以能力发展为导向的青少年编程课程体系的构建探析

王先龙，黄丽清，刘春红

（1.梧州学院电子与信息工程学院，广西梧州 543002；2.广西桂平市光明小学，广西桂平 537200）

0 引言

当今世界，大数据云计算人工智能等新兴科技的重要性已经形成社会的普遍共识。2017年国家颁布了《新一代人工智能发展规划》，标志着人工智能正式上升成为国家发展战略，规划中明确提出“实施全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育”[1]。从而编程课程进入中小学课堂；2021年国家“双减”政策的出台及后续教育部对信息技术教育按照非学科类进行管理认定，青少年编程教育得到国家政策支持的同时受到了社会广泛关注。2023年5月教育部联合多个部门发布了《关于加强新时代中小学科学教育工作的意见》（以下简称《意见》)，旨在为适应科技发展和产业变革需要，整合各方资源全面提高中小学学生科学素养，建设教育强国；同时，《意见》回答了如何把青少年培养成为国家真正需要的未来人才，回答了如何落实国家人工智能人才战略的问题。至此，青少年编程教育成为极其重要的中小学科学教育的一环，青少年编程教育迈入了一个全新的发展阶段。为落实人工智能人才发展战略，培养具有创新能力和实践能力的创新型人才，实现青少年编程教育人才培养目标，本课题着眼于对构建以能力发展为导向的青少年编程课程体系进行分析探讨。

1 青少年编程课程体系框架构建

青少年人才培养要与党和国家事业发展要求相适应，国家“十四五”规划明确提出人工智能是优先发展的前沿科技领域之一，为中国未来5年培养人工智能人才指明了方向，坚持人才强国战略，实施人工智能人才发展理念，确保经济社会高质量可持续发展，意义重大。青少年编程教育是落实国家人工智能人才战略一条可行的路径[2-4]。编程教育目的是在实践应用中培养编程思维，进而培养解决实际问题的能力。青少年在编程教育过程中学习程序设计的基本语法规则，掌握解决问题的思路和方法，以实际应用为切入点，通过对语法规则和解决问题的思路和方法的合理应用，以解决生活中遇到的实际问题为导向，培养学员的创新能力和实践能力。

编程教育课程体系的建设是人工智能人才战略落地的一个抓手，科学的课程体系是编程教育质量的根本保障。青少年编程教育作为一种新兴的教育模式，编程教育课程体系还没有形成科学统一的课程标准，课程设置定位还不清晰，编程教育的良性发展受到了严重制约。本课题基于STEAM教育理念、OBE教育理念、艾宾浩斯记忆遗忘曲线规律和皮亚杰少儿认知理论等教育学的相关理论知识构建了青少年编程教育课程体系开发框架图。该框架图根据青少年编程教育学习特点，以能力发展为导向，以应用和实践为路径，进行有效学习，真正做到学以致用，解决实际问题[5]。青少年编程教育课程体系开发框架如图1所示。

图1课程体系开发框架构造遵循OBE教育理念，以成果为导向，以学员需要获得的能力发展为依据反向构建模块化课程体系，可有效将需求传导至课程体系中。通过逐级分解，落实到课程模块建设上，以学员作为主体，构建以学员能力发展为导向的课程模块具有适用性、实用性、科学性。课程模块的构建明确地指向能力结构模块。青少年应拥有的编程能力应该包括通用能力、专业能力和综合能力；其中，通用能力分解为沟通协作能力、逻辑思维能力、语言表达能力、动手能力、观察能力及想象能力；专业能力分解为分解问题能力、模式认知能力、抽象思维能力及算法设计能力；综合能力分解为创新能力和实践能力。青少年要掌握这些能力，就必须完成相应的知识结构的学习，其包括编程猫和Scratch 图形化编程工具应用、C++和Python应用及竞赛机器人和工业机器人；而其中编程猫和Scratch图形化编程工具应用是属于基础课程模块的学习，而C++和Python 应用及竞赛机器人和工业机器人等是属于专业编程模块的学习，同时学员要进行课程实训模块的训练即参加合适自己的不同等级的考试或比赛，比如：全国青少年编程等级考试、广西北部湾人工智能教育大赛、蓝桥杯全国软件和信息技术专业人才大赛等，毕竟只有通过参加此类考试或大赛才能对自己各学习阶段作阶段检测，课程实训模块是有效提高学员的创新能力和实践能力的可靠路径，保障了实现高素质人工智能人才培养目标。

