高中新課標“開源硬件項目設計”模塊：課程實施與實驗室建設

樊磊

對話嘉賓：

博士,首都師范大學教授，教育部高中課程標準信息技術學科核心專家組成員。現任人民教育出版社、中國地圖出版集團高中新課標信息技術教材總主編,上海市信息科技教材《人工智能初步》主編。

吳俊杰

對話嘉賓：

北京景山學校信息技術、物理教師，STEM教育研究者，研究方向為創客教育的普及課程和教師專業發展。在《上海教育》《教學儀器與實驗》《中國信息技術教育》《中小學信息技術教育》雜志開設不定期專欄。發表論文八十余篇，出版專著三本。在創新創業領域，致力于從教育的角度推動可持續發展理念下的模塊可重用的設計，推進電子、家電、家具、建筑行業的可重用設計的理念和消費行為。

緣 起

我，吳俊杰，是一個有物理教學背景的信息技術教師，所以很適應實驗室環境的教學。同時，我們國家的辦學標準也經歷了一個從“有桌椅板凳黑板就不錯了”到“專業課程需要有專業教室來支撐”的發展階段。北京景山學校從2000年開始比較系統地開設了機器人課程，在接手這項工作及在后續的創客教育實踐中，我越來越覺得機房應該升級為信息技術實驗室，包含信息技術課程所需的專業的信息技術教具和學具。

因而，本次對話我們有幸邀請到新版信息技術課程標準的核心專家組成員樊磊教授，邀請他從國家政策的角度談一談信息技術實驗室環境下的信息技術課程在未來的實施樣態，也給連續三期的以“開源硬件項目設計”為主題的對話欄目做一個總結。

吳俊杰：樊教授，很榮幸您能接受我們的邀請，在這之前我們已經提前預熱了兩期對話欄目，分別從課程和裝備的角度談了開源硬件項目模塊的課程的準備情況。本期對話首先想和您聊一聊，信息技術新課標中開設開源硬件項目設計這個模塊的意義是怎樣的？作為核心專家組成員，編制課標的過程中有沒有一些與開源硬件相關的難忘的細節？

樊磊：我也很關注《中國信息技術教育》雜志的相關工作。我想信息技術課程標準開設這個選修模塊至少有以下幾個方面的意義。

首先，大家知道，在中國的一個現實情況就是，開源硬件的范圍界定并不是很清晰，很多部分開源的、公益性的或低利潤的硬件在實際中也有大量使用，最典型的是樹莓派。那么，在教學中究竟使用什么類型的硬件，課程標準中并沒有給出明確要求，其實這應該也是考慮到實際情況——我們還缺乏真正適合所有高中學生的教育專用開源硬件和支持平臺，教育用開源硬件是不同的概念，目標、定位、使用對象及使用方式都不一樣。我個人希望中國的硬件設計及開發廠商能基于新課標的要求（不僅是開源硬件模塊），研發更多更適用的“教育開源硬件”，而且我們現在完全具備這個條件和基礎。

其次，設立開源硬件模塊給學習與開源硬件相關的課程（包括創客課程、STEM課程、機器人、無人機等），以及建設特色實驗室等，都提供了發展空間。這些課程綜合性很強，對于培養學生的實踐能力和創新思維非常有意義，但不好對位學科，在一般課程體系中沒有課時、難以評價，實施起來有很大難度。

最后，設立開源硬件模塊有助于改變目前信息技術課程嚴重“偏軟”現象，在像開源硬件這種課程中，你可以用開源硬件講軟件，但總不能用PPT講PPT吧？

吳俊杰：是的，開源硬件項目設計這個模塊確實有天然的“軟硬結合”的基因。那么，如何看待新課標中各個模塊的課程假設，換句話來說，信息技術新課標到底想培養什么樣的孩子？

樊磊：從根本上講，新課標修訂就是貫徹立德樹人、培養合格接班人和建設者的大目標。具體來說，信息技術教學不僅要使學生掌握知識，使之能在未來信息社會中立足、發展、創新，更要讓學生懂得信息社會中的責任和擔當。這絕不是空話，只有掌握技術、懂得原理，才能駕馭技術。

