人工智能時代下中小學(xué)推廣編程教育的困境與出路

史釙鐳

[摘? ?要] 2017年，國務(wù)院發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，明確提出在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育。人工智能與編程教育是未來人工智能時代下的兩項重要議題。人工智能已成為國際競爭的新焦點(diǎn)，我國人工智能專業(yè)人才的缺口較大。為了讓學(xué)生更好地生存于人工智能社會，教師必須讓學(xué)生養(yǎng)成利用編程自動化解決問題的思維。教育學(xué)者被委以“使學(xué)生適應(yīng)人工智能時代”的重任，當(dāng)前中小學(xué)校都應(yīng)該極力推廣編程教育。

[關(guān)鍵詞] 人工智能;編程教育;計算思維

一、我國中小學(xué)推廣編程教育的必要性

（一）培養(yǎng)學(xué)生的思維能力

喬布斯曾說，每個人都應(yīng)該會編程，因為它教會你如何思考。研究表明，編程能夠培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的思維能力。我國已意識到思維對個人終身發(fā)展的重要性，因此，《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中提出，通過信息技術(shù)課程全面提升學(xué)生信息素養(yǎng)，增強(qiáng)個體在信息社會的適應(yīng)力與創(chuàng)造力。其中，計算思維被視作信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)之一。

面對時代帶來的挑戰(zhàn)與難題，我們需要像計算機(jī)科學(xué)家一樣用計算思維來思考問題、解決問題。換言之，計算思維是伴隨人終生的思維能力，是一項基本生存能力。

（二）轉(zhuǎn)變學(xué)生的應(yīng)對身份

在信息技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天，我們每個人都離不開技術(shù)。當(dāng)代學(xué)生在享受技術(shù)帶來的便利時，也要思考技術(shù)從何而來、如何創(chuàng)造，擺脫純粹的技術(shù)消費(fèi)者身份。

二、我國中小學(xué)推廣編程教育的困境

我國編程教育雖萌芽較早，但發(fā)展速度較緩。推廣編程教育還有很長的一段路要走，需要突破一路上的困境。

（一）教師量少質(zhì)低

教師是編程教育推廣過程中的重要因素之一。中小學(xué)編程教師數(shù)量不足、供不應(yīng)求、編程能力較弱、編程課程教學(xué)經(jīng)驗不足等，都是當(dāng)前存在的問題。

（二）地區(qū)差異較大

基于我國傳統(tǒng)應(yīng)試教育理念，推廣編程教育的重要舉措之一是將編程納入中高考范疇。但是，如要實(shí)施這一舉措，最大的阻礙便是公平性問題。城鄉(xiāng)差異雖然在逐漸縮小，但不可避免的是城市的“數(shù)字土著”有著先天的獨(dú)特優(yōu)勢。

（三）意識偏差

1.重軟件應(yīng)用。一直以來，編程作為中小學(xué)信息技術(shù)課程體系中的一門課程，其開設(shè)形式以選修課為主。然而，該課程的選修率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如傳統(tǒng)的軟件操作課。在課時極少的情況下，教師往往更關(guān)注信息技術(shù)工具的操作，而編程這一教學(xué)內(nèi)容則被邊緣化。此外，編程課程所依托的中小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科一直以來也被視作邊緣學(xué)科，不受重視。

2.編程難且枯燥?！熬幊屉y”是許多家長和學(xué)生固守的觀念之一。他們認(rèn)為，編程是大學(xué)階段的課程，對中小學(xué)生而言，學(xué)起來會很吃力。對大多數(shù)人來說，編程是枯燥且耗時的。解決編程問題會耗費(fèi)大量的時間，最后卻不一定有一個好的結(jié)果，這是程序員的常態(tài)。

3.編程是少部分人的“游戲”。很多人認(rèn)為，編程不是每個人都必須學(xué)習(xí)的課程，而是專為少部分對編程感興趣、參與編程競賽的學(xué)生而開設(shè)的課程。他們認(rèn)為，只要將來的學(xué)業(yè)或職業(yè)生涯與計算機(jī)尤其是編程無關(guān)，不成為程序員、計算機(jī)科學(xué)家，就不需要學(xué)習(xí)編程。

4.傳統(tǒng)應(yīng)試教育理念。傳統(tǒng)應(yīng)試教育以升學(xué)考試為最終目的，而當(dāng)今所倡導(dǎo)的素質(zhì)教育以提升學(xué)生綜合素質(zhì)為最終目的。雖然，當(dāng)前教育趨勢已逐漸向素質(zhì)教育轉(zhuǎn)變，但在現(xiàn)行的國內(nèi)考試選拔體制下，教師始終不能完全脫離應(yīng)試教育。學(xué)校、教師、家長乃至學(xué)生個人，不會過多地重視缺少考試導(dǎo)向的課程。

三、我國中小學(xué)推廣編程教育的出路

當(dāng)下，我國應(yīng)結(jié)合實(shí)際教育現(xiàn)狀，借鑒國際編程教育的成功經(jīng)驗，探索適應(yīng)國內(nèi)實(shí)際情況的編程教育模式。

