香港小學“計算思維—編程教育”課程修訂及其啟示

【摘 要】計算思維被認為是數字時代學生應具備的基本素養與能力，編程教育是培養計算思維的一種比較易于實踐的方式[1]。當今世界各國普遍重視編程教育，我國香港地區在編程教育方面很具特色，是全球為數不多的在小學階段獨立設立計算思維學科的地區。香港特區政府高度重視計算思維教育。通過課程頂層設計、多樣化項目開展及教師專業培訓等多維舉措，促進計算思維教育落地。因此，研究香港小學獨特的計算思維培養戰略，對內地計算思維教育具有很好的借鑒意義和參考價值[2]。

【關鍵詞】香港小學;計算思維;編程教育;STEM教育

【中圖分類號】G434 【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2022）010-064-04

香港小學“計算思維—編程教育”課程標準的修訂歷程

2016年12月，香港特區教育局公布的《推動STEM教育—發揮創意潛能》文件，建議在小學階段引入編程教育來發展學生的計算思維，并鼓勵學校提供各種課程，讓學生通過參與課程的學習活動，學習和應用計算思維和編程技巧。2017年11月，為了幫助學校更加系統地規劃和推行編程教育，香港特區教育局公布了《計算思維—編程教育：小學課程補充文件（擬訂稿）》供學校參考及采用，目的在為計算思維和程序設計教育提供一個系統及詳細的描述，并分析相關的學習元素，方便教師在小四至小六開展教學，同時建議學校按實際情況推行程序設計教育。2019年2月，香港特區教育局成立“計算思維—編程教育”小學課程補充文件專責委員會，展開檢討和修訂工作。2020年5月，經修訂的補充文件在課程發展議會中提出，委員會最終通過建議，并定于2020-2021學年開始實施。

綜上，香港小學“計算思維—編程教育”課程標準的修訂經歷了不斷迭代優化的過程。修訂后的課程標準，能更清晰聚焦地說明在高小教授編程的學習元素，可以進一步優化小學編程教育，以提升學生的計算思維（Computational Thinking）能力。編程教育的重點是使學生具備編程技能，并將其應用于不同的情況，以完成設定的任務。培養學生所需的知識、技能和態度，以面對未來科技高速發展的信息時代。

課程特色：聚焦計算思維的概念與實踐

1.計算思維概念

（1）計算思維綜述

1980年，在麻省理工學院（MIT）的西蒙·派珀特（Seymour Papert）教授出版的著作《頭腦風暴：兒童、計算機及充滿活力的創意》一書中，首次提出計算思維并將其闡述為兒童在通過計算機學習時訓練與培養的思維技能[3]。其觀點是兒童“在制作中學習”（Leaning by Making）。他認為當孩子們在制作一些對自己有意義的作品時，如編寫程序，孩子們就處于學習知識的最佳狀態。

2006年，卡內基·梅隆大學的周以真（Jeannette M. Wing）教授，發表了題為Computational Thinking的文章[4]，首次提出了計算思維就是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計，以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動，能為問題的有效解決提供一系列的觀點和方法。它可以更好地加深人們對計算本質以及計算機求解問題的理解，便于計算機科學家與其他領域專家交流。因此，越來越多的研究者認識到計算思維的重要性，引發了海內外諸多研究者對計算思維的廣泛關注，并開展了大量相關研究。

2011年周以真教授再次對計算思維進行界定[5]：“計算思維是一種系統闡述問題解決方案，并使解決方案可由信息處理代理來有效執行的思維過程”。在此之后，很多有關計算思維的界定基本建立在這個重要界定基礎之上。盡管界定不同，但大多數學者認為：計算思維已經成為學生都應具備的，與數學和讀寫一樣重要的基本素養與能力。編程教育是培養計算思維的重要途徑。

（2）計算思維概念分解

根據香港小學《計算思維—編程教育》課程標準可知，計算思維是一種能運用計算機解決問題的方式。學生通過學習會運用計算思維的概念：抽象（Abstraction）、算法（Algorithm）和自動化（Automation）。

