駱奇 肖龍海

摘? ?要：伴隨著人工智能技術的不斷發(fā)展，編程教育逐漸受到研究者的廣泛關注。我國香港地區(qū)在編程課程改革方面富有特色，并在近十年內(nèi)取得了明顯的成效?；诖耍恼聡@現(xiàn)行的香港編程課程標準，采用案例分析與比較研究等方法，分析了香港編程課程的目標定位、內(nèi)容結(jié)構(gòu)、教學評估等具體內(nèi)容，強調(diào)其工具性、多元化、緊扣共通能力、注重學會學習等特點。借鑒其經(jīng)驗，我國內(nèi)地應深化編程課程建構(gòu)研究、加大對編程課程本體研究以及關注編程教學有效性問題，從而推動編程教育的發(fā)展。

關鍵詞：香港 編程教育 課程改革

一、引言

伴隨著信息通信技術（Information and Communication Technology，ICT）的不斷發(fā)展，世界各國紛紛將人工智能技術研發(fā)作為未來社會可持續(xù)發(fā)展的新引擎，迫切要求未來人才具備必要的編程素養(yǎng)。2001年，日本文部科學省明確將編程教育納入《小學學習指導綱要》，出臺了相應的實施方案;2019年，日本發(fā)布了《小學編程教育教案集》，助力編程課程實踐[1]。2013年11月4日，英國《每日電訊報》報道，當時的英國將成為世界上首個在中小學實行計算機項目的國家：兒童從5歲進入小學開始學習如何編寫程序，一直到16歲中學畢業(yè)[2]。2016年，美國發(fā)布《K-12計算機科學框架》（K-12 Computer Science Framework），指導美國K-12階段學生的計算機科學教育實踐，其中包括了編程教育內(nèi)容及相應的教學建議。

盡管我國的編程教育起步較晚，但發(fā)展規(guī)模與速度卻令人矚目。2017年，國務院發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，提出要“廣泛開展人工智能科普活動，在中小學階段設置人工智能相關課程，逐步推廣編程教育”[3]。這是我國首次將編程教育寫入政府決策。國內(nèi)各中小學也紛紛將編程教育作為學校特色課程予以建設與實施。艾瑞咨詢發(fā)布的《2018年中國少兒編程行業(yè)研究報告》顯示，截至2018年10月，我國少兒編程行業(yè)的市場規(guī)模已達約30億至40億元，用戶約1550萬，行業(yè)規(guī)模5年內(nèi)將達到300億元[4]。但是，總體而言我國內(nèi)地編程教育整體上仍處于起步階段，在課程建設、教材研發(fā)、評估實施等方面還較為薄弱。[5]

我國香港地區(qū)在編程教育方面富有特色。2000年以來，香港已經(jīng)開發(fā)了八個計算機認知單元課程（CAP），2015年，通過開發(fā)新的編程語言工具以及新教材，提升編程教育的教學水平。2016年12月，發(fā)布了《推動STEM教育—發(fā)揮創(chuàng)意潛能》報告，明確從小學階段開始引入編程教育，學習計算思維和編程技巧，并取得了明顯的成效。據(jù)統(tǒng)計，2013-2019年，香港青少年在國際電腦奧林匹克競賽中，共取得了21塊獎牌。

二、香港編程課程改革經(jīng)驗

香港編程課程改革經(jīng)歷了不斷優(yōu)化的過程。2013年，科技教育學習領域課程在初中全面實施，香港教育局建議在初中ICT的知識范圍內(nèi)撥出不少于30%的課時，用于教學程序編寫。2015年，高中階段的ICT作為高中20個選修科目之一，增加了編程課程內(nèi)容，讓選修編程課程的學生加深對編程的認識?，F(xiàn)行的香港青少年編程課程標準于2017年由香港課程發(fā)展議會編訂，經(jīng)香港特別行政區(qū)政府教育局審定，建議學校采用。該標準由六個章節(jié)組成，包括引言、目標、學習元素、實施、學與教、評估和附錄。[6]

