李鋒 袁雨欣 顧小清

摘要：在教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的背景下，智能時(shí)代的編程教育被賦予培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、服務(wù)于創(chuàng)新型國(guó)家和科技強(qiáng)國(guó)建設(shè)的重要使命。然而，受技術(shù)工具論的影響，當(dāng)前學(xué)界還普遍存在將編程教育等同于程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言學(xué)習(xí)、簡(jiǎn)化為程序的模仿練習(xí)，甚至將其異化為編程測(cè)試題訓(xùn)練等認(rèn)識(shí)誤區(qū)。事實(shí)上，伴隨計(jì)算機(jī)和人工智能技術(shù)的快速革新與普及，編程教育在教育理念、目標(biāo)界定、內(nèi)容選擇、方法設(shè)計(jì)上不斷成熟和完善，并形成了以知識(shí)與技能為主體內(nèi)容的“學(xué)編程”、以解決問(wèn)題為關(guān)鍵技能的“用編程學(xué)”、以編程創(chuàng)新為核心素養(yǎng)的“用編程創(chuàng)新”的教育模式演進(jìn)路徑。智能時(shí)代的編程教育應(yīng)突破傳統(tǒng)編程教育在內(nèi)容、模式和方法上的局限，基于編程項(xiàng)目活動(dòng)來(lái)貫通編程探究全過(guò)程，優(yōu)化編程創(chuàng)新成果，并建構(gòu)螺旋上升的創(chuàng)新路徑。同時(shí)，還需按照教育實(shí)踐需要從單元項(xiàng)目活動(dòng)整體性、跨學(xué)科任務(wù)綜合性、智能編程環(huán)境易用性等方面提供全方位的策略支持，以更好地為學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供堅(jiān)實(shí)保障。

關(guān)鍵詞：智能時(shí)代；編程教育；創(chuàng)新能力培養(yǎng)；編程教學(xué)模式；信息科技

中圖分類號(hào)：G434 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號(hào)：1009-5195（2023）06-0011-08 ?doi10.3969/j.issn.1009-5195.2023.06.002

基金項(xiàng)目：國(guó)家社會(huì)科學(xué)基金2021年度教育學(xué)一般課題“線上線下融合的信息技術(shù)教材新形態(tài)及創(chuàng)新應(yīng)用研究”（BCA210081）。

作者簡(jiǎn)介：李鋒，博士，教授，博士生導(dǎo)師，華東師范大學(xué)教育信息技術(shù)學(xué)系（上海 200062）；袁雨欣，碩士研究生，華東師范大學(xué)教育信息技術(shù)學(xué)系（上海 200062）；顧小清（通訊作者），博士，教授，博士生導(dǎo)師，華東師范大學(xué)教育信息技術(shù)學(xué)系主任，上海高?！傲⒌聵?shù)人”信息科技教育教學(xué)基地主任（上海 200062）。

在智能時(shí)代，以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為特征的技術(shù)革新催生出了社會(huì)發(fā)展的新賽道、新模式和新樣態(tài)，為新一輪社會(huì)經(jīng)濟(jì)繁榮奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。大數(shù)據(jù)、大模型支持下的生成式人工智能進(jìn)一步推動(dòng)技術(shù)工具向更加智能化的水平飛躍，開(kāi)啟了人機(jī)協(xié)同的新路徑。在教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的大背景下，引導(dǎo)學(xué)生正確理解人與數(shù)字環(huán)境的關(guān)系，學(xué)會(huì)數(shù)字化生存技能，發(fā)展應(yīng)用智能設(shè)備進(jìn)行協(xié)同創(chuàng)新的能力就成為學(xué)校開(kāi)展編程教育的新任務(wù)。

一、編程教育的三大認(rèn)識(shí)誤區(qū)

編程作為學(xué)校教育的一項(xiàng)重要內(nèi)容，其教育目的是要幫助兒童合理應(yīng)用身邊各種由程序驅(qū)動(dòng)的數(shù)字設(shè)備，掌握以編程解決問(wèn)題的過(guò)程與方法，用符合智能時(shí)代的思維方式去思考、理解和解決日常學(xué)習(xí)與生活中的問(wèn)題，提高數(shù)字素養(yǎng)與技能（Nouri et al.，2020）。為加快建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家和世界科技強(qiáng)國(guó)，2017年國(guó)務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》強(qiáng)調(diào)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（中華人民共和國(guó)中央人民政府，2017）。2022年《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》進(jìn)一步要求學(xué)生能針對(duì)簡(jiǎn)單問(wèn)題，嘗試設(shè)計(jì)求解算法，并通過(guò)程序進(jìn)行驗(yàn)證，引導(dǎo)學(xué)生在經(jīng)歷編程解決問(wèn)題的過(guò)程中發(fā)展計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新等能力（中華人民共和國(guó)教育部，2022）。但是，受技術(shù)工具論的影響，編程教育還存在著等同于程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言學(xué)習(xí)、簡(jiǎn)化為程序模仿練習(xí)，甚至異化為編程測(cè)試題訓(xùn)練等認(rèn)識(shí)誤區(qū)。

1.將編程教育等同于程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言學(xué)習(xí)

素養(yǎng)導(dǎo)向的編程教育不再局限于編程知識(shí)與技能學(xué)習(xí)，更強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法去解決問(wèn)題的能力，即通過(guò)抽象、分解、建模、算法設(shè)計(jì)等思維活動(dòng)形成解決問(wèn)題方案，以程序驗(yàn)證問(wèn)題解決方案，并能將此能力遷移運(yùn)用于解決其他問(wèn)題之中。編程教育成為培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維、問(wèn)題解決能力、創(chuàng)造力等的重要途徑（張進(jìn)寶，2019）。例如，“智能澆花系統(tǒng)”活動(dòng)中，學(xué)生為完成依據(jù)土壤濕度閾值實(shí)現(xiàn)自動(dòng)澆花的模塊功能，需進(jìn)行“描述自動(dòng)澆水模塊需解決的問(wèn)題，設(shè)計(jì)問(wèn)題解決方案，通過(guò)編寫(xiě)程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)澆水方案，運(yùn)行程序驗(yàn)證效果并進(jìn)行優(yōu)化迭代”。在此過(guò)程中，學(xué)生不只是學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中的變量、運(yùn)算符、表達(dá)式、循環(huán)語(yǔ)句等內(nèi)容，還要將此應(yīng)用于解決實(shí)際問(wèn)題之中。然而，在教學(xué)實(shí)踐中，為提高教學(xué)效率，一些編程教學(xué)活動(dòng)脫離解決問(wèn)題的真實(shí)情境，只是圍繞某一程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的知識(shí)技能開(kāi)展教學(xué)，過(guò)于關(guān)注該語(yǔ)言的數(shù)據(jù)類型、常量與變量、運(yùn)算符、表達(dá)式、語(yǔ)句結(jié)構(gòu)等內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)單純地向?qū)W生傳授程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言知識(shí)。事實(shí)上，如果忽視引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷問(wèn)題描述、算法設(shè)計(jì)、編程驗(yàn)證、優(yōu)化迭代等編程問(wèn)題解決全過(guò)程的學(xué)習(xí)，將程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言知識(shí)技能的學(xué)習(xí)與應(yīng)用編程解決問(wèn)題的過(guò)程隔裂開(kāi)來(lái)，不僅不能讓學(xué)生感受到編程學(xué)習(xí)的樂(lè)趣，反而會(huì)因記憶過(guò)多的枯燥語(yǔ)法和難以理解的語(yǔ)句符號(hào)而降低學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，進(jìn)而使學(xué)生對(duì)編程學(xué)習(xí)產(chǎn)生“畏懼感”（Rogerson et al.，2010）。