2.計算思維實踐

香港地區學校在第一學習階段（1-3年級）提供一些日常生活體驗，如游戲、體育和音樂，以助啟蒙學生日后計算思維和編程的學習。其中不少游戲活動（例如跳飛機、飛行棋等），本身都有其規則及步驟，當中涉及次序及勝負條件，已是計算思維的初步概念，初小學生可以從生活體驗中接觸相關的概念。

香港地區學校在第二學習階段（4-6年級）推行計算思維和編程教育，目的并非訓練及培養學生成為計算機程序編寫員，而是清晰及聚焦地說明“計算思維—編程教育”的學習目標和內容，是讓學生得到實踐編碼的經驗及面對復雜問題時建立解決問題的信心，通過協作及重復的測試來解決問題。以便更有效銜接初中的教學。同時，該學習階段加入連接實物構建系統的元素，以配合STEM教育的推行。

計算思維基本概念與實踐如表1所示。

課程的培養目標和實施策略

1.培養目標

根據“計算思維—編程教育”小學課程補充文件，結合計算思維的內涵可知，課程的培養目標如下：讓學生掌握計算思維的基本概念與實踐，包括抽象化、算法和自動化;讓學生將編碼與現實生活中的問題和其他科目聯系起來;讓學生具備通過開發、重用、混合程序、編碼等數據處理的能力來解決實際問題的能力;讓學生了解解決問題的過程和編碼的局限性;讓學生在解決問題過程中學會溝通及有效的團隊合作。

通過上述分析我們可知，這和美國國際教育技術協會（ISTE）2015年提出計算思維涵蓋了創造力、算法思維、批判性思維、解決問題、建立溝通和建立合作的技能[6]，是有很多共同之處的。

2.課程實施模式

建議以兩種模式實施教學，即通過校本課程和跨學科協作的主題式教學推行。

（1）以校本課程推行：學校可以靈活設計自己的實施時間表，以涵蓋相關內容，例如每周提供連堂的兩節課，而不是整學年每周一節。較長課時的安排，能減少課堂之間的過渡時間，讓學生可以有更多時間來完成學習任務。

（2）以主題式教學推行：學校可考慮以跨學科協作的形式，采用主題式教學，把學習重點集中在一個主題上，涵蓋不同學科的學習內容和技能。這種教學策略將不同的內容聯系，學生基于自己的興趣和生活經驗，將知識、技能和態度以更有意義的方式發展起來。

對內地義教學段計算思維教育實施的啟示

1.通過提供適合學生學齡特點的課程和方案，促進計算思維的不斷發展

香港地區小學針對不同學段的學生，提供適合的計算思維課程。比如：在小學一年級至小學三年級提供以游戲、運動和音樂等日常生活經驗為主的體驗式課程，以幫助學生在未來的計算思維和編程學習中獲得啟發。小學四年級至小學六年級可在學校學習的每個階段，有機會參加相應的課程，使他們的計算思維得以持續發展。在我國基礎教育領域推進計算思維教育的過程中，應根據不同學齡學生的認知特點，提供適合學生能力特點的課程和項目。

2.將可視化編程和實體編程教育作為小學生計算思維培養的主要渠道

香港小學階段開設的基于圖形化、積木化的編程課程，都以可視化編程作為培養學生計算思維的主要方式。在小學階段，除了向學生介紹可視化編程工具外，學校還向學生介紹實體編程工具，使學生能夠通過實踐操作建立程序與實體之間的聯系。從而達到學習相關編程知識和技能的目的。在我國實施計算思維教育的過程中，可視化編程和實體編程也是培養計算思維的主要途徑。

（1）可視化編程不需要編碼，不涉及復雜的編程語法規則，因此降低了編程的門檻。特別是對于沒有編程經驗的中小學生來說，可視化編程可以有效地減輕學生的認知負荷，符合他們的編程水平。

（2）在圖形化編程語言的基礎上，實體編程將代碼塊實體化，封裝到被賦予不同屬性或功能的實體模塊中，從而實現不同的功能[7]。通過識別和掌握每個實體塊、按鈕和卡片的功能，學生可以通過在任何時間、任何地點直接操作實體來創造性編程，也就是說，通過操作實體對象來嘗試這個過程。減少了編程的困難，使其更易于操作——對小學生來說，這是一種簡單而有趣的方式。

