AI时代青少年编程教育培养体系设计

程敏 曹皓

摘要：人工智能时代，编程教育受到社会各界广泛关注，国家出台了一系列政策促进中小学编程教育的发展，但是缺乏完善的教育体系。根据“全国青少年编程能力等级考试”的四大模块，结合青少年发展特点，提出了一套青少年编程教育培养课程体系，并将它应用于实际的编程教育中。

关键词： 人工智能;编程;青少年教育;教育体系

中图分类号：G642        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）21-0178-03

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1  引言

2017-2019年全国两会政府工作报告中多次提及人工智能产业的发展，人工智能的发展成为国家领导人和社会各界人士的关注重点。人工智能，英文缩写为AI，它的主要目标是让机器人具有人类的智慧完成一些复杂的工作，编程则是与人工智能交流的桥梁。人工智能时代，编写程序成为最新的创作工具，编程教育受到教育界的广泛关注。

“计算机要从娃娃抓起”是邓小平在80年代初期为应对当时的发展趋势提出的口号，人工智能时代的到来，改变了人们的生活习惯，出现了“编程要从娃娃抓起”。编程将会成为人工智能时代人才的“必需品”。

2  青少年编程教育培养的必要性

青少年编程教育区别于大学生编程教育，旨在通过寓教于乐的方式培养青少年的“编程思维”，培养创新创造能力[1]。青少年编程教育是一个综合性学科，通过动手搭建，游戏设计，培养实操能力;通过分析问题——解决问题的过程，培养计算思维;通过从语言基础到上层算法再到模块化的思想的学习，构建完成的知识体系，培养逻辑思维;通过发现思考，提高认知层次。

“授人以鱼不如授人以渔”，编程教育的本质就是教会孩子“渔”，将复杂问题进行分解，并逐个解决，只有具备了分析问题，解决问题的能力，才能打开通往未来人工智能时代的大门。

2017 年，国务院发布《新一代人工智能发展规划》，指出“在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育”[2]。2018 年，教育部在《高等学校人工智能创新行动计划》中提出“在中小学阶段引入人工智能普及教育”[3]。2019年3月，教育部公布的《2019年教育信息化和网络安全工作要点》透露，今年将启动中小学生信息素养测评，并推动在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育[4]。

3  国内外发展现状

人工智能时代，AI教育的发展成为国家竞争的关键。美国从幼儿到高中具有完善的编程教育体系，并且强制要求高中毕业生必修计算机编程学分。奥巴马连续两年为“编程一小时”教育宣传活动站台。英国、澳大利亚、日本等国家都将编程列入中小学必修课及相应的考试中。

在我国，很多省份将编程引入中小学日常教学活动，浙江省更把编程纳入信息技术高考，2020年全国一卷文科数学，全国二卷文科数学和江苏数学卷分别出现了一道编程题。近些年我国也出台了很多政策，鼓励、支持编程教育[5]，如表1所示：

4 青少年编程教育培养体系

Java、C++语言等作为高等院校计算机相关专业的编程类课程，具有完善的课程体系和评价系统，但是我国青少年编程教育相比于发达国家，起步较晚，课程体系较不完善，教育培养没有连贯性。青少年学习编程的目的主要是培养编程思维的能力，要根据孩子的认知规律，发展特点设置课程，甚至会根据城市地域不同，课程设置有所不同。

为适应时代发展，响应教育部号召，全国高等学校计算机教育研究会决定举办“全国青少年编程能力等级考试”，为青少年编程教育提供统一的评测标准，使得青少年编程培训规范化，科学化，形成统一的信息素养培养体系。考试分为四个方向，分别为图形化编程、Python编程、机器人编程和C++编程。根据这四个方向及具体的等级划分，将青少年编程教育体系划分为四大模块，并根据等级划分不同阶段的课程体系：