（一）編程課程定位：凸顯工具性

從廣義而言，編程是將一個計算問題經(jīng)過一系列計算過程來引出一個可執(zhí)行的程序。它強調(diào)通過任務驅(qū)動來引導學生掌握編程技巧，并應用于生活情境，從而提高學生的批判思維和解決問題能力。如果將其內(nèi)涵作進一步界定，編程教育應包括兩個維度：一是培養(yǎng)計算思維;二是培養(yǎng)計算實踐，其中計算思維是編程教育的核心。2006年，周以真提出了計算思維的概念，認為計算思維是運用計算機科學的基礎概念去解決問題、設計系統(tǒng)、理解人類的行為[7]。計算思維包括三個層面：一是抽象化（Abstraction），二是算法（Algorithm），三是自動化（Abstraction）。因此，學生應該了解計算思維的基本概念，包括抽象化、算法和自動化等核心概念。

香港編程教育將編程定位于工具，其開發(fā)落腳點放在訓練計算思維來提升邏輯能力，這在其提供的Scratch學習程序編寫中得到了充分體現(xiàn)。Scratch是一款編程工具，由麻省理工學院媒體實驗室設計研發(fā)，主要使用對象是8～16歲兒童，其特點是擺脫文本編程方式，利用鼠標拖動不同功能的程序來編寫互動故事、游戲和動畫[8]。香港編程課程將其引入教學，目的在于發(fā)展學生的想象力與創(chuàng)造力，通過編寫程序幫助學生獲得創(chuàng)意樂趣。不難發(fā)現(xiàn)，編程作為工具的再創(chuàng)造，不僅要求學生學習編程技術，更重要的是引導學生通過編程學習將其運用于具體情境之中，能將問題解決與創(chuàng)新創(chuàng)造聯(lián)系起來。

（二）編程課程結(jié)構(gòu)：多元化架構(gòu)

編程學習可以發(fā)生在不同的學習階段。香港小學低段（一至三年級）開展的游戲、體育與音樂等實踐性活動能夠啟蒙學生計算思維的進一步培養(yǎng)。例如，生活中的跳棋、飛行棋等棋類項目以及剪刀石頭布等游戲活動，其本身蘊含著一定的項目學習規(guī)則與步驟，它們是計算思維原始概念形成的基礎。香港小學高段（四至六年級）推行的編程教育，旨在幫助學生在團隊協(xié)作中獲得豐富的編程技術，在問題解決中產(chǎn)生創(chuàng)新的靈感。為此，香港編程課程確立了編程學習的三大元素，并圍繞這些元素設計了七大活動單元，從而實現(xiàn)學習元素與課程單元內(nèi)容的一致性。

1.設計明確清晰的學習元素

香港編程課程涵蓋計算的聯(lián)系、計算思維的實踐、應用與影響這三大元素。解讀這三大元素，會發(fā)現(xiàn)它們彼此之間有著內(nèi)在的邏輯聯(lián)系。例如，計算數(shù)據(jù)需要借助有效的計算思維識別與應用才能獲取。在計算思維實踐應用中，要認真考慮安全以及隱私的保護，這也是信息倫理的要求。如果將三大元素作進一步細分，又可以分成若干個二級元素。例如，計算思維的實踐元素包括了“識別數(shù)據(jù)及計算使用的信息、如何使用數(shù)據(jù)”以及“制作計算制品”兩個二級元素。再以“制作計算制品”二級元素為例，又可進一步細分為六個三級要素：一是儲存程序的概念;二是使用變量以便存儲及修改數(shù)據(jù);三是基本程序編寫的結(jié)構(gòu);四是抽象的概念;五是開發(fā)程序、進行編碼;六是與實物進行互動。這種將學習元素不斷細分的設計架構(gòu)，充分借鑒了美國《K-12計算機科學框架》中關于計算機科學課程的五大核心學習模塊設計，既便于學生無障礙地學習掌握，也利于教師清晰掌握學習內(nèi)容，設計相應的學習方案。

