AI時代青少年編程教育培養體系設計

程敏 曹皓

摘要：人工智能時代，編程教育受到社會各界廣泛關注，國家出臺了一系列政策促進中小學編程教育的發展，但是缺乏完善的教育體系。根據“全國青少年編程能力等級考試”的四大模塊，結合青少年發展特點，提出了一套青少年編程教育培養課程體系，并將它應用于實際的編程教育中。

關鍵詞： 人工智能;編程;青少年教育;教育體系

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）21-0178-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1? 引言

2017-2019年全國兩會政府工作報告中多次提及人工智能產業的發展，人工智能的發展成為國家領導人和社會各界人士的關注重點。人工智能，英文縮寫為AI，它的主要目標是讓機器人具有人類的智慧完成一些復雜的工作，編程則是與人工智能交流的橋梁。人工智能時代，編寫程序成為最新的創作工具，編程教育受到教育界的廣泛關注。

“計算機要從娃娃抓起”是鄧小平在80年代初期為應對當時的發展趨勢提出的口號，人工智能時代的到來，改變了人們的生活習慣，出現了“編程要從娃娃抓起”。編程將會成為人工智能時代人才的“必需品”。

2? 青少年編程教育培養的必要性

青少年編程教育區別于大學生編程教育，旨在通過寓教于樂的方式培養青少年的“編程思維”，培養創新創造能力[1]。青少年編程教育是一個綜合性學科，通過動手搭建，游戲設計，培養實操能力;通過分析問題——解決問題的過程，培養計算思維;通過從語言基礎到上層算法再到模塊化的思想的學習，構建完成的知識體系，培養邏輯思維;通過發現思考，提高認知層次。

“授人以魚不如授人以漁”，編程教育的本質就是教會孩子“漁”，將復雜問題進行分解，并逐個解決，只有具備了分析問題，解決問題的能力，才能打開通往未來人工智能時代的大門。

2017 年，國務院發布《新一代人工智能發展規劃》，指出“在中小學階段設置人工智能相關課程，逐步推廣編程教育”[2]。2018 年，教育部在《高等學校人工智能創新行動計劃》中提出“在中小學階段引入人工智能普及教育”[3]。2019年3月，教育部公布的《2019年教育信息化和網絡安全工作要點》透露，今年將啟動中小學生信息素養測評，并推動在中小學階段設置人工智能相關課程，逐步推廣編程教育[4]。

3? 國內外發展現狀

人工智能時代，AI教育的發展成為國家競爭的關鍵。美國從幼兒到高中具有完善的編程教育體系，并且強制要求高中畢業生必修計算機編程學分。奧巴馬連續兩年為“編程一小時”教育宣傳活動站臺。英國、澳大利亞、日本等國家都將編程列入中小學必修課及相應的考試中。

在我國，很多省份將編程引入中小學日常教學活動，浙江省更把編程納入信息技術高考，2020年全國一卷文科數學，全國二卷文科數學和江蘇數學卷分別出現了一道編程題。近些年我國也出臺了很多政策，鼓勵、支持編程教育[5]，如表1所示：

4 青少年編程教育培養體系

Java、C++語言等作為高等院校計算機相關專業的編程類課程，具有完善的課程體系和評價系統，但是我國青少年編程教育相比于發達國家，起步較晚，課程體系較不完善，教育培養沒有連貫性。青少年學習編程的目的主要是培養編程思維的能力，要根據孩子的認知規律，發展特點設置課程，甚至會根據城市地域不同，課程設置有所不同。

為適應時代發展，響應教育部號召，全國高等學校計算機教育研究會決定舉辦“全國青少年編程能力等級考試”，為青少年編程教育提供統一的評測標準，使得青少年編程培訓規范化，科學化，形成統一的信息素養培養體系。考試分為四個方向，分別為圖形化編程、Python編程、機器人編程和C++編程。根據這四個方向及具體的等級劃分，將青少年編程教育體系劃分為四大模塊，并根據等級劃分不同階段的課程體系：

