聚焦思維素養的兒童編程教育：概念、理路與目標

孫立會

關鍵詞：兒童編程教育;實踐路徑;思維素養

大數據、人工智能、物聯網以強勁之勢撲面而來，未來人類社會將充滿各種不確定性，機械替代人類工作的可能性及普及面已越來越大。而現在的兒童將是未來人工智能時代的舵手，盡早讓其了解機器運行的步驟與原理，體悟程序的架構與靈魂，對適應未來并改造未來無疑是非常必要且緊迫的。我們今天的生活已然離不開計算機程序，無論是手機、汽車乃至于自動售賣機等等，其中都是程序驅動并為我們服務的，可以說我們的今天恰是享受著計算機程序給人類帶來福祉的時代，如果能在學習與生活中出色地運用計算機，了解人工物受程序驅動的原理，并有效地通過程序建立人與物之問的交流，一定會給我們帶來很多意想不到的便利與驚喜。當然，如果在兒童教育階段普及這些程序理念，不僅僅可以使兒童盡早適應第四次工業革命催發的新的信息化社會，同時還能激發兒童的好奇心，帶動兒童的學習興趣，增進兒童理論邏輯思維能力的提升。所以，現階段各個國家都紛紛制定了推進兒童編程教育的政策與實踐推進措施。例如，日本文部科學省已明確將兒童編程教育寫進了新公布的《小學學習指導綱要》之中，并出臺了實施兒童編程教育的相關措施，預計到2020年所有小學課程的各個學科都將滲透編程教育理念;美國政府計劃10年普及中小學生編程教育;英國政府把2014年設為“編程之年”，規定兒童從5歲起必須開始學習編程，直至16歲完成中學學業;韓國也于2018年將編程教育納入小學正規必修課程之中。我國兒童編程教育雖起步較晚，但也在加緊追趕世界兒童編程教育專列的步伐。2017年國務院印發《新一代人工智能發展規劃》，明確指出人工智能成為國際競爭的新焦點，應逐步開展全民智能教育項目，在中小學階段設置人工智能相關課程、逐步推廣編程教育。我國南京市相關教育部門表示，未來將以校本課程模式在全市小學分批次、全面推廣兒童編程;重慶市教育委員會響應并貫徹國家人工智能教育方針，印發《關于加強中小學編程教育的通知》，在重慶中小學課堂落實編程教育，對工作原則、重心等做了戰略部署。各國政府對兒童編程教育開展的投入與落實同時也印證了兒童編程教育將是面向未來、適應未來、改造未來的一種全新思維素養的形成方式。

一、兒童編程及其目的

編程，簡單來講就是創造程序，而程序就是驅動計算機的命令或步驟。進一步講，編程就是讓計算機代為解決某個具體問題，對某個計算體系規定一定的運算方式，使其按照一定的計算方式運行，并最終輸出相應結果的運演過程。所以，一提起“編程”或“程序”，我們的腦海里就會不自覺地想起“計算機”，想起程序運行的那些“英文代碼”，那么當面對“兒童編程”這個概念時就會不自覺地使人產生其就是教兒童運用計算機進行代碼編寫，創造某些程序，實現某些功能，解決某些問題，完全是人與機之間的互動過程。目前兒童編程教育在我國的開展主要以校外培訓機構為依托，其形式大致可分為兩種：一是將編程技能的獲得作為學業選拔的籌碼，學生通過編程培訓作為升學的加分項;二是宣傳兒童時期的編程學習作為興趣啟蒙及未來的職業準備，這都使得兒童編程教育帶上了較強的“目的與功利性”色彩，不利于其在我國的長遠發展。當然，我們并不否認基于技術工具基礎的兒童編程教育形式，畢竟程序的最終所指依然是“計算機”，這是不可逃避的事實，但只讓幾歲的兒童面對復雜的計算機去編寫代碼，無論程序語言多么簡單與可視化，場面都是讓人無法想象的，這不僅不能提高兒童學習的積極性，反而可能會使兒童對計算機科學產生錯誤的感知，因為那些枯燥而乏味的代碼根本激發不起兒童本有的天真與童趣，兒童本有的創造性無法得到應有的激發。如果按照此種思想在兒童課程中實施編程教育，似乎是大學計算機科學專業的“先修課”，僅僅是把計算機教育提前了一樣，從而會導致本是以激發兒童創新能力為主的編程教育，被“機心”主義者所利用，并被社會所詬病成“小學奧數”一樣，最終與教育的本質事與愿違，以至于并沒有發揮兒童編程教育的真正意義。