2.將編程教育簡(jiǎn)化為程序的模仿練習(xí)

編程解決問(wèn)題的過(guò)程是一項(xiàng)不斷“試誤”和逐步完善的過(guò)程。在此過(guò)程中，學(xué)生需要針對(duì)要解決的問(wèn)題對(duì)編程方案和作品進(jìn)行持續(xù)迭代與優(yōu)化，直至滿足任務(wù)需求。因此，編程教育要求創(chuàng)新教學(xué)方式，在真實(shí)問(wèn)題情境中，引導(dǎo)學(xué)生參與編程探究活動(dòng)，經(jīng)歷描述問(wèn)題、完成任務(wù)、建構(gòu)知識(shí)和運(yùn)用知識(shí)的過(guò)程，逐步領(lǐng)悟編程解決問(wèn)題的過(guò)程與方法（孫立會(huì)，2023）。然而，教學(xué)實(shí)踐中為讓學(xué)生能快速完成編程任務(wù)，較多采用的是“教師講一步，學(xué)生做一步”的模仿訓(xùn)練方式。例如，在 “設(shè)計(jì)導(dǎo)游機(jī)器人游覽路線”教學(xué)活動(dòng)中，為了讓學(xué)生都能完成機(jī)器人導(dǎo)航設(shè)計(jì)任務(wù)，教師在展示給學(xué)生需要完成的任務(wù)后，會(huì)分步演示導(dǎo)航機(jī)器人需要行走的步數(shù)、方向和應(yīng)用積木流程實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航方案的過(guò)程，并讓學(xué)生按照教師設(shè)計(jì)的方案和演示的步驟，分別在自己的設(shè)備上添加相應(yīng)的模塊，經(jīng)過(guò)不斷調(diào)試直到能實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的成功導(dǎo)航。在此活動(dòng)中，教師為激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣創(chuàng)設(shè)了編程活動(dòng)情境，融入所需解決的問(wèn)題，但是在活動(dòng)過(guò)程中只是強(qiáng)調(diào)學(xué)生要進(jìn)行編程模仿與跟隨，而忽視了學(xué)生應(yīng)用編程方法進(jìn)行問(wèn)題分析、方案設(shè)計(jì)、試誤與優(yōu)化探究過(guò)程的體驗(yàn)。盡管通過(guò)模仿每組學(xué)生都能完成相應(yīng)的活動(dòng)任務(wù)，但是由于學(xué)生沒(méi)有自主經(jīng)歷應(yīng)用編程方法分析問(wèn)題、解決問(wèn)題、創(chuàng)作作品的過(guò)程，一旦更換新的問(wèn)題情境，學(xué)生依然較難將編程方法遷移到新問(wèn)題的解決中，由此導(dǎo)致了“為活動(dòng)而活動(dòng)”的編程教育誤區(qū)。

3.將編程教育異化為編程測(cè)試題的訓(xùn)練

學(xué)校教育的本質(zhì)是引導(dǎo)兒童逐步獲得人類積累的文化觀念、方法、工具和資源，并促進(jìn)其實(shí)現(xiàn)從依托個(gè)人經(jīng)驗(yàn)與世界互動(dòng)，到理性自主地認(rèn)識(shí)世界和參與社會(huì)的轉(zhuǎn)變過(guò)程（楊向東，2017）。 評(píng)價(jià)作為編程教育實(shí)施的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，需落實(shí)評(píng)價(jià)促進(jìn)學(xué)習(xí)的理念，提高學(xué)生自我評(píng)價(jià)和自我反思能力，引導(dǎo)學(xué)生合理運(yùn)用評(píng)價(jià)結(jié)果改進(jìn)學(xué)習(xí)。以評(píng)價(jià)促進(jìn)學(xué)生編程問(wèn)題解決能力的提高，旨在引導(dǎo)學(xué)生正確應(yīng)用編程知識(shí)與技能理解程序驅(qū)動(dòng)的數(shù)字化環(huán)境，逐步成長(zhǎng)為有效的技術(shù)使用者、創(chuàng)新的技術(shù)設(shè)計(jì)者和理性的技術(shù)反思者（中華人民共和國(guó)教育部，2020）。但是，隨著學(xué)校課程改革的深化，編程內(nèi)容逐步成為學(xué)?！案呃Α笨荚嚨囊豁?xiàng)內(nèi)容。受“選拔指揮棒”的影響，為讓學(xué)生在選拔考試中獲得好成績(jī)，一些學(xué)校往往將編程教育異化為編程測(cè)試題訓(xùn)練。即針對(duì)編程知識(shí)與技能點(diǎn)編制專項(xiàng)測(cè)試練習(xí)題，采用“題海戰(zhàn)術(shù)”組織學(xué)生高強(qiáng)度練習(xí)，以強(qiáng)化學(xué)生對(duì)編程知識(shí)與技能的熟練掌握程度。事實(shí)上，學(xué)校編程教育如果過(guò)于強(qiáng)調(diào)評(píng)價(jià)的“甄選作用”，而忽視評(píng)價(jià)激勵(lì)與促進(jìn)學(xué)生編程學(xué)習(xí)的功能，則不僅難以有效提高學(xué)生應(yīng)用編程解決問(wèn)題的能力，還會(huì)因?yàn)楦邚?qiáng)度、重復(fù)性試題訓(xùn)練增加學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，進(jìn)而弱化編程教育的育人價(jià)值。

二、編程教育的模式演變與實(shí)踐探索

編程教育隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的革新與普及得以快速發(fā)展，其教育理念、目標(biāo)界定、內(nèi)容選擇、方法設(shè)計(jì)在教育實(shí)踐與探索過(guò)程中得以不斷成熟與完善。自學(xué)校開(kāi)設(shè)計(jì)算機(jī)及相關(guān)課程以來(lái)，編程教育經(jīng)歷了從以知識(shí)技能為主體內(nèi)容到以解決問(wèn)題為關(guān)鍵技能，再到以編程創(chuàng)新為核心素養(yǎng)的發(fā)展脈絡(luò)，逐步形成了面向知識(shí)技能的“學(xué)編程”、面向?qū)嵺`應(yīng)用的“用編程學(xué)”和面向創(chuàng)新能力發(fā)展的“用編程創(chuàng)新”的教育模式。三種教育模式在教育理念、學(xué)習(xí)目標(biāo)、課程內(nèi)容、教學(xué)方法等方面各有特點(diǎn)，其模式演變與發(fā)展歷程如圖1所示。

