儿童计算机教育改革:美国深入逻辑思考层面,中国止于工具使用

近来全球最重要的教育变革之一,就是很多国家开始重新规划本国的儿童计算机教育,并将编程教育放到计算机教育的核心位置。虽说各国都在大力推进儿童计算机教育,但各国之间差别很大。 小编将带大家读懂中美两国在儿童计算机教育改革上有何不同,毕竟,儿童计算机教育改革关乎你我(的后代)。

通过对比美国CSTA 在2016年发布的《K-12计算机科学框架》和中国在2016年发布的《信息技术课程标准》中的中小学部分,我认为在儿童计算机教育改革的推行中,美国是在新路上全力出击,而中国是在老路上保守跟进。


层次一:整体认知差异


中美在儿童计算机教育改革上的差异首先体现在认知层面,对计算机教育的整体认知不同,教学导向上有质的差别。

美国:深入逻辑思考层面,带领学生构建计算思维

美国CSTA(即美国计算机科学教师协会),在2016年推出的《K-12计算机科学框架》中明确提出了“计算思维”的概念,计算思维是把计算机科学延伸到所有学科领域的一种问题解决方式,是通过独特的方法分析问题,并形成计算化的解决方案。这些方法强调抽象思维、自动化和分析。通俗一点,就是学会像计算机科学家一样思考问题,用计算机所能有效执行的方式对问题进行表述并提出解决方案。

美国CSTA认为计算思维是计算机科学在广泛学科领域中应用的核心要素。“计算思维是计算机科学在广泛学科领域中应用的核心要素。”这句话的重大意义是什么呢?

首先,它指出了计算思维的通用性,计算思维完全不局限于计算机相关领域,而是可以应用到其他所有学科,通过运用计算化的思维方式找到全新的解决方案。

例如,用计算思维的方式有效比较罗马帝国的崛起和蒙古人的扩张,在这个过程中,学生需要选择适当的变量来衡量国力,设计合理的计算方法对变量进行处理(往往是一个算法),以及设计恰当的演示方法对。

其次,它明确了儿童计算机教育的核心,不是教授各种各样的计算机使用技巧,也不是教授深奥的计算机理论,而是带领学生构建起扎实的计算思维。当然,要构建扎实的计算思维需要习得一定的操作技能并理解计算机科学的核心概念。

中国:止于工具使用层面,培养学生综合信息素养

相比之下,中国教育部门对计算机教育的理解还停留在工具使用层面,相应地,教学目标是教学生如何更好地利用信息技术和信息。

2016年中国发布新的《信息技术课程标准》,其主要教学目标是,让学生掌握基础的信息技术知识和技能(多为操作技能),培养学生良好的信息素养,把信息技术作为支持终身学习和合作学习的手段。

新课标对儿童计算机教育的理解是十分落后的,为什么呢?

第一,它对儿童计算机教育的理解停留在使用信息工具层面,没有从计算机科学中提炼出计算思维,并将其扩展到广义的逻辑思考方式层面,而计算思维恰恰是将计算机教育的成果无限放大的催化剂;

第二,没有强调让学生掌握计算机科学的核心概念(算法、编程、数据等),而是花费大量时间传授简单的操作技能(鼠标、输入法、绘图工具等),捡了芝麻,丢了西瓜。

敢问在幼儿园宝宝都能熟练使用微信的情况下,类似使用鼠标、输入法、exel简单操作等技能还需要专门上课来学习么?


层次二:教学内容差异


教学内容呈现巨大差异,美国力推编程内容,中国培训操作技能

前面讲到了中美两国的教育政策制定者对儿童计算机教育的整体认知的差异,正所谓,失之毫厘,差之千里,当整体认知层面的差异扩展为具体教学内容层面的差异时,差别之大,孰优孰劣,不言自明。

美国:“算法和编程”内容是主角

在CSTA课程标准(即《K-12计算机科学框架》)中,“算法和编程”是课程标准的主角,相应地也会是实际教学内容的主角。

为什么说“算法和编程”是CSTA课程标准的主角呢?在回答该问题之前,我们先来看一下CSTA课程标准的整体框架。

根据年级和难度差异,CSTA标准 将K-12阶段的计算机科学课程分为3个等级,Level 1-3,其中 Level 1 分为 Level 1A、Level 1B; Level 3 又分为 Level 3A,Level 3B。