兒童編程教育先驅者、Logo編程語言創始人西蒙·派珀特（seymour Papert）將兒童編程教育理念概括為“高天花板（High Ceiling）”“低地板（LowFloors），”和“寬墻（Wide Wall）”，Scratch編程項目主設計師米切爾·雷斯尼克（Mitchel Resnick）將其表述為學習者應該能立即輕松地創建一些項目（低地板），并隨時間的推移持續保持興趣，同時允許學生跨越多種學習風格，創建越來越復雜的項目（高天花板），從而促進學生編程經驗、技能以及思維能力的發展（寬墻），在此過程中兒童編程經驗和技能會隨著編程工具一起成長，換言之，兒童編程技術工具的創建是希望降低編程上限，拓寬兒童編程工具手段，探索創造多種編程學習路徑與風格，為各種復雜概念提供生長空間，指向兒童思維素養的提升。聚焦思維素養的兒童編程教育是將編程思想與程序原理作為一種思維與行為的方式，關注兒童編程學習過程中思維素養的形成。這種理念尤其在低年級兒童編程教育中將有重要價值，并能促逼教師創造性的“教”、學生創造性的“學”。體驗與操作計算機固然重要，但學習計算機運行背后的理論思考方式亦很重要。如果簡單把編程理解為學習與運用計算機代碼，那不僅僅誤讀了兒童編程教育的本意，也窄化了兒童編程教育本身。在兒童編程教育中能否使其創造一個可以運行的程序也許并不十分重要，重要的是體會實現程序運行的過程原理，讓兒童在面對問題解決時，厘清思路、方法與手段，并規劃好步驟，一步一步去完成任務本身，以此形成一種類似于計算機程序工作中的流程，形成一種“編程式思維”從而提高兒童問題解決過程中的思維邏輯性，以更好地適應與改變未來人工智能社會。

故此，筆者通過對編程本質內核的萃取，認為兒童編程教育的本質目的并非僅僅讓兒童能通過計算機編寫某些代碼或運行某些程序，關鍵在于兒童通過相關學科知識的學習，從中領悟編程思想，促進自身理論思維能力的提升。杜威曾說過，兒童在嬰幼兒時就開始了思維活動，例如嬰兒玩的球丟了，就會想到尚不存在的事情，就是把球撿回來，會預見到怎樣實現這一可能的步驟，以自己的想法指引自己的動作，通過實驗檢驗自己的想法是否正確，如果能充分發揮這種思維的積極活動，這對于兒童成長過程中邏輯思維能力的形成至關重要。杜威在《我們如何思維》一書中也多處有類似的闡述，這足以說明思維訓練在兒童教育中的重要性與必要性。教師教學中應經常性保持一種“教授方式”的編程教育，而兒童在學習過程中也應時刻保持一種編程式“思考方式”的學習，這對于加快兒童編程教育的推進具有重要意義。基于此，筆者嘗試初步為聚焦思維素養的兒童編程教育下一個定義：兒童編程教育應倡導兒童“編程式”思考，當兒童為實現自己的目標而采取相關行動時，需要其思考應如何組織這些行動，思考的同時要把每一步的行動進行編號，如何將這些編號序列有效合理的按照某種邏輯順序組織行動，并又如何改變這些行動的編號順序，才能使其更好的實現某些目標，如此反復思考、操作與運演過程中無意識地了解計算機程序運行的相關原理，在大腦中完成人與“程序”之間的有序交流，以此提升兒童面向未來行動的思維素養。

二、兒童編程教育推進理路

目前，在全國小學校實施與推廣兒童編程教育是比較困難的，因為小學的課程體系中并沒有類似于語文、數學、外語等關于兒童編程教育的單獨學科課程。沒有這樣的課程，也就沒有專業的教師和教材。當然，在現階段的小學課程體系中開始增設《兒童編程》課程不大可能，也沒有必要。學習編程并不是兒童編程教育的本身目的，所以筆者提議在不同科目的小學課程教學與學習過程中融入編程的理念與方法，實現用編程教與學。可以說，所有的學科都需要編程，因為所有的學科都需要創設問題解決的情境，以此來幫助兒童思考力的提升。