3.重視教師培訓，促進教師專業發展，提倡終身學習

綜上，從香港小學生的計算思維發展策略，我們可知，香港特區政府非常重視教師的專業發展。考慮到教師的計算思維能力水平直接影響著學生計算思維能力的發展，在推進我國計算思維教育的過程中，應重視和加強教師崗前和在職培訓，為教師提供各種專業發展支持[8]。對于沒有程序設計的教師來說，通過“不插電”自學程序設計是一種很有效的入門方式。

總結和展望

近半個世紀以來，圍繞兒童編程的研究活動不斷發展，并逐步進入學校課堂，成為兒童編程教育的主流趨勢。世界各國同時制定了各項政策，以加快將兒童編程教育融入學校其他課程之中。例如，美國制定了利用十年普及小學和中學編程教育的方案，英國政府要求5歲至16歲兒童學習編程，日本2020年實現全國范圍開設小學編程課程的方案[9]。中國在2017年發布的《新一代人工智能發展規劃》中也指出，中小學應該開設人工智能相關課程，逐步推進程序設計教育[10]。

1.創新學習方式，跨學科全面培養計算思維

計算思維是運用計算科學的基本概念和方法，結合工程思維、數學思維和其他思維方式和特點，解決問題、構建系統和理解人類行為的思維過程。關注問題解決的過程，培養學生像計算機科學家一樣思考，是計算機思維的目的。計算思維的培養并不僅是編程和寫程序，更重要的是將計算機科學的學科方法運用到解決實際問題中去。根據計算思維訓練的目標和核心內容，研究者可以借鑒國際經驗，針對高等教育和基礎教育的不同階段，構建計算思維、設計思維和工程思維的創新課程。例如，根據信息技術、STEM、文科等不同學科的課程設置，在不同的教學情境下，如課堂教學、興趣小組、綜合實踐、創造性活動等，構建了計算思維訓練的數字化創新學習模式。通過基于項目式的學習，引導學生在實際問題情境中參與項目實踐，體驗從問題分析、程序創建到解決方案形成的全過程，促進學生整體思維能力和解決問題能力的提高。

2.綜合多種評價工具，開展系統性評價研究

開發適合課程內容的可操作能力評價方法和工具是實現課程目標的重要保證。目前，我國計算思維尚無完整的評價體系，專家學者對計算思維的評價研究尚有爭議之處。一線教師如何在教學實踐中評價計算思維是現在和未來一段時間計算思維教育研究的重要課題。

計算思維的培養是一種思維方式和問題解決方法內化的過程。研究人員可以借鑒國際上計算思維的評價方法，從理論掌握和項目實踐兩個方面構建評價體系，綜合評價學生的思維水平。通過計算思維知識測試、計算思維挑戰（Bebras）、程序分析、自我效能測試和問題解決訪談等方法，開發并利用多種評價工具對計算思維進行系統評價。它不僅檢驗學生對計算思維的概念、知識和方法的理解，而且強調學生對項目實踐的參與。

3.利用平臺和工具，實施全民智能教育

在培養計算思維的過程中，教師可以通過合理的工具選擇和活動設計來支持教學，實現培養計算思維的目標。目前，國際上很多研究人員通過可視化編程工具、程序開發工具、圖像和繪圖工具等工具和平臺講授計算思維。開放源碼軟件和硬件方面的資源和產品越來越多，可用于不同的學習環境，很多工具已經用于學校信息技術課程，如偏向開源硬件的Raspberry Pi、偏向可視化軟件的Swift Board、Scratch、偏向大數據開發的編程工具Python。這些平臺和工具使學生能夠專注于問題解決分析、設計和邏輯驗證，而不是專注于技術細節，從而為計算思維的發展奠定了良好的基礎。

隨著智能教育時代的到來，編程教育不僅要滿足未來的就業和社會需求，而且要更加重視編程賦能的價值。兒童通過編程培養的思維能力、同情心和團隊合作精神可以填補學校教學中的許多空白。可視化編程語言的出現再次喚醒了學校教學對編程的興趣，編程不再是一種工具，而是一種開發其他技能的媒介，更能提高學生的學習動機和成果。

參考文獻

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作者單位：東北師范大學教育學部 東北師范大學信息科學與技術學院