国内外小学生编程教育对比研究*

2022-06-25赵欣怡

中国教育技术装备 2022年9期

关键词：编程教育扎根理论任务驱动法

摘要运用访谈法对我国小学阶段编程教育的使用工具与对应年龄段、教育目标、教育内容、教学方法、学习结果等维度进行探讨分析，通过与其他国家的对比，为我国小学阶段编程教育建设提供参考。

关键词编程教育；扎根理论；项目式学习；任务驱动法

中图分类号：G623.58 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2022）09-0156-05

0 引言

近年来，编程教育在我国发展得如火如荼。国家颁布了一系列政策文件支持编程教育的发展。2018年，教育部印发《教育信息化2.0行动计划》，提出“完善课程方案和课程标准，充实适应信息时代、智能时代发展需要的人工智能和编程课程内容”[1]。

目前，小学阶段学校内以及校外机构皆有编程课程开展，但是国家尚未建立起完整系统的小学编程教育课程标准以及教学大纲和相应的教材，编程教育仍处于起步阶段[2]。由于小学阶段是启蒙、培养编程兴趣的关键阶段，对这一阶段的学生进行科学、合理、适量的编程教育，对其发展意义重大。本研究旨在对我国小学阶段编程教育现状进行系统梳理，找出存在的问题，从而为我国小学阶段编程教育提供借鉴和参考。

1 国外小学阶段编程教育发展状况

国外编程教育已先于我国采取行动，并在政府、企业、大学和中小学各方的共同努力下蓬勃发展[3]。下面，笔者将分别介绍美国、英国、芬兰和日本四个国家的小学阶段编程教育发展情况。

1.1 美国

2016年，美国发布《K-12计算机科学框架》（K-12 Computer Science Framework）。该框架属于美国计算机科学教育的顶层设计，将算法与编程列为计算机科学领域的五大核心概念之一，具体的教育目标、教育内容、教学方法等由各州依据本地区的实际情况自行安排[4]。由社会组织开展的“编程一小时”活动就这一核心概念对编程教育进行的具体设计。

1.2 英国

从2008年开始，英国社会各界逐渐意识到编程教育对于发展学生的计算思维具有非常重要的价值，并积极游说，促进英国政府改变ICT课程原本的教育目标、教育内容等，并将其重命名为计算（Com-puting），将编程教育重新纳入小学阶段的必修课[5]。

1.3 芬兰

由于2012年PISA（The Program for Interna-tional Student Assessment）结果的显著下滑以及社会各界对基础教育全面改革的呼吁，芬兰政府于2016年启动“KOODI2016”国家项目，将编程列为小学阶段的必修课[6-7]，以期培养出具备问题解决能力、创造力等现代化社会必备能力的人才，赶上信息化时代的潮流。

1.4 日本

日本文部科学省为实现新型超智慧社会Society5.0，先后出台一系列文件开展教育信息化改革，将编程列为小学阶段的必修课，提出小学阶段编程教育的培养要求、实施路径与学习活动等[8]。2019年，日本文部科学省颁布《小学编程教育教案集》，促进了日本小学阶段编程教育的实施。

表1为各个国家小学阶段编程教育的教育目标、教育内容、使用软件和工具、教学方法等的具体介绍。从中不难发现，各国的编程教育不仅要求学生掌握关于编程的基础知识和概念，更重要的是要培养学生的计算思维、解决问题的能力、创新能力等，并维持学生学习编程的兴趣。各国通常使用Scratch等可视化图形编程工具以跨学科的方式来进行教学，运用游戏化、探究式、项目式等学习方法激发学生的学习热情和好奇心，从而达到教育目标。这为我国的小学编程教育提供了示范和借鉴。

2 国内小学阶段编程教育研究

2.1 文献综述

目前，由于我国小学阶段的编程教育体系尚未建立，理论研究主要集中于对编程教育课程标准、教育体系等的设计探讨。孙丹等[14]通过分析英美以及我国普通高中信息技术课程标准，结合国内青少年编程教育机构的实践与研究，对我国青少年编程教育课程标准的基本理念、课程目标、具体内容等提出建议。洪竟雄等[15]在编程教育的教学体系、教学管理、教学活动和教学成果四方面提出具体的建设策略。而实证研究多立足于培养学生的计算思维来进行可视化编程课程的设计开发，基于不同的可视化编程工具，如Scratch、ScratchJr、App Inventor、编程猫等软件，进行编程教学实践，并对学生学习效果进行分析、反思，部分研究还会对设计方案进行迭代[16-18]。