（一）兒童編程教育的推廣離不開教育行政部門的政策支持

隨著計算機科學知識普及理念的提升，兒童編程教育在我國正逐漸經歷著“非剛需”到“剛需”的轉變。人們已逐漸意識到編程學習對兒童成長與學習的重要性，但兒童編程教育目前只在我國部分地區初步開展，其主要實施方式是作為校外科技公司的培訓手段，兒童編程教育作為一門真正的課程和科學方法在兒童課堂上的開展更是微乎其微，特別是對于一些欠發達地區，亦或是信息化覆蓋率低的偏遠地區，信息鴻溝愈加明顯，兒童編程教育開展更加舉步維艱，因此實現惠及全體兒童的更加公平的編程教育還需要相當長的時間和努力。故我們倡導兒童編程教育的開展應超越工具形式，擺脫設備依賴，指向兒童思維素養的形成為根本目的。派珀特曾表示：兒童編程教育作為一種輔助兒童提高認知和思維能力的學習方式，最重要的是教授如何思考而不是思考什么，要由“為我”到“我為”的方向轉變。兒童編程教育的理念精髓是降低兒童編程門檻，提高學習興趣和信心，體悟與掌握邏輯運演方式，用編程的思想和方式學習與思考。所以，推行基于技術設備形式的兒童編程教育的同時也應考慮非計算機化的兒童編程教育。兒童編程知識的學習不在于學習形式，而應是讓學生學會“用編程的方式學”，設備和工具只是一種外在的形式，深刻理解并體味兒童編程教育的理念真諦才是兒童編程教育在我國長遠發展的重中之重。國家政策層面的支持是兒童編程教育開展的前提，倡導聚焦思維素養形成的兒童編程教育理念作為一種思維和行為方式在學校的開展實施;同時也應基于世界先進國家兒童編程教育的經驗制定相應的規劃綱要作為其在學校開展的實施標準，明確其實施范圍與形式，甚至可將規定細化到課程、教師、活動形式等諸多方面，將其作為一種指導各學科教師課堂教學活動的科學方法，融入到各學科教師課堂教學及指導學生日常活動的實踐中，為教師開展與應用兒童編程教育提供另一種可借鑒的嘗試。加速兒童編程教育在我國真正落地需要必要的政策保障、技術資金以及資源的支持，這對國家未來教育行動計劃至關重要，我們已經在路上。

（二）兒童編程教育實施需要學科教師的課堂行動

一線教師的課堂行動是兒童編程教育落地的“最后一公里”。編程教育如果僅僅是作為面向兒童市場的營銷行為或是作為信息技術教師的新型活動組織形式，那么其最終只能走向“湮滅”，因為相比于信息技術本身，中小學教師還是更關注學科內容。編程教育必須要由學科一線教師真正地實行，與相應的學科內容緊密結合，兒童每天接觸和交流最多的主體對象依然是各學科教師，而如若僅憑校外機構的幾小時編程培訓，可能會一時激起孩子的興趣，但無法將其真正融入到兒童的日常學習與生活之中。