CSTA课程标准等级-年级-年龄对应表

CSTA课程标准分核心概念和核心实践两部分,核心概念侧重知识内容,核心实践注重学生行为。核心概念分为5个方面:算法和编程、计算机系统、数据和分析、计算机的影响、网络和互联网;核心实践分为7个部分:培养包容的计算文化、围绕计算机展开合作、确认并定义计算问题、发展和使用抽象思维、创造计算机作品、测试并改善计算机作品、关于计算机的交流。

CSTA课程标准中的“核心概念”和“核心实践”

CSTA课程标准围绕核心概念和核心实践,在各个Level上都有对应的具体要求,我们通过比较不同核心概念对应的要求数量来看看各部分所占的比重,我们选取中小学对应的部分(即Level1A-Level2)进行具体说明。

CSTA课程标准数量分布表(Level1A-Level2)

从上表很容易可以看出,有关”算法和编程”的课程标准要求,在3个不同的Level中都占了1/3以上甚至接近1/2的比重。按照这个标准,美国孩子从幼儿园就开始学习算法和编程了,而且,关于算法和编程的学习要求十分明确,并非只是让学生们听听看看而已,而是要完成明确的编程任务的。

CSTA K-2 学段部分编程相关标准细则

我们能看到,CSTA K-2 学段标准已经涉及到很多计算机科学最基础关键的概念,如"拆解问题、逻辑分析和梳理、变量赋值、控制语句、构建算法 " 。

这些看似深奥的概念,在限定难度后,孩子理解或者模仿起来并不难,通过完成一个个小任务,孩子们能够逐步构建起计算思维,学会像计算机科学家一样思考和解决问题。

中国:强调简单的操作使用

按照中国2016年《信息技术课程标准》,当美国孩子学习变量赋值,控制语句时,中国孩子还在学习什么是主机、什么是显示器;当美国孩子学习自己编写程序来完成小任务时,中国孩子还在学习怎么使用Word、Exel,怎么上网搜索和下载文件。

在中国2016年《信息技术课程标准》小学阶段标准中,共有7个模块内容,其中仅有模块7“LOGO绘图”涉及非常浅的编程内容,而且模块7还不是硬性要求,是可有可无的。

中国2016《信息技术课程标准》小学阶段

前6个模块的20条标准细则中,16条都是有关计算机操作使用的,而且需要强调一下,是非常简单的操作使用。

例如模块4“用计算机作文”的具体要求为:(1)掌握一种文字处理软件的基本操作。(2)学会文章编辑、排版和保存的基本方法。(3)学会插入图片、艺术字(美术字)和表格。简言之,就是学习使用Word。

简单的操作技能需要专门开课进行教学么?

显然不需要,在现有的计算机普及的情况下,多数城镇学生应该都无须专门学习输入法、键盘操作、鼠标操作、上网搜索这些操作技能了,在日常的生活中就已经能够学会了。至于像 Word、Exel、PPT等常用软件的操作也多属于记忆性学习,随时随地都能学,早学一会晚学一会也不会差别很大。

在智能时代,想要理解和充分运用不断出现的新事物,无人机、无人驾驶、智能机器人、机器学习、虚拟现实等等,首先是要具备系统化的计算机科学的核心知识,即算法、编程、数据、计算机系统、网络和互联网等。因此,强调操作技能的课程标准是根本不符合智能时代学生们真正的教育需求的。

结论

美国儿童计算机教育改革,理论依据扎实充分,明确提出计算思维的重要性;教学导向目标明晰,带领学生构建计算思维;教学内容系统性强,紧紧围绕计算机科学核心概念展开。

中国儿童计算机教育改革,依然着眼于如何让学生们更好地利用信息工具和信息,视角落后;教学内容理论性弱,缺乏计算机科学核心概念知识,单方面强调操作使用,引导作用小。

儿童计算机教育改革,美国是在新路上全力出击,中国是在老路上保守跟进。


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