日本小学编程教育必修化及启示

　　摘　要：随着信息和数字技术的不断发展，计算思维和创新思维逐渐成为个体适应未来社会的必备素养。而编程教育作为培养个体计算思维和创新思维的重要途径之一，也成为当前各国基础教育体系的重要组成部分。2016年，日本政府提出自2020年开始实施日本小学编程教育必修化。经过几年的发展，日本小学编程教育工作涌现出很多新理念、新思路、新做法。文章通过对日本小学编程教育的相关资料进行梳理分析，总结了日本小学编程教育必修化的背景及主要措施，分析了日本小学编程教育必修化的特点及难点，以期对我国小学编程教育工作的开展提供有益启示。

　　关键词：日本；小学；编程教育；必修化；计算思维；人工智能

　　中图分类号：G51

　　文献标志码：A

　　作者简介：任思国，武汉大学新闻与传播学院博士研究生(湖北武汉，430072);龚超，清华大学日本研究中心主任助理，博士(北京，100084);王冀(通讯作者)，西北工业大学计算机学院助理教授，博士(西安，710072);袁中果，中国人民大学附属中学特级教师，博士(北京，100080)

　　一、引言

　　2017年7月，中国国务院发布《新一代人工智能发展规划》(以下简称《规划》)，明确指出：实施全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育，鼓励社会力量参与寓教于乐的编程教学软件、游戏的开发和推广^[1]。在人工智能教育上升到国家战略的同时，中小学编程也在如火如荼地进行。

　　自《规划》颁布实施以来，中国教育部先后出台了一系列促进中小学编程教育的政策文件，如《中小学综合实践活动课程指导纲要》^[2]《教育信息化2.0行动计划》^[3]《2019年教育信息化和网络安全工作要点》^[4]《关于引导规范教育移动互联网应用有序健康发展的意见》^[5]《教育部关于加强和改进中小学实验教学的意见》^[6]《教育部关于加强和改进新时代基础教育教研工作的意见》^[7]《教育部等五部门关于大力加强中小学线上教育教学资源建设与应用的意见》^[8]等。

　　在小学编程教育研究层面，众多研究者从理论和实践方面进行了不同的探讨。例如，李玉阁等认为，中国编程教育尚处于起步阶段，编程教育多以企业研发产品以及机构培训的方式存在，在中小学相应的教学模式、理论基础、资源建设等方面尚未完善^[9]。魏晓风等分析了国外中小学编程教育发展的特点与经验，并针对中国中小学编程教育的现状与问题探讨了中小学开展编程教育的路径，为推动中国中小学编程教育有序发展提供了借鉴^[10]。洪竟雄等利用实践经验系统探讨了中小学编程课程体系建设策略，认为加强区域内编程课程体系建设势在必行^[11]。杜晓敏等针对中小学编程的课程设置、课程内容、课程实施、课程资源、课程评价和师资培养等关键内容进行了研究，提出了一些针对性的建设方案^[12]。顾婧萱认为中小学计算机编程语言教学中还存在诸多问题，并提出了一些相关建议^[13]。张洁等认为中国在编程教育方面落后于其他国家，缺乏实践经验，在梳理中国中小学程序设计教育现状后对其发展路径以及策略等进行了深入的研究和探讨^[14]。康建朝系统研究了芬兰中小学编程教育，包括计算思维培养、课程设置、教师培训等，为中国中小学编程提供了启示^[15]。刘敏等通过研究发现结对编程是中小学编程教育的首选教学组织形式，有助于推动结对编程在中小学编程教育的实践应用与推广^[16]。从这些文献研究的整体来看，中国中小学编程教育仍然处于起步阶段，从顶层设计、课程体系、师资水平等方面存在一定的问题。

　　在中国积极开展小学编程教育的同时，日本也在该领域进行了积极探索。自2016年日本科学文部省提出2020年正式在全国实施小学编程教育必修化政策以来，日本各界均为小学编程必修化做出了诸多探讨与努力，并在小学编程教育方面积累了不少经验。本文通过对日本小学编程教育必修化的相关内容以及《小学学习指导要领》^[17]、各版本《小学编程教育指南》^[18-20]等进行系统梳理，以期为中国小学编程教育事业的发展提供参考与借鉴。

　　二、日本小学编程教育必修化的背景

　　日本文部科学省提出2020年小学要全面实施编程教育必修化^[21]，并在顶层设计方面，分别颁布了《小学学习指导要领》《小学编程教育指南(第一版)》《小学编程教育指南(第二版)》和《小学编程教育指南(第三版)》等文件，小学编程教育一时间成为日本全民关注的焦点。日本文部科学省之所以提出小学编程必修化，笔者认为有时代发展、国家竞争以及经验借鉴等几个主要因素。

