中小学编程教育现状调查研究——以山东省为例

【发布日期】:2021-07-30【查看次数】:

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  近年,随着智能时代的快速发展,编程能力已经成为当代人才的必备素养之一。中小学普及编程教育成为必然发展趋势。本研究采用实证调查研究的方法,对山东省内中小学信息技术教师实施问卷调查。通过调查数据采集分析发现,现阶段编程教育在课程体系、课时安排、资源支持、社会重视程度和学生个体差异等方面存在问题,为此,笔者从政策引领、区域推进、教学分段和融合STEM理念开展编程教育教学等方面提出建议,以期能够进一步改善编程教育现状。

  2017—2019年国务院、教育部先后发布重要文件多次提及教育信息化和编程教育。2017年国务院印发《新一代人工智能发展规划》,要求在中小学阶段设置人工智能相关课程,逐步推广编程教育[1];2018年教育部印发《教育信息化2.0行动计划》,提出要完善课程方案和课程标准体系,充实编程课程内容并落实编程教育在中小学的推广和普及[2];2019年国务院印发《中国教育现代化2035》提出统筹推进教育现代化发展,注重学生核心素养的全面发展[3]。在国家政策推动下,编程教育逐步成为中小学信息技术课程的重点教学内容。

  我国编程教育目前仍处于初级发展阶段,出现以行业引领编程教育发展、部分学校积极投入创客教育、基础编程教育水平不均衡的发展现状。本文通过对中小学编程课程开设现状进行研究,力图探讨现阶段我国中小学编程教育课程开展现状、编程教育课程开设影响因素、编程教师知识态度和技能水平以及现阶段编程教育开展存在问题四个主要问题。最后,本研究根据调查结果提出基于中小学编程教育的发展建议。

  根据研究目标,本研究基于前期的文献研究基础初步编制了《教师支持的中小学编程教育现状调查问卷》。问卷含有基本信息和调查主体两部分,基本信息包括教师性别、年龄、教龄以及学校信息等;调查主体部分包括四个维度:学校开设编程现状、编程教师专业素养、情感态度和影响因素。

  考虑到文献研究所得题项无法完全反映出实际情况,为确保调查问卷的有效性,邀请3位研究学者对文件进行讨论。经过讨论,对部分题项进行删除、修改和补充,并根据学校编程教育开设状况设置逻辑跳题,以便更好地分析编程教育发展现状。经过以上修正形成的调查问卷共计27题,其中包括基本信息、开设现状、专业素养、情感态度、影响及建议5个部分。

  为验证本调查问卷的信效度,需要对问卷进行预调研。预调研问卷在R市区域进行发放和回收,调研周期为一周。预调研发放问卷30份,回收有效问卷29份,问卷有效率96.7%。预调研问卷量表数据用于信度分析和效度分析。

  克隆巴赫α系数表示量表的信度质量,可以检测结果的一贯性、一致性、再现性和稳定性。本次调查采用统计软件SPSS对问卷数据进行信度分析,得到克隆巴赫α系数,当系数大于0.9时说明问卷信度最佳,处于0.8左右说明非常好。分析数据显示,问卷整体克隆巴赫α系数值为0.920,分量表达到0.827以上(见表1),该问卷题项内部一致性较好。2.效度分析

  效度是用于衡量心理或行为特质所达到的有效程度。高质量效度测量结果更能显示所要测量的特征。问卷编制参考了已成熟的量表并听取研究对象、专家等的建议进行修改;问卷KMO值为0.940,大于0.8,Sig.值为0.000,www.122422a.com!(具体数据见表2)保证了问卷良好的内容效度和结构效度,数据结果具有一定的研究价值。(三)调查问卷的正式形成及调查

  基于预调研数据结果进行分析修改后,形成最终《教师支持的中小学编程教育现状调查问卷》。此问卷信度和效度均达到本研究的具体要求,保证了该问卷结构的合理性和研究数据的科学性,可用于实际测量。问卷共计27题,第8题处根据编程课程开设情况设置逻辑跳题,问卷结构如表3所示。1.实施调查,回收数据