4.1 圖形化編程

圖形化編程又稱為“積木式編程”，讓孩子在完全不理解代碼的情況下，用鼠標拖動積木實現編程，簡單易學，在游戲在中感受編程的快樂。適合低年級兒童的作為編程的入門平臺。目前國內比較流行的圖形化編程軟件有：Scratch和Kitten，前者由麻省理工學院媒體實驗室開發，后者由我國少兒編程團隊開發，并提供了在線版本，新版的Kitten更新了界面布局，更適合孩子的學習和創作。

圖形化編程三級要求和具體課程體系如表2所示：

4.2 Python編程

Python語言由于其語法簡單，易于理解，是青少年學習代碼編程的首選，同時又不失趣味性，符合青少年的發展特點。近幾年Python語言快速發展，已成為世界最流行的語言之一，可以完成包括人工智能、云計算、游戲開發、數據分析、網絡爬蟲等幾乎所有領域的任務。

Python編程四級要求和具體課程體系如表3所示：

4.3 機器人編程

機器人編程是一門融合了多種知識的綜合型課程，具有實踐性、探索性強和綜合性強等特點，這門課程通過“分析問題——功能設計——組裝搭建——代碼編程——運行調試”等多個步驟，讓學生學習了機械原理和物理知識，并且明白了數學邏輯的運用，同時還能培養學生的想象力、邏輯思維能力、動手能力等。

機器人編程四級要求和具體課程體系如表4所示。

4.4 C++編程

“C++”語言是一種使用最廣的高級程序設計語言，既包含了C語言的所有面向結構的程序設計方法，又增加了面向對象的編程思想[6]。通過C++語言基礎的學習，掌握基本編程規則，面向結構和面向對象的程序設計方法，使得孩子能完成綜合性的編程課題，算法的學習更好地開發孩子的邏輯創新能力。自2022年開始，全國信息學奧林匹克競賽系列賽事僅支持C++語言，足以說明C++的流行性和通用性。

C++編程四級要求和具體課程體系如表5所示：

5 編程教育培養體系的應用

合肥市六安路小學注重學生的思維能力和編程能力的培養，堅持動手能力與思維能力相結合的培養理念，根據其學校發展及生源特點，在編程社團中引入圖形化編程和C++編程培養體系，具體開課情況如表6所示：

從三年級開始選拔，通過圖形化編程課程，培養學生的編程思維能力，在2020年合肥市第三屆青少年創意編程與智能設計大賽獲得一等獎5項，二等獎1項，三等獎6項，如表7所示：

四年級逐漸進入信息學C++編程的學習，課程既滿足競賽要求，又符合小學生的能力層次。自2017年開始，連續獲得合肥市廬陽區小學信息學競賽團體第一名，合肥市青少年信息學科普日小學組團體一等獎，多名同學獲得安徽省青少年信息學科普日活動小學組一等獎。

6 結語

通過分析青少年編程教育培養的重要性和國內外現狀，結合全國青少年編程能力等級考試，設計一套青少年編程教育培養課程體系，并通過在合肥市六安路小學編程社團的引入，效果顯著。編程教育培養體系培養青少年動手能力、計算能力、邏輯思維能力，并在相應競賽中突顯優勢。

參考文獻：

[1] 億歐. 2018中國少兒編程教育行業研究報告[EB/OL]. （2018-06-15） [2021-03-01]. https：//www.iyiou.com/research/20180615565.

[2] 孫丹，李艷.我國青少年編程教育課程標準探討[J].開放教育研究，2019，25（5）：99-109.

[3] 《北京市中小學養成教育三年行動計劃》出爐[J].云南教育（視界時政版），2017（9）：4.

[4] 莊緒德.普及中小學生編程教育[J].福建茶葉，2019，41（3）：289.

[5] 張鑫，劉華，束傳政，等.青少年計算思維能力評測體系設計及實踐[J].計算機教育，2021（7）：98-102.

[6] 譚浩強.C++面向對象程序設計[M].3版.北京：清華大學出版社，2020.

【通聯編輯：王力】