中小學編程教育現(xiàn)狀調(diào)查研究

　　摘  要：近年，隨著智能時代的快速發(fā)展，編程能力已經(jīng)成為當代人才的必備素養(yǎng)之一。中小學普及編程教育成為必然發(fā)展趨勢。本研究采用實證調(diào)查研究的方法，對山東省內(nèi)中小學信息技術教師實施問卷調(diào)查。通過調(diào)查數(shù)據(jù)采集分析發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段編程教育在課程體系、課時安排、資源支持、社會重視程度和學生個體差異等方面存在問題，為此，筆者從政策引領、區(qū)域推進、教學分段和融合 STEM 理念開展編程教育教學等方面提出建議，以期能夠進一步改善編程教育現(xiàn)狀。

　　本文源自李慧; 趙可云， 數(shù)字教育 發(fā)表時間：2021-04-20《數(shù)字教育》Digital Education(雙月刊)2015年創(chuàng)刊，堅持以馬克思主義為指導，堅持正確的出版方向，通過研究數(shù)字新技術和教育新理念，達到載體與內(nèi)容的有機結(jié)合，實現(xiàn)展示立體化教育的多樣性、便捷性、共享性、時效性、互動性、豐富性、最優(yōu)性的教學目的。讀者對象為中小學教師，中小學信息技術教研工作者，教育技術教研工作者，政府教育管理工作者等相關受眾。

　　關鍵詞：編程教育;調(diào)查研究;現(xiàn)狀評測

　　一、問題提出

　　2017— 2019 年國務院、教育部先后發(fā)布重要文件多次提及教育信息化和編程教育。2017 年國務院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，要求在中小學階段設置人工智能相關課程，逐步推廣編程教育 [1];2018 年教育部印發(fā)《教育信息化 2.0 行動計劃》，提出要完善課程方案和課程標準體系，充實編程課程內(nèi)容并落實編程教育在中小學的推廣和普及 [2];2019 年國務院印發(fā)《中國教育現(xiàn)代化 2035》提出統(tǒng)籌推進教育現(xiàn)代化發(fā)展，注重學生核心素養(yǎng)的全面發(fā)展 [3]。在國家政策推動下，編程教育逐步成為中小學信息技術課程的重點教學內(nèi)容。

　　我國編程教育目前仍處于初級發(fā)展階段，出現(xiàn)以行業(yè)引領編程教育發(fā)展、部分學校積極投入創(chuàng)客教育、基礎編程教育水平不均衡的發(fā)展現(xiàn)狀。本文通過對中小學編程課程開設現(xiàn)狀進行研究，力圖探討現(xiàn)階段我國中小學編程教育課程開展現(xiàn)狀、編程教育課程開設影響因素、編程教師知識態(tài)度和技能水平以及現(xiàn)階段編程教育開展存在問題四個主要問題。最后，本研究根據(jù)調(diào)查結(jié)果提出基于中小學編程教育的發(fā)展建議。

　　二、中小學編程教育現(xiàn)狀調(diào)研

　　(一)調(diào)查問卷的初步編制

　　根據(jù)研究目標，本研究基于前期的文獻研究基礎初步編制了《教師支持的中小學編程教育現(xiàn)狀調(diào)查問卷》。問卷含有基本信息和調(diào)查主體兩部分，基本信息包括教師性別、年齡、教齡以及學校信息等;調(diào)查主體部分包括四個維度：學校開設編程現(xiàn)狀、編程教師專業(yè)素養(yǎng)、情感態(tài)度和影響因素。

　　考慮到文獻研究所得題項無法完全反映出實際情況，為確保調(diào)查問卷的有效性，邀請 3 位研究學者對文件進行討論。經(jīng)過討論，對部分題項進行刪除、修改和補充，并根據(jù)學校編程教育開設狀況設置邏輯跳題，以便更好地分析編程教育發(fā)展現(xiàn)狀。經(jīng)過以上修正形成的調(diào)查問卷共計 27 題，其中包括基本信息、開設現(xiàn)狀、專業(yè)素養(yǎng)、情感態(tài)度、影響及建議 5 個部分。

