高校創客教育視野下的計算機編程學習和應用

南楠 南超

摘 要：創客這一概念正在逐漸得到越來越多的關注，針對目前高校創客教育中編程教育起步晚，校內編程教育尚未形成體系的現狀，文章闡述了高校創客教育背景下的計算機編程學習和應用前景，以期增強創客教育可持續發展新平臺，加快高校編程教育的教育實踐。

關鍵詞：創客教育;高校;編程;人工智能

0? ? 引言

人工智能時代催生了人工智能技術的活力與深度應用。以深度學習、云計算、大數據、物聯網為代表的人工智能技術為創客教育注入了鮮活的血液。未來，高等院校必須要積極探索培養學生創新創業能力的策略，優化創客教育模式，提高計算機編程學習和應用水平。

1? ? 創客、創客教育、編程教育概述

1.1? 創客的概念

創客（Maker）是指通過自主學習和創新，出于自身的興趣和愛好，借助各種數字化、智能化和開源化的工具努力把各種設想與創意轉變為現實產品的人。這一概念的流行始于2012年初《創客雜志》的創辦和發行。[1]創客教育在中國起步相對較晚。2013 年開始，國內對創客教育的研究逐步開展，相繼在北京、深圳、西安等地開設了創客空間，并積極開展創客教育論壇和研討會等系列活動。

1.2? 創客教育

創客教育是在傳統教育的基礎上著眼于知識的融合、應用、深化、創造，旨在培養創新精神、創客基本技能和創業基本素養，使創客具有在較高認知水平上進行創造性活動的高階思維能力。目前，我國很多高等院校都開始引入創客空間開展創客教育，為大學生提供創新創業支持，不同高等院校的創客空間之間可互相合作，通過進行資源共享、頭腦風暴等方式，對某一課題或構思進行分析。人工智能開放平臺、智能機器人、物聯網等新興技術手段為創客教育提供開放新穎的體驗和創意實踐平臺。

1.3? 編程教育

編程教育是以編程語言的學習與計算思維的培養為目的，學習核心的邏輯、算法、語法和結構。純編程分為圖形化編程（Scratch）和純語言編程兩大類。編程學習的教學模式探索改革以及創新型編程平臺設計方面的研究近幾年如火如荼，特別是基于高校創客教育的計算機編程學習和應用成為當下潮流。

2? ? 基于高校創客教育的計算機編程學習

2.1? 計算機編程學習的時代背景

大數據時代，世界各國紛紛開展編程教育的普及工作。美國前總統奧巴馬2012年推出了“編程一小時”活動，扎克伯格和比爾·蓋茨等為3萬學生講解基本編程概念。我國人工智能教育略晚于國外發達國家。不過，受惠于時代需求和政策引導，發展勢頭迅猛。2018年，我國浙江省高考首次將信息技術納入選考科目，我國在高年段及成人教育利用Python，C++，Java等語言進行深度的智能編程。編程環境和編程工具是編程教育的重要技術支撐，學生通過運用模塊化編程和智能開源硬件技術創造性地設計智能產品，逐步提升創新能力和解決問題能力。國際上無論是面向校內創客教育課程還是面向校外的創客技能培訓課程都巧妙的利用了這些開源編程技術，其中經典的是 Scratch和樂高套件。

2.2? 高校創客教育中計算機編程學習的主要內容

創客教育的有效實施是當下高等教育研究的熱點，高校學生學計算機編程會鍛煉邏輯思維、提升自學能力、增強升學競爭力、鍛煉想象力和創造力等。首先，高校創客教育中圖形化編程學習（以Scratch為主），編游戲編動畫，主要是帶動學生的興趣，讓學生有成就感，鍛煉學生的邏輯能力。[2]學習項目包含了Scratch和國內的一些圖形化編程，另外順帶下編游戲機的項目。其次，開源硬件圖形化編程與仿真，讓學生了解電子線路硬件，學習嵌入式編程開發的基礎，學習開發類似冰箱、洗衣機程序的原理。學習機器人編程、無人機編程、3D打印編程等。Python現在是編程語言排行榜上排名第3的編程語言。圖形化Python，左面是圖形積木，右邊是代碼，左右對照，解決了代碼編程語言學習難的問題，可以用圖形積木編程，也可以用代碼編程;計算機編程學習，在于對一門語言的精通程度，學好Python后可以做到融會貫通。C語言是編程語言的利劍，可進行嵌入式編程、計算機底層的編程。學習單片機編程，可以編程電子硬件產品。

2.3? 開發面向創客需求的高校編程課程新體系

創客教育本身具有極強的包容性，需要參與者積極主動地進行探索，因此高校在構建創客課程體系的時候，需要擺脫傳統課程體系的桎梏，創客課程體系可以分成以下3種：（1）基礎類課程，這種課程所對應的學習主體是學校的所有學生，課程內容可以包括3D打印技術、Scratch趣味編程等。其主要作用在于：將創客技術等普及，激發學生參與創客活動的積極性。（2）拓展類課程，這類課程所對應學習主體是具有成為創客意向的學生，課程內容可涉及系統工程、智能控制、傳感器等物聯網技術。（3）創新類課程學習主體為創客空間的學生，主要培養他們理論與實踐相結合的能力。