2.構(gòu)建任務式的活動單元

香港編程課程設計了七大認知學習單元，分別是開開心心用計算機、計算機繪圖、計算機書寫、使用互聯(lián)網(wǎng)、文字處理、電子表格計算及圖表制作、使用電子郵件。這七大學習單元涵蓋了三個主題，包括硬件與系統(tǒng)管理、信息與加工表達、網(wǎng)絡與信息交流三個版塊。從學習內(nèi)容角度看，這些單元學習內(nèi)容符合學生的年齡特點和認知規(guī)律，且各單元之間相互銜接、各有側(cè)重，將要求學生掌握的編程技能分布在不同的單元活動中，通過任務驅(qū)動來指導學生開展任務式的編寫進階學習。

以小學為例，各內(nèi)容在年段分布上存在著一定的梯度。小學低段與小學高段各自設計了不同的內(nèi)容標準，以下是香港小學編程課程前三個單元內(nèi)容（見表1）。比較小學低段與小學高段這兩個學段內(nèi)容，可以發(fā)現(xiàn)如下共同點：都是引導學生了解編程的應用環(huán)境以及一些常見的表現(xiàn)形式，形成運用編程處理信息的基本能力。不同點在于，小學低段更多是從感性出發(fā)，如編排的“使用鍵盤及鼠標控制計算機”“利用手畫及橡皮擦工具繪圖”“在圖片中輸入文字”等學習內(nèi)容，都旨在基于形象直觀的活動，引發(fā)學生“玩中學”，內(nèi)容上主要以觀察、識別和熟悉簡單操作為主，便于培養(yǎng)學生掌握常用軟件工具的應用技能。小學高段是對小學低段的拓展提升，包括“明白輸入、輸出及儲存裝置的基本功能”“利用一般繪圖工具編輯、儲存及打印圖像檔案”等學習內(nèi)容。通過比較不難發(fā)現(xiàn)，小學低段強調(diào)簡單識別，認識不同計算機元素的基本功能;小學高段要求初步理性地熟悉操作常用輸入與輸出設備，鼓勵學生將學到的編程技術應用到更深層次的領域?qū)用?。綜上所述，小學階段的編程課程體現(xiàn)了由簡單的從直接經(jīng)驗出發(fā)的活動學習向復雜的間接經(jīng)驗的程序?qū)W習的轉(zhuǎn)變。

就同一專題內(nèi)容編排而言，每個專題都有若干個單元與之相對應。以“網(wǎng)絡與信息交流”專題為例，小學高段對應的是“使用互聯(lián)網(wǎng)”以及“使用電子郵件”這兩個單元（見表2）。比較小學高段不同單元間的內(nèi)容標準，可以發(fā)現(xiàn)單元內(nèi)容既關注學生學習生活經(jīng)驗，體驗編程技術在生活學習中的應用，也關注學生情感態(tài)度價值觀的培養(yǎng)，從而引導學生初步形成理性認識與價值判斷，在今后社會生活中養(yǎng)成正確的法律道德修養(yǎng)，從而承擔未來社會的公民責任。這與上文提到的三大學習元素強調(diào)信息素養(yǎng)密切聯(lián)系，使不同學段的編程課程成為一個有機共同體，充分體現(xiàn)了學習內(nèi)容與學習元素內(nèi)容之間的一致性。

（三）編程課程目標：緊扣共通能力

近年來，核心素養(yǎng)成為學界探討的熱點。香港地區(qū)將核心素養(yǎng)稱之為“共通能力”，指幫助學生在不同情境中掌握、建構(gòu)和應用知識的基本能力。2001年，香港以“學會學習：課程發(fā)展路向”為主題開展了課程改革，改革的主導原則是“教導學生學會學習”，強調(diào)“透過各種學習內(nèi)容發(fā)展學生的共通能力”[9]。依據(jù)能力分析框架，共通能力可以整合為三類能力（見表3）。

根據(jù)上表可以發(fā)現(xiàn)，九大能力共同指向人的整體能力，具體表現(xiàn)在：一是有關跨學科的、社會性、情境性的通用能力;二是與學科本質(zhì)相關的思維方式與行為表征模式;三是與學科性質(zhì)相關的知識能力與價值觀知識。香港編程課程設計充分落實了這九大共通能力，三大學習元素在共通能力上都有相對應的體現(xiàn)。