　　(二)調(diào)查問卷預調(diào)研

　　為驗證本調(diào)查問卷的信效度，需要對問卷進行預調(diào)研。預調(diào)研問卷在 R 市區(qū)域進行發(fā)放和回收，調(diào)研周期為一周。預調(diào)研發(fā)放問卷 30 份，回收有效問卷 29 份，問卷有效率 96.7%。預調(diào)研問卷量表數(shù)據(jù)用于信度分析和效度分析。

　　1. 信度分析

　　克隆巴赫 α 系數(shù)表示量表的信度質(zhì)量，可以檢測結(jié)果的一貫性、一致性、再現(xiàn)性和穩(wěn)定性。本次調(diào)查采用統(tǒng)計軟件 SPSS 對問卷數(shù)據(jù)進行信度分析，得到克隆巴赫 α 系數(shù)，當系數(shù)大于 0.9 時說明問卷信度最佳，處于 0.8 左右說明非常好。分析數(shù)據(jù)顯示，問卷整體克隆巴赫 α 系數(shù)值為 0.920，分量表達到 0.827 以上(見表 1)，該問卷題項內(nèi)部一致性較好。

　　2. 效度分析

　　效度是用于衡量心理或行為特質(zhì)所達到的有效程度。高質(zhì)量效度測量結(jié)果更能顯示所要測量的特征。問卷編制參考了已成熟的量表并聽取研究對象、專家等的建議進行修改;問卷 KMO 值為 0.940，大于 0.8， Sig. 值為 0.000，(具體數(shù)據(jù)見表 2)保證了問卷良好的內(nèi)容效度和結(jié)構(gòu)效度，數(shù)據(jù)結(jié)果具有一定的研究價值。

　　(三)調(diào)查問卷的正式形成及調(diào)查

　　基于預調(diào)研數(shù)據(jù)結(jié)果進行分析修改后，形成最終《教師支持的中小學編程教育現(xiàn)狀調(diào)查問卷》。此問卷信度和效度均達到本研究的具體要求，保證了該問卷結(jié)構(gòu)的合理性和研究數(shù)據(jù)的科學性，可用于實際測量。問卷共計 27 題，第 8 題處根據(jù)編程課程開設情況設置邏輯跳題，問卷結(jié)構(gòu)如表 3 所示。

　　1. 實施調(diào)查，回收數(shù)據(jù)

　　本次問卷調(diào)查采用基于問卷星平臺的電子問卷形式，參與調(diào)研的教師均為信息技術教師，調(diào)研周期為 4 周。共回收 309 份問卷，有效問卷 291 份，有效回收率 94.17%。

　　2. 調(diào)研樣本的基本情況

　　三、中小學編程教育現(xiàn)狀

　　(一)中小學編程教育課程總體開設情況良好

　　數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，山東省內(nèi)編程課程開設比例較高，占總體調(diào)查結(jié)果的 75.26%，未開設學校僅占比 24.74% (見表 5)。山東省編程教育課程開設程度良好。

　　使用 SPSS 進一步數(shù)據(jù)方差分析發(fā)現(xiàn)(p=0.002 < 0.05)，如表 6 所示，城鄉(xiāng)學校和不同學段的學校編程教育課程開設情況均存在顯著差異。農(nóng)村學校落后于城市和縣城學校。差異主要表現(xiàn)在師資力量和軟硬件資源配置方面。首先，城市學校物質(zhì)基礎和精神文化環(huán)境良好。農(nóng)村生活水平相對落后，大部分教師優(yōu)先選擇城市學校，并且資源缺乏更新導致教育水平不高。其次，學校資源配置存在差異，城市學校可利用的實驗室、多媒體和教育平臺等教學資源豐富。以上原因?qū)е罗r(nóng)村學校編程教育落后的現(xiàn)象出現(xiàn)。因此，如何統(tǒng)籌有限的優(yōu)質(zhì)教學資源推動城鄉(xiāng)協(xié)調(diào)發(fā)展是推進普及編程教育的關鍵。