　　(一)时代发展

　　随着大数据、云计算、物联网、人工智能等信息技术的发展，世界迎来了第四次工业革命。在《日本再兴战略2016》中，物联网、大数据、人工智能和机器人等技术革新所带来的“第四次工业革命”的实现被日本视为增长战略的一大支柱^[22]。日本政府提出了社会5.0(Society5.0)的概念，即通过第四次工业革命实现的超智慧社会体系。为了实现社会5.0，人工智能技术作为最重要的手段之一必不可少，而编程作为人工智能的基础则显得尤为必要。

　　(二)国家竞争

　　世界很多国家已经将发展人工智能上升到国家战略层面，人工智能在未来国家之间的竞争中必将发挥重要作用。日本的现实问题是人工智能人才相对于需求严重不足。据经济产业省调研报告称^[23]，日本人工智能市场于2020年、2025年和2030年的人才缺口分别为4.4万人、8.8万人和12.4万人。从企业内人工智能人才的实际情况来看，即使是IT企业，也有85%的日本企业回答“没有确保人工智能人才”。报告中指出，2030年预计日本IT人才缺口将达到78.9万人。而作为人工智能技术基础的编程教育是实现人工智能人才战略的重要保障。

　　(三)经验借鉴

　　日本曾在小学进行过编程教育，然而由于缺乏顶层设计，导致教学内容参差不齐，校内学时难以保障，因此教育效果并不显著。一些学者认为，日本虽然是发达国家，但编程教育的实施却比其他国家落后^[24]。一些国家很早就在小学实施了编程教育必修化，在文部科学省制定相关政策的数年前，就开始对各国实施编程教育的相关工作展开了调研，表1给出了不同国家小学编程教育必修化的开始年份。

表1   小学编程必修化的国家及开始年份

数据来源：《国外编程教育相关调查研究》^[25]

　　三、日本小学编程教育必修化的具体举措

　　(一)定位清晰明确，重视素质能力提升

　　1.目标明确，界定清晰

　　2018年3月，日本文部科学省发布《小学编程教育指南(第一版)》;同年11月，《小学编程教育指南(第二版)》发布;2020年2月，《小学编程教育指南(第三版)》发布。总的来看，三个版本中并无实质内容的删减，但相较于第一版，第二版中细化明确了编程教育的教学目标，并增补了实际教学案例辅以说明;第三版进一步添加了校企合作授课的案例，同时也增加了信息化授课环境要求和教师培训的相关内容。因此，本文主要以《小学编程教育指南(第三版)》(以下简称《教育指南》)为分析对象。

　　《教育指南》对小学编程教育的目标进行了论述，主要体现在以下三个方面：一是培养计算思维;二是意识到编程的功用，理解信息技术是建设信息社会的基石，培养利用计算机建设更好的社会生活态度;三是通过在各学科教学中加入编程教育，加深对每个学科内容的理解。可以看出，日本文部科学省在编程教育上，更加注重的是思维的锻炼，生活态度的培养以及编程与各学科的交叉融合，并未强调编程技能的提升。

　　从日本文部科学省短时间内相继出台三版《小学编程教育指南》可以看出，日本的小学编程教育正在不断更新完善。

　　2.计算思维培养的重要性

　　周以真教授最早提出并倡导“计算思维”的概念。所谓“计算思维”，是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动，代表了一种普遍适用的态度和技能，不仅仅是计算机科学家，每个人都应该学习和利用^[26]。《教育指南》指出，编程是随着时间推移普遍需要的一种能力，无论将来从事什么专业，计算思维都十分重要，并将计算思维的培养放到了首位，提倡让儿童在编程和使用计算机时体验到乐趣和成就感，提升程序能够解决问题的意识，激发好奇心，从而充分发展计算思维，这也是各学科学习的基础。计算思维是对事物进行逻辑思维的一种有效补充，鼓励学生通过试错的方式提升解决问题的能力(见图1)。在编程过程中，学生还要充分结合身边的问题，热心参加各种活动，进一步强化更多利用编程完成任务的意识以及建立美好社会的态度，并利用编程巩固各个学科的内容，丰富学习方式。