2.2 研究设计

2.2.1 研究方法本研究基于扎根理论，运用访谈法进行研究。扎根理论是利用原始经验资料生成理论的一种研究路径，对于访谈数据的处理分析十分适用。它要求研究者对访谈资料进行概念化，通过开放编码、关联编码和核心编码逐步形成类属及其属性，从而上升到理论[19]。本研究试图运用这一研究路径探寻我国小学阶段的编程教育现状及存在的问题。

2.2.2 研究对象质性研究与量化研究有所不同，通常遵循非概率抽样原则，采用目的性抽样，即选取那些能够为研究提供最大信息量的对象[20]。本研究选用目的性抽样中的强度抽样方法。Lincoln等[21]认为正式访谈的样本数量应大于12个，本研究的样本数量为13个，符合此要求。访谈对象为教授小学阶段编程的教师，分布于苏州、常州、南京等不同地区，其中六名来自小学，七名来自教育机构。

2.2.3 研究工具本研究的访谈提纲涉及我国小学阶段编程的教学软件、教育内容、教学目标、教学方法等方面，并与专家探讨后修改完善。正式访谈时，利用录音笔记录访谈内容。在整理资料的过程中，将录音转换为中文文本，运用NVivo软件导入文本资料，对访谈数据进行编码。

2.3 数据分析

2.3.1 使用软件和工具

根据受访对象陈述的内容，我国小学阶段编程教育使用的软件主要是五个，分别是Scratch、XDing、Python、乐高WeDo和EV3，各个软件对应的年龄段如表2所示。Scratch是使用年龄跨度最广的一款可视化编程软件，而XDing与之较为类似，可以被认为是Scratch的替代性产品。Python适用于有基础且年龄较大的学生。乐高WeDo和EV3都是与硬件相结合的编程软件，需先用硬件搭建好模型，再在软件中编写好程序运行。其中，乐高WeDo的软件编程较为简单，适合低年级学生；EV3与Scratch等图形化编程软件类似，适合高年级学生。根据受访的校内教师所言，小学只在高年级教授Scratch或XDing。而课外教育机构则不同软件及年龄段均有涉及。

2.3.2 编码概况

本研究在开放编码阶段共产生138个节点。以此为基础，形成类属，进行关联编码，最终共析出35个范畴。在核心编码阶段，笔者对原始资料进行再回顾，分别探索各个范畴之间的联系，最终共形成11个核心类别，如表3所示。

2.3.3 研究结论

1）教育目标。

①掌握知识。首先是软件基本内容，也就是所教授的这款软件本身，“要熟悉这款软件”，比如“讲过的这些控件有什么功能”“每个模块有什么东西”。其次是软件操作，即如何运用软件编出脚本，比如“掌握课堂上教的操作步骤”“自己找到对应代码完成角色的动作”。

②提高能力。分析问题与解决问题的能力是编程教育尤为注重培养的能力，在访谈对象中也被多次提到，如“对于游戏如何分析”“遇到问题思考怎么解决”“怎么去解决问题”。创造能力是指学生要有能够创造出新事物的能力，不局限于课堂上所要求完成的任务，比如“独立自主设计制作小游戏”“自己能举一反三”。

③提升思维。逻辑思维是指在实践活动和感性经验的基础上，以抽象概念为形式的思维方式[22]。有三位访谈对象共五次提到，比如“他们要知道先后顺序”“构思这个程序的流程是怎样的”“对他们逻辑上进行这种锻炼”。计算思维是指使用编程、高效率专用算法和数值分析培养起来的心智习惯[23]，比如“培养编程思路”。

2）教育内容。

①编程基础内容，包括变量、数据类型、字符串、程序三大结构等计算机编程的基础概念，在掌握基本概念的同时学会灵活应用，完成简单程序的开发。

②软件知识。程序模块是软件知识中最为重要的部分，每个程序模块下包含了不同的控件。共有九名受访者14次提到，比如“了解Scratch的各种

模块的使用方法”“动作、外观、声音、画笔、时间、控制、侦测、数字和逻辑运算模块”。软件界面由不同的区域组成，只有掌握了软件界面的知识，学生才能熟练地操作软件。软件元素包括背景、角色等内容，是程序的重要组成要素。

3）教学方法。

①传统教学方法，包括操作演示法、讲授法和练习法。在传统教学方法中，讲授法是受访者所提最多的一种方法，比如“直接讲，纯靠讲”“先展示游戏成品，然后一段一段讲授”。

②新型教学方法，包括翻转课堂、任务驱动法、项目式学习和支架式教学。任务驱动法是新型教学方法中最常使用的方法，共有七位受访者八次提到，比如“模拟一个场景，让他自己去完成任务”“给出项目，让他们自己去分析并尝试”。

4）学习结果。

①知识技能增加，包括编程知识的增加和专业技能的提高，学生通过系统的学习能够掌握计算机编程基础知识和专业操作技能，“进行编程启蒙”，从而“有利于今后学习别的编程语言”。