　　7 顯示，在學段方面，初中開設編程課程比例低于小學、高中和其他，小學開設比例達到 85.76%。 2019 年山東省教育廳印發(fā)《山東省教育信息化 2.0 行動計劃(2019—2022)》[4] 提出建立創(chuàng)客教育課程體系，整合編程教育滿足創(chuàng)客需求，編程教育進程取得良好效果。但是，由于初中生面臨升學考試以及可能在小學階段未接觸過編程，小學、初中銜接缺乏連續(xù)性，初中編程課程開設存在困難。因此，根據(jù)學生基礎水平做好小學、初中編程教學內(nèi)容銜接是初中開展編程教育的前提。

　　(二)編程教育課程建設有待完善

　　近年，國務院、教育部印發(fā)文件多次提到推廣普及中小學編程教育，中小學緊跟步伐開設編程教育課程，學校數(shù)字化建設水平不斷提高，對編程教育課程的開設所需資源環(huán)境起到促進作用，但我國編程教育仍然存在起步晚、課時少、缺乏統(tǒng)一編程教材、沒有形成完整課程體系等問題(具體調(diào)查結(jié)果見表 8)。

　　已開設編程教育課程統(tǒng)計數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，大部分學校開設時間不超過一學年，起步較晚，在校內(nèi)實施處于探索階段，沒有明確的教學目標和課程標準，教師也是編程教育的探索者。編程教育作為一門理論與實踐并重的學科，需要教師花費大量的時間和精力來培養(yǎng)學生運用編程思維解決問題的能力，但超過 80% 的學校每學期低于 20 課時，難以達到編程教育以應用為目的的教學效果。此外，編程教育目前屬于新興學科，沒有明確的教學大綱和完整的課程體系，從而缺乏系統(tǒng)性和連續(xù)性。在實現(xiàn)編程思維培養(yǎng)的螺旋式上升等問題上也沒有明確的標準與答案，需要在實踐中不斷探索前進。

　　編程教材方面，有 72.60% 的教師選擇學校指定教材，學校準備相關教材占 18.72%，教師尋找適合學生的教材占35.16%。目前教師對統(tǒng)一編程教材呼聲較高，主要原因是統(tǒng)一教材具有頂層設計指明方向的作用，可以促進體系建設走向完備。從編程教育角度出發(fā)，在知識技術不斷更新的數(shù)字時代，校本課程可以結(jié)合本校傳統(tǒng)和優(yōu)勢、學生興趣和需要等特點選擇適合的編程教材，這是現(xiàn)階段發(fā)展編程教育的良好選擇。

　　選擇適合的編程語言，有利于學生掌握編程知識，提升計算思維能力。Scratch 在調(diào)查中使用率最高，因其編程活動形象化、操作簡單、實施方便的特點，能增加低年級學生編程的學習體驗，自主參與創(chuàng)作程序項目。Python 作為一門流行編程語言，相比較其他編程語言，簡潔易用的特性降低了學習門檻，適合學習者對編程的進階學習，并且山東省在 2018 年將 Python 語言納入學校教材。

　　(三)教師轉(zhuǎn)變教學方式，注重學生主體核心素養(yǎng)培養(yǎng)

　　1. 教師教學方式逐漸轉(zhuǎn)變

　　中小學編程教育課堂中講授法使用頻率最高;其次是任務驅(qū)動法，任務驅(qū)動法可以很好地激發(fā)學生的數(shù)字化學習與創(chuàng)新思維，促進學生計算思維核心素養(yǎng)的發(fā)展，在完成任務過程中掌握基本理論知識和專業(yè)技能，因此在編程教育教學中具有重要的現(xiàn)實意義;再次，練習法、直觀演示法和討論法綜合得分均大于2.6，也是教師常用的教學方法。新課改的實施逐漸轉(zhuǎn)變了教師的教學方法和課堂組織形式，注重體現(xiàn)學生在課堂的主體地位和獨立思考能力。

