鐘柏昌，教育技術(shù)學(xué)博士，教授、博士生導(dǎo)師，華南師范大學(xué)青年拔尖人才。
來源?|?中國(guó)教育新聞網(wǎng)-中國(guó)教育報(bào)
作者 |?黃蔚
編輯 |?申晴
開展和普及中小學(xué)程序設(shè)計(jì)教育（編程教育），是教育信息化2.0的重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生信息素養(yǎng)和計(jì)算思維的重要載體，也是智慧教育背景下培養(yǎng)科技創(chuàng)新人才的重要基礎(chǔ)。然而，中小學(xué)程序設(shè)計(jì)教育曾經(jīng)飽受爭(zhēng)議，如今又面臨新的挑戰(zhàn)，為理清思路、明確方向，我們對(duì)華南師范大學(xué)教育信息技術(shù)學(xué)院鐘柏昌教授進(jìn)行了專訪，請(qǐng)他就程序設(shè)計(jì)教育的趨勢(shì)與挑戰(zhàn)發(fā)表精彩觀點(diǎn)。
“兩起一落”的U形發(fā)展階段
記者：從我國(guó)中小學(xué)程序設(shè)計(jì)教育的發(fā)展歷史來看，可以分為幾個(gè)階段，每個(gè)階段各有哪些特點(diǎn)？
鐘柏昌：我國(guó)中小學(xué)程序設(shè)計(jì)教育可以概括為“兩起一落”的U形發(fā)展階段。
第一次崛起始于20世紀(jì)80年代。1981年，蘇聯(lián)計(jì)算機(jī)教育專家伊爾肖夫在第三屆世界計(jì)算機(jī)教育應(yīng)用大會(huì)上正式提出“程序設(shè)計(jì)——人類的第二文化”的觀點(diǎn)，受此影響，1982年在清華大學(xué)、北京大學(xué)、北京師范大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)和華東師范大學(xué)等5所大學(xué)的附中試點(diǎn)開設(shè)BASIC語言選修課，這也是我國(guó)中小學(xué)程序設(shè)計(jì)教育的開端。
第一次低潮始于20世紀(jì)90年代末期。20世紀(jì)末，我國(guó)信息技術(shù)應(yīng)用的社會(huì)普及已經(jīng)達(dá)到了一定程度。在此背景下，程序設(shè)計(jì)文化的地位逐漸被網(wǎng)絡(luò)多媒體素養(yǎng)、辦公軟件的操作技能所取代，如1997年頒發(fā)的《中小學(xué)計(jì)算機(jī)課程指導(dǎo)綱要（修訂稿）》，該文件明確指出在小學(xué)和初中階段不宜教程序設(shè)計(jì)語言，高中階段可以作為部分學(xué)生的選修課，而在2000年發(fā)布的《中小學(xué)信息技術(shù)課程指導(dǎo)綱要（試行）》，沿襲了前述文件精神，直至2003年發(fā)布的高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)程序設(shè)計(jì)依然未給予足夠重視，其設(shè)置的“算法與程序設(shè)計(jì)”選修模塊鮮有學(xué)校開設(shè)。
第二次崛起是近三年發(fā)生的。因人工智能的興起，程序設(shè)計(jì)教育強(qiáng)勢(shì)回歸。標(biāo)志性事件源于2017年國(guó)務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，其明確指出在中小學(xué)階段要逐步推廣編程教育，其后，在教育部發(fā)布的高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)修訂版中，至少有六個(gè)模塊涉及編程內(nèi)容，程序設(shè)計(jì)教育的地位被空前強(qiáng)化。
綜上，歷史上的中小學(xué)編程教育，因受“程序設(shè)計(jì)是第二文化”的影響，成為一門普遍開設(shè)的課程，而后隨著信息技術(shù)的普及和素養(yǎng)教育的興起而地位旁落，如今強(qiáng)勢(shì)回歸，成為中小學(xué)生的一門必修課或選修課。經(jīng)過多年持續(xù)不斷的教育信息化建設(shè)，我國(guó)中小學(xué)校已經(jīng)具備了開展程序設(shè)計(jì)教育的良好的師資和硬件條件。根據(jù)2017年教育統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，我國(guó)中小學(xué)信息技術(shù)教師數(shù)和教學(xué)用計(jì)算機(jī)數(shù)均有顯著增加，相對(duì)應(yīng)的生師比和生機(jī)比呈逐年下降趨勢(shì)，截至2017年分別下降到574.5∶1和7.9∶1。
編程工具的低門檻化
