輯思維的一種有效補充,鼓勵學生通過試錯的方式提升解決問題的能力(見圖1)。在編程過程中,學生還要充分結(jié)合身邊的問題,熱心參加各種活動,進一步強化更多利用編程完成任務(wù)的意識以及建立美好社會的態(tài)度,并利用編程鞏固各個學科的內(nèi)容,豐富學習方式。
3.利用編程教育提升學生素質(zhì)能力
日本小學編程教育的目的不僅在于提升學生的計算思維能力,還主張將能力的培養(yǎng)與社會生活問題相結(jié)合,從而深化學生對編程教育目的的認知?!督逃改稀诽岢隽藢W生的三大素質(zhì),即:知識和技能;思考力、判斷力、表達能力;好學之心和人生觀。其中,知識和技能在小學階段體現(xiàn)為培養(yǎng)學生在日常生活中利用編程分析解決問題的意識與思維,而非專門的程序設(shè)計;思考力、判斷力和表達能力是計算思維的一種體現(xiàn)方式,是一邊思考、一邊試錯、一邊修正從而解決問題的能力,是一個不斷迭代試錯的過程;好學之心和人生觀更多地是指培養(yǎng)學生主動利用編程改善生活,構(gòu)筑美好社會的素質(zhì),涉及道德倫理、拼搏精神、協(xié)作能力、版權(quán)意識、信息安全意識,等等。
(二)未給編程獨立設(shè)科,打造天然“編程+X”課程
1.未設(shè)置獨立編程科目
文部科學省并未將編程設(shè)置為一個獨立的科目,而是在現(xiàn)有的課程中加入編程元素,日本小學課程科目如表2所示[17]。這種融入各學科的編程教育與單獨設(shè)置編程課的做法各有利弊,單就編程與各學科緊密結(jié)合這一做法來說,它能夠讓學生們更好地了解編程所帶來的實際用處,能夠進一步擴展計算思維的培養(yǎng)。
盡管日本小學編程沒有設(shè)置單獨的科目,然而為了保證編程教育能夠有效的實施,《教育指南》也指出了在不增加小學生的負擔下,學??梢宰灾鳑Q定是否教授一些編程基礎(chǔ)內(nèi)容。
2.編程與課程融合的類型
《教育指南》中指出,編程教育與課程融合存在多種類型,可以分為以下幾類:一是《小學學習指導要領(lǐng)》中要求實施的內(nèi)容及示例;二是盡管并未在《小學學習指導要領(lǐng)》中給出示例,但給出了具體要求的內(nèi)容;三是在教育課程體系內(nèi),但不屬于各學科教學的內(nèi)容;四是如學習興趣小組等以部分學生為教學對象的教育課程體系內(nèi)的教學活動;五是將學校作為活動場地,但是屬于教育課程體系之外的課程;六是學校之外的編程學習機會。
《教育指南》同時給出了上述六種類型編程教育與課程融合的一些指導說明,這里分別用A~F類進行指代。A類與B類均給予了詳細的說明,比如在學習算數(shù)時,要讓學生意識到編程和數(shù)學思維在畫圖中的關(guān)系和優(yōu)勢,在理科課程的學習中,讓學生們用編程的思維方式意識到諸如電氣產(chǎn)品的使用程序。C類則是為了更好地培養(yǎng)學生的計算思維以及對編程的認識而設(shè)計的,并期望各學校進行具有趣味性、成就感以及兼?zhèn)鋭?chuàng)造性的案例開發(fā),但不要加重學生們的負擔;D類是指參加俱樂部的這類特定學生需要參與的編程活動;E類和F類則是針對校外的各方提出的小學生編程課程及活動等相關(guān)內(nèi)容。
《教育指南》認為,在小學的編程教育中,應(yīng)該根據(jù)各個地區(qū)的實際情況和特點進行,并積極探討各地教學單位之間的協(xié)作。考慮到不同地域的特性,將編程教育與學生學習生活所在地的自然資源、文化風俗等結(jié)合,既能學習編程又能加深對地區(qū)的了解,是一個非常值得深入研究的課題。由此可見,日本的小學編程教育,從一開始就是“編程+X”。
四、日本小學編程教育的特點
一是定位清晰,明確小學編程教育內(nèi)容。在小學教授編程,首先面對的是知識與技能,是利用編程培養(yǎng)解決問題的意識與思維,而不是單純的程序設(shè)計;其次,利用編程提升學生的思考力、判斷力以及表達能力;最后,利用編程強化學生的道德倫理、法律法規(guī)、信息安全意識、拼搏精神、協(xié)作能力等,保持好學之心與樹立正確人生觀。
二是交叉融合,利用編程賦能各類學科。日本小學將編程教育融入各門學科,既在學習編程的同時培養(yǎng)了計算思維,又加深了對其他各學科的理解。此外,日本還規(guī)定小學編程需要與實際生活和社會發(fā)展相結(jié)合,以此培養(yǎng)學生觀察生活的習慣,強化理論學習與實際應(yīng)用相結(jié)合的思維模式。
三是思維提升,激發(fā)好奇解決實際問題。日本小學編程教育十分重視計算思維的培養(yǎng),將計算思維視為一種無論選擇何種課程或從事哪種專業(yè)都應(yīng)具備的一種能力。在小學編程教育上更多的是讓學生進行體驗、思考與創(chuàng)造,而并非進行專業(yè)知識和技能的訓練。