  本次问卷调查采用基于问卷星平台的电子问卷形式,参与调研的教师均为信息技术教师,调研周期为4周。共回收309份问卷,有效问卷291份,有效回收率94.17%。

  数据分析发现,山东省内编程课程开设比例较高,占总体调查结果的75.26%,未开设学校仅占比24.74%(见表5)。山东省编程教育课程开设程度良好。使用SPSS进一步数据方差分析发现(p=0.002<0.05),如表6所示,城乡学校和不同学段的学校编程教育课程开设情况均存在显著差异。农村学校落后于城市和县城学校。差异主要表现在师资力量和软硬件资源配置方面。首先,城市学校物质基础和精神文化环境良好。农村生活水平相对落后,大部分教师优先选择城市学校,并且资源缺乏更新导致教育水平不高。其次,学校资源配置存在差异,城市学校可利用的实验室、多媒体和教育平台等教学资源丰富。以上原因导致农村学校编程教育落后的现象出现。因此,如何统筹有限的优质教学资源推动城乡协调发展是推进普及编程教育的关键。表7显示,在学段方面,初中开设编程课程比例低于小学、高中和其他,小学开设比例达到85.76%。2019年山东省教育厅印发《山东省教育信息化2.0行动计划(2019—2022)》[4]提出建立创客教育课程体系,整合编程教育满足创客需求,编程教育进程取得良好效果。但是,由于初中生面临升学考试以及可能在小学阶段未接触过编程,小学、初中衔接缺乏连续性,初中编程课程开设存在困难。因此,根据学生基础水平做好小学、初中编程教学内容衔接是初中开展编程教育的前提。(二)编程教育课程建设有待完善

  近年,国务院、教育部印发文件多次提到推广普及中小学编程教育,中小学紧跟步伐开设编程教育课程,学校数字化建设水平不断提高,对编程教育课程的开设所需资源环境起到促进作用,但我国编程教育仍然存在起步晚、课时少、缺乏统一编程教材、没有形成完整课程体系等问题(具体调查结果见表8)。已开设编程教育课程统计数据发现,大部分学校开设时间不超过一学年,起步较晚,在校内实施处于探索阶段,没有明确的教学目标和课程标准,教师也是编程教育的探索者。编程教育作为一门理论与实践并重的学科,需要教师花费大量的时间和精力来培养学生运用编程思维解决问题的能力,但超过80%的学校每学期低于20课时,难以达到编程教育以应用为目的的教学效果。此外,编程教育目前属于新兴学科,没有明确的教学大纲和完整的课程体系,从而缺乏系统性和连续性。在实现编程思维培养的螺旋式上升等问题上也没有明确的标准与答案,需要在实践中不断探索前进。

  编程教材方面,有72.60%的教师选择学校指定教材,学校准备相关教材占18.72%,教师寻找适合学生的教材占35.16%。目前教师对统一编程教材呼声较高,主要原因是统一教材具有顶层设计指明方向的作用,可以促进体系建设走向完备。从编程教育角度出发,在知识技术不断更新的数字时代,校本课程可以结合本校传统和优势、学生兴趣和需要等特点选择适合的编程教材,这是现阶段发展编程教育的良好选择。

  选择适合的编程语言,有利于学生掌握编程知识,提升计算思维能力Scratch在调查中使用率最高,因其编程活动形象化、操作简单、实施方便的特点,能增加低年级学生编程的学习体验,自主参与创作程序项目。Python作为一门流行编程语言,相比较其他编程语言,简洁易用的特性降低了学习门槛,适合学习者对编程的进阶学习,并且山东省在2018年将Python语言纳入学校教材。

  中小学编程教育课堂中讲授法使用频率最高;其次是任务驱动法,任务驱动法可以很好地激发学生的数字化学习与创新思维,促进学生计算思维核心素养的发展,在完成任务过程中掌握基本理论知识和专业技能,因此在编程教育教学中具有重要的现实意义;再次,练习法、直观演示法和讨论法综合得分均大于2.6,也是教师常用的教学方法。新课改的实施逐渐转变了教师的教学方法和课堂组织形式,注重体现学生在课堂的主体地位和独立思考能力。