記者：目前，我們?cè)诰幊坦ぞ叩倪x擇方面，存在明顯的編程工具的低門檻化趨勢(shì)，容易出現(xiàn)“入門容易深入難”，如何看待這樣的問題呢？
鐘柏昌：經(jīng)過約10年的時(shí)間，小學(xué)階段已基本普及積木式編程環(huán)境（以Scratch為代表），而在中學(xué)階段，代碼式編程語言Python正在逐步取代VB語言。盡管兩者風(fēng)格差異明顯，但在進(jìn)入門檻方面均較低，易學(xué)易用，用戶體驗(yàn)較好。低門檻并非低性能，與之伴隨的還有“高天花板”特征，也就是能夠利用這些低門檻的編程環(huán)境設(shè)計(jì)制作出復(fù)雜的作品，完成類型各異的項(xiàng)目。
問題主要來源于兩個(gè)方面：一是由于“高天花板”特征，容易出現(xiàn)“入門容易深入難”的問題；二是如何從積木式編程向代碼式編程有效遷移。針對(duì)前者，設(shè)計(jì)螺旋上升的、富有趣味的學(xué)習(xí)項(xiàng)目是關(guān)鍵；對(duì)于后者，實(shí)際上也是如何解決學(xué)段銜接的問題。學(xué)術(shù)研究早已表明，積木式編程語言對(duì)提高學(xué)生設(shè)計(jì)思維和創(chuàng)意能力有非常積極的幫助，只要處理得當(dāng)，這些思維和能力能夠較好地遷移到代碼式編程語言的學(xué)習(xí)。
教育對(duì)象的普及化
記者：根據(jù)目前調(diào)研情況，多數(shù)省份在小學(xué)五年級(jí)或六年級(jí)開設(shè)了程序設(shè)計(jì)或機(jī)器人課程。校外教育的情況則呈現(xiàn)出明顯的低齡化趨勢(shì)，諸多在線編程教育平臺(tái)瞄準(zhǔn)了6、7歲起點(diǎn)的兒童。在教育對(duì)象的普及化方面，機(jī)會(huì)與挑戰(zhàn)在哪里呢？
鐘柏昌：教育對(duì)象的普及首先體現(xiàn)在國(guó)家層面對(duì)推廣編程教育的政策導(dǎo)向，尤其在修訂后的高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)中，必修模塊1（數(shù)據(jù)與計(jì)算）已經(jīng)將程序設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容列為核心內(nèi)容，在高中階段普及程序設(shè)計(jì)教育已成定局。
在教育對(duì)象的普及化方面，挑戰(zhàn)在于，“千人一面”的普及教育可能面臨“一刀切”的風(fēng)險(xiǎn)，落入史上“全民學(xué)習(xí)BASIC”的窠臼。基于類似的擔(dān)心，華東師范大學(xué)任友群教授認(rèn)為，教育信息化2.0必須處理好信息素養(yǎng)提升與信息技術(shù)專長(zhǎng)培養(yǎng)的關(guān)系。具體到程序設(shè)計(jì)教育，也需要處理好程序設(shè)計(jì)的一般素養(yǎng)提升與專長(zhǎng)培養(yǎng)的關(guān)系。作為通用素養(yǎng)的培養(yǎng)，程序設(shè)計(jì)教育應(yīng)該側(cè)重計(jì)算思維的培養(yǎng)；作為技術(shù)專長(zhǎng)的培養(yǎng)，則可以強(qiáng)化專業(yè)取向的計(jì)算思維（如算法）的培養(yǎng)。因此，必修和選修的內(nèi)容區(qū)分，普及教育與專長(zhǎng)培養(yǎng)的關(guān)系，必須辯證對(duì)待、互為補(bǔ)充。
教育目標(biāo)的思維化
記者：就程序設(shè)計(jì)教育而言，核心素養(yǎng)主要表現(xiàn)為計(jì)算思維。在以數(shù)據(jù)為核心的知識(shí)創(chuàng)新時(shí)代，計(jì)算思維對(duì)于學(xué)生發(fā)展的價(jià)值得到了廣泛的認(rèn)同。我們從發(fā)達(dá)國(guó)家的體系中有哪些需要借鑒的地方？
鐘柏昌：目前，一些西方發(fā)達(dá)國(guó)家均推出了基于計(jì)算思維的計(jì)算機(jī)科學(xué)教育體系，在美國(guó)2015年底發(fā)布的《每位學(xué)生都成功法案》中，甚至將計(jì)算思維上升為與讀、寫、算并列的素養(yǎng)。思維導(dǎo)向的教育強(qiáng)調(diào)通過體驗(yàn)、認(rèn)識(shí)及內(nèi)化等過程逐步形成相對(duì)穩(wěn)定的思考問題、解決問題的思維方法和價(jià)值觀，實(shí)質(zhì)上是獲得認(rèn)識(shí)世界和改造世界的世界觀與方法論。因此，程序設(shè)計(jì)教育的重點(diǎn)不是教會(huì)學(xué)生編寫代碼，也不是學(xué)習(xí)未來成為程序員的專業(yè)性極強(qiáng)的知識(shí)，而是要理解與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交流的方式，并獲得利用計(jì)算機(jī)解決問題的基本思維。具體而言，程序設(shè)計(jì)教育對(duì)學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)是以程序思想為中心的，包含系統(tǒng)思維與結(jié)構(gòu)思維、抽象思維與邏輯思維、實(shí)體思維與關(guān)系思維等諸種思維的塑造。