2 青少年编程课程体系框架构建的理论基础

青少年编程课程体系开发框架图基于STEAM 教育理念、OBE 教育理念、艾宾浩斯记忆遗忘曲线和皮亚杰少儿认知理论进行构建。

2.1 STEAM教育理念

有别于传统的单学科教育方式，STEAM教育理念是综合教育，包含数学、工程、艺术等多学科领域，多方面培养学员工程实践、艺术审美、机械结构设计等能力，STEAM 教育理念与青少年编程教育高度契合[6-7]。青少年编程教育具有跨学科性和前瞻性，涉及数学，工程，机械设计及艺术等多个学科领域。通过动手操作、趣味体验、情景教学等方式，结合贴近生活的小实验项目，激发学员的学习热情，培养实践动手能力，逻辑思维能力及创新能力，进而激发他们发现问题、解决问题的能力，提升学员科学素养。

2.2 OBE教育理念

OBE教育理念关注学员的培养结果，以学员为中心，以产出为目标导向，反向构建课程体系。学员的学习成果体现为一组能力目标预期，这一组预期能力具有明确、具体、可衡量及可达成特点，这种能力主要通过课程教学来实现[8]。学员所获得的能力结构和知识结构存在映射关系，课程模块支撑预期的目标能力是否合理，是能力目标定位可实现的保障。

2.3 艾宾浩斯记忆遗忘曲线

艾宾浩斯记忆遗忘曲线揭示了人们对所学新知识的遗忘的规律，通过观察这条遗忘曲线不难发现，保持与遗忘是时间的函数，知识的遗忘在学习后立即开始。在最初的几天人们对学习后所获得新知识的遗忘速度非常快，往后遗忘速度逐渐变缓，随着时间的推移延续，几乎不再遗忘。记忆遗忘规律遵循“先快后慢”的原则。学习新知识一天后，新知识便成为短期记忆存储在人的大脑中，在不及时复习的情况下，新知识记忆仅保持为原有的25%，遗忘速度最快。掌握记忆遗忘规律，指导青少年编程教育实践。

温故而知新，遗忘曲线说明复习远比新知识的学习重要。根据遗忘曲线规律，制定复习计划表，按照计划不断复习前面所学，不断创造新的记忆遗忘曲线，努力将短期记忆变为长期记忆，提升学习效果。

2.4 皮亚杰少儿认知理论

基于人的生理和心理的发展规律，普遍认定青少年年龄段为14~25岁。一般来说，青少年分为两个年龄阶段，14~17 岁为中学阶段，18~25 岁为大学阶段。皮亚杰少儿认知理论认为人们获得知识和解决问题的能力，会随着时间的推移不断变化。人在青少年初期(14岁—)思维发展到抽象逻辑推理水平，能进行假设-演绎推理，抽象思维和系统思维具有灵活性[9]。掌握少儿认知发展客观规律，在青少年编程教育实践过程中利用规律办事。

3 青少年编程课程体系框架优化策略

青少年编程课程体系框架不可能一成不变，课程体系必须紧跟时代发展的要求不断地调整和优化。课程设置和课程设计优化原则如下：

3.1 课程设置的优化原则

课程设置持续优化原则应保持课程的适用性、实用性、科学性。适用性即课程所涉及的多学科知识点的难度和广度与青少年认识发展规律相匹配，是现有知识的拓展。实用性即课程与学员的生活相关联，来源于生活，贴近生活实际，能学以致用，具有实践性。科学性即确保课程在科学上的正确性，通过课程的学习，学员在能掌握正确的思维技能同时掌握正确的科学概念。课程应融入AI最新前沿进展与成果介绍。