當然，即便是把兒童編程寫進小學學習指導綱要中的日本，強制實施這項任務的過程中，有一些教師仍比較抵觸。但一切從為了兒童的利益角度出發，學科教師不能再像接受信息技術在教學中應用那般冷淡與徘徊，因為這也關乎教師教授方式的變革，而這種變革是人工智能時代的訴求，未來已來，只是還未流行。教師也應嘗試將編程教育的思想理念及思維方式內化為自身教學修養與行為，在具體學科教學過程中模擬計算機程序運演，而并非需要通過人與程序之問的信息交流，可以借助紙、筆和卡片等傳統學習工具應用程序原理進行教學與學習活動，以此了解計算機程序的科學本質，幫助兒童編程式思維能力的提升。所以，教師在運用此種方式進行教學活動時，教什么、怎么教就顯得尤為重要。編程教育與兒童學科課程融合教學，需要學科教師對編程理念及方式的理解與掌握，并嘗試將其融入到自己教學日常。日本在將編程教育小學必修化的進程中做了諸多此方面的研究案例，如在日本古河市立大和田小學三年級的語言課程中，教師嘗試將程序語言中的計算機“排序”概念與學生語言表達訓練相結合，課程開始時，教師請學生們每人回想起記憶中的某一件事，即“確定事件主題”，然后請學生回憶事件的概況，大致確定事件的開始、過程、結果（如有學生回憶“飯團的制作”），將其寫在卡片上，此時卡片就類似于兒童編程軟件中的程序塊，進而讓學生圍繞事件的中心將具體過程近一步詳細拓展，同樣書寫在卡片上，即“情節步驟卡”;接下來請學生將卡片按照事件發生順序進行排序。步驟卡片連接排序過程中也有類似于功能程序塊的“紐帶卡”，分別表示“然后、因此、于是”等意思，學生通過將情節步驟卡與紐帶卡順序排列得出事件的正確表達;接下來，學生以自己的卡片排列為依據向同伴講述此事件，講述完畢之后同伴基于未能理解的步驟卡片向其提問（如有學生想知道“用手將飯團團成三角形具體操作技巧如何”），通過這一步驟使學生以此進一步豐富完善并調整自己的卡片內容與順序，直至最后“輸出”完整的故事情節。課后教師與學生交流中反饋到，通過此類型課程的學習，他們對程序概念的理解更深，并在此過程中不斷地發現并改正錯誤從而領悟到事件的發生原理就如計算機運行一樣，如若不賦予其正確的順序步驟，那么也不會得出最終的結果。教師也意識到找到課程內容與編程形式的“接口”是教學開展的關鍵一步，此類教學活動探究也為日本小學編程教育必修化與課程整合起到了重要的銜接與過渡作用。由此可以看出，兒童編程教育理念、教學方式與課程的有機融合為課堂知識提供了一個更加多元化的呈現方式，采用此方式可能更加有利于學生對學科知識的接受與掌握。同時教師試圖在用兒童編程的思想解決具體問題時，也能從“解決者”在表達自己的想法過程中進行觀察并糾正與澄清兒童錯誤的思維過程，做到即時的反饋，從而在促進兒童知識學習及理論思維能力提升的同時完善每一次的教學。

（三）兒童編程教育的理念及方式促進學科課程結構性轉變

聚焦于兒童思維素養的編程教育并不以獲得概念性知識為前提，而是在于培育方法。課程中的知識是固定的，而傳授與獲得知識的過程確是動態的，決定于兒童未來的生存力往往與這一動態的過程密切相關，而這需要將編程的思想貫通融入到課程教授與學習的各個環節之中。兒童編程教育應與各學科內容緊密結合，作為學科教學及學習活動開展的思想及形式輔助，方能體現其“靈魂”所在。在學科中融入編程思想時，不能忽視學科知識本身，因為在小學知識課程體系中內容已然是非常關鍵的，內容是課程的本質，而編程是課程的形式，形式是具體內容的表現，形式與內容是不可分割的整體。所以，學習編程本身不是目的，學會用編程學才是關鍵，教編程也不是本質所在，用編程的方式教才是真問題。這就要求教師能夠捕捉學科內容中能夠與編程理念結合的知識表征，為學生以“編程式”學習與思考創設適宜且多變的情境，以此輔助并引導學生更好地理解學科知識內容。古河市立大和田小學三年級的理科實踐課程教師也做了相應融入式探究，使學生利用“條件語句”思想，依據生態學特征將動物分類，以此來得出昆蟲這一生物學概念。教師提供幾種小動物（蚯蚓、蜈蚣、螳螂、蟋蟀、蝦、蟹等）使學生通過（1）是否有足？（2）是否具有三對及以上足？（3）身體是否分為頭、胸、腹三部分進行條件判斷，引導并幫助學生得出所給選項中僅有螳螂與蟋蟀屬于昆蟲，并由此得出昆蟲的定義：有三對足（一般還有兩對翅），身體分為頭胸腹三部分，并為下節課節肢動物門的分為昆蟲綱、甲殼綱、蛛形綱等分類做好鋪墊。同時，日本京都教育大學附屬桃山小學的教師在小學三年級的算數課程中也進行了嘗試：在兩位數除一位數的數學教學中，教師將具體的除法算式計算過程引導學生以流程圖的形式分步展現出來。首先，教師讓學生列出豎式，同時教師將所需要用到的詞語（如，列豎式、比較、相除、相減、取余、余數比較等）提供給學生，幫助學生計算過程中的流程圖順序連接;兩位數除一位數的算法需要進行條件判斷，即當被除數的第一位數字比除數大時，用被除數的第一位數除以除數，然后進行相減和取余，否則用被除數的兩位數除以除數（如76/5與12/5），故學生在計算的過程中會根據被除數和除數的具體情況進行比較，體現了程序設計中的順序和條件判斷;接下來在進行余數比較的過程中，如余數比除數大，則再進行相除、相減和取余，此過程則蘊含了重復執行的程序設計原理。以上案例雖對于知識儲備豐富的成年人來說稍顯稚嫩與繁瑣，但也體現了日本小學編程教育課程整合初期進程中的努力與積極踐行，不可否認此方式能夠幫助學生加深對知識的理解與思考，使學生的思維過程更加“外顯化”，同時對思維能力的培養及之后的嚴謹的處事方式及態度的養成也有較大幫助。因此，只有通過課程設計者不斷地摸索探究，將編程思想慢慢融入到具體課程之中，那么編程教育作為一種課程建設的指導思維和方式與課程真正融為一體則指日可待。同時課設計者需深諳一點，雖然我們提倡的兒童編程教育需在課堂上以不同的活動形式來表現，但兒童編程與學科課程的結合并非只為了利用編程的理念與方法設計固定的教學活動方式或是為課堂增加新的活動形式，而是指向學生問題解決的意識及理論思維能力的提升;同時教育工作者也要真正做到挖掘基礎課程內容中與編程教育原理契合之處，使學生能在創設的課堂問題情境中利用啟發和推理的方式，將一個“不確定性”問題通過約簡、轉換、分解、序列、抽象化、模塊化等重新表述為一個知道如何解決的問題，培育兒童大腦中理論思維的“種子”，理論思維指導科學技術的發展，才是科學技術的靈魂。有了理論思維才能在研究它的實踐中產生深邃的科學思想，從而有所發明和創造，繼而才能期望兒童能夠去想象和構建自己的思想體系和認知框架。