  表9调查数据显示,新时代教师打破以往传统教育看重学生考试成绩的壁垒,转变为看重学生思维能力和学习能力的提高、学生个人设计作品及学习成果,以及学生参加相关活动和竞赛的成绩,深刻体现数字时代以造就个性化的创新型人才的学习目的。新课标的信息技术学科核心素养包括信息意识、计算思维、数字化学习与创新和信息社会责任,与调查结果中数字化学习与创新作为对学生学习编程的重要评判标准相匹配。学生参加相关活动和竞赛更是对学生各种能力锻炼的过程,参赛成绩纳入学生综合素质评价,因而教师教学相比传统教学更加注重学科核心素养的培养。

  教师态度采用李克特五级量表,根据教师的态度设值(1~5依次表示从消极到积极的不同程度)。调查数据如表10所示,教师对编程教育态度的整体得分均值为3.63,处于积极状态。进一步进行标准差比较,教师在编程是否会增加学生压力方面存在较大分歧。根据数据比较结果,编程对于学生学业压力存在一定影响。关于参加编程教育培训问题,调查发现参加过编程教育系统培训的教师占调查总数的48.80%,未参加过的教师占调查总数的51.20%,相比较于中小学语文、数学、英语等科目教师定期参加培训,信息技术教师参加培训机会较少,与学校对待编程教育重视程度存在相关性。

  开设编程课程时间长度和教师培训情况进行交叉分析,结果显示,未开设编程课程的信息技术教师接受过编程教育系统培训的比例仅占31%,而开设编程课程的教师随开设时间的增加接受培训的比例呈递增趋势。在对教师进行培训期望调查时发现,教师更加倾向于专业知识技能和教学技能等方面的提高,由此看来,教师对编程教育培训具有一定需求。

  现阶段编程教育还存在诸多问题,如表11所示,在硬件、教材、人才素养和大众认可度等方面的因素仍是编程教育面临的困境,将题目与问卷基本信息题项进行相关分析,所得p值均大于0.05,无显著相关性。近年,我国推进学校信息化建设,校园软硬件配置方面都有明显提高,但调查发现依然存在部分空缺;在编程教材上相较于其他传统科目教材,系统性编程教材匮乏;教师个人专业素养调查显示,74.23%的教师认为在编程教学中专业素养不足,有待提升专业学科知识;认可度调查显示,尽管国务院、教育部发布的一系列发展规划提到逐步推广中小学编程教育,但是在具体实施和社会接受度方面影响力度较小,因而造成了编程教育在学校、社会认可度不足的困境。

  对于未开设编程教育课程的学校,我们通过逻辑跳题的功能进行针对式调查。调查数量为72人次。

  根据调查统计,超过80.00%的教师希望学校开设编程教育,仅有19.44%持相反意见,如表12所示,其主要原因是学校硬件设施不能够支撑课程开设,其次是教师认为开设编程课程会增加学生课业压力、对学生没有实际应用以及增加教师工作量因素分别占比57.14%、57.14%和50.00%。此外,对于上级课程规划开设要求的选项,仅有21.43%的教师表示没有开设要求。数据总结发现,接近80.00%的学校具有编程教育课程规划,但可能由于其他因素导致了编程教育课程未开设。首先,学校硬件条件属于编程教育课程开设的刚需,硬件条件直接制约了学校开设编程教育课程的可能性;其次,教师自身素养和主观意愿也对编程课程开展进程存在一定影响。

  从本次问卷调查结果来看,现阶段我国中小学编程教育还存在以下五个方面的问题。

  我国编程教育起步较晚,课程开设时间短,青少年编程教育整体上仍处于起步阶段,尚未形成完整的课程体系,目前以行业发展为主导。此外,我国中小学编程教育仍没有确立标准化教学目标和教学内容,大部分编程课程由学校信息技术教师承担,他们同时作为编程课程的开发者,对编程教育如何开展以及开展后达到的目标需要进行不断探索。

  中小学编程教育注重学生计算思维核心素养的培养,需要理论与实践相结合,要求教师不仅要耐心讲解编程语法和逻辑结构,而且要注重学生开动脑筋编写程序的创作过程,以及计算思维素养的提升。但在实际教学过程中,要求教师利用有限的教学课时对学生进行高阶思维能力的培养和以应用为目的的教学存在一定难度。

