我國中小學編程教育發展的路徑思考

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，缺乏實踐經驗，還未形成本國的發展模式。文章梳理了編程教育的內涵與發展趨勢，分析了國外中小學編程教育發展的特點與經驗，并針對我國中小學編程教育的現狀與問題，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展提供了借鑒。

關鍵詞：編程教育；計算思維；發展模式；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涵和緣起

1.編程教育的內涵

2011年，美國計算機科學教師協會（CSTA）和計算機協會（ACM）在全美中小學計算機教育調研基礎上研制了《K-12計算機科學標準》，它將編程教育的內涵界定為兩個層次：一是培養計算思維；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，最終目標是培養學習者的創新創造能力[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構方式來表達，比如編程語言[2]，這就是人們為什么要學習編程語言來培養計算思維的一個重要原因。

受到“計算思維”思潮的影響，教育部發布的《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》中，關于學科核心素養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內容和目標。

2.編程教育的緣起與發展

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”，主張將程序設計等編程語言作為學生學習的重要內容，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，強調工具技術的使用，人們慢慢轉向更重視計算機技術的實際應用，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、生活和學習都逐漸向智能化的領域邁進。由此，工具技術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，僅僅懂得技術的使用已經不能夠滿足當今時代發展的需求，這就要求更進一步地研究智能時代的核心技術——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注。

（2） 近年來STEM教育和創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） 從培養中小學生信息素養的角度出發，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。“計算思維”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推理、創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注的一個重要原因。

二、國外中小學編程教育發展的經驗與啟示

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、英國的編程教育發展最具代表性和影響力，筆者結合兩國編程教育發展經驗進行了研究，并且總結出一些啟示。

1.美國中小學編程教育的發展

美國是世界上最早開始關注編程教育的國家，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。期間發展緩慢，直到2012年后編程教育受到美國各界廣泛的關注和支持，由此開始迅速發展和擴散。如今在美國，程序語言已經成為繼兒童閱讀、寫作、算術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，美國眾多知名互聯網企業都參與其中，向中小學生提供包括編程在內的計算機課程，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質的電腦科學教育，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展提供了政策制度層面上的支持。

在企業社會層面，蘋果公司現任首席執行官蒂姆·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。”而工商界早已看到編程教育對于國家民族發展的重要性：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，從而激發孩子們對計算機領域的興趣，自2014年起，“編程1小時”成為一項全球性活動，吸引了全世界數百萬人參加[5]；此外還有“天堂谷學區”“洛斯阿圖斯學區”等社會編程教育機構涌現出來；同時，美國多家企業如微軟、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注，這些都極大地促進了美國編程教育的發展。

在學校教育層面，《K-12計算機科學標準》（2011年）設計了小學（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容之一，在標準總體目標中充分體現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同意增設編程課；部分州已將計算機科學設定為與數學等一樣的基礎課程，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，因此才能領先全球完成基礎教育的改革，將編程教育和計算機教育引入到基礎教育中。

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質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”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低齡化趨勢，顯著提升了英國學生的ICT 素養，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奠定了基礎[10]。

在企業社會層面，英國眾多科技企業和民間組織紛紛發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·桑德維克聯合創建的“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絡[8]，其目的是鼓勵孩子們創新創造，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展。在整個民間企業和政府相互聯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。

3.兩國編程教育發展的啟示

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

從“上”的方面看，美英兩國都較早關注到編程在基礎教育中的重要價值，兩國政府都陸續頒布了中小學校發展編程教育的一系列政策，為編程在基礎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質的編程教育資源。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，推動本地區學校的計算機科學教育普及工作。在大多數地區的中小學校中都增設了編程課程，并且使編程等計算機課程的地位得到提升，甚至有些地區將其與數學等主科設為同等的基礎課程學習，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，社會企業等各界力量都在積極推動與促進編程教育的實施與發展，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”等各種學習社區，英國的“編程年”等，都從社會大環境和輿論導向中積極推動編程教育，為全國發展編程教育創造了良好的環境條件。因此形成了一種國家倡導、地方推行、學校實施、社會營造環境，由上至下、相互促進和推動編程教育發展的良好模式，如圖2所示。從美英兩國編程教育的發展經驗和模式中，我們可以汲取有益的經驗，結合我國教育現狀，推動具有中國特色的編程教育發展。

三、我國中小學編程教育發展現狀和問題

1.我國中小學編程教育發展現狀分析

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展的重要作用。

在政策層面，教育部2016年印發的《教育信息化“十三五”規劃》中，提出實施全民智能教育項目，在中小學設置人工智能相關課程，逐步推廣編程教育[11]。2017年7月，國務院印發《新一代人工智能發展規劃》，明確指出要在中小學階段設置人工智能相關課程，逐步推廣編程教育[12]。該規劃的出臺，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，重新規定了編程教育的學習內容。這些政策都進一步推進了編程教育在我國基礎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教育是緊密結合在一起的。