编程猫和Scratch 是非常适用于青少年编程教育启蒙阶段的图形可视化编程工具，具有易懂、直观和简洁等特点，以类似于搭积木的方式搭建程序，贴近生活，将编程的规则、逻辑和思维等融入其中，使得编程整个过程充满乐趣，可有效聚焦于编程思维的培养和通用能力的发展，便于向专业课程作学习迁移[10-11]。C++、Python、竞赛机器人及工业机器人课程归属于编程专业课程，编程专业课程设置基于编程启蒙教育后。

青少年编程教育作为一个新兴的跨学科课程，应具备一定的数学知识、英语知识、逻辑知识及计算机基础知识。课程设置应遵循STEAM教育理念和少儿认知理论，将专业课程拆分为若干个知识点，通过一个个贴近生活的案例，用所学的知识解决生活中的实际问题。实训课程应促进专业能力的发展，提升创新能力和实践能力。

3.2 课程设计的优化原则

基于青少年编程教育游戏化的特别的学习方式，课程设计应遵循记忆遗忘曲线的规律，采用螺旋式渐进式互动教学方法，安排了6个课程设计环节，课程设计环节如图2所示。

图2 课程设计环节

复习巩固环节以圆桌会议的形式开展，以学员作为主体，教师作为引导者。会议的主要发言由学员完成，遵循遗忘曲线规律，复习巩固的同时锻炼学员的语言表达能力和沟通能力。导入新课和学习新课环节由老师介绍新课程相关知识并完成对应的编程案例教学。独立实践环节由学员自己单独实践，独立思考，完成编程案例，解决实际问题，锻炼学员的编程能力。结合项目驱动教学[12]，在完成新课程的学习后，学员在独立实践环节对所新学习的知识进行独立调试，独立解决问题，学员能在最短的时间看到自己的学习成果，验证所得。集思广益环节还是以圆桌会议的形式开展，由学员共同讨论刚才的编程案例，运用头脑风暴的方法，在老师的启发开导下完成集思广益，提升学员的创新能力。在集思广益环节学员都能充分地阐述自己的想法，该环节拓宽了学员编程思路，锻炼了学员的语言表达能力和沟通互助能力，整个的学习过程充满趣味，使得学员学习变得高效。最后一个环节为梳理总结，梳理新课程的收获，为下一个新课程做好铺垫。

对课程设置和课程设计优化的同时，为确保对人才培养目标的达成，对编程教师也提出了更高的要求。人工智能时代，编程教师需要面向未来，适应教育场景的变化。由于国家对青少年编程教育还没有统一的课程标准，这就要求教师对教学内容进行有序和谐重构，实现学科整合，知识交叉。教师需要做教学改革及教学研究，课程组定期组织开展学术活动，打造学习型教师队伍，及时推出新的课程，加强自身技能的学习，紧跟时代前沿。

4 建立教学评价机制

建立健全科学的教学评价机制，确保课程体系顺利平稳运行。教学评价机制的目标是保障教学质量，具有诊断，调控和激励的作用。青少年编程教育课程体系建设引入教学评价机制，能及时发现教学存在的不足，并予以反馈。同时，教学评价对教学全过程具有监督控制作用，能促进建立编程课程学习型教研室，形成交流研讨氛围，能很好地促进教师能力提升；能优化课程设置，优化课程设计，进而完善课程体系，实现教学闭环，保障人才培养目标的达成。

5 结束语

人工智能时代对人才提出了新的更高的要求，青少年编程教育培养的是学员的编程思维，训练的是基于编程思维下学员的动手解决实际问题的能力，编程思维的本质是解决问题的一种方法。遵循OBE 教育理念和STEAM 教育理念，结合青少年认知规律和遗忘曲线规律，构建科学高效的青少年编程教育课程体系。将程序设计中的模块化编程思想融入其中，着力培养学员的分解问题能力、模式认知能力、抽象思维能力及算法设计能力，提高理论联系实际的能力，促进学员的全面发展。确保在人工智能时代培养具有创新能力和实践能力的创新型人才，实现青少年编程教育人才培养目标。