圖1 編程教育的模式演變與發(fā)展歷程

1.面向知識(shí)與技能的“學(xué)編程”

20世紀(jì)70年代，微型計(jì)算機(jī)的推廣與應(yīng)用促進(jìn)了學(xué)校計(jì)算機(jī)教育的開(kāi)展，許多國(guó)家為占得信息化發(fā)展先機(jī)紛紛在學(xué)校開(kāi)設(shè)計(jì)算機(jī)課程，以提高學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力。但是，受當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)軟硬件條件限制，要有效使用計(jì)算機(jī)就需要掌握能調(diào)控計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言，因此“學(xué)編程”就成了學(xué)校計(jì)算機(jī)教育的主要模式。蘇聯(lián)計(jì)算機(jī)教育專家葉爾肖夫在《程序設(shè)計(jì)——第二文化》一文中指出，“是否具有編排與執(zhí)行自己工作的程序能力是人們能否有效完成各種任務(wù)的關(guān)鍵?，F(xiàn)代人除了傳統(tǒng)的讀寫(xiě)算能力以外，還應(yīng)該具有一種可以與之相比擬的程序設(shè)計(jì)技能，這種能力可以幫助人們從小培育一種程序設(shè)計(jì)的意識(shí)與能力”（王吉慶，2001）。受該觀點(diǎn)影響，許多學(xué)校將程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言作為計(jì)算機(jī)教育的主要內(nèi)容。例如，美國(guó)海登出版公司編寫(xiě)的“小學(xué)微型計(jì)算機(jī)”教材就基于BASIC程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言設(shè)計(jì)了“變量、表達(dá)式、函數(shù)、賦值語(yǔ)句、條件語(yǔ)句、循環(huán)語(yǔ)句、輸出語(yǔ)句 ”等編程知識(shí)與技能（Moody，1978）。1984年，我國(guó)教育部發(fā)布的《中學(xué)電子計(jì)算機(jī)選修課教學(xué)綱要（試行）》提出“掌握基本的BASIC語(yǔ)言，并初步具備讀、寫(xiě)程序和上機(jī)調(diào)試的能力”（全國(guó)中學(xué)計(jì)算機(jī)教育研究中心，1991），也屬這種情形?；诔绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言的“學(xué)編程”教育模式要求學(xué)生記住一系列的指令，運(yùn)用這些指令編寫(xiě)代碼語(yǔ)句，形成可執(zhí)行的計(jì)算機(jī)程序，并通過(guò)執(zhí)行程序?qū)崿F(xiàn)人們對(duì)計(jì)算機(jī)的調(diào)控。該模式強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的學(xué)習(xí)，注重編程知識(shí)與技能的系統(tǒng)性，為學(xué)生理解計(jì)算機(jī)運(yùn)行原理、通過(guò)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言管理和應(yīng)用計(jì)算機(jī)創(chuàng)造了學(xué)習(xí)條件。但是受計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的局限，編程學(xué)習(xí)的內(nèi)容與學(xué)生生活及學(xué)習(xí)情境相脫離，學(xué)習(xí)過(guò)程過(guò)于強(qiáng)調(diào)指令記憶與抽象代碼的編寫(xiě)。盡管學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中能夠積累一些編程知識(shí)與技能，但依然難以將相應(yīng)內(nèi)容有效應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題的解決中。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展、應(yīng)用場(chǎng)景日趨多樣，編程教育亟需突破“記指令、寫(xiě)代碼”的困擾，引導(dǎo)學(xué)生在真實(shí)情境中帶著問(wèn)題去學(xué)習(xí)編程，并在活動(dòng)過(guò)程中應(yīng)用編程技能，不斷提高用編程解決問(wèn)題的能力。

2.面向?qū)嵺`應(yīng)用的“用編程學(xué)”

20世紀(jì)80年代，隨著計(jì)算機(jī)在教育中的普及應(yīng)用，學(xué)界對(duì)計(jì)算機(jī)教育有了更深刻的認(rèn)識(shí)，越來(lái)越多的學(xué)者認(rèn)為計(jì)算機(jī)教育不僅要讓學(xué)生學(xué)習(xí)關(guān)于計(jì)算機(jī)的知識(shí)與技能，更要讓學(xué)生學(xué)會(huì)用計(jì)算機(jī)去學(xué)習(xí)，這就推動(dòng)了編程教育從“學(xué)編程”到“用編程學(xué)”的發(fā)展。美國(guó)計(jì)算機(jī)教育專家西蒙·派珀特在《因計(jì)算機(jī)而強(qiáng)大：計(jì)算機(jī)如何改變我們的思考與學(xué)習(xí)》一書(shū)中強(qiáng)調(diào)，“兒童在編程環(huán)境中開(kāi)展其他學(xué)科學(xué)習(xí)，可以鼓勵(lì)他們將頭腦中的想法轉(zhuǎn)化為可視化作品，引導(dǎo)兒童在設(shè)計(jì)、制作、試誤過(guò)程中驗(yàn)證和優(yōu)化自己的想法，借助豐富而又復(fù)雜的‘微型世界’獲取知識(shí)、解決問(wèn)題”（Papert，1993）。受該教育理念影響，很多學(xué)校通過(guò)跨學(xué)科整合方式開(kāi)展編程教育，將編程教育融入數(shù)學(xué)、科學(xué)、語(yǔ)言以及藝術(shù)課程學(xué)習(xí)中。例如，有學(xué)校利用LOGO可視化編程環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生按照幾何圖形特征設(shè)計(jì)繪制圖形的步驟，在LOGO編程環(huán)境中編寫(xiě)程序指令驗(yàn)證步驟的正確性，在試誤與修正的過(guò)程中完成幾何圖形繪制，由此掌握幾何知識(shí)，發(fā)展編程能力。近年來(lái)，隨著可視化編程環(huán)境日趨成熟，越來(lái)越多的學(xué)科也開(kāi)始嘗試使用編程方式來(lái)開(kāi)展學(xué)習(xí)，如通過(guò)在編程環(huán)境中引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)和應(yīng)用“分析與描述學(xué)科問(wèn)題—抽象和設(shè)計(jì)解決具體問(wèn)題方案—編程驗(yàn)證方案和實(shí)現(xiàn)解決學(xué)科問(wèn)題—對(duì)方案優(yōu)化迭代”的“編程＋”跨學(xué)科學(xué)習(xí)方式，促進(jìn)學(xué)生運(yùn)用編程方法學(xué)習(xí)不同學(xué)科內(nèi)容，掌握編程的基本知識(shí)與技能，提高用編程解決問(wèn)題的能力。當(dāng)然，隨著越來(lái)越多的數(shù)字設(shè)備應(yīng)用于學(xué)生的生活與學(xué)習(xí)中，編程教育也不應(yīng)局限于跨學(xué)科學(xué)習(xí)，同樣需要將“編程＋”的方法與學(xué)生更多元的生活及學(xué)習(xí)情境相結(jié)合，引導(dǎo)他們利用編程創(chuàng)造性解決其中的問(wèn)題。

