社區教育中開展編程思維培訓項目的路徑研究

蘇絢

（汕頭開放大學，廣東汕頭，505041）

隨著經濟社會發展，我國社會結構日趨多樣，進一步創新社區教育理念，改進教育內容與方式，提高社區居民的素質和文化水平，成為我國社區教育的重要任務。2016年教育部等九部門聯合發布的《教育部等九部門關于進一步推進社區教育發展的意見》指出，社區教育發展的其中一個主要任務是積極開展青少年校外教育，要充分利用社區內的各類教育、科普資源，開展校外教育及社會實踐活動，為青少年健康成長提供良好的社區教育環境[1]。而社區教育的現實發展情況表明，直至2020年社區教育依然著重于成人教育與老年人教育。與此同時，我國進入了信息化時代，信息技術學科得到大力發展，信息技術教育也日益受到重視，相關政策陸續出臺。盡管信息技術教育已進入中小學課堂，但還處于起步階段。由于信息學范圍廣、層次深，依靠學校與商業機構開展青少年信息學教育只能服務于小部分優秀學生的進階學習或素養型的普及學習。社區教育具有普惠性原則，在社區教育中開展服務于青少年的信息學教育，可成為學校教育的有力補充。

一、社區教育中開展編程思維培訓項目的必要性與現實意義

（一）編程學習能提升思維能力

信息學學科知識面廣，學校教育中的信息課多數是培養青少年的信息素養，少數學習成績優異者才有機會獲得信息學科中編程類應用課程的學習，得到思維能力的訓練。

在商業市場中，近幾年編程教育也異軍突起。編程教育的崛起把一個新的名詞帶進人們的視野——計算思維。計算思維這一概念最早是由麻省理工學院的Seymour Papert教授在1996年提出的[2]。2006年，周以真教授提出倡導計算思維的培養，“讓學習者像計算機科學家一樣思考”[3]59。雖然至今，對于計算思維學術界并沒有一個統一的定義，但是被廣泛認同的是：在這個計算機信息網絡急速發展的時代，計算思維越來越不可或缺，它對我們認識當今世界，甚至改造當今世界都有著舉足輕重的作用。計算思維的培養，可以使非計算機專業的人員也能更好地適應與融入這個時代。

美國麻省理工學院終身幼兒園研究小組在多年研究互動媒體設計者設計的編程活動基礎上提出了計算思維三維框架：計算概念、計算實踐和計算觀念[4]。計算概念指的是程序中的順序、條件、循環、事件、數據，乃至更高一層的數據結構等等的計算機編程中的概念。編程的教學中，教師一般會將概念的講解設計融入實例當中，讓學生通過模仿范例來理解計算概念。計算實踐關注學生是否會利用編程工具解決處理問題。實際上這也是一種檢測手段，檢測學生是否可以將前面模仿中認知的計算概念加以應用，轉換成解決問題的能力。經過一段時間的編程學習后，計算觀念將會逐漸形成。這里的計算觀念是指學生能夠創作作品表達自己的想法，與他人合作形成想法的聯系，及更高一層的提出對世界現有狀態的質疑。

