基于米思齊（Mixly）開放生態(tài)的信息科技教育

傅" "騫

北京師范大學(xué)教育技術(shù)學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，副院長。米思齊（Mixly）開源團隊負(fù)責(zé)人，長期從事信息技術(shù)教育的研究，重點關(guān)注物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及教育應(yīng)用研究、創(chuàng)客教育支持生態(tài)研究。

2022年4月，《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》的頒布引發(fā)了中小學(xué)信息科技教育的重大變革，新課標(biāo)要求課程應(yīng)反映數(shù)字時代科技發(fā)展與學(xué)生生活，關(guān)注信息科技學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展，并加強自主可控與信息安全意識培養(yǎng)。在此背景下，北京師范大學(xué)教育技術(shù)學(xué)院傅騫教授團隊研發(fā)的米思齊（Mixly）開放生態(tài)，以其成熟的理論體系、完備的技術(shù)平臺和豐富的服務(wù)資源而成為中小學(xué)信息科技教育的首選生態(tài)。

近期，本刊專訪了北京師范大學(xué)教育技術(shù)學(xué)院教授傅騫。他從2014年就開始關(guān)注以核心素養(yǎng)培養(yǎng)為目標(biāo)的創(chuàng)客教育教學(xué)實踐，并始終堅持，從生態(tài)的角度考慮，中國人必須做自己的創(chuàng)客教育工具。于是他推出了面向中小學(xué)使用的米思齊開源圖形化創(chuàng)客編程工具，開創(chuàng)了國內(nèi)編程自主開發(fā)的先河。米思齊可以在Windows、Linux和Mac OS上穩(wěn)定運行，同時也支持各大國產(chǎn)操作系統(tǒng)，在我國中小學(xué)乃至國際上都具有一定的影響力。

記" "者：自2015年起，米思齊在全國很多中小學(xué)、職業(yè)學(xué)校以及高等院校都得到了廣泛應(yīng)用。你們團隊當(dāng)初開發(fā)米思齊開源圖形化創(chuàng)客編程工具的緣起是什么呢？

傅" "騫：隨著開源硬件作為科創(chuàng)教育的重要載體使用，如何采用便捷的編程工具對開源硬件進行控制就成為教育技術(shù)工作者的首要課題。經(jīng)過調(diào)研我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時并沒有一款合適的編程工具能夠滿足教育教學(xué)的需求。為此，團隊決定自主開發(fā)一款工具滿足此要求，這就是現(xiàn)在我們使用的米思齊圖形化編程工具。

為了方便用戶的使用，我們在開發(fā)之初就花費了較大的精力來兼容國內(nèi)硬件廠商生產(chǎn)的開源硬件，實現(xiàn)用戶拿到米思齊和各類開源硬件時，插上電源即可使用的效果，做到最大程度的兼容與使用的便利性；開發(fā)計劃中，加入函數(shù)調(diào)用、函數(shù)庫的導(dǎo)入導(dǎo)出等特色功能，讓米思齊不再局限于中小學(xué)生的編程思維訓(xùn)練，也可以應(yīng)用到中高職的教育中，讓非計算機專業(yè)人士也能實現(xiàn)自己的創(chuàng)意。

記" "者：米思齊團隊一直致力于打造開源信息科技教學(xué)支持生態(tài)。您能簡單介紹下整個生態(tài)的組成部分嗎？

傅" "騫：米思齊開放生態(tài)由理論體系、技術(shù)平臺、生態(tài)服務(wù)三部分組成。在理論體系上，米思齊開放生態(tài)以“讓學(xué)生享受創(chuàng)新和分享的快樂”為教育目標(biāo)，并基于此設(shè)計了“SCS教學(xué)法”，即通過情景故事引入、簡單任務(wù)模仿、知識要點講解、擴展任務(wù)模仿、創(chuàng)新激發(fā)引導(dǎo)、協(xié)同任務(wù)完成、成功作品分享七個環(huán)節(jié)讓學(xué)生完成從模仿到創(chuàng)新的實踐路徑。該理論體系便于教師理解和操作，具有極強的普適性，目前已經(jīng)得到了大量實踐研究的驗證。