（四）兒童編程教育理念及方式對兒童生活實踐的影響與滲透

我們希望兒童編程教育理念不僅僅適用于課堂學習活動，而更要將其視為一種“無形的哲學”融入到日常生活實踐中，就像指導我們生活實踐的行為準則與價值觀念一樣，因為這是一種素養性教育。正如周以真教授所言：與其哀怨計算機科學的衰退，不如提煉計算思維思想面向普遍受眾，將其滲透到各行業各領域的思想意識與行為方式中，激發公眾對該領域的知識探險興趣，使其成為普遍現象。同樣編程教育的理念也應面向全體受眾，體現在兒童生活的方方面面，使其成為兒童自身表達的一種手段，如此這般才能體現兒童編程教育作為一種思維方式教育的普世價值。通過編程教育加強兒童與社會生活的連接，能夠給兒童以學習“真實感”，讓兒童理解為什么要學習，體會到學以致用的樂趣，同時以編程的理念與方式指導日常生活實踐，反之也能加深學生對“用編程學”的理解與應用，對其課堂學習也有一定的理論與實踐指導意義。比如，學習烹飪的過程中，可以將繁雜的操作過程分解簡化為幾個步驟，怎么才能既做好飯，又不讓其他菜放涼了，將看似復雜的問題轉化為自己可以理解的問題以此掌握做料理的技能;旅行之前妥善地制定旅行計劃，計算經費以及可能面臨的諸多問題等，使自己能夠享受一次完美的旅行;每天上學出門前根據今天的課程規劃整理好自己的書包，為一天的課程做好準備等等都體現了編程教育所蘊含的理念，因為兒童要對所將“編程”的事件有一個全局的清晰的認識，在大腦中抽象化地進行計劃和編排，通過不斷地嘗試，直到“輸出”正確完美的結果。此外有研究者發現，編程教育還能夠提高風險管理能力，因為編寫程序時會想到可能會發生的全部問題，對以后可能發生的事件有一種想法和預設，就好比你在外面玩可能會遇到危險一樣，對情境的預想以及掌握會使人產生風險意識，避免受到不必要的傷害。所以，我們對兒童編程教育的定義并非是為了讓兒童成為計算機編程的高手，將來成為“程序員”或“碼農”，而是倡導每個兒童都是“編程家”，都要具備編程能力并且能夠用編程的思想解決問題，使自己作為生活的設計師以及靈魂的架構者，這對于兒童的成長及未來發展的影響都是不可估量的。