3.面向創(chuàng)新能力發(fā)展的“用編程創(chuàng)新”

近年來(lái)，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)生出全新的數(shù)字化生存環(huán)境，推動(dòng)了社會(huì)各領(lǐng)域的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，也形成了社會(huì)發(fā)展的新賽道、新模式和新樣態(tài)。在全新的數(shù)字化環(huán)境下，編程教育既要幫助學(xué)生理解與適應(yīng)數(shù)字化環(huán)境，也要引導(dǎo)學(xué)生合理利用數(shù)字化環(huán)境創(chuàng)新地解決問(wèn)題，通過(guò)編程教育促進(jìn)學(xué)生從“技術(shù)工具消費(fèi)者”向“技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新者”發(fā)展。2022年我國(guó)發(fā)布的《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》將數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新作為學(xué)生發(fā)展的一項(xiàng)核心素養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生要“在日常學(xué)習(xí)與生活中，具有創(chuàng)新創(chuàng)造活力，能積極主動(dòng)運(yùn)用信息科技高效解決問(wèn)題，并進(jìn)行創(chuàng)新活動(dòng)”（中華人民共和國(guó)教育部，2022）。哈佛教育研究團(tuán)隊(duì)依托圖形化編程開(kāi)發(fā)的“創(chuàng)意計(jì)算”（Creative Computing Curriculum）課程，以編程主題活動(dòng)為載體支持學(xué)生針對(duì)開(kāi)放性主題從問(wèn)題分析、方案設(shè)計(jì)、編程創(chuàng)新、優(yōu)化完善等環(huán)節(jié)促進(jìn)學(xué)生探索、合作與反思，以提高學(xué)生創(chuàng)新的興趣和創(chuàng)造力（The Harvard Graduate School of Education，2011）?！坝镁幊虅?chuàng)新”的教育模式通過(guò)加強(qiáng)編程知識(shí)與社會(huì)實(shí)踐之間的聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生在認(rèn)識(shí)世界、發(fā)現(xiàn)和分析真實(shí)問(wèn)題過(guò)程中，創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)與驗(yàn)證解決問(wèn)題的方案，提高用編程創(chuàng)造性解決問(wèn)題的能力。當(dāng)然，在用編程培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的教學(xué)實(shí)施中，如何將學(xué)生的“學(xué)編程”與“用編程創(chuàng)新”合理結(jié)合起來(lái)，怎樣實(shí)現(xiàn)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言知識(shí)與開(kāi)放性問(wèn)題設(shè)計(jì)的內(nèi)在統(tǒng)一，還需在編程教育實(shí)踐中進(jìn)行持續(xù)研究與探索。

三、指向創(chuàng)新能力培養(yǎng)的編程教育實(shí)踐模型 建構(gòu)

生存于智能時(shí)代，學(xué)生不僅要適應(yīng)程序驅(qū)動(dòng)的智能環(huán)境，也應(yīng)具備選用智能設(shè)備創(chuàng)造性地解決問(wèn)題的能力。為促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力的發(fā)展，一些教育學(xué)者或研究機(jī)構(gòu)依托形式多樣的編程環(huán)境開(kāi)展了一系列的編程教育實(shí)踐研究。例如，樂(lè)高教育機(jī)構(gòu)依托積木教具與模塊編程環(huán)境設(shè)計(jì)了5E教育實(shí)踐模型，針對(duì)具體情境任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷“參與（Engage）、探究（Explore）、解釋（Explain）、拓展（Elaborate）、評(píng)估（Evaluate）”的活動(dòng)過(guò)程，進(jìn)而完成作品設(shè)計(jì)、搭建和編程實(shí)現(xiàn)，以此來(lái)提高學(xué)生的編程創(chuàng)新能力（LEGO Education，2020）。國(guó)內(nèi)學(xué)者孫立會(huì)依據(jù)“建造主義”理論和“活動(dòng)理論”框架構(gòu)建了“非計(jì)算機(jī)化”兒童編程教育模型，通過(guò)“計(jì)算概念選定—游戲情境創(chuàng)設(shè)—故事引領(lǐng)切入—項(xiàng)目協(xié)作構(gòu)建—同伴分享交流—思維評(píng)價(jià)遷移”等環(huán)節(jié)引導(dǎo)學(xué)生分析問(wèn)題、設(shè)計(jì)指令和創(chuàng)新成果，實(shí)踐表明該模型能有效促進(jìn)學(xué)生的計(jì)算思維發(fā)展（孫立會(huì)，2023）。庫(kù)塞特等學(xué)者在綜述前人編程教育研究成果基礎(chǔ)上提出了“問(wèn)題理解—方案策劃—策略比較—設(shè)計(jì)算法—編程驗(yàn)證—運(yùn)行調(diào)試—迭代和優(yōu)化算法”的編程教育模型（Erümit et al.，2019）。該模型既強(qiáng)調(diào)學(xué)生要經(jīng)歷編程問(wèn)題解決的全過(guò)程，也突出了編程創(chuàng)新的開(kāi)放性，還強(qiáng)調(diào)了創(chuàng)新成果的不斷迭代與優(yōu)化。綜合國(guó)內(nèi)外的研究成果可發(fā)現(xiàn)，智能時(shí)代的編程教育突破了傳統(tǒng)“學(xué)編程、寫(xiě)代碼”的教育模式與實(shí)踐方法，強(qiáng)調(diào)通過(guò)項(xiàng)目活動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生針對(duì)開(kāi)放性問(wèn)題，創(chuàng)新設(shè)計(jì)解決問(wèn)題的方案，并以編程方式實(shí)踐方案，初步形成創(chuàng)新成果，沿著開(kāi)放、螺旋上升的路徑對(duì)創(chuàng)新成果進(jìn)行迭代和優(yōu)化，以此促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力的發(fā)展。具體闡述如下：

1.創(chuàng)設(shè)基于項(xiàng)目的編程活動(dòng)

