基于STEM教育理念下的中小學(xué)編程教育課程研究

◇黑龍江大學(xué)教育科學(xué)研究院 黃 捷 張 紅

21世紀(jì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速發(fā)展，人們的生活進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)信息化時(shí)代，大數(shù)據(jù)分析與創(chuàng)新性思維成為社會(huì)發(fā)展的重要助推器。STEM教育理念的快速發(fā)展有效地推進(jìn)了中小學(xué)生編程教育進(jìn)程的推進(jìn)。我國(guó)中小學(xué)編程教育在發(fā)展過程中存在很多問題，例如重視程度不夠、師資力量貧乏等，因此如何促進(jìn)我國(guó)中小學(xué)編程教育常態(tài)化發(fā)展成為新時(shí)代學(xué)校教育工作的重點(diǎn)。以STEM教育理念引領(lǐng)中小學(xué)編程教育更是新時(shí)代科技教育發(fā)展的重要形式。

一、STEM教育理念與編程教育

STEM教育是是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）的四個(gè)單詞首字母的大寫組合形式。STEM教育理念的出現(xiàn)打破了不同學(xué)科之間的屏障，加強(qiáng)了學(xué)科間的交流與融合。STEM教育的最終目標(biāo)在于培養(yǎng)學(xué)生的多維能力，使不同方面的能力協(xié)調(diào)發(fā)展，構(gòu)建系統(tǒng)化、理論化的思維模型。其次，STEM教育理念要培養(yǎng)綜合性人才與全面發(fā)展的人，為社會(huì)發(fā)展提供強(qiáng)勁的力量。教育改革進(jìn)程的不斷深化使得應(yīng)試教育的弊端不斷地暴露出來(lái)，“重分?jǐn)?shù)輕能力”的現(xiàn)象普遍存在，但這又與促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展的理念相矛盾。STEM教育理念有效地化解了這一矛盾。編程教育是STEM教育的一部分，是針對(duì)于編程教育作為信息素養(yǎng)培養(yǎng)的一種教育形式，因此STEM教育理念能夠有效地指導(dǎo)編程教育的建設(shè)。

二、STEM教育理念下中小學(xué)生實(shí)施編程教育的重要性

（一）是優(yōu)秀人才必備的基本技能，為學(xué)生未來(lái)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

編程教育作為計(jì)算思維培養(yǎng)的組成部分，是科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)重要分支。隨著科學(xué)技術(shù)與人們生活的交互融合，人工智能在一些重要領(lǐng)域上逐漸地取代了人工服務(wù)，促進(jìn)了勞動(dòng)市場(chǎng)的更新?lián)Q代，科技引領(lǐng)社會(huì)發(fā)展是未來(lái)世界發(fā)展的主要趨勢(shì)，因此能夠熟練地掌握編程語(yǔ)言是對(duì)未來(lái)人才基本素養(yǎng)的要求。編程教育正逐漸朝著低齡化的趨勢(shì)發(fā)展。國(guó)際上很多中小學(xué)校的教學(xué)中編程教育元素濃厚，大部分學(xué)生在教學(xué)過程中都能接觸到基礎(chǔ)的編程知識(shí)，例如英國(guó)威爾士的圣朱利安小學(xué)的學(xué)生利用編程制作了計(jì)時(shí)器，并且應(yīng)用到實(shí)際檢測(cè)環(huán)節(jié)。中小學(xué)生編程教育旨在幫助學(xué)生掌握一項(xiàng)基本技能，而不是是學(xué)生聚焦于科技產(chǎn)品的娛樂化功能。編程語(yǔ)言的有效掌握能夠提高個(gè)人競(jìng)爭(zhēng)力與思維邏輯能力，為學(xué)生未來(lái)的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

（二）是社會(huì)發(fā)展的重要推動(dòng)力，為國(guó)家人才競(jìng)爭(zhēng)提供有力保障。

隨著科學(xué)技術(shù)以及數(shù)字化工程不斷地深入人們的生活，計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與政治、經(jīng)濟(jì)、文化高度交融，人們的出行、生活變得快捷簡(jiǎn)便，編程教育逐漸滲透到各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展中，例如餐飲行業(yè)的新式機(jī)器人創(chuàng)新服務(wù)、銀行的機(jī)器人向?qū)Х?wù)等。其次，編程教育能夠有效地緩解計(jì)算機(jī)人才匱乏的情況，為社會(huì)各行業(yè)提供綜合性科技人才，是國(guó)家人才競(jìng)爭(zhēng)的有力武器。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，國(guó)際之間的競(jìng)爭(zhēng)轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)技術(shù)以及信息資源競(jìng)賽，編程教育的學(xué)習(xí)能夠?yàn)閲?guó)家網(wǎng)絡(luò)安全保護(hù)提供堅(jiān)實(shí)的屏障，提高國(guó)家、社會(huì)以及公民的生活品質(zhì)。