（五）兒童編程教育的開展需要企業及高校科研院所的外部支持

兒童編程企業團體面向的是更加廣闊的受眾群體，他們更加了解市場的需求及導向，故對兒童編程教育理念本真的普及與大范圍的推廣有著舉足輕重的作用。首先，企業需要深刻理解并認同兒童編程教育要以“教育性”為第一準繩，而不是培養“娃娃碼農”。企業對一種教學理念和模式的宣傳和推廣有著不可小覷的作用，甚至更有可能產生一種“現象級”效應，如樂高作為全球知名企業與兒童編程領域的合作就是非常成功的案例，樂高公司以敏銳的判斷力結合自身產品特點相繼與scratch、機器人編程等極具特點的兒童編程工具合作，對兒童編程工具的市場推廣和流行產生了巨大推動力，同時也體現了契合兒童編程工具設計理念的完美應用;其次，兒童編程教育在學校的施行也需要企業專業程序研究或教學人員對學科教師在程序知識以及教學開展方面的輔助培訓，同時企業專業人員對教師的相應技術培訓以及編程教學方法的交流和探討，也能為兒童編程教育的課堂應用開展帶來新的想法，注入新的活力，如此相互配合、協調一致，加速兒童編程教育課堂應用落地。企業作為兒童編程教育的重要“社會力量”，為編程教育的學校開展提供了“社會連接”，教師的活動范圍以及社會經驗還是有一定局限性，企業的介入可以為教師的課堂教學活動增加新的靈感，增強課程與社會的連接性，同時企業也可以承擔學校課程中以編程形式指導的活動，為學生帶來不一樣的編程想法和模式，以此使學生開拓視野，發散思維，真正將“用編程學”進行社會實踐。另外，兒童編程教育也需要得到高等教育機構和科研院所的學術性支持，為其進一步研發和推廣提供更加正規且寬廣的平臺。隨著企業與高校“外部援助”的深入，建議在政府指導下嘗試建立兒童編程教育高校、企業、學校非盈利關系研究與合作聯盟，使兒童編程教育由自由探索進入“集約型”的研發與成果轉化，加速思維指向式兒童編程教育在小學課程中的普及。推進聚焦思維素養的兒童編程教育就是要培養面向未來的全面發展的人，為兒童大腦中那一粒不知何時會“開花結果”的種子注入“水分”與“肥料”。

三、指向思維素養的兒童編程教育的目標

縱觀世界上所有國家的兒童課程改革，本質都是預想通過更好的學校教育來創造更好的社會，因此未來在追逐全球共同利益中體現本國的責任與擔當。所以，兒童課程都必將從“知識傳授”向“知識構建”轉變，學習也必將從“知識接受（學什么）”向“知識理解（核心素養）”轉變，教師也應從“教什么”到“怎樣教”過渡，以至于最終培養一種具有面向與適應新時代資質與能力的人。人工智能時代的未來一定會充滿各種不確定性，是或然，或然不可測，所謂不可測者，即不能預知或預定其是如何也。具體底個體底事物之成為若彼或若此，其中皆有偶然之成分。拉爾夫·泰勒在《課程與教學的基本原理》中提到，目標要與具體的知識有明確的聯系，同時還要與相應的知識理解或知識技能有明確的聯系。兒童編程教育的重要目標是培養能夠適應不同條件思考靈活且開放的個人，全局性、系統性、規劃性、靈活性的思維能力是我們面向未來多變世界的必備技能，思維技能的教育應作為當代教育目標之一，應逐步建立思維能力教育在教育進程中的基礎性地位。面對目前火熱的兒童編程教育，我們不應該將過多的關注點放在兒童學習編程能得到什么或成為什么，應當拋棄這些稍顯功利色彩的目的，同時社會與家庭應避免對兒童編程的“盲目跟風”與“教育焦慮”，將兒童編程教育作為一種過程性及功用性的能力培養形式，以兒童編程學習過程中思維能力的轉變與提升為目標，聚焦于編程教育過程中兒童問題思維、算法思維、批判思維、合作思維和創新思維能力的養成，體現在兒童未來面臨不確定性的問題解決過程之中，增長兒童應對未來社會挑戰的“不可替代”的能力，方能展現兒童編程教育的精髓所在，做到兒童編程教育真為兒童未來發展。

