在之前兩會在兩會的時候,全國政協委員,網易CEO丁磊在提案《關於穩步推動編程教育納入我國基礎教學體系,著力培養數位化人才的提案》中建議,創新教學模式,形成中國特色的少兒編程課程體系;教企共建少兒編程學習資源庫,提供實踐平臺;將少兒編程納入學業水平考試,作為綜合素質評價重要內容等。
去年3月教育部印發的《2019年教育信息化和網絡安全工作要點》已明確提出,要推動在中小學階段設置人工智慧相關課程,逐步推廣編程教育。
簡介
汪瓊,北京大學教授、博士生導師,現為北京大學教育學院現代教育技術中心主任。主要研究領域有翻轉課堂教學法、MOOCs數據分析和e-learning環境與教法等。
最近幾年,包括中國在內的許多國家都重新提出要普及兒童編程活動。兒童為什麼要學編程?是否能夠學會編程?應該怎樣學習編程?再次成為教育科技領域人士需要思考和回答的問題。在本文中,北京大學汪瓊教授通過對談論兒童編程的著作Mindstorms:Children,Computers,and Powerful Ideas(以下簡稱 MindStorms)一書的解讀回答了這個問題。
作者簡介
西摩·佩珀特(Seymour Papert,1928~2016),美國麻省理工學院教授,是推動少兒編程的先驅。該書基於皮亞傑兒童認知發展理論所提出的建構學習思想與「改變了全世界數百萬兒童的創造和學習方式」的LOGO環境, 較為完整地闡述了佩珀特為兒童研發編程環境的用意。
佩珀特認同皮亞傑關於「兒童是天生的學習者」的觀察,認為幼兒的學習方式是最有成效的學習方式,其學習過程有著許多值得學校借鑑的特點:
1.它是有效的(所有的兒童都會);
2.成本很低(既不需要教師也不需要開發課程);
3.人性化(兒童似乎無憂無慮地做這件事,沒有明確的外部獎勵和懲罰)。
這種在與環境交互作用中產生的自然、自發的學習,也被稱為「皮亞傑式學習」(Piagetian Learning)。
伴隨兒童年齡的不斷增加及其思維的不斷發展,周邊的環境往往就不再具備繼續支持他們自主進行高深知識探索的條件,這時候他們就需要進入學校,以開展更專業化的學習。
佩珀特理解學校出現的必要性,但又批評現在學校的教育內容和文化讓兒童失去了學習的興趣和能力。
分離的學習
學校教育提供的是抽象知識,較少能與學生的體驗建立聯繫。以物理學為例,學生在課堂上學到的都是用數學公式來表達的定理定律,學習的過程就是做題、計算,學習效果主要看考試成績。即使是物理實驗課,也是在驗證公式定律,而不是讓學生去自主發現。
在這種情況下,學生可能學了幾年物理,但對物理學的基本概念有可能還沒弄明白,這就很難在現實生活中靈活地運用物理學知識解決問題,更別說創造性地發展物理學了。佩珀特把這樣的學校教育稱為「分離的學習」,即學生對學習這樣的學科知識沒有興趣,更別談動力。
對錯文化
學校的教育否定兒童的直覺思維,「對錯文化」挫傷和損害兒童的自信。很多證據表明兒童會自己建構對事物的解釋,如有兒童認為風是樹枝擺動的結果,因為手在臉龐附近揮動時,就會產生很明顯的風感。
如果對提出這一理論假設的兒童說:「這個想法很好,但這個理論是錯的」,估計大多數兒童都會因此認為自己建立的理論是徒勞無功的。學校就是經常這樣通過強迫兒童接受「正確的知識」,來完成人類文明所傳承的任務。
在「學時有限」的情況下,學校很多學科都不教學生這些知識是怎麼來的,只要求學生記住和會用。長此以往,學生就會認為做題只有做對和做錯兩種結果,而養成了按照標準答案回答問題的習慣,會堅信在學習過程中個人的認識和理解只要與標準答案不同,都是不可取的。
而且,當兒童因為不理解而記不住、學不會的時候,就可能被周邊人甚至自己暗示為不具備學習這門學科的「天賦」,從而失去自信,變得愈發不愛學習、不想學習。