目前編程教育在國內的推廣主要有以下幾種形式：①在許多創客空間與培訓機構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支持。如佛山市石門中學，在信息技術教師江濤的帶領下，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、溫州中學等在創客和編程教育方面都走在國內同行的前列。

2.我國中小學編程教育發展存在的問題

綜上可見，我國政府已經開始關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，編程教育依靠創客教育、學生社團和科技競賽等載體，并且和信息技術學科緊密聯系，逐漸出現在我國中小學教育中，整個發展呈現一種蓬勃的態勢。但我們也要看到，由于我國在編程教育方面經驗不足、起步較晚，整個社會還處在編程教育發展的初期階段，還未形成一種良好的發展模式。此外，我們也不能一味生搬硬套別國的成功經驗和模式，還要結合本國實際情況。

因此，如何發展適合我國國情的編程教育，需要從以下幾個方面考慮：①如何自上而下地協調好國家與地方、高校與中小學校的關系，以及如何依靠社會環境等因素共同促進編程教育的發展。②如何發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等學科融合，更好地促進學科發展。

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展的現實情況，借鑒美英兩國編程教育的發展經驗和啟示，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展的路徑和模式。

1.國家層面：政策引領、規范體系、聯動各方力量

政府作為編程教育發展的頂層倡導者和推動者，需要在政策法規上給予強有力的發展保障，切實將編程教育納入中小學教育發展戰略規劃中，分階段、分地區、分年級逐步推進，并且要為編程教育發展投入相應的資金支持和開展人才培養，為中小學提供相配套的優質教育資源。同時，還需制定編程教育的相關標準，建立良好的發展體系，規范編程教育的推廣機制，聯合校、企、社等各方機構與平臺，共同創造一種熱學愛學編程、創新創造的社會氛圍，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、監督推進

地方政府作為編程教育發展的地區推動者和執行者，需要積極響應國家推行編程教育的政策，根據本地區的教學現狀和教學條件制定編程教育發展綱要和相應的規劃方案等，借助地區學校和科研機構的力量，通過編程教育實驗校等建設，總結實驗經驗和成果，轉化成為本地區特色的編程教育發展模式。最后，將特色模式在本地區逐步推廣實施，并加強對其動態管理和監督，定期進行評估優化。

3.中小學校與高校機構層面：產研結合、課程開發、師資培育

高校和中小學校作為編程教育發展的研究者與實施者，需要緊密結合在一起。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，幫助中小學校開發課程資源，在研究中形成地區特色發展模式，從而做到產學研相結合，易于轉換實踐成果，加快推進編程教育更接地氣的發展。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展，結合本校的實際情況，建設編程的資源平臺與空間環境，整合學校的課程，提倡跨學科融合的教育。同時，也要重視相關師資人才的引進或培養，成為推動編程教育發展的中堅力量。

4.社會企業等各界力量層面：協同合作、服務支持、造勢推動

社會企業等各方力量作為編程教育發展的促進者和有益補充成分，需要加強與政、校、科研機構等社會各方的合作與支持，生產編程教育產品和平臺，為中小學校提供教育環境、課程、資源、技術、培訓等多方面有關編程教育的服務與支持[13]。同時，聯動各方力量，舉辦具有影響力的編程教育比賽或者科技創新競賽以及相關的線上線下編程學習社區，在全國范圍內掀起學習編程的浪潮，培養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展。

5.信息技術學科結合層面：學科定位、學科情境、學科融合

信息技術學科作為編程教育實施和發展的載體，對當前中小學信息技術課程的結構和改革有著重大的影響。在中小學信息技術學科中，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成程序員，而是培養學生的思維和能力，最終成為具有創新創造能力的人才。編程教學不應是單純的程序語言教學，需要創設學習情境，激發學生的需求和興趣。最后，編程教育不僅只是借助于信息技術學科載體，還需要跨學科融合，支持數學、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

隨著一些試點地區在高考中加入信息技術學科，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、企業等社會各方力量的共同研究和努力，發展適合本國、本地區特色的編程教育模式，培養當代學生創新創造的能力，這樣才能使編程教育真正發揮出巨大的教育價值。

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[11]教技[2016]2號.教育部關于印發《教育信息化“十三五” 規劃》的通知[Z].

[12]國發[2017]35號.國務院關于印發新一代人工智能發展規劃的通知[Z].

[13]蔣家傅，張嘉敏，孔晶.我國STEM 教育生態系統與發展路徑研究——基于美國開展 STEM 教育經驗的啟示[J].現代教育技術，2017（12）：31-37.

（編輯：李曉萍）