（一）問題思維

人工智能以及機器人技術為人類社會帶來便利性的同時，也挑戰著人類的思維與行為方式，未來兒童面對的都將是各種“不確定性”的問題，絕不是靠記住正確答案就能夠解決的，所以要注重培養兒童積極主動思考問題的能力，訓練兒童問題意識與問題思維，在面對新的不確定性的問題時，能夠將其抽象為具體可解的形式，可以以現有的事實為依據進行“推理”或“判斷”，而后創生出解決問題的合理路徑，之所以說是合理路徑而不是正確路徑，是因為未來人類面對的諸多問題不大可能有唯一的標準答案，而主要在于人類可能選擇受益的不同方面而采取相應措施。縱觀近兩次的PISA結果，中國學生在閱讀素養、數學素養和科學素養全部三項評價中均排首位，并且遠超于其他國家的學生，但唯獨基于計算機解決問題項目成績落后，這一結果也引起國內外教育界及媒體的廣泛關注與討論，教育的目標體現在成績這一結果性評價上，而更應該聚焦在有意義的問題的提出與解決的過程，切實踐行“沒有正確答案”的教育，培養創造力的教育，獲取面向人工智能時代普遍被需要的生存技能的教育，這才是教育所應關注的真問題。梅耶爾表示，系統且程序性的知識與技能是問題解決的關鍵，編程活動的程序創造能夠幫助兒童將問題抽象分解提煉為解決問題所需的認知技能，而后應用于相同或相似的情境之中。兒童編程教育直指兒童問題思維的養成，因為編程活動沒有既定確切的目標與答案，即便是基于特定項目的制作，與其他基礎性課程的學習相比，也是相對開放的探索活動，并且編程思維及行為方式與基礎學科課程或生活實踐相結合的過程中，更需要兒童不斷地尋找線索形成問題鏈，分析問題賦予其意義，選擇最合適的行為方式以至達到解決的問題。同時教育建立在問題的形成與解決的基礎上而非知識的灌輸過程這一事實意味著個人獲得了更多的經驗，使學習者成為問題提出與解決者比傳授給他們現有的知識與應試的技能更加具有現實與長遠意義，并且在此過程中更能幫助個體增長與發展高階思維能力，問題意識和問題思維的養成或許是助力未來兒童能力發展的第一步。

（二）算法思維

算法本質上指的是一系列定義良好的待執行任務的邏輯步驟，即利用計算機基礎概念和程序運行的原理以達到問題解決的思維能力，算法思維是信息技術社會所有人都應該具備的重要技能。科爾克馬茲表示，算法思維體現在問題解決過程中的順序排列，現實生活中的諸多活動都可以看作是人類處理的算法。兒童編程活動是訓練與培養算法思維的重要實現形式，并將此思維方式滲透延伸到兒童學習與生活的各方面。首先，算法思維的創建與計算機概念的理解與掌握有關，序列、分解、轉換、條件、循環等計算機基本概念體現在事件發生與人類活動之中，是兒童算法思維發展及問題解決過程中的基礎環節;其次，基于計算機運行原理的實踐活動是算法思維養成的重要體現過程與實現途徑，聚焦于思維素養訓練的兒童編程教育實現形式更加“再現”與“具體”化了算法運行過程，兒童在程序創造亦或是現實問題解決的過程中，通過情境抽象模擬、分析、模塊化、調試迭代、自動化、泛化等將具體的問題重新再現為知道如何解決的問題，此種程序化問題處理的方式不僅有助于問題更好的解決，而且幫助兒童養成有利于問題解決的預勢與態度，在面臨更高難度的問題時能夠冷靜處理，理性分析。同時，擺脫技術工具的兒童編程形式使得算法思維更加“外顯化”，可以借助編程思維形式使兒童在物理空間進行操作，全局系統地考慮事件不同組織計劃的后果，經過不斷地嘗試與修正，以此達到問題的解決;最后，算法思維觀念指導著兒童學習與生活實踐，通過教育工作者對學習情境的創設，以兒童為主體通過探索試誤、推理啟發，實現知識的獲取、問題的解決、思維能力的提高，并在此過程當中將程序算法思維貫徹于學習與生活之中，使兒童能夠從全局對問題情境進行預設和把控，挖掘問題的邏輯本質，從而分步實現問題的解決，故算法思維的培養與“自動化”程度的應用是問題解決的重要實現途徑。