佩珀特認為這就是為什麼「天生的學習者」會慢慢變得不會學習的文化根源。而要改變學校教育的沉痾,就需要從改變學校教學的理念和學習環境入手,溯本清源,去創建適合學生學習的環境。
上世紀60年代,西摩·佩珀特專門為孩子設計了一種叫「Logo」的計算機語言,一改枯燥的程序設計,通過操縱屏幕上的海龜繪製各種圖案來學習編程,寓教於樂,強調創造性的探索帶給學生嚴密的計算思維和有趣的學習體驗。
佩珀特談到他之所以要研發LOGO系統,就是希望用計算機創造「簡化世界複雜性」的微世界,讓每個學生都可以在這個世界中通過思維中介物(海龜)開展自主性探索。程式語言是學生操作微世界的工具,是計算機在教育領域發揮作用的一種形式。
佩珀特研究少兒編程環境的目標,就是要支持兒童自己設計出可以操作的物件,讓兒童在操作這些物件的過程中建立所學內容與個人體驗的關係,享受學習的樂趣。
佩珀特在書中用很多案例解釋了學習編程可以給兒童思維發展帶來的諸多好處:
1.有助於隔離錯誤、診斷問題
LOGO語言是高級程序設計語言,它允許兒童編寫子程序,用結構化的邏輯從整體到部分分層思考,這樣可以控制複雜的思維。
但佩珀特也指出
許多孩子一開始會牴觸結構化編程,因為直線思維更符合兒童做事邏輯,直到有一天自己編的程序實在太長而難以找到錯誤時,他才會轉向使用子程序。一旦養成結構化思維習慣,他就會體會到這種分層思考的好處,不僅可以「俯視」系統,還可以重複使用已有的程序,從而做出更龐大、更複雜的系統。
佩珀特指出編程環境並不強迫兒童一定要採用「正確的方式」(如結構化編程)編程,而是給他們足夠的靈活性和力量,等待其通過自己的探索而覺悟——這樣寬鬆的環境更適合不同兒童的發展。
2.讓兒童不怕犯錯,並學會糾錯
前面談到學校教育文化讓學生對於做錯題感到沮喪,而學習編程會讓他們體會到:很少有人第一次編程就能成功。
學習編程的經歷讓兒童學會面對錯誤,如調試程序就是分析程序運行結果,找到錯誤所在並予以改正的過程是最有意義的學習。計算機編程的經驗比任何其它活動更能有效地引導兒童相信「失敗是成功之母」。
佩珀特也談到由於傳統學校教育文化的影響,兒童剛學編程的時候會碰到程序出了一點小錯,往往不是去查原因,而是刪除這段程序,重新來寫,這種不找錯誤根源只是重複嘗試的做法是低效的。兒童學編程的過程也是糾正其對「錯誤」 認識的過程,這種轉變會讓其受益終身。
3.幫助兒童運用啟發式方法解決問題
佩珀特指出,程序語言非常適合描述操作過程,如解題步驟。在MindStorms一書中,佩珀特多次使用通過分解計算步驟的方式展示運用計算思維解決非程序問題的例子。如有兒童採用分解步驟的方式,找出了成功實施三球雜耍的關鍵要點(眼睛要盯著拋出球的最高點)和踩高蹺的要點(高蹺和腿要聯動)。
這樣的例子佐證了佩珀特提出的觀點:程序化編程思想可以推廣而成為學習原則,即通過對複雜過程的適當描述,來診斷和調試學習中的問題,從而促進學習。
程序化思維是一種強大的智力工具,一旦掌握後,就可以遷移到其它領域,無需計算機,也可以幫助學生思考、輔助解決問題。
4.有利於保護和培養兒童的直覺思維
很多偉大的科學思想,其原理和本質都是非常簡單的,與兒童的直覺非常接近。佩珀特在書中用幾個例子說明人的直覺思維孕育著偉大的思想,但是學校的課程只有乾巴巴的事實和技能,缺乏對兒童直覺思維的保護和培養。
總之,通過編程,兒童能夠看到自己努力的成果,並接受一開始可能會不完美,不全對也不全錯,而且可以在不斷修改中日趨完善,這對兒童的成長意義重大。兒童在這個過程中不僅學到了數學知識,還學到了許多可以受益終身的、關於學習的知識。