4.1 图形化编程

图形化编程又称为“积木式编程”，让孩子在完全不理解代码的情况下，用鼠标拖动积木实现编程，简单易学，在游戏在中感受编程的快乐。适合低年级儿童的作为编程的入门平台。目前国内比较流行的图形化编程软件有：Scratch和Kitten，前者由麻省理工学院媒体实验室开发，后者由我国少儿编程团队开发，并提供了在线版本，新版的Kitten更新了界面布局，更适合孩子的学习和创作。

图形化编程三级要求和具体课程体系如表2所示：

4.2 Python編程

Python语言由于其语法简单，易于理解，是青少年学习代码编程的首选，同时又不失趣味性，符合青少年的发展特点。近几年Python语言快速发展，已成为世界最流行的语言之一，可以完成包括人工智能、云计算、游戏开发、数据分析、网络爬虫等几乎所有领域的任务。

Python编程四级要求和具体课程体系如表3所示：

4.3 机器人编程

机器人编程是一门融合了多种知识的综合型课程，具有实践性、探索性强和综合性强等特点，这门课程通过“分析问题——功能设计——组装搭建——代码编程——运行调试”等多个步骤，让学生学习了机械原理和物理知识，并且明白了数学逻辑的运用，同时还能培养学生的想象力、逻辑思维能力、动手能力等。

机器人编程四级要求和具体课程体系如表4所示。

4.4 C++编程

“C++”语言是一种使用最广的高级程序设计语言，既包含了C语言的所有面向结构的程序设计方法，又增加了面向对象的编程思想[6]。通过C++语言基础的学习，掌握基本编程规则，面向结构和面向对象的程序设计方法，使得孩子能完成综合性的编程课题，算法的学习更好地开发孩子的逻辑创新能力。自2022年开始，全国信息学奥林匹克竞赛系列赛事仅支持C++语言，足以说明C++的流行性和通用性。

C++编程四级要求和具体课程体系如表5所示：

5 编程教育培养体系的应用

合肥市六安路小学注重学生的思维能力和编程能力的培养，坚持动手能力与思维能力相结合的培养理念，根据其学校发展及生源特点，在编程社团中引入图形化编程和C++编程培养体系，具体开课情况如表6所示：

从三年级开始选拔，通过图形化编程课程，培养学生的编程思维能力，在2020年合肥市第三届青少年创意编程与智能设计大赛获得一等奖5项，二等奖1项，三等奖6项，如表7所示：

四年级逐渐进入信息学C++编程的学习，课程既满足竞赛要求，又符合小学生的能力层次。自2017年开始，连续获得合肥市庐阳区小学信息学竞赛团体第一名，合肥市青少年信息学科普日小学组团体一等奖，多名同学获得安徽省青少年信息学科普日活动小学组一等奖。

6 结语

通过分析青少年编程教育培养的重要性和国内外现状，结合全国青少年编程能力等级考试，设计一套青少年编程教育培养课程体系，并通过在合肥市六安路小学编程社团的引入，效果显著。编程教育培养体系培养青少年动手能力、计算能力、逻辑思维能力，并在相应竞赛中突显优势。

参考文献：

[1] 亿欧. 2018中国少儿编程教育行业研究报告[EB/OL]. （2018-06-15） [2021-03-01]. https：//www.iyiou.com/research/20180615565.

[2] 孙丹，李艳.我国青少年编程教育课程标准探讨[J].开放教育研究，2019，25（5）：99-109.

[3] 《北京市中小学养成教育三年行动计划》出炉[J].云南教育（视界时政版），2017（9）：4.

[4] 庄绪德.普及中小学生编程教育[J].福建茶叶，2019，41（3）：289.

[5] 张鑫，刘华，束传政，等.青少年计算思维能力评测体系设计及实践[J].计算机教育，2021（7）：98-102.

[6] 谭浩强.C++面向对象程序设计[M].3版.北京：清华大学出版社，2020.

【通联编辑：王力】