（三）批判思維

問題解決以及算法程序調試的過程中體現了兒童對操作對象的評估與選擇，促進了兒童批判性思維的養成。批判性思維是一種積極并且有規律的判斷與質疑過程，能夠幫助人們，通過反思與合理地思考，以此更好地利用自身或他人的想法來理解和表達事物。兒童在編程活動過程或應用程序原理解決學習與生活中的問題時，無形當中使用和訓練了其批判性思維能力，問題解決和決策的一個重要步驟是需要利用批判性思維能力來重構問題表征或事件情況，兒童要將所遇到的問題事件解構再現為類似于計算機運行的過程，并且在此過程中不斷地反思判斷、修改嘗試，辨證性地提出質疑，考慮到程序創作過程中各種相沖突的條件措施，在此過程中學會理性地看待每一次選擇與嘗試，直至獲得最完美的表達，此過程體現著兒童對自己思考過程的認知與監督，在無形當中鍛煉了兒童的元認知能力;同時批判思維是包括技能與“傾向”的一種高階思維，傾向在此體現為一種有利于問題解決的情感與態度，編程活動對學習者認知模型的建立有極大的影響，程序創建與問題解決過程中所體現的批判性思維對認知模型的建立有重要作用，如我們所擁有的偏見，刻板印象都會影響其對世界和行為的看法，而人們往往并沒有意識到認知模型會影響他們的行為，這種意識可以通過個人批判性思考的能力來糾正與實現。故批判思維在問題解決過程中承擔著監督監控的角色，能夠保持問題解決沿著正確的軌道行進。

（四）合作思維

程序創作和問題解決的過程并不是獨立的，需要學習主體之間的協調配合，交流溝通，以此將學習成果最大化。當代兒童被稱為“數字原住民”一代，電子設備已經滲透入他們生活方方面面，我們不可否認技術正在影響和改變著人類的思維及行為方式，但同時技術與學習的融合也呈現出了一些問題，長期技術設備的使用有時會使每個兒童存在于自己的“孤島”之上，技術在不斷改變人類生產生活的同時似乎并沒有對學校學習帶來預想中“顛覆性”的變革，教育工作者更多地是將技術作為教育教學的附加部分，過于關注技術設備應用與工具形式，這種“無靈魂”的使用使得兒童學習主體性關注缺失，并且兒童專注于技術設備的使用使個體之間的溝通交流也減少，這都是技術教學應用過程中值得反思的問題。兒童編程教育活動多以實踐體驗類型課程展開，以項目制作為基礎，在此過程中需要團隊的協作配合，共同完成既定任務，聚焦思維素養的兒童編程教育倡導基于真實物理空間的項目創作或融合計算機運行原理的課程內容教學，擺脫了計算機虛擬界面，更加體現了學習主體之間真實的合作交流;同時合作性的學習與溝通是一種高水平學習的方法，能夠最大化自己與他人的學習。兒童編程的真正用意是為兒童創設自由建構的環境，使兒童能夠通過不斷地創造、設計、制作項目，以此來創造性地獲取知，未來社會不可能憑借一己之力解決系統且復雜的問題，個體之問的合作、交流、溝通不僅是加速問題解決的技能同時也作為一種情感助力。

（五）創新思維

創新思維的養成是兒童編程教育的終極指向。未來社會需要的不再是遵守指示規則，應試成績優異的“A型學生”，與此相反，敢于嘗試新鮮事物，渴望自己發現并定義問題，批判性地看待問題，具備創新思維和創造性能力的“x型學生”才能更好地適應未來人工智能時代。所以教育工作者們不應因循守舊，以現有的教學模式，用過去的教學方法來培養當代的兒童。不應強調學生遵守既定的指示與規則，而應當幫助學生拓展方法、目標與策略，培養學生的創新思維。創新思維的養成并不是一蹴而就的，其通常發生在周期性的想象、創作、游戲分享等多次迭代調試之后，基于程序原理的問題解決過程能夠訓練與體現兒童的創新思維能力。編程活動作為一種極具特點的創新思維培養方式，就如寫作一樣僅僅掌握語法、拼寫遠不能滿足表達的需要，編程亦是如此，只掌握基礎的計算機概念并不能體現出計算思維的能力，而需在創作程序創作及情景表達過程當中不斷地組織、提煉和反思自己的想法，成為自己行動的思考者、問題的解決者、思維的創新創造者。創新思維與創造力的教育應當及早進入教育議程，若從大學開始早已為時已晚，應當從小保護、挖掘兒童的創造力教育，從兒童教育開始，嘗試思維技能課程應在盡可能早的年級層次上嵌入傳統的學科領域，進而波及整個教育系統，培養具有終身創造力的兒童，才能更好地面對不確定的未來，而依托于兒童編程教育來實現這一目標是可行與可能的。