②能力提高，表现在五个方面：一是分析问题与解决问题能力的提高，比如“遇到问题先分析，然后想办法解决”“用编程的思维去解决生活中遇到的问题”；二是创造能力的提高，编程的学习“能够开发学生的创造性思维”，让学生学会“举一反三”；三是理解能力的提高，“有一些小的项目是类似于应用题一样”，学生在进行编程前，首先要“去理解”这个任务是要做什么；四是合作能力的提高，“现在很多小朋友都很自我，一起合作，会让他们去磨合，去看到别人优秀的地方，知道不是所有事情都可以一个人完成”；五是审美能力的提高，在完成部分任务的过程中，需要学生巧妙进行“颜色搭配”“形状配合”，从而有利于学生“艺术审美”的发展。

③思维提升。共有10位受访者11次提到逻辑思维，比如“最大的就是增加他们的数学逻辑概念”“至少增强了他们的逻辑性”。计算思维共有六位受访者提到，比如“锻炼学生的计算思维”“我们想要去完成这样的一个效果，就要去使用什么样的方法，使用什么样的语句”。

④学习兴趣增强。编程课程往往是以完成游戏任务的形式开展的，“重在体验”“可以提高学生参与课堂的兴趣和积极性”。

3 结论与建议

3.1 中外小学阶段编程教育对比

根据上述对访谈资料的分析，结合国外编程教育实践情况，我国编程教育的教育内容和教育目标与其他国家并无太大区别，不同之处主要表现在以下几个方面。

首先，从小学阶段编程教育使用的软件来看，我国使用的Scratch、XDing、EV3等软件均为国外研制开发，缺乏国产软件的使用，而美国、日本等国开发的国产软件均在本国得到广泛应用。目前，我国已自主开发不少软件，如编程猫可视化编程软件，但在校内尚未流行开来。

其次，编程教育使用工具中软硬件相结合的只有乐高WeDo和EV3。这两个工具皆由校外编程教育机构提供教学指导。据了解，小学信息技术教材中有关于开源硬件的内容，但不少受访的校内教师表示“硬件方面的东西还没有普及好”“硬件设备的课也要填起来”。日本在小学阶段就已经普及机器人课程，实现了软硬件的结合，我国也应加大对硬件的扶持力度。

再次，美国、英国、芬兰等国家均采用跨学科的方式进行编程教学，而我国的编程教育往往局限在信息技术课程内。同时，不少教师仍然采用讲授法进行教学。几位受访教师提到，学生对于任务驱动法、项目式学习这样的新型教学方式“更感兴趣”，他们更乐于“自己探索，动手操作”。若将大工业时代的教学方法简单嫁接到面向小学生的编程教育，其带来的排异反应会逐渐消磨学生的学习兴趣，不利于学生今后的发展。

最后，国外多数国家的编程教育均覆盖整个小学阶段，我国课外教育机构也有不少针对学龄前儿童的编程课程[24]。作为高速发展的信息时代的数字原住民，小学生对于电脑已不陌生。受访的机构教师认为“低年级学生也是有能力学好编程的”，编程课程可适当提前开展。

3.2 建议

首先，在国家层面应加大国产软件的研发和宣传力度，对教材重新进行修订，避免再次出现受制于人的情况。同时，加大对硬件的扶持力度，参考国外实践经验，通过校企合作的方式，真正让硬件课程落到实处。我国教育主管部门也应尽快建立小学阶段编程教育的统一评价标准，作为对校内外编程教育质量和成效评估的依据。

其次，在学校层面可适当提前开展编程教育，或以兴趣班、社团的形式对有兴趣、有能力、有天赋的低年级学生进行编程教育，再逐步覆盖到全体学生。教师应不断进行教学反思，学习吸取优秀教师的教学经验，探索编程与其他学科融合教学的方式，灵活运用小组合作、项目式学习、任务驱动法等多种教学方法进行编程教学。

在第四次工业革命浪潮的推动下，国家大力提倡编程教育，这促进了众多校外编程培训教育机构的诞生。不少家长选择将孩子送到课外机构提前学习编程课程，让孩子学习的动机多集中在编程能够锻炼学生思维，让学生赢在起跑线上，以及让学生参加竞赛以获得择校权的现实角度，真正出于孩子兴趣考虑的占比并不大。田慧[25]认为，目前儿童编程教育资源稀缺，编程教育低龄化很可能会加剧教育不公平。一方面，有关部门要加强对少儿编程教育的监管，防止其陷入功利化的泥潭；另一方面，要求家长从孩子的兴趣出发，避免使编程教育同奥数等竞赛科目一样沦为升学的工具，加重孩子的学业负担。

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