  编程教育的实施需要配套相应的软硬件环境以及学习资源。很多学校未开设编程课程主要是因为学校软硬件环境不足以支持课程开设。另外,调查发现大部分中小学计算机都采用100%还原模式,意味着学生作品完成存在连续性困难。再者,面对优质教师资源分配倾向城市化的现状,编程教育课程的开设质量同样面临重大的挑战。

  现阶段编程教育仍然没有得到学生、家长和学校的足够重视。很多家长认为编程教育是国家发展素质教育的辅助课程,存在编程是专业人员所需技能的误区,没有意识到编程教育是在学习过程中获得思维方式和解决问题能力的重要途径。从学校角度来看,编程教育尚未形成良好的教育体系,部分学校受到各方面条件的制约而无法开展或开展缓慢。

  在问卷底部的开放性问题回答中,我们意识到学生个体差异也是影响编程教育开展进程的重要因素。学生对编程语言的学习动机存在差异,随着年级的增加,编程教学内容也逐渐困难和枯燥,脱离实际生活、紧张的教学任务和有限的课时安排限制了教师采用有效教学策略的实施。因此,编程教育的发展需要通过大量实证研究来实践如何合理利用有限的课时和有效的教学方法,引导学生提高学习动机进行自主学习,总结并推广有效的教学策略和方法,为一线教师拓宽研究思路和方法,提供理论和实践保障。

  我国中小学编程教育的推广和落实是发展趋势,需要不断地创新和推进,在实践中不断进步。落实国务院印发的《新一代人工智能发展规划》,要求我国信息技术课程中积极推广编程教育,此举是社会信息化发展的需要,是顺应新时代学生核心素养发展的需要。在中小学编程教育现状调查的基础上,为进一步推广中小学编程教育提出以下建议。

  编程教育发展离不开国家层面政策支持,国家层面的顶层设计是编程教育发展的前提。我国多次提出推广编程教育,在基础教育中普及还需要政府提供强有力的制度保障,包括制定相关规划纲要,明确编程教育的实施范围、形式,制定课程标准,细化课程领域、教师能力和教学活动等,促进编程教育课程体系的形成;国家应推出编程教育鼓励政策,促使社会、企业等多方支持编程教育发展,均衡资源配置,推动编程教育普及深化。我国编程教育发展要积极应对教育全球化带来的机遇与挑战,建立国家层面合作关系,相互借鉴,让我国编程教育具有国际性与时代性。

  现阶段我国编程教育课程的开设以信息技术课程为载体,学生群体数量庞大,发挥信息技术教师专业优势对开设编程教育具有很大意义。因此可以依托传统地域义务教育组织体系,自上而下推进编程教育实施进程。上级部门组织建设先进团队,吸纳学科特长教师,做好区域顶层设计,细化编程教育发展路径,打造样板编程教育课程模式。以先进团队为中心的指导小组定期做好区域内交流合作,根据学校师资、学情、资源配置等现状,依据学校实际分层次推进编程教育发展,从而达到协同进步的发展效果。

  中小学编程教育以培养学生“计算思维”为核心,根据学生能力和认知水平,分析学生智力和非智力影响因素,建立符合学习者认知特点的编程教育分段课程实施步骤,循序渐进提升学生对编程教育的认知能力和技能水平。小学编程教育多以图形化编程软件为教学工具,培养学生逻辑思维素养;中学则注重实际解决问题能力,运用网络资源通过编程手段结合多学科内容进行创新创作,将计算思维素养内化于心,为今后在数字化时代解决问题奠定良好基础。

  STEM教育是集科学、技术、工程和数学多学科于一身的综合教育理念。编程教育是STEM教育公认的一环,具有优化学生逻辑思维模式、提升理解能力与空间想象力和提高沟通能力等特点,编程教育已成为提高青少年高阶思维能力的教育方式之一。团队协作的项目式教学,是教师根据编程目标打造真实情境,学生从中发现问题、制定计划、分配任务、活动探究、创新创作、交流评价,从而完成任务的过程,强调学生在学习活动中的主体地位。学生在编程项目实施中联系学习内容,自主构建知识体系。同时团队合作促使学生与同伴进行交流互动,以多元化视角理性分析编程逻辑并进行任务分配,形成学习共同体,开展协作学习与项目创新创作。

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