在技術(shù)平臺上，米思齊開放生態(tài)由Mixly圖文混合編程平臺、MixIO教育物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺、Mixgo系列國產(chǎn)開源硬件和Mix+信息科技教學(xué)平臺四部分組成。整個生態(tài)支持在所有主流操作系統(tǒng)上部署使用，能夠在滿足開源可控的前提下支持中小學(xué)信息科技所有年段的編程教學(xué)及課堂教學(xué)需要。

在生態(tài)服務(wù)上，米思齊開放生態(tài)提供了以創(chuàng)意設(shè)計、創(chuàng)意編程、創(chuàng)意機器等為代表的中小學(xué)“六創(chuàng)課程”體系和“專業(yè)技術(shù)+教學(xué)技能+學(xué)術(shù)科研”三位一體的信息科技教師能力提升服務(wù)，并通過積極舉辦公益培訓(xùn)和Mixly Day年度研討會來扎實推進生態(tài)的多樣化服務(wù)，為更多更好的信息科技教育可持續(xù)發(fā)展而努力。

記" "者：《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中提到，信息科技課程的培養(yǎng)目標(biāo)包含信息意識、計算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會責(zé)任四個方面的學(xué)科核心素養(yǎng)。米思齊倡導(dǎo)的開放生態(tài)中，是如何體現(xiàn)這幾個方面的目標(biāo)呢？

傅" "騫：第一，重視數(shù)據(jù)和信息的獲取與處理，形成信息意識。數(shù)據(jù)是所有能輸入到計算機中并被計算機程序處理的符號總稱，信息是經(jīng)過加工和處理的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)是信息科技加工的基礎(chǔ)性要素，也是社會生活的基本要素之一。米思齊開放生態(tài)的傳感器、執(zhí)行器等硬件設(shè)備支持?jǐn)?shù)據(jù)的獲取和信息的表達(dá)，圖形化編程和物聯(lián)網(wǎng)平臺等軟件系統(tǒng)支持?jǐn)?shù)據(jù)的處理和分析，創(chuàng)意產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)也能體現(xiàn)對生活中數(shù)據(jù)的敏感性和創(chuàng)新應(yīng)用。

第二，真實問題導(dǎo)向與任務(wù)驅(qū)動，發(fā)展計算思維。倡導(dǎo)“真實性學(xué)習(xí)”是新課標(biāo)的教育理念，學(xué)生的計算思維是在解決真實問題時發(fā)生的抽象、分解、建模、算法設(shè)計、泛化等一系列思維活動中逐漸形成的。米思齊開放生態(tài)的課程設(shè)計，秉持真實問題情境導(dǎo)向，采用任務(wù)驅(qū)動的方式，將一個完整問題逐步分解為小的驅(qū)動任務(wù)，經(jīng)過不斷的功能疊加、細(xì)節(jié)完善，最終形成一個完整的作品。如以“解決睡前關(guān)燈不便的問題”為導(dǎo)入情境，設(shè)計一個燈具作品，逐步實現(xiàn)臺燈的遙控開關(guān)、多檔位亮度設(shè)計、智能感光等功能，從而形成一個完整的問題解決方案。

第三，技術(shù)學(xué)習(xí)與創(chuàng)意物化并重，促進數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新。米思齊開放生態(tài)的技術(shù)平臺能夠支持編程、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、智能機器人等技術(shù)學(xué)習(xí)，與此直接相關(guān)的“六創(chuàng)”課程包括“創(chuàng)意編程”“創(chuàng)意電子”和“創(chuàng)意機器”。創(chuàng)新思維訓(xùn)練一直是中小學(xué)科技教育的重點和難點，技術(shù)學(xué)習(xí)的目的也是為了創(chuàng)意的實現(xiàn)，為此，“六創(chuàng)”課程中“創(chuàng)意思維”直接指向發(fā)現(xiàn)問題、捕捉靈感、頭腦風(fēng)暴、逆向思維等多種具體的創(chuàng)新思維訓(xùn)練；在其他課程中，每一個基于主題的單元設(shè)計都會包含一個綜合性的創(chuàng)新任務(wù)，對本單元內(nèi)容“學(xué)以致用”，創(chuàng)新設(shè)計并物化成果。