　　2. 教師注重學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)

　　表 9 調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，新時代教師打破以往傳統(tǒng)教育看重學生考試成績的壁壘，轉(zhuǎn)變?yōu)榭粗貙W生思維能力和學習能力的提高、學生個人設計作品及學習成果，以及學生參加相關活動和競賽的成績，深刻體現(xiàn)數(shù)字時代以造就個性化的創(chuàng)新型人才的學習目的。

　　新課標的信息技術學科核心素養(yǎng)包括信息意識、計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新和信息社會責任，與調(diào)查結(jié)果中數(shù)字化學習與創(chuàng)新作為對學生學習編程的重要評判標準相匹配。學生參加相關活動和競賽更是對學生各種能力鍛煉的過程，參賽成績納入學生綜合素質(zhì)評價，因而教師教學相比傳統(tǒng)教學更加注重學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

　　(四)教師對編程教育持積極態(tài)度

　　教師態(tài)度采用李克特五級量表，根據(jù)教師的態(tài)度設值(1 ～5 依次表示從消極到積極的不同程度)。調(diào)查數(shù)據(jù)如表 10 所示，教師對編程教育態(tài)度的整體得分均值為 3.63，處于積極狀態(tài)。進一步進行標準差比較，教師在編程是否會增加學生壓力方面存在較大分歧。根據(jù)數(shù)據(jù)比較結(jié)果，編程對于學生學業(yè)壓力存在一定影響。

　　關于參加編程教育培訓問題，調(diào)查發(fā)現(xiàn)參加過編程教育系統(tǒng)培訓的教師占調(diào)查總數(shù)的 48.80%，未參加過的教師占調(diào)查總數(shù)的51.20%，相比較于中小學語文、數(shù)學、英語等科目教師定期參加培訓，信息技術教師參加培訓機會較少，與學校對待編程教育重視程度存在相關性。

　　開設編程課程時間長度和教師培訓情況進行交叉分析，結(jié)果顯示，未開設編程課程的信息技術教師接 設要求。受過編程教育系統(tǒng)培訓的比例僅占 31%，而開設編程課程的教師隨開設時間的增加接受培訓的比例呈遞增趨勢。在對教師進行培訓期望調(diào)查時發(fā)現(xiàn)，教師更加傾向于專業(yè)知識技能和教學技能等方面的提高，由此看來，教師對編程教育培訓具有一定需求。

　　(五)編程教學活動開展存在消極因素

　　1. 教師編程教學中存在問題

　　現(xiàn)階段編程教育還存在諸多問題，如表 11 所示，在硬件、教材、人才素養(yǎng)和大眾認可度等方面的因素仍是編程教育面臨的困境，將題目與問卷基本信息題項進行相關分析，所得 p 值均大于 0.05，無顯著相關性。

　　近年，我國推進學校信息化建設，校園軟硬件配置方面都有明顯提高，但調(diào)查發(fā)現(xiàn)依然存在部分空缺;在編程教材上相較于其他傳統(tǒng)科目教材，系統(tǒng)性編程教材匱乏;教師個人專業(yè)素養(yǎng)調(diào)查顯示，74.23% 的教師認為在編程教學中專業(yè)素養(yǎng)不足，有待提升專業(yè)學科知識;認可度調(diào)查顯示，盡管國務院、教育部發(fā)布的一系列發(fā)展規(guī)劃提到逐步推廣中小學編程教育，但是在具體實施和社會接受度方面影響力度較小，因而造成了編程教育在學校、社會認可度不足的困境。