編程學習所培養的計算思維與數學思維具有共通性。李廉教授在《計算思維——概念與挑戰》中指出科學思維分為物理的實證思維、數學的邏輯思維與計算思維。書中指出，在很長一段時間內，計算思維的研究是作為數學思維的一部分，而現在給予兩者的區別是：計算思維更傾向有限性、程序性和機械性[5]。編程學習對計算思維進行訓練的同時，也是對數學邏輯思維的一種訓練。數學是一種將具體問題進行抽象化的過程，通過將具體問題抽象為模型，再用模型去解決實際問題。數學也訓練以推理和演繹為特征的邏輯思維，且數學具有抽象性和應用性兩重屬性。計算機編程中涉及到很多數學中的應用性方向，強大的數學邏輯思維能力的訓練需要學習對事物進行觀察，類比、歸納、演繹、分析、綜合、抽象、推理的思維方法，而這些也是編程學習中反復訓練到的方法。數學的研究，重在于剝離具體，定義出統一適用的規則性的定理和公理。而與數學相關的計算機編程，它的重點在于映射具體。即計算機編程實際都是為了解決社會中、現實中的具體問題。學習者需要對社會關系、現實生活問題具有理解和學習的能力。從教學的角度來說，數學是一個偏向于學術型的學科，而計算機屬于偏向于應用型的學科。因此，在編程學習中，雖然離不開數學，但它更具象，它是數學的一種社會應用，它讓抽象的數學公理建立了與人類社會的聯系。它需要更多維的能力來支撐應用的實用性以及對實際問題的解決。所以編程學習既培養計算思維，也訓練了數學所需要的邏輯思維。

（二）學校與培訓機構的編程培訓多以選拔尖子為目標

在普通中小學校的信息技術學科中，通常會以選拔優秀學生參加信息技術學科競賽為目標開展信息技術編程類的興趣班。而這一類興趣班的教學往往同時涉及很多信息技術通識類知識的學習，很少能專門通過編程學習，讓普通的學生們得到思維的訓練。而在校外現有的編程培訓機構中，由于商業利益的驅動，以及部分家長的功利心理等諸多原因，很多編程機構的教學并非真正以思維訓練為目標，如圖1。

圖1為某編程培訓機構對少兒編程等級與能力的劃分。如圖所示，少兒學員在一、二年級使用scratch等圖型化編程語言進行學習，三年級轉為符號類編程語言python的學習，而在四至六年級的高年級階段，又進入語法更難掌握的C++語言的學習。不能否認，有一小部分天資聰慧的學生可以完成這樣大步子的編程學習，但對大部分中小學生而言，這樣的步子邁得過大，不利于計算思維的形成。麻省理工學院MIT媒體實驗室開發的scratch圖型編程語言，目標在于創建一種“低門檻，高天花板”的語言，目的是為了讓學習的學生真正地訓練到思維。思維方式的形成，必須是在對語言、語法基礎與計算概念逐漸熟悉之后，才能加以應用、轉化，乃至成為一種思維與觀念。這個過程需要掌握某種穩定的編程語言，并學會使用，哪怕這種語言不是那么嚴謹與完美。若如編程培訓機構的等級設置一般，在小學六年的時間里，就要學習三至四種編程語言，里面甚至包括語法與結構較為復雜的語言，那么對大部分小學生來說，編程學習只是在不停地學習不同編程語言的語法、語句，思維談何形成！

圖1 某編程培訓機構對少兒編程等級與能力的劃分

在國內的編程學習環境中，功利主義充斥其中，機構與家長急于追求最熱門最先進的編程學習方案，有時并未考慮編程學習真正的目標到底是什么。像圖型化編程語言，通常使用到的是它的“低門檻”，即使學前兒童也可以通過模仿學會一些編程，然而卻辜負了開發者“高天花板”的心愿。大部分參與機構編程學習的學生在中低年級時就會不停地跳轉學習不同的編程語言。這樣的培訓目的更多的是為了選拔計算機學科的尖子生、領頭羊，對普通學生的思維訓練并無太大作用。然而，信息技術學科是一門高速發展、推陳出新、更新換代迅速的學科。這樣的學科，思維的培養才是編程學習的核心。編程語言只是工具，在未來的世界中，工具可能會隨時變換，而思維才是應對變化的底氣。因此學習編程提升青少年思維水平，應以思維訓練為核心目標，控制學習速度。

（三）編程思維培訓項目融入社區教育可以實現普及性的思維訓練

在我國，社區教育起步于80年代初期，它在總結原有學校教育、家庭教育、社會教育經驗基礎上，借鑒國外社區教育的經驗，從國內不同地域的實際出發，通過試點逐步發展起來。《教育部等九部門關于進一步推進社區教育發展的意見》對社區教育發展的原則做了明確的指導：體現社區教育的普惠性原則，以此來促進教育公平[6]。社區教育應堅持以人為本，需求導向，即以學習者為中心，以學習需求為導向為社區居民提供多樣化的教育服務。