（三）是國(guó)家政策需要的體現(xiàn)，為教育發(fā)展提供豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

2017年國(guó)務(wù)院出臺(tái)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，文件中明確指出人工智能建設(shè)的重要作用，編程是人工智能發(fā)展的基礎(chǔ)單元，因此促進(jìn)中小學(xué)生編程素養(yǎng)的提升是教育政策的具體實(shí)施。在近幾年的PISA測(cè)試中，我國(guó)參賽學(xué)生的科技素養(yǎng)取得相對(duì)平穩(wěn)的成績(jī)，但實(shí)際基礎(chǔ)常識(shí)與動(dòng)手能力相較于發(fā)達(dá)國(guó)家，還存在一定的差距，這同樣也是中小學(xué)編程教育實(shí)施的必要性之一。在數(shù)字化高速發(fā)展的今天，中小學(xué)生計(jì)算機(jī)思維以及信息素養(yǎng)的加強(qiáng)，不僅對(duì)國(guó)家的發(fā)展有積極作用，同時(shí)也有利于個(gè)體價(jià)值的發(fā)揮，為個(gè)人未來(lái)生存發(fā)展奠定基礎(chǔ)。推動(dòng)中小學(xué)編程知識(shí)的傳播有利于探究新的教育內(nèi)容，豐富教育實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

三、STEM教育理念下中小學(xué)生編程教學(xué)的原則

（一）以學(xué)生需求為導(dǎo)向原則。

編程教育的初始教學(xué)要建立在學(xué)生的已有科學(xué)素養(yǎng)之上，使學(xué)生成為課程教學(xué)的中心，教學(xué)內(nèi)容要從學(xué)生的需求出發(fā)。教師在教學(xué)過程中，要通過示例或者教具一步一步將學(xué)生帶入教學(xué)情境中。編程課程的開發(fā)要能激發(fā)學(xué)生的興趣，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)探索科技世界，為學(xué)生提供符合其興趣以及實(shí)際需求的課程內(nèi)容，根據(jù)學(xué)生實(shí)際的課堂動(dòng)態(tài)及時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。

（二）寓教于樂原則。

堅(jiān)持“寓教于樂”的教學(xué)原則不等同于增強(qiáng)課堂教學(xué)的娛樂化功能，而是利用競(jìng)賽、游戲等具有趣味性、競(jìng)爭(zhēng)性的活動(dòng)形式進(jìn)行教學(xué)，這種教學(xué)方式有利于學(xué)生接受新知識(shí)，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、勇于探索的科學(xué)精神。學(xué)生通過合作與交流，輕松愉快地加入到探索互動(dòng)中。

（三）循序漸進(jìn)原則。

編程教學(xué)要遵循學(xué)生思維發(fā)展的過程，符合學(xué)生此階段的接受能力。任何事物的發(fā)展與完善都需要一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，由于編程教育知識(shí)的難度系數(shù)較高，因而學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，需要不斷積累編程教育基礎(chǔ)知識(shí)。教師通過圖片化與可視化的簡(jiǎn)單分解，逐漸加強(qiáng)課程的難度，使學(xué)生通過合作與創(chuàng)新，設(shè)計(jì)出屬于自己的研究成果。

（四）系統(tǒng)化原則。

教師要注重對(duì)于知識(shí)整體性的把握，幫助學(xué)生形成系統(tǒng)化知識(shí)架構(gòu)，為學(xué)生未來(lái)的發(fā)展打下基礎(chǔ)，提高自身的信息素養(yǎng)，有利于以后知識(shí)的一個(gè)銜接過程。全國(guó)研究生教育大會(huì)明確指出，2021年擴(kuò)招的招生規(guī)模中會(huì)增加人工智能專業(yè)，說明社會(huì)對(duì)高科技人才的需求量逐漸提高，同時(shí)也證明了在中小學(xué)開設(shè)編程教育的必要性。通過初等教育、中等教育以及高等教育的銜接，幫助學(xué)生建構(gòu)完整的編程知識(shí)體系。