　　2. 未開設編程教育學校面臨困境

　　對于未開設編程教育課程的學校，我們通過邏輯跳題的功能進行針對式調(diào)查。調(diào)查數(shù)量為 72 人次。

　　根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，超過 80.00% 的教師希望學校開設編程教育，僅有 19.44% 持相反意見，如表 12 所示，其主要原因是學校硬件設施不能夠支撐課程開設，其次是教師認為開設編程課程會增加學生課業(yè)壓力、對學生沒有實際應用以及增加教師工作量因素分別占比 57.14%、57.14% 和 50.00%。此外，對于上級課程規(guī)劃開設要求的選項，僅有 21.43% 的教師表示沒有開設要求。

　　數(shù)據(jù)總結(jié)發(fā)現(xiàn)，接近 80.00% 的學校具有編程教育課程規(guī)劃，但可能由于其他因素導致了編程教育課程未開設。首先，學校硬件條件屬于編程教育課程開設的剛需，硬件條件直接制約了學校開設編程教育課程的可能性;其次，教師自身素養(yǎng)和主觀意愿也對編程課程開展進程存在一定影響。

　　四、中小學編程教育存在問題及原因分析

　　從本次問卷調(diào)查結(jié)果來看，現(xiàn)階段我國中小學編程教育還存在以下五個方面的問題。

　　(一) 尚未形成完整課程體系

　　我國編程教育起步較晚，課程開設時間短，青少年編程教育整體上仍處于起步階段，尚未形成完整的課程體系，目前以行業(yè)發(fā)展為主導。此外，我國中小學編程教育仍沒有確立標準化教學目標和教學內(nèi)容，大部分編程課程由學校信息技術教師承擔，他們同時作為編程課程的開發(fā)者，對編程教育如何開展以及開展后達到的目標需要進行不斷探索。

　　(二)課時安排有限

　　中小學編程教育注重學生計算思維核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，需要理論與實踐相結(jié)合，要求教師不僅要耐心講解編程語法和邏輯結(jié)構(gòu)，而且要注重學生開動腦筋編寫程序的創(chuàng)作過程，以及計算思維素養(yǎng)的提升。但在實際教學過程中，要求教師利用有限的教學課時對學生進行高階思維能力的培養(yǎng)和以應用為目的的教學存在一定難度。

　　(三)教育資源發(fā)展不均衡

　　編程教育的實施需要配套相應的軟硬件環(huán)境以及學習資源。很多學校未開設編程課程主要是因為學校軟硬件環(huán)境不足以支持課程開設。另外，調(diào)查發(fā)現(xiàn)大部分中小學計算機都采用 100% 還原模式，意味著學生作品完成存在連續(xù)性困難。再者，面對優(yōu)質(zhì)教師資源分配傾向城市化的現(xiàn)狀，編程教育課程的開設質(zhì)量同樣面臨重大的挑戰(zhàn)。

　　(四)社會重視程度有待提高

　　現(xiàn)階段編程教育仍然沒有得到學生、家長和學校的足夠重視。很多家長認為編程教育是國家發(fā)展素質(zhì)教育的輔助課程，存在編程是專業(yè)人員所需技能的誤區(qū)，沒有意識到編程教育是在學習過程中獲得思維方式和解決問題能力的重要途徑。從學校角度來看，編程教育尚未形成良好的教育體系，部分學校受到各方面條件的制約而無法開展或開展緩慢。

　　(五)學生存在個體差異，接受水平不同，缺乏興趣

　　在問卷底部的開放性問題回答中，我們意識到學生個體差異也是影響編程教育開展進程的重要因素。學生對編程語言的學習動機存在差異，隨著年級的增加，編程教學內(nèi)容也逐漸困難和枯燥，脫離實際生活、緊張的教學任務和有限的課時安排限制了教師采用有效教學策略的實施。因此，編程教育的發(fā)展需要通過大量實證研究來實踐如何合理利用有限的課時和有效的教學方法，引導學生提高學習動機進行自主學習，總結(jié)并推廣有效的教學策略和方法，為一線教師拓寬研究思路和方法，提供理論和實踐保障。