在社區教育中開展編程思維培訓項目應以思維訓練為核心目標，真正發揮編程對思維訓練的作用，也可以成為普通中小學校與校外機構信息技術學科教育不足的一個補充。作為家長，為孩子選擇編程類課程的學習，大多數并非希望孩子成為信息技術學科的專業人才，更多的是一種長遠的考慮，希望自己的孩子能提高信息素養，能得到思維的訓練，得到一個長期的而非功利性的培訓學習。在普通學校教育中，學生的學習是被動選擇的。即學生無法選擇學與不學，學什么，學習進度等等。有些重視信息技術學科的學校會挑選尖子生培訓參加競賽。但現在全國的普遍情況是學校學生人數較多，能夠成為尖子生、得到培訓機會的人數比例較低。不少對信息學技術或編程感興趣的學生一旦一時未能掌握信息學學習方法，就會在挑選中落敗，無法得到深入學習的機會。

另一方面，現階段商業機構的編程學習也無法真正做到普及性的思維訓練。商業機構由于運營、宣傳的需要以及功利主義等因素，更需要培訓優等生，去參加競賽獲得名次，從而達到提高機構知名度等目的。目前商業機構的編程課程還有另外一種形式，即全國范圍內的網絡編程課程。全國網絡編程課程資源非常豐富，性價比高，從價格的角度可以做到普及的程度。但網絡編程課程不足之處在于忽略了青少年學習的特殊性。在編程課中，老師面授對兒童編程的引導、程序的修改、程序的調試具有無法替代的重要性。由于編程課程的特殊性，單純的網絡課，教師在網絡上指導，可能無法解決兒童在編程過程中遇到的實際困難。在網絡課程中，教師對學生的情況難以跟蹤溝通，容易出現學生照搬程序的情況，學生雖然能夠完成任務，但在此過程中并非思維得到了訓練；或者有可能學生用極不規范的方法完成了任務，而教師通過網絡難以清楚了解其思考過程。所以，編程網絡課無論是在訓練兒童參與信息學科競賽方面，還是在訓練兒童編程的計算思維方面，都遠遠遜色于面授課程。這也就使得商業機構的編程課程依然只適用于服務學習能力強的優秀學生。

社區教育遵循的是普惠性原則，力求實現教育公平，正好彌補現有學校與市場上編程學習的不足。社區教育具有彈性學習的特點，無學制與硬達標等要求，無學習年限的限制，無因故中斷學習則無法再獲得學習機會的問題，什么時候開始學習都不晚，致力于打造終身學習平臺。思維的訓練實際是因人而異，有的學生思維敏捷，轉換快；有的學生思維頑固，變換慢。所以思維能力訓練最好的方式是個性化定制，而社區教育則有條件實現個性化定制，實現針對中小學生普及性的編程思維訓練。

二、編程思維訓練項目的課程教學路徑

（一）項目難點分析與課程教學模式設計

社區教育以促進全民終身學習、構建學習型社會為目標，彌補基礎教育的不足，是標準化的基礎教育學習的一個有效的補充。這就意味著學習什么時候開始都不會太晚，學習進度跟不上也不要放棄，只要有堅持學習的態度，社區教育就可以給予引導與補充。這個學習宗旨要求辦學需以人為本，具有彈性的學習制度，采取個性化的學習方式。這一宗旨正是開展編程思維培訓項目的第一個難點。要達到這一辦學目的，用傳統的教學方式對現階段人口眾多的國情來說難以實現。第二個存在的難點是專業師資問題。由于編程的專業性強，成為一個稍微成熟一些的少兒編程老師，都需要一定時間與經驗的積累。這也使得在編程教育中，師資短缺成為一個瓶頸問題。據筆者對所在地區各社區調查的情況，通常每個編程機構，一個編程方向的教師最多為1-2人，有些機構甚至一個編程教師身兼多個方向的教學。師資隊伍的培訓由于專業性較強，一直是一個較大的痛點與難點。