具體而言，“計算聯(lián)系”強調(diào)學生“能夠根據(jù)解決問題的需要，自覺主動地尋求恰當?shù)姆绞将@取與處理信息，敏銳感覺到信息的變化，分析數(shù)據(jù)中所承載的信息，采用有效策略對信息來源的可靠性、內(nèi)容的準確性、指向的目的性作出合理判斷”;“計算思維”要求學生“能夠在信息活動中，采用計算機科學領域的思想方法界定問題、抽象特征、建立結(jié)構(gòu)模型、合理組織數(shù)據(jù)”[10]。香港編程教育課程標準還明確了學習元素及相應的學習目標，對每個學習目標進行了具體的描述。如“制造計算制品”這一學習目標下提出了六個子目標：一是儲存程序計算機的概念;二是使用變量以便儲存及修改數(shù)據(jù);三是基本程序編寫的結(jié)構(gòu);四是抽象的概念;五是開發(fā)程序編碼;六是與實物進行互動。同時，在這些子目標中又進一步提出了具體的學習成果以及應用領域，如“基本程序編寫的結(jié)構(gòu)”概念提出了如下學習目標以及應用領域（見表4）。

結(jié)合上述目標表述與應用領域，香港編程教育課程通過具體的學習任務驅(qū)動，培養(yǎng)學生利用編程技術進行學習與探討的能力，注重知識的綜合運用與創(chuàng)新，具有更豐富的教育內(nèi)涵：一是強調(diào)利用編程技術解決問題能力的培養(yǎng);二是將利用編程技術解決問題的能力遷移到生活領域，形成創(chuàng)新與創(chuàng)造能力，具有“形式化、模型化、自動化和系統(tǒng)化”的特征。編程教育可為學生提供充分參與日益數(shù)字化的世界所必需的技能、知識和思維方式。

（四）編程教學與評價：注重學會學習

2001年，香港地區(qū)開始推行題為“學會學習”的課程改革，提倡以學生為本的學習模式，注重提升學習素質(zhì)和效能，并提供不同的學習經(jīng)歷。同時，還積極推廣“作為學習的評估”，即教師基于學情使用評分標準，引導學生開展自我評估與同伴互評，幫助學生評估自己的學習情況，推動課程與教學的轉(zhuǎn)變，從而實現(xiàn)終身學習。

1.提倡以學生為中心的自主學習

編程學習是一個復雜、多元化、生動而互動的過程。香港編程教育教學推行以建構(gòu)主義理論為基礎，以學生為中心的教學范式，其中列舉了一些教學的注意事項，例如，投入時間培養(yǎng)分解問題的技巧;在學習程序編寫技巧前先學習識別數(shù)據(jù)和信息以作計算的用途;投入時間通過“不插電活動”來發(fā)展抽象化技能。

上文提及的“不插電活動”即不利用計算機，通過一些生動有趣的活動游戲，采用開放和自主學習方式把培養(yǎng)編程素養(yǎng)融入課程學習中，從而開發(fā)學生的計算思維。其實，“不插電活動”與計算思維有著密切的聯(lián)系，它能夠構(gòu)建算法多樣化的途徑，將在忽略與問題無關的內(nèi)容基礎上，積極抽象化并建立格局圖樣。同時，“不插電活動”還可以與不同學科進行整合，如數(shù)學教師可以利用運算符AND來強化學生了解公因數(shù)和公倍數(shù);常識教師可以利用月相引入循環(huán)概念。這些“不插電活動”讓學生認識到編程不再神秘難懂，而是為了解決問題而提出。學生在活動中由于去除了計算機干擾，就更能集中注意力參與到活動中，并且通過自主認知活動掌握編程計算思維的核心概念，培養(yǎng)了獨立思考與自主學習能力。