　　五、中小學編程教育對策及建議

　　我國中小學編程教育的推廣和落實是發(fā)展趨勢，需要不斷地創(chuàng)新和推進，在實踐中不斷進步。落實國務院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，要求我國信息技術課程中積極推廣編程教育，此舉是社會信息化發(fā)展的需要，是順應新時代學生核心素養(yǎng)發(fā)展的需要。在中小學編程教育現(xiàn)狀調(diào)查的基礎上，為進一步推廣中小學編程教育提出以下建議。

　　(一)政策引領，建立健全編程教育體系

　　編程教育發(fā)展離不開國家層面政策支持，國家層面的頂層設計是編程教育發(fā)展的前提。我國多次提出推廣編程教育，在基礎教育中普及還需要政府提供強有力的制度保障，包括制定相關規(guī)劃綱要，明確編程教育的實施范圍、形式，制定課程標準，細化課程領域、教師能力和教學活動等，促進編程教育課程體系的形成;國家應推出編程教育鼓勵政策，促使社會、企業(yè)等多方支持編程教育發(fā)展，均衡資源配置，推動編程教育普及深化。我國編程教育發(fā)展要積極應對教育全球化帶來的機遇與挑戰(zhàn)，建立國家層面合作關系，相互借鑒，讓我國編程教育具有國際性與時代性。

　　(二)依托區(qū)域教育組織體系，自上而下推進編程教育實施進程

　　現(xiàn)階段我國編程教育課程的開設以信息技術課程為載體，學生群體數(shù)量龐大，發(fā)揮信息技術教師專業(yè)優(yōu)勢對開設編程教育具有很大意義。因此可以依托傳統(tǒng)地域義務教育組織體系，自上而下推進編程教育實施進程。上級部門組織建設先進團隊，吸納學科特長教師，做好區(qū)域頂層設計，細化編程教育發(fā)展路徑，打造樣板編程教育課程模式。以先進團隊為中心的指導小組定期做好區(qū)域內(nèi)交流合作，根據(jù)學校師資、學情、資源配置等現(xiàn)狀，依據(jù)學校實際分層次推進編程教育發(fā)展，從而達到協(xié)同進步的發(fā)展效果。

　　(三)建立符合學習者認知特點的編程教育分段教學模式

　　中小學編程教育以培養(yǎng)學生“計算思維”為核心，根據(jù)學生能力和認知水平，分析學生智力和非智力影響因素，建立符合學習者認知特點的編程教育分段課程實施步驟，循序漸進提升學生對編程教育的認知能力和技能水平。小學編程教育多以圖形化編程軟件為教學工具，培養(yǎng)學生邏輯思維素養(yǎng);中學則注重實際解決問題能力，運用網(wǎng)絡資源通過編程手段結(jié)合多學科內(nèi)容進行創(chuàng)新創(chuàng)作，將計算思維素養(yǎng)內(nèi)化于心，為今后在數(shù)字化時代解決問題奠定良好基礎。

　　(四)開展 STEM 理念的項目式編程教育教學

　　STEM 教育是集科學、技術、工程和數(shù)學多學科于一身的綜合教育理念。編程教育是 STEM 教育公認的一環(huán)，具有優(yōu)化學生邏輯思維模式、提升理解能力與空間想象力和提高溝通能力等特點，編程教育已成為提高青少年高階思維能力的教育方式之一。團隊協(xié)作的項目式教學，是教師根據(jù)編程目標打造真實情境，學生從中發(fā)現(xiàn)問題、制定計劃、分配任務、活動探究、創(chuàng)新創(chuàng)作、交流評價，從而完成任務的過程，強調(diào)學生在學習活動中的主體地位。學生在編程項目實施中聯(lián)系學習內(nèi)容，自主構(gòu)建知識體系。同時團隊合作促使學生與同伴進行交流互動，以多元化視角理性分析編程邏輯并進行任務分配，形成學習共同體，開展協(xié)作學習與項目創(chuàng)新創(chuàng)作。