通過對課程與教學模式的設計，可以有效解決現存的難點與問題。采用“線上課+線下課”相結合的教學方式，可以實現上述普及性編程思維訓練課程個性化定制的要求。以圖形化編程課程scratch課程為例，將理論學習、案例學習、實例練習等都建設為一系統微課程，以線上課的方式進行教學，即教師講解與實例課程由線上微課的“教師”代替。但由于學生年齡較低，自學自控能力較差，需允許學生即使采用線上微課程，也可以到校學習。而教師可以在學生完成第一次微課程學習后，根據學生掌握進度的不同進行分組。掌握進度快的學生可以進入下一階段的學習，掌握進度較慢的學生可指導其再次觀看微課，或稍加指點再進行下一階段的學習。這個教學過程是以學習者為中心，以學習需求為導向的教育服務。在“線上課+線下課”相結合的過程中，應設置至少一位專業編程教師，并根據學生人數設置若干位助教。助教專業性無需太強，主要任務是引導學生聽懂微課中的例子，指導學生完成微課中的實操任務。專業的編程教師主要負責訓練學生思維，幫助學生自行編寫程序，完成運行程序時的調試、修改，同時引導其舉一反三再創作。在這樣的教學模式下，學生可以根據自己的進度，利用微課程進行學習，教師也可以根據其學習情況實現編程學習的個性化定制。這種教學模式允許不同的學生在思維訓練學習進度上存在差異，并使教師可根據學生學習進度的差異為每個學生調整教學進度，從而達到普及性的個性化思維訓練的目的。線上線下相結合的方式既保證了課程講解的專業性，也解決了成熟編程教師師資不足的問題。下頁圖2為社區教育編程思維訓練項目教學路徑的架構圖。

圖2 編程思維訓練項目教學路徑

（二）線上課程資源設計

社區教育編程培訓項目以“線上課+線下課”相結合的方式開展，其重點在于線上課的微課程設計和線下課專業老師的指導理念。線上微課程是作為一個“線上教師”的身份存在，它應該具有專業、生動形象、授課深入淺出等特點。微課程需要解決學生知識點理解的問題，若能做好這一點，則線下指導教師和“線上教師”就能有更明確的分工，“線上教師”負責專業知識教授，則線下指導教師就有充足的時間對學生的思考加以引導，從而達到思維訓練的目的。同時微課程的設計還要滿足學生的個性化學習，適應學生學習進度的差異，這樣才能更好地體現社區教育的宗旨。

要使“線上教師”更好地發揮專業知識教授的效果，滿足學生個性化學習的要求，需遵循以下幾個設計原則：第一，課程體系和課程內容完整。根據實際教學情況發現，小學高年級至初中階段，學生編程學習，特別是以思維訓練為目的的編程訓練，學生掌握的情況有著巨大的差異。編程學習初期，程序邏輯簡單，可模仿性比較強，學生們進度差距不大。這時候，教師尚無法分辨學生是真正通過自己的思維完成了編程，還是靠背誦記憶老師的程序完成任務。隨著學習的深入，靠背誦記憶的方式已難以完成任務，這時學生們的進度差距就會拉開。思維敏捷、學習能力強的學生進度會非常快。這就要求微課程的課程體系和課程內容豐富完整，以滿足部分優秀學生學習進度超越教學進度設計的需求，使學有余力的學生可以繼續深入學習。第二，案例設計充足。編程學習訓練思維，而不同學生思維的發展是不同步的。有的學生善于理性思維，邏輯思維發展得快，對知識點會自行遷移應用，善于舉一反三。而一些邏輯思維發展較慢的學生，在編程過程中需要接受教師的思維方式，他們需要教師用知識點和不同的實例進行反復地訓練來強化接納新的思維方式，從而轉化為自己的思維。這就要求微課程設計中，對同一個知識點要有大量的案例設計，以滿足學習能力較弱學生強化訓練的需求。第三、用動畫或真人秀呈現抽象的知識點。編程訓練的是計算思維和數學思維，計算機中有不少抽象的概念、知識點、邏輯都難以用純語言表達。普通課堂中，教師通常通過畫圖、比劃等方式來表達抽象的知識。在微課程設計中，遇到語言難以表達的知識點，需借用動畫，將抽象轉化為具象，或由教師真人演示、或以繪圖的方式來表達抽象知識。