第四，應(yīng)用開源可控生態(tài)，踐行信息社會責(zé)任。據(jù)統(tǒng)計，新課標(biāo)提到“自主可控”技術(shù)25次，足見國家對科技自主創(chuàng)新和創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重視。但在當(dāng)前條件下，實現(xiàn)完全的自主可控還不現(xiàn)實，所以我們倡導(dǎo)的是從開源可控到自主可控的實踐路徑。通過選用開源可控的軟硬件開展教學(xué)，能夠潛移默化地影響學(xué)生自主可控意識的形成，并逐步養(yǎng)成使用可控生態(tài)，開發(fā)可控生態(tài)的習(xí)慣。

記" "者：信息科技教育改革是當(dāng)前教育改革的重要內(nèi)容。米思齊生態(tài)支持新一輪信息科技教育的主要特色和優(yōu)勢有哪些方面？

傅" "騫：首先是選擇合適的米思齊編程模塊。米思齊編程平臺支持Python、Arduino、MicroPython等編程語言，不同的學(xué)習(xí)目標(biāo)需要使用不同的編程模塊，從而滿足身邊的算法、過程與控制、物聯(lián)網(wǎng)實踐與探索等教學(xué)內(nèi)容需求。如米思齊內(nèi)置網(wǎng)頁版Python編譯器，支持海龜畫圖、數(shù)據(jù)分析等內(nèi)容學(xué)習(xí)，無需外接硬件設(shè)備，就可以開展各類算法的學(xué)習(xí)；MixGo采用單板設(shè)計，在米思奇的加持下無需任何外設(shè)就很好地支持“過程與控制”模塊的學(xué)習(xí)；MixIO支持用戶私有化部署，通過Mixly和MixGo的配合能很好地支持“物聯(lián)網(wǎng)實踐與探索”模塊的學(xué)習(xí)。

其次是可裁剪的SCS教學(xué)法。SCS教學(xué)法原本為創(chuàng)客教學(xué)而設(shè)計，但也可以遷移到信息科技教學(xué)中。如果采用連堂課的形式，能夠完整開展SCS所有教學(xué)環(huán)節(jié)，如果單次課時間有限，則可以對SCS進行適當(dāng)?shù)牟眉簦傮w上還要包括三個環(huán)節(jié)，即情境引入環(huán)節(jié)、探究實踐環(huán)節(jié)和創(chuàng)新分享環(huán)節(jié)。探究實踐環(huán)節(jié)可以根據(jù)實際情況刪除擴展任務(wù)模仿，創(chuàng)新分享環(huán)節(jié)可以直接分享學(xué)生模仿學(xué)習(xí)的作品。簡單任務(wù)模仿并不等同于機械模仿，同樣可以發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新性，在模仿中完成知識的積累，然后通過調(diào)整、改善、遷移等以達(dá)到創(chuàng)新的目的。

我們以“身邊的算法”對應(yīng)的跨學(xué)科主題活動——漢諾塔為例，來說明如何應(yīng)用米思齊開放生態(tài)開展信息科技教學(xué)。漢諾塔起源于一個古老的印度傳說，其問題解決的核心在于理解遞歸算法。我們可以采用SCS教學(xué)法，應(yīng)用基于Python語言的米思齊圖形化編程方式將該游戲?qū)崿F(xiàn)。教師首先以漢諾塔的傳說故事引入，然后模仿編寫程序來移動2層圓盤，接下來講解游戲體現(xiàn)的遞歸算法，再基于該算法編寫程序?qū)崿F(xiàn)5層圓盤的移動，接著讓學(xué)生思考用文字和動畫實現(xiàn)該游戲的不同方法以及讓用戶外部輸入圓盤層數(shù)，最后讓學(xué)生分享展示不同的實現(xiàn)方案。

記" "者：我們看到一個數(shù)據(jù)，項目組依托自主開發(fā)的米思齊生態(tài)體系，廣泛開展創(chuàng)新人才培養(yǎng)的實踐，已經(jīng)影響了全國200多萬青少年。那么在基于創(chuàng)客教育的青少年科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)實踐方面，米思齊團隊下一步還有哪些工作規(guī)劃？