吳俊杰：您再談談Python教學好嗎？我旁聽過一次課標組的會議，會上看到您對Python的堅持，您期待的代碼教學的形態是怎樣的？

樊磊：我個人的語言能力整體上很差，不管是外語還是計算機語言，都沒有學好。這可能是我的學習方法有問題，或者也可能是語言的教學方式有問題。我覺得語言對于普通學生而言是要有所用的，計算機編程語言也是如此。現在提倡讓所有學生（以及所有人）都學編程，但如果還是像過去那樣按部就班，從語句到語法、從循環到判斷……那么，結果會是什么樣？一定會和現在的英語學習類似，學生可能會很容易考過四級、六級，卻無法順利閱讀文獻。但是英語對學生未來的發展是必需的，有考試的需要，有升學的需要……而編程有什么需要？有人說可以培養學生的信息素養和創新能力，這在理論上都對。

然而，我期待的編程教學應該是實用的、適用的。編程語言首先是工具，編程教學首先應該服務于那些真正需要編程的地方，如大數據、人工智能和開源硬件，而不是糾結哪種語言更容易學，數組和列表有什么區別等。我不知道有多少大學生把時間花在搞懂C語言的數組與指針上，但真正能在實際工作中使用指針的有多少？與學習所花費的時間相比，對學生理解計算本質有多大幫助？

大家都知道麻省理工學院（MIT）有一門著名的MOOC課程，叫“計算導論”，是面向剛入學的所有大學生的，包括文科和藝術類方向的學生。這門課程的講義最近被譯成了中文版，書名叫做《Python編程導論（第2版）》。與那些專門教Python編程的書相比，這本書不但包括了Python編程的基礎，還講到了算法（優化問題、動態規劃）、數據結構（抽象數據結構）、數據管理與分析（可視化）、概率統計、隨機建模以及機器學習。是的，差不多涵蓋了新課標中的所有內容（硬件及3D除外）。但有趣的是，這本書原來的書名是《計算與Python編程導論》，還有一個副標題“對理解數據的應用”。我想出版者可能擔心直譯會影響銷量吧。

總之，選擇Python首先是因為好用、有用，其次才是因為好學。好用的東西學起來也就覺得更容易。

吳俊杰：“信息技術實驗室”首次在課標中明確提出，您覺得信息技術實驗室應該是什么樣子，又為什么需要信息技術實驗室？

樊磊：我認為，提出建信息技術實驗室是信息技術新課標的一大創新。為什么需要信息技術實驗室？因為它是技術課，技術課沒有實驗就不可能完整，也不可能得到社會認同，更不可能持續發展。當然，建實驗室絕非易事，需要有標準、實驗教學規范、實驗考核等。課標只是一個開始，高中建設實驗室的過程也會很曲折。

吳俊杰：是的，一般實驗室建設標準是配合國家高中辦學規范一同實施的，也是一個必須要落實的辦學基礎，它的制定和修訂都有一些規律，也存在像上一個版本的課標中新設立的通用技術學科實驗室這種比較快的特事特辦的情況。但是，總體上來說需要經歷一個從立項、調研、實驗區建設、擬定初稿和征求意見、報送審定的過程。我在《中國信息技術教育》雜志上開設了四年的“信息技術實驗”的欄目，就是期望能夠推廣信息技術實驗教學，測試在實驗室環境下的信息技術教學的課程實施效果。現在也很開心能夠看到在課標層面上的、自上而下的良性互動。

樊磊：前面說過，信息技術實驗室建設將會是一個漫長曲折的過程，我個人覺得，目前就設立國家實驗室標準為時尚早，可以留出一段過渡期，讓有條件的地方和學校充分實踐，同時建立一些地方標準。

吳俊杰：是的，如何保持信息技術實驗室的穩定性和創新活力之間的平衡是一個很重要的問題。信息技術很特殊，計算機既是信息技術課程教學的教具，又是很多學生家庭中的文具。像虛谷號和虛谷號實驗箱就體現了文具和教具綜合設計的理念，從目前很多教師要自費購買虛谷號學Python和開源硬件的情況，能夠看到這種學習熱情。

那么，作為多套信息技術新課標教材的主編和主要成員，很快就要開展基于新教材的信息技術新課程培訓了，您對這一輪師資培訓有哪些期待？

樊磊：培訓是提升教師信息素養、落實新課標的重要手段。我希望未來的培訓能結合教材進行研讀實驗，把握好大方向，力爭更聚焦、更務實，重點解決從原教材向新教材過渡所產生的現實問題，滿足教師的緊迫需求（如使用Python教學），同時對規劃使用新教學平臺、資源、評價方法等方面予以指導。

吳俊杰：感謝您，感謝您和所有課標組的專家為一代人的信息技術知識底色做出的貢獻。