图1   计算思维的示意图

　　3.利用编程教育提升学生素质能力

　　日本小学编程教育的目的不仅在于提升学生的计算思维能力，还主张将能力的培养与社会生活问题相结合，从而深化学生对编程教育目的的认知。《教育指南》提出了学生的三大素质，即：知识和技能;思考力、判断力、表达能力;好学之心和人生观。其中，知识和技能在小学阶段体现为培养学生在日常生活中利用编程分析解决问题的意识与思维，而非专门的程序设计;思考力、判断力和表达能力是计算思维的一种体现方式，是一边思考、一边试错、一边修正从而解决问题的能力，是一个不断迭代试错的过程;好学之心和人生观更多地是指培养学生主动利用编程改善生活，构筑美好社会的素质，涉及道德伦理、拼搏精神、协作能力、版权意识、信息安全意识，等等。

　　(二)未给编程独立设科，打造天然“编程+X”课程

　　1.未设置独立编程科目

　　文部科学省并未将编程设置为一个独立的科目，而是在现有的课程中加入编程元素，日本小学课程科目如表2所示^[17]。这种融入各学科的编程教育与单独设置编程课的做法各有利弊，单就编程与各学科紧密结合这一做法来说，它能够让学生们更好地了解编程所带来的实际用处，能够进一步扩展计算思维的培养。

表2   日本小学各学科的课时数  

　　尽管日本小学编程没有设置单独的科目，然而为了保证编程教育能够有效的实施，《教育指南》也指出了在不增加小学生的负担下，学校可以自主决定是否教授一些编程基础内容。

　　2.编程与课程融合的类型

　　《教育指南》中指出，编程教育与课程融合存在多种类型，可以分为以下几类：一是《小学学习指导要领》中要求实施的内容及示例;二是尽管并未在《小学学习指导要领》中给出示例，但给出了具体要求的内容;三是在教育课程体系内，但不属于各学科教学的内容;四是如学习兴趣小组等以部分学生为教学对象的教育课程体系内的教学活动;五是将学校作为活动场地，但是属于教育课程体系之外的课程;六是学校之外的编程学习机会。

　　《教育指南》同时给出了上述六种类型编程教育与课程融合的一些指导说明，这里分别用A~F类进行指代。A类与B类均给予了详细的说明，比如在学习算数时，要让学生意识到编程和数学思维在画图中的关系和优势，在理科课程的学习中，让学生们用编程的思维方式意识到诸如电气产品的使用程序。C类则是为了更好地培养学生的计算思维以及对编程的认识而设计的，并期望各学校进行具有趣味性、成就感以及兼备创造性的案例开发，但不要加重学生们的负担;D类是指参加俱乐部的这类特定学生需要参与的编程活动;E类和F类则是针对校外的各方提出的小学生编程课程及活动等相关内容。

　　《教育指南》认为，在小学的编程教育中，应该根据各个地区的实际情况和特点进行，并积极探讨各地教学单位之间的协作。考虑到不同地域的特性，将编程教育与学生学习生活所在地的自然资源、文化风俗等结合，既能学习编程又能加深对地区的了解，是一个非常值得深入研究的课题。由此可见，日本的小学编程教育，从一开始就是“编程+X”。

　　四、日本小学编程教育的特点

　　一是定位清晰，明确小学编程教育内容。在小学教授编程，首先面对的是知识与技能，是利用编程培养解决问题的意识与思维，而不是单纯的程序设计;其次，利用编程提升学生的思考力、判断力以及表达能力;最后，利用编程强化学生的道德伦理、法律法规、信息安全意识、拼搏精神、协作能力等，保持好学之心与树立正确人生观。

　　二是交叉融合，利用编程赋能各类学科。日本小学将编程教育融入各门学科，既在学习编程的同时培养了计算思维，又加深了对其他各学科的理解。此外，日本还规定小学编程需要与实际生活和社会发展相结合，以此培养学生观察生活的习惯，强化理论学习与实际应用相结合的思维模式。

　　三是思维提升，激发好奇解决实际问题。日本小学编程教育十分重视计算思维的培养，将计算思维视为一种无论选择何种课程或从事哪种专业都应具备的一种能力。在小学编程教育上更多的是让学生进行体验、思考与创造，而并非进行专业知识和技能的训练。

　　四是全面培养，编程与人文伦理同步跟进。日本小学编程教育中除了计算思维培养、知识传授以外，还将道德教育、社会调研等与编程教育紧密结合，这些做法值得借鉴。编程教育涉及信息的收集、整理、分析以及汇总和表达等几个主要环节，因此需要同步培养学生对信息的敏锐性、真实性以及对外发布信息的积极性，提升学生的信息社会责任意识。