傅" "騫：通過提供區(qū)域服務(wù)促進創(chuàng)客教育的發(fā)展和普及一直是我們團隊專注在做的事情。米思齊開放生態(tài)之所以能夠被大家接受，一方面是的確好用，另外一方面也是團隊不斷堅持初心的結(jié)果，那就是讓更多的青少年學(xué)生享受創(chuàng)新與分享的快樂。目前我們已經(jīng)在多個區(qū)域開展了創(chuàng)客實踐與研究。以廣東佛山市南海區(qū)桂城為例，我們與桂城進行了為期三年的“桂城青少年創(chuàng)客教育項目”，構(gòu)建了“學(xué)校+社區(qū)+家庭三位一體”的大創(chuàng)客教育體系，開發(fā)了“六創(chuàng)”課程體系，部署應(yīng)用了創(chuàng)客教育平臺、規(guī)劃了創(chuàng)客教育基地建設(shè)、開展了“技術(shù)+教學(xué)+科研”為一體的創(chuàng)客教師培養(yǎng)，并共同形成了以“開源可控+全面普及”為特色的米思齊創(chuàng)客理念，為其他區(qū)域的創(chuàng)客教育普及和創(chuàng)新人才培養(yǎng)提供了參考。

今年，我們團隊還開展了“青少年科技后備人才培養(yǎng)研究”的課題。當(dāng)今時代，國家的綜合實力與核心競爭力取決于科技創(chuàng)新能力水平，根本上依賴于創(chuàng)新人才。習(xí)近平總書記指出：“全部科技史都證明，誰擁有了一流創(chuàng)新人才、擁有了一流科學(xué)家，誰就能在科技創(chuàng)新中占據(jù)優(yōu)勢”。中小學(xué)是培養(yǎng)科技創(chuàng)新人才的黃金階段和關(guān)鍵節(jié)點。因此，我國急需將科技創(chuàng)新人才的早期培養(yǎng)作為科技創(chuàng)新工作的重中之重。

現(xiàn)有研究更多地關(guān)注人才特征的普通創(chuàng)造力，而未考慮“科技特征”在其中的重要作用。已有研究表明，科技創(chuàng)新能力與創(chuàng)造力不同，應(yīng)強調(diào)科學(xué)素養(yǎng)與科學(xué)本質(zhì)觀。因此，如何將“科技特征”有機融入現(xiàn)有創(chuàng)新人才理論模型，形成具有“科技特征”的創(chuàng)新人才完整畫像與測評體系，在理論層面上還有待突破。

除此以外，當(dāng)前我國科技領(lǐng)域已有的人才模型都是橫斷的而非縱向的，即“潛質(zhì)人才”與“目標(biāo)人才”特征無區(qū)分，并且學(xué)習(xí)環(huán)境、教師支持等重要的調(diào)節(jié)因素也未被識別。因此，有必要探究科技后備人才的動態(tài)發(fā)展理論模型，從而有針對性地指導(dǎo)選、育、評不同環(huán)節(jié)的實踐。

我們想通過這個課題，達(dá)到兩個目標(biāo)。在理論層面，探索構(gòu)建青少年科技后備人才動態(tài)成長理論模型，豐富對人才縱向特征的認(rèn)識，并填補現(xiàn)有科技后備人才成長理論中科技特征的缺失，形成人才選、育、評各環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)理論支撐。在實踐層面，開發(fā)基于潛質(zhì)人才特征的選才工具、基于目標(biāo)人才特征的評價工具，彌補現(xiàn)有實踐中可靠測評工具缺乏的問題，提出“教師主體-多元聯(lián)動”的育才模式，增強科技后備人才培養(yǎng)的可操作性、可實踐性，為區(qū)域人才培養(yǎng)提供有效的路徑指引。

記" "者：好的，非常期待米思齊開放生態(tài)能夠繼續(xù)為中國信息科技教育探索一條自主可控的發(fā)展之路。謝謝您接受我們的訪談。