四是全面培養(yǎng),編程與人文倫理同步跟進。日本小學編程教育中除了計算思維培養(yǎng)、知識傳授以外,還將道德教育、社會調(diào)研等與編程教育緊密結(jié)合,這些做法值得借鑒。編程教育涉及信息的收集、整理、分析以及匯總和表達等幾個主要環(huán)節(jié),因此需要同步培養(yǎng)學生對信息的敏銳性、真實性以及對外發(fā)布信息的積極性,提升學生的信息社會責任意識。
五是重視保障,師資設(shè)備均有系統(tǒng)規(guī)劃。日本小學編程教育必修化對師資水平以及設(shè)備環(huán)境等均提出了不小的挑戰(zhàn),為此日本政府相關(guān)部門高度重視,多次組織研討并制定規(guī)劃,通過分階段實施,逐步提升師資水平與改善設(shè)備環(huán)境。
六是共建生態(tài),積極引入社會各界力量。小學編程教育離不開社會各方力量的參與,日本政府最初就將學校與外部合作的思路及對策寫入官方文件,通過與大學、團體、非營利組織、企業(yè)等機構(gòu)的合作,不但給小學編程課堂的學生帶去更多生動的實際案例,同時也對教師水平的提升給予了很大幫助。文部科學省、總務(wù)省、經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省以體驗性編程活動、普及和推進學校的編程教育為目標,與學校相關(guān)人員、教育相關(guān)人員、IT相關(guān)企業(yè)、產(chǎn)業(yè)界聯(lián)合,多方合作設(shè)立了“未來的學習聯(lián)盟”。
五、日本小學編程必修化實施的難點與發(fā)展
(一)重視小學師資培養(yǎng)
日本政府認為,小學編程教育必修化面臨的一個非常棘手的問題就是師資不足。具體表現(xiàn)在,小學各科教師無法及時參與編程教育相關(guān)進修,此外,難以確保教師的編程教學水平滿足教學要求。為了解決這一問題,“大篷車式”的教育模式受到青睞,即外校講師每日進駐一校,每個學校每天保證有兩名講師。通過上述形式積累經(jīng)驗,旨在于2030年前后從“大篷車式”教育模式過渡到專職教師教學模式。
(二)加大設(shè)備投入力度
編程教育必修化對設(shè)備和環(huán)境提出了嚴格要求,比如:在普通教室很難完成編程教育;需要滿足每名學生均有設(shè)備;需要建設(shè)并確保校內(nèi)流暢的網(wǎng)絡(luò)通訊環(huán)境。根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù),截止2016年3月1日,日本全國平均每6.2個在校兒童共用一臺計算機,校內(nèi)網(wǎng)和無線網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)率分別為87.7%與26.1%,購置電子黑板的學校僅為21.9%[27]。為了《教育指南》的順利實施,文部科學省制定了“教育ICT化環(huán)境改善五年計劃(2018—2022財年)”,并為此制定措施,每年籌措1805億日元的地方財政用于此項計劃。截至2021年末,已有98.5%的自治體完成了“1人1設(shè)備”的環(huán)境搭建目標,剩余1.5%的自治體也計劃于2022年4月以后逐步完成目標[28]。
教育過程中的成本問題是一個重要的考慮因素。為了能夠讓編程教育必修化順利實施,日本政府頒布并實施如“自帶設(shè)備辦公”(Bring Your Own Device,BYOD)等相關(guān)政策,并積極組織開展不使用電腦與平板電腦等插電設(shè)備的教材編寫交流研討活動。如何有效降低成本已經(jīng)成為日本小學編程教育必修化的一個重要課題。
(三)多方力量共筑生態(tài)
日本中小學編程教育必修化的一個現(xiàn)狀是,進行編程教育的教師大多沒有接受過正規(guī)的編程訓練,在課程教案制作以及教學等方面處于摸索狀態(tài)。為了解決這一問題,無論是政府還是學界,均認為小學編程教育必修化需要來自企業(yè)和機構(gòu)等多方力量的援助。
外部多方力量的參與已經(jīng)成為學校編程教育課程管理的內(nèi)容之一。首先,有經(jīng)驗的校外人士可以按照教學目標要求作為校外講師來給學生們授課;其次,有實力的企業(yè)可利用公益活動捐贈教學設(shè)備助力教學;再次,以特定的形式進行師資培訓,并通過將老師與技術(shù)支持人員建立聯(lián)系等多種方式,提升教師們的編程教學水平。此外,招募志愿者也是小學編程教育的一個重要舉措。最后,利用跨地區(qū)的產(chǎn)業(yè)、企業(yè)、人才等資源合作也可以推動小學編程教育必須化的進程。
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