（一）意識轉(zhuǎn)變

信息技術(shù)教學(xué)內(nèi)容需要與時俱進(jìn)。不可否認(rèn)，軟件的基本操作是應(yīng)用計算機(jī)的前提，但教師仍需意識到，隨著時代的進(jìn)步，計算機(jī)等基礎(chǔ)設(shè)施不斷完善，被稱作“數(shù)字土著”的當(dāng)代中小學(xué)生的信息素養(yǎng)不同以往。他們對計算機(jī)科學(xué)有著更高的接受度，并且有機(jī)會、有能力學(xué)習(xí)編程。因此，信息技術(shù)課程的重心應(yīng)從“關(guān)注軟件操作”轉(zhuǎn)變?yōu)?“提升解決問題的能力”和“培養(yǎng)計算思維”，而編程正是這樣一門課程。

編程具有多樣性的特點(diǎn)。任何學(xué)習(xí)都是從易到難的過程，編程也不例外。編程課程中既有低門檻的趣味編程，也有競賽級別的高級編程。例如，在小學(xué)階段，學(xué)生可以學(xué)習(xí)簡單的模塊化編程（Scratch），通過圖形化界面，拖拉積木塊，搭建小程序或小游戲等，讓學(xué)生體驗編程學(xué)習(xí)帶來的樂趣。

編程不只局限于高等教育?？v觀國際，美國提倡編程課程從幼兒園開始，強(qiáng)調(diào)少兒的編程教育。英國政府規(guī)定5歲以上的學(xué)生都要學(xué)習(xí)編程。日本將編程教育納入學(xué)科教學(xué)，要求2020年以后，所有小學(xué)生必須學(xué)習(xí)編程，旨在切實(shí)培養(yǎng)學(xué)生的“編程思維”。

推廣編程教育，讓每個孩子都接觸編程，不是為了培養(yǎng)精通編程技術(shù)的程序員，而是為了讓孩子擁有像計算機(jī)科學(xué)家一樣的思維方式，在面對今后生活中的難題時，懂得用計算思維分析問題、解決問題。

（二）行動落實(shí)

1.教育部門層面。第一，編程教育的政策支持與引導(dǎo)。首先，制定將編程納入中小學(xué)課程的實(shí)施方案。其次，將編程引入中高考，從選考科目逐漸向必考科目過渡。2016年，美國發(fā)布《K-12計算機(jī)科學(xué)框架》，給出了完整的K-12階段計算機(jī)科學(xué)課程學(xué)習(xí)體系。第二，競賽引導(dǎo)。舉辦具有影響力的編程或思維類競賽，鼓勵中小學(xué)生參與。2017年，英國舉辦了首屆TCS牛津計算挑戰(zhàn)賽，要求參賽者理解代碼并用編程解決實(shí)際問題，涵蓋塊式和文本兩種編程語言。第三，教師培訓(xùn)。國家出資培養(yǎng)編程教師，為教師提供編程方面的培訓(xùn)。

2.中小學(xué)校層面。學(xué)校作為編程教育的主陣地，應(yīng)該充分利用其硬件資源和師資力量，開展編程教學(xué)。在具備硬件資源和引進(jìn)編程師資的基礎(chǔ)上，以編程課程為主，普及編程教育;以程序設(shè)計競賽為輔，培養(yǎng)編程人才。一方面，將信息技術(shù)課作為編程教育實(shí)施和推廣的載體。小學(xué)階段一般以Scratch、App Inventor等模塊化編程為主，中學(xué)階段一般以Python、C++等文本編程為主。根據(jù)不同階段學(xué)生的特點(diǎn)，選擇合適的編程學(xué)習(xí)內(nèi)容，開設(shè)校內(nèi)編程必修課。另一方面，提供競賽訓(xùn)練場地，營造校內(nèi)競賽環(huán)境，鼓勵學(xué)生積極參與市級、省級、國家級乃至國際級程序設(shè)計競賽。

3.教師和家長層面。教師和家長對編程教育的支持與熱情，既是學(xué)生學(xué)習(xí)編程的動力，又是編程教育推廣的源泉。教師應(yīng)努力提升編程教學(xué)能力與自我思維能力，探索適合中小學(xué)生的編程教學(xué)模式。

4.社會企業(yè)、教育機(jī)構(gòu)、高校科研團(tuán)隊是編程教育推廣的重要輔助力量。2013年誕生的Code.org是一個美國的非營利組織，它提倡“每所學(xué)校的每位學(xué)生都應(yīng)該有機(jī)會學(xué)習(xí)計算機(jī)科學(xué)”，每年組織“編程一小時”活動。該活動已經(jīng)吸引了全世界10%的中小學(xué)生參與，在一定程度上推廣了美國的編程教育。此外，由計算機(jī)科學(xué)教師協(xié)會（CSTA）與美國公共圖書館合作開展的美國“圖書館準(zhǔn)備好編程”項目，允許教師在圖書館內(nèi)進(jìn)行編程教育項目實(shí)踐，對K-12教師進(jìn)行有針對性的編程教育培訓(xùn)與認(rèn)證，為美國培養(yǎng)編程教育人才奠定了基礎(chǔ)。2016年，廣州圖書館攜手微軟成功舉辦了中國首個圖書館“編程一小時”活動。

總之，高校編程教育的研究團(tuán)隊需要與一線教師攜手推動編程教育事業(yè)的發(fā)展。研究內(nèi)容可以是如何推廣、落實(shí)并解決編程課程推廣過程中遇到的難題，或中小學(xué)編程教學(xué)內(nèi)容與大學(xué)的銜接性等。