四、STEM教育理念下中小學(xué)生編程教育的實(shí)施路徑

（一）樹立中小學(xué)生編程教育理念，加強(qiáng)STEM教育理念的滲透。

2014年愛沙尼亞開展了編程教育并逐步推行至全國(guó)；日本將編程教育寫入教科書；2013年，美國(guó)設(shè)立了“編程一小時(shí)”項(xiàng)目，編程教育納入到K-12教育體系的基礎(chǔ)教育發(fā)展中。很多國(guó)家都已將編程教育作為青少年基礎(chǔ)教育的重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容。我國(guó)的編程教育起步比較晚，在編程課程的教學(xué)設(shè)計(jì)、師資隊(duì)伍、課程內(nèi)容設(shè)計(jì)等方面都存在著許多不足。由于傳統(tǒng)教育模式以及日常考試機(jī)制的影響，編程教育雖應(yīng)成為日常教學(xué)活動(dòng)中的一門課程，但是并不被廣大家長(zhǎng)所認(rèn)可，家庭培養(yǎng)目標(biāo)的重點(diǎn)提升學(xué)生的成績(jī)，而不注重學(xué)生科技素養(yǎng)的發(fā)展。因此，中小學(xué)生編程教育課程的設(shè)置首先要加強(qiáng)家長(zhǎng)、學(xué)生以及社會(huì)公眾對(duì)編程的理解，“學(xué)會(huì)編程”是未來(lái)教育發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是未來(lái)人才競(jìng)爭(zhēng)的基本技能之一。只有從各個(gè)教育主體入手，才能真正地促進(jìn)編程教育的不斷推進(jìn)。

（二）合理規(guī)劃中小學(xué)編程教育內(nèi)容，建立編程教育體系的建設(shè)。

從教學(xué)目的看，編程教育應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生的圖形化思維、可視化能力、邏輯思維能力以及對(duì)抽象化事物的感知能力，編程教育強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐相結(jié)合，從教學(xué)內(nèi)容看，首先應(yīng)加強(qiáng)跨學(xué)科知識(shí)與教學(xué)內(nèi)容的聯(lián)結(jié)，注重課堂教學(xué)的趣味性、可操作性，為學(xué)生創(chuàng)建易于探索的教學(xué)情境，注重編程知識(shí)的實(shí)際操作過程，改變傳統(tǒng)的灌輸教育模式。從課程內(nèi)容選取上，應(yīng)兼顧編程教育的難度、廣度與深度，而不是基本辦公軟件的熟練操作。課程開發(fā)要注意根據(jù)地區(qū)差異設(shè)定，逐漸推動(dòng)編程教育納入到基礎(chǔ)教育過程中。

（三）保障教學(xué)資源的合理開發(fā)與利用，為教育發(fā)展提供物質(zhì)支持。

編程教育資源較為豐富，能夠?yàn)閷W(xué)生提供個(gè)性化的選擇。學(xué)校不僅要加強(qiáng)教學(xué)資源的開發(fā)與利用，還要為學(xué)生創(chuàng)設(shè)能夠展示自我的平臺(tái)，例如實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、趣味競(jìng)賽、綜合實(shí)踐活動(dòng)等。例如山東濰坊市設(shè)置了未來(lái)教育體驗(yàn)中心，發(fā)揮了人工智能在教學(xué)中的重要推動(dòng)作用。其次，開放圖書館、電子圖書室等資源，開展開放式社會(huì)講座，為學(xué)生提供更多獲取編程知識(shí)的途徑。

（四）打造專業(yè)化編程教師隊(duì)伍建設(shè)，優(yōu)化編程教學(xué)過程評(píng)價(jià)。

編程教育的教學(xué)過程具有一定難度，因此應(yīng)加強(qiáng)專業(yè)化師資隊(duì)伍的建設(shè)，為學(xué)生提供個(gè)性化的教學(xué)，促進(jìn)專業(yè)化教師編程課程知識(shí)培訓(xùn)，定期舉辦研討會(huì)，交流編程課程教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，提高區(qū)域教學(xué)質(zhì)量，形成具有個(gè)人特色的編程教育課程體系。編程教師的培訓(xùn)相比于基本學(xué)科教師的培訓(xùn)更為嚴(yán)格，并且培訓(xùn)時(shí)間較長(zhǎng)，因此可以采取校企合作、共享高校教育資源等形式聘請(qǐng)專業(yè)化的教師。在校外教師進(jìn)行教學(xué)時(shí)，校內(nèi)教師也要參與到教學(xué)中，兩種形式的培訓(xùn)同步進(jìn)行，在有限的時(shí)間內(nèi)提升教師的教學(xué)能力。

（五）促進(jìn)科學(xué)技術(shù)手段融入課堂教學(xué)，創(chuàng)建數(shù)字化教學(xué)情境。

國(guó)外許多學(xué)校都將科技因素融入到教學(xué)中，并且為每門課程制定了適合于學(xué)科教學(xué)的專屬電子教具。例如芬蘭的編程教育的特色是“計(jì)算思維”、“現(xiàn)象教學(xué)”與“游戲互動(dòng)式”，教師通過互動(dòng)式游戲教學(xué)提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，主動(dòng)地將學(xué)生帶入到教學(xué)情境中。編程教育的滲透不是簡(jiǎn)單的知識(shí)相加，而是要努力使其成為各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的一部分，讓學(xué)生真正感受到科技技術(shù)為教學(xué)帶來(lái)的樂趣。因此在實(shí)際教學(xué)過程中，不僅要?jiǎng)?chuàng)新教學(xué)內(nèi)容，將編程教育納入到日常教學(xué)中，還要將編程技術(shù)融入到教學(xué)手段中，實(shí)現(xiàn)二者的同步融合。