編程項(xiàng)目活動(dòng)是依據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)組織起來(lái)的編程實(shí)踐與創(chuàng)新應(yīng)用。在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，學(xué)生首先要判斷與項(xiàng)目密切相關(guān)的真實(shí)問(wèn)題或任務(wù)，通過(guò)編程解決問(wèn)題或完成任務(wù)，以實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的意義建構(gòu)與作品創(chuàng)新。在此過(guò)程中，學(xué)生不僅能學(xué)習(xí)編程知識(shí)與技能，更能應(yīng)用編程方法去創(chuàng)造性地解決問(wèn)題。例如，在“編程分析《紅樓夢(mèng)》前后文風(fēng)變化” （以下簡(jiǎn)稱“編程分析《紅樓夢(mèng)》”）項(xiàng)目中，既可結(jié)合文學(xué)研究理論，通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘與編程方法探索《紅樓夢(mèng)》前后文風(fēng)變化的問(wèn)題，還可綜合文學(xué)研究方法與編程方法創(chuàng)新提出紅樓夢(mèng)研究的新方法。因此，教育實(shí)踐中為更好地提高學(xué)生編程創(chuàng)造能力，項(xiàng)目活動(dòng)設(shè)計(jì)應(yīng)體現(xiàn)情境性、問(wèn)題性和開(kāi)放性的特征。

其一，編程項(xiàng)目的情境性。情境是學(xué)生開(kāi)展項(xiàng)目活動(dòng)的真實(shí)場(chǎng)景，一方面它像“黏合劑”一樣把學(xué)生開(kāi)展項(xiàng)目活動(dòng)所要解決的問(wèn)題、所用到的編程知識(shí)與技能，以及問(wèn)題解決過(guò)程中形成的創(chuàng)新成果融為一個(gè)綜合體，從而為學(xué)生提供真實(shí)任務(wù)探索的創(chuàng)新空間；另一方面它像“催化劑”一樣不斷引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，并激發(fā)其探究動(dòng)力。

其二，編程項(xiàng)目的問(wèn)題性。問(wèn)題是事物初始狀態(tài)與想要達(dá)到的目標(biāo)狀態(tài)之間存在的“障礙”（王小明，2009）。編程項(xiàng)目中的問(wèn)題根植于學(xué)生的生活與學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)中，具有真實(shí)性、復(fù)雜性、綜合性的特征。從認(rèn)知層面看，編程問(wèn)題解決可看作是知識(shí)與技能的理解、應(yīng)用和調(diào)控的認(rèn)知連續(xù)體，學(xué)生在解決問(wèn)題過(guò)程中將抽象的編程知識(shí)與技能還原到具體的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)情境中，在感知、發(fā)現(xiàn)和掌握的認(rèn)知過(guò)程中建構(gòu)出“活化”的編程知識(shí)與技能。從實(shí)踐層面看，編程問(wèn)題解決可反映為界定、分析、設(shè)計(jì)、實(shí)施、反思的行為連續(xù)體，便于學(xué)生在優(yōu)化、迭代和螺旋上升過(guò)程中創(chuàng)造性應(yīng)用編程知識(shí)與技能?？梢?jiàn)，編程項(xiàng)目的問(wèn)題設(shè)計(jì)與組織為學(xué)生編程創(chuàng)新活動(dòng)的開(kāi)展搭建了“橋梁”。

其三，編程項(xiàng)目的開(kāi)放性。編程項(xiàng)目方案的設(shè)計(jì)與執(zhí)行過(guò)程是學(xué)生抽象項(xiàng)目關(guān)鍵特征，按照算法思維分析已知條件、描述問(wèn)題、設(shè)計(jì)問(wèn)題解決步驟，通過(guò)編程驗(yàn)證、調(diào)試和持續(xù)完善項(xiàng)目方案并創(chuàng)新項(xiàng)目作品的過(guò)程。在此過(guò)程中，項(xiàng)目主題應(yīng)具有開(kāi)放性，學(xué)生可依據(jù)主題要求靈活選擇活動(dòng)方向、設(shè)計(jì)實(shí)施過(guò)程、創(chuàng)新項(xiàng)目成果。項(xiàng)目的開(kāi)放性為學(xué)生創(chuàng)新方法與過(guò)程，形成創(chuàng)新成果提供了支持。例如，在“編程分析《紅樓夢(mèng)》”項(xiàng)目活動(dòng)中，既可以選擇文本中對(duì)某人物語(yǔ)言描寫(xiě)的前后變化進(jìn)行文本數(shù)據(jù)分析與編程驗(yàn)證，也可以選擇文本中對(duì)飲食描寫(xiě)的前后變化進(jìn)行文本數(shù)據(jù)分析與編程驗(yàn)證。總之，編程項(xiàng)目的情境性、問(wèn)題性和開(kāi)放性為學(xué)生編程實(shí)踐創(chuàng)設(shè)出了知識(shí)際遇、問(wèn)題支架和探究空間。

2.引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷編程探究全過(guò)程

編程任務(wù)實(shí)施是針對(duì)項(xiàng)目任務(wù)，設(shè)計(jì)問(wèn)題解決方案，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)同的過(guò)程。學(xué)生完成每一項(xiàng)任務(wù)、創(chuàng)作每一個(gè)作品都需經(jīng)歷編程探究的過(guò)程，發(fā)展編程解決問(wèn)題獨(dú)特的方法。其活動(dòng)目標(biāo)不只是要記住或者會(huì)操作程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的語(yǔ)法知識(shí)和語(yǔ)句結(jié)構(gòu)，更重要的是要引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷編程探究的全過(guò)程，在問(wèn)題解決的過(guò)程中創(chuàng)新活動(dòng)作品，提高“編程＋”實(shí)踐能力。編程探究過(guò)程主要包括四個(gè)環(huán)節(jié)：

首先，開(kāi)展需求分析，界定研究問(wèn)題。即針對(duì)項(xiàng)目情境和活動(dòng)任務(wù)開(kāi)展需求分析，界定需要解決的核心問(wèn)題，抽象問(wèn)題的關(guān)鍵因素，列出解決問(wèn)題的已知條件，描述所需解決的問(wèn)題及預(yù)期結(jié)果。

其次，自主/合作探究，創(chuàng)新實(shí)施方案。即引導(dǎo)學(xué)生嘗試?yán)酶鞣N策略尋求解決問(wèn)題的方法，通過(guò)編程方式創(chuàng)新解決問(wèn)題的過(guò)程與步驟，形成解決問(wèn)題的實(shí)施方案。例如，針對(duì)某一個(gè)復(fù)雜問(wèn)題，采用編程過(guò)程中的分解思維方式，將復(fù)雜問(wèn)題分解為若干個(gè)小問(wèn)題，通過(guò)求解小問(wèn)題的最優(yōu)解得到整體問(wèn)題的最優(yōu)解，以此創(chuàng)新這一問(wèn)題的解決方案。為有序、清晰地執(zhí)行解決問(wèn)題的步驟，方案中每一步都應(yīng)明確、清晰、沒(méi)有歧義，并能通過(guò)自然語(yǔ)言或流程圖以順序、分支和循環(huán)控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述。