（三）線下課程教學設計

線下課的教學應把握兩點。第一，專業編程教師應允許學生不同思維方式的存在。答案無法標準化，這對教師來說當然是一個挑戰，不標準的程序會占用教師較多的課堂時間。但若一味否定學生思路，會對鼓勵學生思考、形成自己的思維產生不利影響。寫出優美的程序是所有編程員的追求。但在學生學習的過程中，有些學生面對同一個問題時，會給出不同思路的程序。有些程序并不完美，不高效，甚至有錯誤，但是它可以解決問題。這時，教師應允許這種程序的存在，給予肯定，再逐步引導其修改完善。這有利于學生信心的培養和多種思維方式的訓練，更加符合編程思維訓練的宗旨。這是以思維訓練為宗旨的編程課的教學難點。這對線下的專業指導教師的水平、理念、耐心都有一定的要求。第二，引入“費曼學習法”①費曼學習法的靈感源于諾貝爾物理獎獲得者理查德·費曼（Richard Feynman）。費曼學習法的主要四大步驟：（1）選擇目標領域，并完全了解這個內容；（2）向別人復述這個內容；（3）糾錯之后的再次學習；（4）回顧和精簡。（王玨《“費曼學習法”教學原理分析及應用》<《廣西職業技術學院學報》2020 年第4 期>），加入一定比例的學生演講課。在傳統的課堂中，學生更多的是被教授，學生一直在接受教師的思維，從而慢慢轉化為自己的思維。學生表達的機會比被教授的機會要少得多。“費曼學習法”則是在先接受別人傳授的知識或思維之后，通過表達復述，形成自己的思路，在復述過程中發現自己思路中的問題，再進行自我糾正，從而形成自己的思維。在訓練思維的課程中，“費曼學習法”是一把好劍，可以使編程學習的思維訓練達到事半功倍的效果。因此，在線下課中，可要求學生對自己的設計與程序進行演講，從而在演講中整理思路，形成思維。

（四）思維訓練的評價標準

以思維訓練為核心目標的編程培訓項目，其評價標準應以思維的應用和表達為核心。檢驗一個學生通過課程學習是否達到訓練思維的效果，可采用兩種評價方式：第一，會用程序解決問題。課程可根據學生能力的不同，給予其不同的應用問題，要求其用編程解決。程序完成的過程，即是思維呈現的過程。第二，會用思維表達。編程完成后，學生不僅要會寫程序，還要會講程序。即解決了一個問題，還要能說出為什么用這樣的程序。學生在準備講解或講解的過程中，就能進一步理清思維，將自己的思維方式展現給教師和同學，如此，思維訓練的目標也就達到了[3]65。

當前社區教育多以面向成人及老年群體為主，青少年社區教育的發展還略顯蒼白。以普惠性為宗旨，以思維訓練為目標，在社區教育中開展青少年編程教育，可使之成為普通學校信息學教育的一個有益補充。各地可依托開放大學設立社區教育指導機構，由各高等學校提供師資支持，如此可解決此項目對課程資源設計、師資力量要求較高的問題，同時國家開放大學及各地方開放大學也可成為發展此社區教育項目最好的品牌支持。