2.靈活運用評估工具

評估是教學的重要環(huán)節(jié)，有效評估旨在收集學生的學習成果，讓學生、教師、家長都能了解編程的學習進度。為此，香港編程課程設計了相應的評估工具，并參照評估工具得出相應的評估結(jié)果。例如，圍繞“抽象”這一編程指標，從低、中、高三個角度提供了相應的評估依據(jù)，這樣可以幫助教師在開展教學研討時做出具體的反饋（見表5）。一般而言，評估目標應與上述三大學習元素（計算的聯(lián)系、計算思維的實踐、應用與影響）密切配合，具體要求包括：一是把一個簡單問題抽象化以便設計一個解決方案;二是了解基本的程序編寫結(jié)構(gòu)，并能在日常生活中看到相關結(jié)構(gòu);三是預測更改程序語言，改變程序的操作;四是熟悉重用和混合程序編碼，并能夠測試和修復程序中的錯誤;五是找出程序中的格局圖樣，并能夠在新的情況下應用它們;六是利用程序編寫語言表達一個簡單的算法。

三、對內(nèi)地小學編程課程建設的啟示

面對當今知識經(jīng)濟的浪潮，提升學生編程素養(yǎng)可以使學生盡快適應社會發(fā)展，具備必要的創(chuàng)新精神與實踐能力。但是，編程素養(yǎng)的培養(yǎng)是一個系統(tǒng)化的過程，需要各個學段有機銜接與有序遞進，才能發(fā)揮合力并體現(xiàn)實效，香港編程課程改革的經(jīng)驗可以給內(nèi)地編程課程建設帶來以下借鑒。

（一）深化編程課程建構(gòu)研究

在編程課程改革設計中，課程體系的整體架構(gòu)是實現(xiàn)編程課程上下有機銜接與整體優(yōu)化的關鍵。首先要對編程課程進行整體架構(gòu)，具體包括編程課程的目標定位、學科內(nèi)容、各學段要求。當前，編程教育隨著STEM教育和創(chuàng)客教育普及而逐漸受到重視，編程不僅是在信息技術課堂加入編程內(nèi)容，也不只是編寫代碼，而應讓編程課程與多學科實現(xiàn)整合。借鑒香港編程課程改革經(jīng)驗，可以在如下方面進行深入思考——整體上如何確定編程課程的總目標;依據(jù)總目標應設計哪些課程學習元素;在各個學習元素領域可以編制哪些具體目標以及安排哪些具體內(nèi)容;如何體現(xiàn)不同領域的內(nèi)容并在不同年齡段實現(xiàn)有序提升等。

（二）加大對編程課程的本體研究

編程課程與信息技術課程、STEM課程有著天然的聯(lián)系，從培養(yǎng)目標來看三者具有許多相似之處?！读x務教育信息技術課程標準》指出，信息技術課程的總體目標是培養(yǎng)學生積極學習和探究信息技術的興趣，養(yǎng)成良好的信息意識和健康負責的信息技術使用習慣，強化學生使用信息技術支持各種學習和解決各類問題的意識和能力。而STEM課程目標，旨在培養(yǎng)學生成為科學、科技和數(shù)學的終身學習者，提升創(chuàng)造協(xié)作和解決問題的能力。但是從學科本體而言，編程與信息技術、STEM也有一定區(qū)別。因此，如果將信息技術課程與STEM課程等同于編程，顯然過于草率，也會在編程課程設計的系統(tǒng)性與有效性方面存在問題。因此編程目標的一體化設計可以適當借鑒香港編程課程設計的理論研究和實踐成果，界定與編程課程相關的知識、能力與價值觀，并將其體現(xiàn)在各個學段的課程目標中。

（三）關注編程教學有效性問題

綜觀香港編程課程標準文本，不僅關注課程目標、課程內(nèi)容的厘定，尊重學生的認知水平與接受能力的差異，而且重視教學評估、教學策略等的設計。例如，教學原則上強調(diào)要有效互動、獨立學習、善用發(fā)展性評估、有效運用資源、增強學習動機、鼓勵學生積極參與。這些教學原則大多是從編程課堂教學研究成果中提煉出來的，對教師如何開展編程教學提出了明確要求。如何讓編程課程真正被學生所喜歡，如何讓編程理念真正被教師所接受，這些都需要認真思考與扎實行動。

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編輯 徐玲玲? ?校對 呂伊雯