再次，編程驗(yàn)證方案，形成創(chuàng)新成果。即選擇合適的編程環(huán)境將問(wèn)題解決方案的邏輯和步驟轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行的程序，通過(guò)執(zhí)行程序?qū)崿F(xiàn)問(wèn)題解決，創(chuàng)新編程成果。在此過(guò)程中，學(xué)生既要學(xué)習(xí)編程的知識(shí)與技能，也要應(yīng)用這些知識(shí)技能實(shí)現(xiàn)問(wèn)題的解決。例如，在“編程分析《紅樓夢(mèng)》”文本數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，需要學(xué)習(xí)Python程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中列表數(shù)據(jù)的類型，掌握列表中增加或刪除數(shù)據(jù)項(xiàng)的方法，定義列表存放需要處理的文本數(shù)據(jù)項(xiàng)等。該過(guò)程既是學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言知識(shí)的過(guò)程，也是應(yīng)用編程環(huán)境創(chuàng)新編程作品的過(guò)程。

最后，分享實(shí)施方案，完善創(chuàng)新成果。此過(guò)程需在測(cè)試和運(yùn)行程序后，輸入測(cè)試數(shù)據(jù)和參數(shù)，查看輸出結(jié)果，確定程序是否正確執(zhí)行了問(wèn)題解決方案，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行評(píng)估。還需根據(jù)調(diào)試和測(cè)試結(jié)果，征求同伴和他人的建議對(duì)問(wèn)題解決方案進(jìn)一步優(yōu)化，以及對(duì)創(chuàng)新成果進(jìn)一步完善。學(xué)生在經(jīng)歷項(xiàng)目問(wèn)題描述、問(wèn)題解決方案設(shè)計(jì)、編程方案執(zhí)行、程序調(diào)試與運(yùn)行的全過(guò)程中，既能創(chuàng)造出編程作品，又能提高其編程創(chuàng)新能力。

3.持續(xù)優(yōu)化編程創(chuàng)新成果

編程創(chuàng)新成果是學(xué)生在問(wèn)題分析與方案設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，借助編程環(huán)境完成的作品、應(yīng)用或服務(wù)，其呈現(xiàn)形式是算法、應(yīng)用系統(tǒng)或分析報(bào)告等。為提高創(chuàng)新成果功能的多樣性、穩(wěn)定性與實(shí)用性，在項(xiàng)目活動(dòng)中，學(xué)生還需根據(jù)創(chuàng)新成果的應(yīng)用效果和用戶建議，從功能特征、技術(shù)性能和用戶體驗(yàn)等方面對(duì)其進(jìn)行迭代和優(yōu)化。

其一，功能特征的迭代與優(yōu)化。對(duì)照項(xiàng)目活動(dòng)中的問(wèn)題分析與預(yù)期結(jié)果，檢測(cè)編程成果是否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)要求，對(duì)未能實(shí)現(xiàn)的功能還需再次進(jìn)行方案設(shè)計(jì)與編程實(shí)現(xiàn)，以進(jìn)一步完善項(xiàng)目活動(dòng)成果的功能特征。例如，在“編程分析《紅樓夢(mèng)》”文本數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，起初對(duì)某一人物語(yǔ)言文本數(shù)據(jù)的前后變化進(jìn)行分析并得出結(jié)論。但是預(yù)期結(jié)果要求對(duì)所得結(jié)論進(jìn)行多方互證，這就需要進(jìn)一步優(yōu)化方案，增加更多人物語(yǔ)言文本數(shù)據(jù)分析的互證數(shù)據(jù)，完善編程成果，得出多方互證結(jié)論。

其二，應(yīng)用性能的迭代和優(yōu)化。程序作品是編程創(chuàng)新成果的重要呈現(xiàn)形式，其運(yùn)行效果和響應(yīng)速度是用戶評(píng)價(jià)作品質(zhì)量的重要因素。為提高程序作品質(zhì)量和應(yīng)用效果，編程項(xiàng)目活動(dòng)過(guò)程中，學(xué)生還需進(jìn)一步考察程序作品的運(yùn)行效率，從技術(shù)性能方面對(duì)程序作品進(jìn)行迭代和優(yōu)化?！读x務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》要求學(xué)生能夠“通過(guò)真實(shí)案例，知道算法步驟的執(zhí)行次數(shù)與問(wèn)題的規(guī)模有關(guān)，觀察并體驗(yàn)采用不同算法解決同一問(wèn)題時(shí)在時(shí)間效率上的差別”。因此學(xué)生在完成編程作品后，還需從算法設(shè)計(jì)、空間存儲(chǔ)、語(yǔ)句結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)一步優(yōu)化程序作品，以期在提高學(xué)生編程知識(shí)與技能的同時(shí)，進(jìn)一步完善其創(chuàng)新成果。

其三，用戶體驗(yàn)方面的迭代和優(yōu)化。用戶體驗(yàn)包括人機(jī)交互界面、程序作品使用流暢度、生成報(bào)告或結(jié)果的可用性等方面。當(dāng)編程創(chuàng)新成果初步完成后，可邀請(qǐng)同學(xué)或老師試用編程成果，通過(guò)成果展示、交流和研討等方式聽(tīng)取大家建議，按照用戶體驗(yàn)與建議對(duì)編程創(chuàng)新成果做進(jìn)一步的迭代和優(yōu)化。事實(shí)上，編程創(chuàng)新成果在實(shí)際應(yīng)用中總會(huì)遇到一些前期未能預(yù)料到的問(wèn)題，通過(guò)用戶體驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)新需求，并有針對(duì)性地對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)和完善。

4.建構(gòu)螺旋上升創(chuàng)新路徑

編程創(chuàng)新過(guò)程繼承了“做中學(xué)”的實(shí)踐性特征，融入開(kāi)放、迭代與優(yōu)化的學(xué)習(xí)策略，超越了傳統(tǒng)編程教育的線性執(zhí)行與封閉反饋的實(shí)施方式，逐步形成了螺旋上升解決問(wèn)題的實(shí)施路徑，促進(jìn)了編程創(chuàng)新成果的持續(xù)優(yōu)化和完善。編程創(chuàng)新過(guò)程中螺旋上升實(shí)施路徑主要表現(xiàn)為三個(gè)方面：

其一，問(wèn)題分析不斷深入。問(wèn)題分析是編程創(chuàng)新的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，既需要確定問(wèn)題的已知條件，也要界定和描述問(wèn)題，為問(wèn)題求解步驟的設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備。但是受情景復(fù)雜性與需求多樣性的影響，問(wèn)題分析通常很難一次就精準(zhǔn)、完整地表述出來(lái)，更多是在編程創(chuàng)新過(guò)程中對(duì)問(wèn)題反復(fù)思考與深入認(rèn)識(shí)，對(duì)前期考慮不周全的問(wèn)題進(jìn)行不斷細(xì)化和逐步完善而得到的。例如，我們?cè)谑褂酶黝愜浖r(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)軟件版本總在不斷更新，其功能隨著研發(fā)者對(duì)問(wèn)題認(rèn)識(shí)的深入而不斷完善，由此軟件應(yīng)用的功能性和健壯性也不斷得到提高。