然而，思維取向面臨的一個(gè)重要挑戰(zhàn)在于如何科學(xué)評(píng)價(jià)學(xué)生的計(jì)算思維發(fā)展水平。如果只是采用作為結(jié)果的程序作品評(píng)價(jià)，則難以超越編程技能訓(xùn)練的老路子。除了內(nèi)隱的心理變化，外顯的行為意識(shí)、態(tài)度、習(xí)慣和解決問題的過程是評(píng)價(jià)學(xué)生計(jì)算思維水平的重要維度，但這需要教師耗費(fèi)大量的時(shí)間精力去觀察和理解學(xué)生的行為過程。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，采用主輔式雙師教學(xué)模式和提供有效的學(xué)習(xí)支架，如創(chuàng)意設(shè)計(jì)報(bào)告和結(jié)構(gòu)化的學(xué)習(xí)反思報(bào)告，并結(jié)合一些自動(dòng)化的測(cè)評(píng)手段，可以解決此類問題。
教育內(nèi)容的融合化
記者：傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)教育主要關(guān)注程序設(shè)計(jì)本身知識(shí)內(nèi)容如語法和算法的掌握，學(xué)科中心取向明顯，視野較為單一。STEM教育的興起，推動(dòng)了程序設(shè)計(jì)教育走向跨學(xué)科融合的新道路。您認(rèn)為目前多學(xué)科融合面臨的挑戰(zhàn)是什么？
鐘柏昌：多學(xué)科融合面臨的最大挑戰(zhàn)，在于長(zhǎng)期以來的分科教學(xué)導(dǎo)致缺少多學(xué)科視野的課程和師資。課程方面的問題，亟待教材出版界推陳出新。一是要開展師資團(tuán)隊(duì)建設(shè)，鼓勵(lì)不同學(xué)科教師以項(xiàng)目為中心形成教研團(tuán)隊(duì)，如青島二中形成的六大類教師指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)就頗具戰(zhàn)斗力；二是在形成教研團(tuán)隊(duì)的基礎(chǔ)上，需要開展教材的校本化改造。
例如，2016年由美國(guó)多個(gè)學(xué)術(shù)組織和學(xué)區(qū)聯(lián)合制定的《K-12計(jì)算機(jī)科學(xué)框架》描述了計(jì)算科學(xué)與數(shù)學(xué)、科學(xué)、工程的交叉實(shí)踐。從教育目標(biāo)角度而言，計(jì)算思維的提出，就是要強(qiáng)調(diào)在多學(xué)科領(lǐng)域中運(yùn)用計(jì)算工具和方法解決各種現(xiàn)實(shí)問題。我們的本土實(shí)踐也表明，利用程序設(shè)計(jì)開展科學(xué)探究和工程實(shí)踐，可與數(shù)學(xué)、物理、生物等學(xué)科和機(jī)器人、創(chuàng)客等進(jìn)行深度融合，有效培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。
學(xué)習(xí)方法的游戲化
記者：傳統(tǒng)的編程學(xué)習(xí)總是與編寫代碼、開發(fā)算法和生成可運(yùn)行的程序緊密聯(lián)系在一起，學(xué)生常常還需要通過解決一些數(shù)學(xué)題（如排序、查找、雞兔同籠問題、找素?cái)?shù)等）來學(xué)習(xí)編程。在游戲化的程序設(shè)計(jì)課程方面，您覺得國(guó)內(nèi)學(xué)校突破方向在哪里？
鐘柏昌：與教育內(nèi)容融合化趨勢(shì)所面臨的挑戰(zhàn)類似，我們還缺乏游戲化的程序設(shè)計(jì)課程。除了期待教材編寫者做出改進(jìn)外，更多的希望寄托在教材的校本化改造和教學(xué)創(chuàng)新層面。例如，北京景山學(xué)校開展的“游戲式實(shí)踐活動(dòng)+編程教學(xué)”的改革，以簡(jiǎn)單有趣的方式，促進(jìn)了學(xué)生從技術(shù)成長(zhǎng)到思維成長(zhǎng)的轉(zhuǎn)變，以及個(gè)體學(xué)習(xí)與合作學(xué)習(xí)的融合。