3? ? 高校創客教育背景下的計算機編程教育

3.1? 計算機編程教育國內外應用現狀

作為智能時代的一項重要技能，編程能力逐漸被國際產業界和教育界所重視，日益成為世界各國進行創新性人才培養戰略的實施重點。美國、英國、澳大利亞及歐盟等發達國家和地區已將青少年編程教育納入國家層面戰略規劃或行動計劃中。我國青少年編程教育的實踐與研究總體處于初級發展階段，即便是在高校創客教育推動下，編程教育的規范教材體系和成熟的教學模式尚在摸索之中。對國內有代表性青少年編程教育平臺梳理發現：它們各有亮點和特色，課程內容主要圍繞“機器人教育”以及“編程教育”，講授的語言主要有Python，Scratch，App Inventor 及C++。其中，多個平臺將全國青少年信息學奧林匹克聯賽作為授課重點之一。此外，結合Arduino 等開發的STEAM 教育智能機器人，是當前國內青少年編程教育中主要的教學模式之一。青少年編程教育多為編程機器人、信息學奧賽以及圖形化編程等，注重小班教學，利用各類教學方式打造更優的編程學習體驗。

3.2? 創客教育需要編程教育的創新支持

創客教育是計算機語言教育的一次回歸，圖形化計算機語言的出現讓普通人學習計算機語言成為可能。在做計算機創客的時候，往往都會將計算機編程與電子電工一起融合。將電子電工的各個感應模塊融合到一起就可以使用創客課程中的組合創造法，創造出很多新的產品。因為只要是不同的編程邏輯就可產生不同程度的影響。比如說，自然光線的數據的大小就可以通過編程控制，決定我們調節室內燈光的亮度;室內溫度的高低不同，可使用計算機編程控制我們的空調根據人體適應能力自由的進行調整。創客教育的精髓是學術進行創客活動過程中培養學生提出問題、解決問題、動手制作的綜合能力，融合科學研究、技術制作、藝術創作等。機器人、編程、3D打印是創客教育的形式，創客教育需要編程教育的支持，它是將計算機程序的虛擬世界與現實的物理世界連接的橋梁。在人工智能時代，利用編程教育進一步開發和利用學習資源，降低教育成本，更好地推廣創客教育。

3.3? 強化創客教育和編程教育的有機整合

創客教育在廣義上是一種培養創客精神為目標的教育形態;狹義上是一種以培養青少年學習者創客素養為導向的教學模式。創客教育在廣義上是一種培養創客精神為目標的教育形態;狹義上則是一種以培養青少年學習者創客素養為導向的教學模式。在創客教育實踐中，往往包含教育機器人、3D 打印等能夠利用技術將創意轉變成現實的工具或程序，這與編程教育更是密不可分。英國威爾士技術營地作為英國最知名的創客教育基地，為11—19歲學生提供編程、機器人、游戲設計及應用開發等各項內容。[3]在研究方面，國內王濱設計了項目教學法指導下的圖形化編程課程教學活動，并且通過實驗證明，這種方法能夠激發學生的學習積極性，提高學生的創新精神以及團隊協作能力。未來是人工智能的時代，5G技術讓萬物互聯得以實現，互聯網編程不僅是要進行線上的功能實現，也要回歸實體造物。因此，編程教育是輔助創客教育進行造物、制造人工智能屬性的產品。沒有編程教育，無人機、3D打印、VR、機器人等這些產盤就像是沒有頭腦和控制器的模型玩具，而沒有創客教育，編程也只是沒有依附的虛幻物質，無法展示其在生活和工作中的實際價值。

4? ? 結語

未來，高校編程教育這一新興領域的理論發展和實踐應用將會迎來一個飛速發展的時期，要探索適合高校學生編程教育的教學規律，構建適合不同群體和針對不同編程內容的多樣化編程教育模式，并加快建設專業的青少年編程教育教師，增加編程教育教學內容，開展高校學生編程教育實踐，為高校創客背景下的計算機編程學習注入新的發展動力。

[參考文獻]

[1] 陳孝然.基于Scratch 編程的創客課程學習現狀調查[J].無線互聯科技，2019（6）：55-56.

[2]蔡國.基于創客教育的Arduino 校本課程教學實踐[J].課程教育研究，2019（21）：9.

[3]董麗.高校創客教育的實施策略研究[D].南充：西華師范大學，2017.

（編輯 姚 鑫）

Study and application of computer programming from the perspective of

maker education in colleges and universities

Nan Nan1，? Nan Chao2

（1.Zhanjiang Preschool Teachers College， Zhanjiang 524300， China;

2.Anyang Village Primary School， Quyang County， Baoding City， Hebei Province， Baoding 073100， China）

Abstract：The concept of maker is gradually gaining more and more attention. Aiming at the late start of programming education in college maker education and the fact that school programming education has not yet formed a system， this article explains the computer programming learning and learning in the context of college maker education. Application prospects， with a view to enhancing the new platform for sustainable development of maker education， and accelerating the educational practice of programming education in colleges and universities.

Key words：maker education; colleges and universities; programming; artificial intelligence