其二，實(shí)施方案持續(xù)完善。編程任務(wù)會(huì)隨著對(duì)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)、功能需求以及技術(shù)效率等要求而發(fā)生改變，實(shí)施方案也會(huì)根據(jù)相應(yīng)的要求進(jìn)行調(diào)整與優(yōu)化。例如，通過(guò)優(yōu)化算法提高方案執(zhí)行效率，針對(duì)個(gè)性化需求加強(qiáng)創(chuàng)新成果的可用性，修復(fù)系統(tǒng)漏洞以去除安全隱患等，實(shí)施方案的持續(xù)改進(jìn)和完善有助于提高編程創(chuàng)新成果的質(zhì)量。

其三，編程結(jié)果逐步優(yōu)化。編程結(jié)果是在不斷試誤與優(yōu)化中完成的，隨著問(wèn)題分析描述得越來(lái)越準(zhǔn)確、實(shí)施方案越來(lái)越完善，編程結(jié)果也得以逐步優(yōu)化。學(xué)生將根據(jù)不斷提出的新需求，創(chuàng)新成果的應(yīng)用功能，提高程序運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。由此可見(jiàn)，要提高學(xué)生的編程創(chuàng)新能力，不僅要為學(xué)生提供探究問(wèn)題的空間，還需為他們提供開(kāi)放的、持續(xù)探究問(wèn)題的路徑，進(jìn)而引導(dǎo)他們循序漸進(jìn)地提高編程創(chuàng)新能力。

四、編程教育培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的實(shí)施策略

指向創(chuàng)新能力的編程教育注重問(wèn)題解決與實(shí)踐活動(dòng)相結(jié)合，通過(guò)項(xiàng)目活動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)創(chuàng)意方案，體驗(yàn)從創(chuàng)意設(shè)計(jì)到成果實(shí)現(xiàn)的全過(guò)程。因此，為加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新活動(dòng)的開(kāi)展，編程教育就需要從活動(dòng)整體性、任務(wù)綜合性以及編程環(huán)境易用性等方面為學(xué)生提供全面的支持。

1.基于單元開(kāi)展編程項(xiàng)目活動(dòng)

教學(xué)中的“單元”是基于一定的學(xué)習(xí)目標(biāo)與主題構(gòu)成的學(xué)習(xí)模塊，它既是課程開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)單位，也是課時(shí)計(jì)劃的前提條件。相對(duì)于以“課時(shí)”為單位的教學(xué)設(shè)計(jì)，基于“單元”的教學(xué)設(shè)計(jì)具有整體性和系統(tǒng)化的特征，能夠克服碎片化、孤立進(jìn)行課時(shí)教學(xué)中“只見(jiàn)樹(shù)木、不見(jiàn)森林”的局限（熊梅等，2018）。而編程項(xiàng)目活動(dòng)的開(kāi)放性能為學(xué)生編程創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供空間、支架和平臺(tái)。

一是提供創(chuàng)新活動(dòng)的空間。學(xué)生在單元主題活動(dòng)中，需要經(jīng)歷從問(wèn)題分析到編程實(shí)現(xiàn)的全過(guò)程，項(xiàng)目活動(dòng)可為學(xué)生方案設(shè)計(jì)、編程實(shí)現(xiàn)，以及根據(jù)執(zhí)行情況進(jìn)行優(yōu)化和完善留下創(chuàng)新活動(dòng)空間，以此促進(jìn)學(xué)生的創(chuàng)新能力發(fā)展。

二是搭建知識(shí)建構(gòu)支架。對(duì)單元活動(dòng)搭建知識(shí)建構(gòu)支架，有助于克服孤立知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)和學(xué)用分離的問(wèn)題，便于學(xué)生把相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，在應(yīng)用過(guò)程中創(chuàng)新編程成果。

三是創(chuàng)設(shè)多條探究路徑。面對(duì)結(jié)構(gòu)不良問(wèn)題，學(xué)生可從多個(gè)維度思考解決問(wèn)題的方法，選擇最優(yōu)實(shí)施路徑。編程教學(xué)活動(dòng)要為學(xué)生創(chuàng)新活動(dòng)搭建平臺(tái)，如為學(xué)生提供問(wèn)題解決方案、確定最優(yōu)路徑、選擇最合適的編程環(huán)境等?？傮w而言，基于單元的編程項(xiàng)目活動(dòng)應(yīng)從課程的視角來(lái)審視編程教學(xué)，將編程方法貫通在整個(gè)單元教學(xué)過(guò)程中，讓學(xué)生在通過(guò)編程解決問(wèn)題的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)從“技術(shù)消費(fèi)者”向“技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新者”轉(zhuǎn)型發(fā)展（Bates，2015）。

2.用跨學(xué)科任務(wù)促進(jìn)編程探究實(shí)踐

跨學(xué)科任務(wù)是指為培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科知識(shí)綜合應(yīng)用水平而整合兩種及以上學(xué)科內(nèi)容開(kāi)展學(xué)習(xí)的主題教學(xué)活動(dòng)安排，其本身具有綜合性、實(shí)踐性、探究性和開(kāi)放性等特點(diǎn)（吳剛平，2022）。相較于某一學(xué)科知識(shí)的學(xué)習(xí)，跨學(xué)科任務(wù)設(shè)計(jì)與實(shí)施為學(xué)生融合多學(xué)科知識(shí)、創(chuàng)新解決問(wèn)題方法、提高綜合創(chuàng)新能力提供了支持。

其一，跨學(xué)科任務(wù)強(qiáng)化編程知識(shí)與其他學(xué)科知識(shí)的融合?？鐚W(xué)科任務(wù)具有較強(qiáng)的綜合性，涉及的知識(shí)與技能不再局限于某一學(xué)科，因而需要調(diào)動(dòng)和綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)來(lái)解決問(wèn)題。編程創(chuàng)新活動(dòng)中，跨學(xué)科任務(wù)有助于實(shí)現(xiàn)從“學(xué)科知識(shí)邏輯序列學(xué)習(xí)”向“以活動(dòng)為主要形式的學(xué)習(xí)”發(fā)展，其更強(qiáng)調(diào)學(xué)生在“做”“實(shí)驗(yàn)”“探究”“創(chuàng)作”等一系列活動(dòng)中發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題，強(qiáng)化編程與其他學(xué)科內(nèi)容間的相互聯(lián)系和支持，有助于促進(jìn)學(xué)生“編程＋”創(chuàng)新能力的發(fā)展。

其二，跨學(xué)科任務(wù)加強(qiáng)編程方法與其他學(xué)科方法的融合?？鐚W(xué)科任務(wù)活動(dòng)要求學(xué)生運(yùn)用兩種或兩種以上的學(xué)科方法分析和解決問(wèn)題，強(qiáng)調(diào)學(xué)科方法的融合，引導(dǎo)學(xué)生用跨學(xué)科視角理解問(wèn)題。編程創(chuàng)新活動(dòng)中，通過(guò)跨學(xué)科任務(wù)可加強(qiáng)跨學(xué)科學(xué)習(xí)內(nèi)容與學(xué)生直接經(jīng)驗(yàn)的聯(lián)系，建立起“學(xué)科合作”的情境與任務(wù)，將編程方法與其他學(xué)科方法有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)。例如，在“編程分析《紅樓夢(mèng)》”文本數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，可結(jié)合編程解決問(wèn)題方法與文學(xué)分析方法，建立新的跨學(xué)科文本分析模型，從而為文本分析提供新的視角。