游戲化學(xué)習(xí)有兩種含義，一是指向?qū)W習(xí)結(jié)果的游戲化——開發(fā)游戲類作品（game），二是指向?qū)W習(xí)過程的游戲化——開展游戲式活動(dòng)（Gamification）。前者要求學(xué)生通過項(xiàng)目學(xué)習(xí)開發(fā)出富有趣味的作品，如小游戲、數(shù)字故事、模擬動(dòng)畫、交互媒體等；后者要求將游戲元素（如游戲目標(biāo)、標(biāo)識(shí)、規(guī)則、反饋等）貫穿到非游戲活動(dòng)中，形成一種對(duì)學(xué)習(xí)者的激勵(lì)機(jī)制，驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)者達(dá)成預(yù)定的學(xué)習(xí)目標(biāo)。游戲是社會(huì)文化的一種集中體現(xiàn)，無論是前者還是后者，均需建立在對(duì)社會(huì)問題和社會(huì)規(guī)則的理解基礎(chǔ)之上。學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)的活動(dòng)實(shí)質(zhì)上就是兒童社會(huì)化的過程，有利于實(shí)現(xiàn)技術(shù)學(xué)習(xí)“回歸生活世界”的目的。游戲化學(xué)習(xí)在國(guó)際范圍內(nèi)有比較廣泛的應(yīng)用，麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室所倡導(dǎo)的Scratch學(xué)習(xí)的“4P”原則，即Projects（項(xiàng)目）、Passion（興趣）、Play（玩）和Peers（同伴），就是游戲化學(xué)習(xí)兩種含義的綜合運(yùn)用；Code.org所提供的課程結(jié)合深受青少年喜愛的流行元素，如“植物大戰(zhàn)僵尸”“冰雪奇緣”等卡通形象，用不同的主題來表現(xiàn)編程解決問題的不同模式。
學(xué)習(xí)環(huán)境的混合化
記者：在線編程教育在學(xué)習(xí)環(huán)境的混合化方面我們有哪些需要學(xué)習(xí)和改進(jìn)？
鐘柏昌：一方面，盡管國(guó)內(nèi)不乏在線編程教育平臺(tái)，但缺少免費(fèi)、共享、好用的本土化的平臺(tái)；另一方面，線上和線下教育的銜接關(guān)系沒有打通，校內(nèi)教育基本沿襲傳統(tǒng)的線下教育模式。此類問題的解決，亟須相關(guān)教育力量的社會(huì)化融合。
學(xué)習(xí)環(huán)境的混合化也包括兩層含義：一是混合性學(xué)習(xí)，線上線下的混合；二是混合性創(chuàng)作，在學(xué)習(xí)和借鑒他人工作的基礎(chǔ)上開展再設(shè)計(jì)和迭代改進(jìn)。混合性學(xué)習(xí)將單純的線下學(xué)習(xí)延伸到線上學(xué)習(xí)，拓展了學(xué)習(xí)的空間和時(shí)間，尤其是在線社區(qū)的應(yīng)用，方便學(xué)習(xí)者之間的經(jīng)驗(yàn)交流與成果展示，形成志同道合的社交圈子，接受來自同伴的反饋和鼓勵(lì)，汲取創(chuàng)作靈感和學(xué)習(xí)編程技巧，進(jìn)行在線合作編程。如今許多編程工具都提供了配套的、鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)建和分享編程作品的在線社區(qū)。最突出的例子就是青少年編程社區(qū)Scratch網(wǎng)站，學(xué)習(xí)者可以通過“進(jìn)去看看”功能直接修改原作品的代碼和元素，進(jìn)行再創(chuàng)作。
教育力量的社會(huì)化
記者：我們的校外培訓(xùn)活動(dòng)與校內(nèi)教育銜接不夠，在教育力量的社會(huì)化參予方面，有哪些需要加強(qiáng)？
鐘柏昌：我們面臨的最大挑戰(zhàn)，是由誰來負(fù)責(zé)此類公益組織的籌建？如何協(xié)調(diào)參與各方進(jìn)行組織管理和運(yùn)營(yíng)？這里存在一個(gè)教育辦學(xué)理念的轉(zhuǎn)變問題，以及教育生態(tài)的構(gòu)建問題。突破學(xué)校辦教育的局限，走向更為開放的教育辦學(xué)理念應(yīng)該成為今后教育改革的方向之一，程序設(shè)計(jì)教育亦然。如今，一些城市和學(xué)校已經(jīng)出現(xiàn)了通過政府采購教育服務(wù)的方式引入校外師資和課程，是值得關(guān)注的一種發(fā)展動(dòng)向。