　　五是重视保障，师资设备均有系统规划。日本小学编程教育必修化对师资水平以及设备环境等均提出了不小的挑战，为此日本政府相关部门高度重视，多次组织研讨并制定规划，通过分阶段实施，逐步提升师资水平与改善设备环境。

　　六是共建生态，积极引入社会各界力量。小学编程教育离不开社会各方力量的参与，日本政府最初就将学校与外部合作的思路及对策写入官方文件，通过与大学、团体、非营利组织、企业等机构的合作，不但给小学编程课堂的学生带去更多生动的实际案例，同时也对教师水平的提升给予了很大帮助。文部科学省、总务省、经济产业省以体验性编程活动、普及和推进学校的编程教育为目标，与学校相关人员、教育相关人员、IT相关企业、产业界联合，多方合作设立了“未来的学习联盟”。

　　五、日本小学编程必修化实施的难点与发展

　　(一)重视小学师资培养

　　日本政府认为，小学编程教育必修化面临的一个非常棘手的问题就是师资不足。具体表现在，小学各科教师无法及时参与编程教育相关进修，此外，难以确保教师的编程教学水平满足教学要求。为了解决这一问题，“大篷车式”的教育模式受到青睐，即外校讲师每日进驻一校，每个学校每天保证有两名讲师。通过上述形式积累经验，旨在于2030年前后从“大篷车式”教育模式过渡到专职教师教学模式。

　　(二)加大设备投入力度

　　编程教育必修化对设备和环境提出了严格要求，比如：在普通教室很难完成编程教育;需要满足每名学生均有设备;需要建设并确保校内流畅的网络通讯环境。根据调查数据，截止2016年3月1日，日本全国平均每6.2个在校儿童共用一台计算机，校内网和无线网络铺设率分别为87.7%与26.1%，购置电子黑板的学校仅为21.9%^[27]。为了《教育指南》的顺利实施，文部科学省制定了“教育ICT化环境改善五年计划(2018—2022财年)”，并为此制定措施，每年筹措1805亿日元的地方财政用于此项计划。截至2021年末，已有98.5%的自治体完成了“1人1设备”的环境搭建目标，剩余1.5%的自治体也计划于2022年4月以后逐步完成目标^[28]。

　　教育过程中的成本问题是一个重要的考虑因素。为了能够让编程教育必修化顺利实施，日本政府颁布并实施如“自带设备办公”(Bring Your Own Device，BYOD)等相关政策，并积极组织开展不使用电脑与平板电脑等插电设备的教材编写交流研讨活动。如何有效降低成本已经成为日本小学编程教育必修化的一个重要课题。

　　(三)多方力量共筑生态

　　日本中小学编程教育必修化的一个  现状是，进行编程教育的教师大多没有接受过正规的编程训练，在课程教案制作以及教学等方面处于摸索状态。为了解决这一问题，无论是政府还是学界，均认为小学编程教育必修化需要来自企业和机构等多方力量的援助。

　　外部多方力量的参与已经成为学校编程教育课程管理的内容之一。首先，有经验的校外人士可以按照教学目标要求作为校外讲师来给学生们授课;其次，有实力的企业可利用公益活动捐赠教学设备助力教学;再次，以特定的形式进行师资培训，并通过将老师与技术支持人员建立联系等多种方式，提升教师们的编程教学水平。此外，招募志愿者也是小学编程教育的一个重要举措。最后，利用跨地区的产业、企业、人才等资源合作也可以推动小学编程教育必须化的进程。

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Research on the Inspiration of Compulsory Programming Education

in Primary School in Japan

REN Siguo¹ GONG Chao² WANG Ji³ YUAN Zhongguo⁴

(1.School of Journalism and Communication, Wuhan University, Wuhan 430072;

2.Research Center for Japanese Studies, Tsinghua University, Beijing 100084;

3.School of Computer Science, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072;

4.The High School Affiliated to Renmin University of China, Beijing 100084)

　　Abstract： With the continuous development of information and digital technology, computational thinking and innovative thinking have gradually become the necessary qualities for individuals to adapt to the future society. Programming education, as one of methods that can cultivate computational thinking and innovative thinks, has become an important part of the basic education system in various countries. In 2016, the Japanese government planned to initiate compulsory Japanese primary school programming education from 2020. In recent years, Japanese primary school programming education has been in full swing, there emerging many new concepts, ideas and practices worthy of reference in China. This paper reviews and analyzes the top-level design of Japanese primary school programming education, hoping to bring some reference to the development of primary school programming education in China.

　　Keywords： Japan; Primary school; Programming education; Compulsory; Computational thinking; Artificial intelligence

　　(责任编辑 姚力宁　校对 郭向和)