其三，跨學(xué)科任務(wù)促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力整體發(fā)展。創(chuàng)新能力亦具有整體性、綜合性、跨學(xué)科性的特征。當(dāng)前課程研制中為體現(xiàn)學(xué)科“領(lǐng)域特殊性”和“相對(duì)獨(dú)立性”的特征，跨學(xué)科任務(wù)設(shè)計(jì)更關(guān)注不同學(xué)科所強(qiáng)調(diào)的創(chuàng)新能力培養(yǎng)。事實(shí)上，學(xué)生的創(chuàng)新學(xué)習(xí)活動(dòng)與日常生活并不是割裂的，而是相互滲透、互相影響的，甚至在解決復(fù)雜生活問(wèn)題過(guò)程中會(huì)生成綜合性的創(chuàng)新能力。例如，依托編程環(huán)境開(kāi)展化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，其可以可視化方式呈現(xiàn)數(shù)據(jù)變化、發(fā)現(xiàn)規(guī)律，體現(xiàn)出明顯的培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科綜合創(chuàng)新能力的意圖。因此，以跨學(xué)科任務(wù)開(kāi)展編程探究應(yīng)立足實(shí)踐、著眼綜合創(chuàng)新，為學(xué)生創(chuàng)新品質(zhì)的形成提供彈性、綜合的空間（田慧生，2001），在積極探索和協(xié)同合作的過(guò)程中促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力的整體發(fā)展。

3.依托智能環(huán)境推動(dòng)編程創(chuàng)新成果實(shí)現(xiàn)

隨著人工智能的迭代發(fā)展，智能技術(shù)支持下的編程環(huán)境日趨豐富，其智能程度也越來(lái)越高，不僅可提供編寫(xiě)與執(zhí)行程序的功能，還具備程序跟蹤與語(yǔ)法檢查的功能。智能編程環(huán)境可為學(xué)生減少繁瑣的代碼編寫(xiě)工作提供支撐，從而讓學(xué)生將更多的時(shí)間用在設(shè)計(jì)創(chuàng)新方案、優(yōu)化創(chuàng)新過(guò)程、完善創(chuàng)新成果等方面。因此，編程創(chuàng)新教育要合理應(yīng)用智能化編程環(huán)境，提高程序編寫(xiě)效率，促進(jìn)編程創(chuàng)新成果的實(shí)現(xiàn)。

一是合理應(yīng)用編程環(huán)境中的代碼跟蹤與評(píng)判功能，提高編程質(zhì)量。一些高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言能借助智能分析工具跟蹤、分析和評(píng)判學(xué)生代碼編寫(xiě)的準(zhǔn)確性，并通過(guò)代碼編輯、自動(dòng)代碼補(bǔ)全、代碼調(diào)試等對(duì)程序代碼進(jìn)行優(yōu)化。因此，編程過(guò)程中可使用這些功能及時(shí)發(fā)現(xiàn)程序編寫(xiě)中的問(wèn)題，對(duì)編程作品進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，不斷提高編程質(zhì)量。

二是有效采納編程環(huán)境中的個(gè)性化指導(dǎo)建議，提高編程效率。一些在線編程環(huán)境通過(guò)收集用戶的編程數(shù)據(jù)，可根據(jù)用戶編程的特征、習(xí)慣和項(xiàng)目需求為其生成程序模板，或者提供程序片段、函數(shù)庫(kù)等相關(guān)資源。可見(jiàn)，有針對(duì)性地應(yīng)用編程環(huán)境中的個(gè)性化指導(dǎo)與建議，可有效實(shí)現(xiàn)程序模塊的復(fù)用與轉(zhuǎn)換，從而提高編程效率。

三是發(fā)揮智能編程環(huán)境的代碼生成與注釋功能，不斷優(yōu)化編程創(chuàng)新成果。生成式人工智能可利用訓(xùn)練模型并根據(jù)用戶的編程需求自動(dòng)生成編程結(jié)果，對(duì)程序設(shè)計(jì)產(chǎn)生了革命性影響。在編程解決問(wèn)題過(guò)程中，合理應(yīng)用智能編程環(huán)境的代碼生成與注釋功能，可快速執(zhí)行和驗(yàn)證編程方案，并不斷優(yōu)化編程創(chuàng)新成果。

當(dāng)前，人工智能作為數(shù)字科技創(chuàng)新發(fā)展的核心動(dòng)力，為新一輪產(chǎn)業(yè)革命注入了新興力量。大數(shù)據(jù)、超算力、大模型等新技術(shù)的突破推動(dòng)了人工智能從專用人工智能向通用人工智能的發(fā)展，創(chuàng)生出全新的智能化生存環(huán)境。在此背景下，編程教育不應(yīng)再停留于早期程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的語(yǔ)法記憶與代碼編寫(xiě)上，而是要以編程項(xiàng)目活動(dòng)為“橋梁”，支持學(xué)生通過(guò)“編程＋”的理念創(chuàng)新解決問(wèn)題的新路徑、新方法和新策略。

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收稿日期 2023-07-05 責(zé)任編輯 劉選

How to Cultivate Students’ Innovation Ability in Programming Education in the Intelligent Ara：

Connect “Learning to Code” to “Coding to Innovate” Through Programming Project Activities

LI Feng， YUAN Yuxing， GU Xiaoqing

Abstract： In the digital transformation of the digital education， programming education in the intelligent era is given the important mission of cultivating students’ innovation ability and serving the construction of an innovative country and a technological superpower. However， influenced by the technological instrumentalism， there are still such misconceptions in the current education as equating programming education with learning programming languages， simplifying it into imitation exercises of programs， and even alienating it into training students for programming test. In fact， with the rapid innovation and popularization of computer and artificial intelligence， programming education is constantly developing in the educational philosophy， goal identification， content selection and method design. It has formed an evolution path of programming education， that is， “l(fā)earn to code” with knowledge and skills as the main content， “code to learn” with problem-solving as the key skill， and “code to innovate” with programming innovation as the important ability. In the intelligence era， programming education should break through the limitation of traditional programming education in terms of learning content， teaching mode and instructional methods. It should integrate the process of programming exploration， optimize programming innovation achievements， and construct a spiral upward innovation path. At the same time， it is necessary to provide learning support from aspects such as the integrity of project activities， the comprehensiveness of interdisciplinary tasks， and the usability of intelligent programming environments in accordance with the needs of educational practice， to promote the development of students’ innovation ability.

Keywords： Intelligent Era; Programming Education; Cultivation of Innovation Ability; Programming Teaching Mode; Information Science and Technology