伴随移动互联网、物联网、人工智能等新技术迅猛发展，世界各国日益重视数字人才培养，编程与计算思维成为未来人才不可或缺的素养与能力。在此时代背景之下，我国教育部高度重视学生信息素养的提升，制定相关文件推动和规范编程教育发展，将包括编程教育在内的信息技术教育纳入中小学相关课程。从国际比较的视野来看，将编程融入中小学教育体系也是欧盟国家的普遍做法，芬兰2016年颁布的国家课程标准正式写入了编程教育并早至一年级开始实施该教育即为典型代表。芬兰政府、高校和公司等主体协作搭建资源平台，开展了丰富多样的编程教育项目，积极落实国家课程标准，为师生提供专业指导和资源支持，激发青少年编程学习兴趣。其中，“伊诺卡斯”（Innokas）编程教育项目具有积极的代表性。该项目由芬兰的一所小学于2004年发起，二十年间自下而上发展为全国性项目，构建起较大规模的学校和社区协同创新网络。本文即对芬兰国家级中小学编程教育创新项目“伊诺卡斯”进行分析，以期对我国中小学编程教育的创新发展有所启示与借鉴。 “伊诺卡斯”项目最早在埃斯波（Espoo）市的几位小学教师和当地教育行政人员的推动下应运而生，之后由赫尔辛基大学教师教育系和埃斯波市政部门统筹运作，在芬兰国家教育委员会的资助下逐步拓展为全国性的项目网络。 “Innokas”是芬兰语词汇，有“渴望”“争取”之意。巧合在于，其前半部分“inno”是英语“创新”（innovation）一词的前缀，后半部分“kas”又是芬兰语“教育”（kasvatus）一词的前缀。因此，“伊诺卡斯”（Innokas）项目的名称意为“力求积极推动教育创新”。该项目运行的重要原则是，促进数字技术在学习、教学和学校日常管理中的融合应用。概言之，“伊诺卡斯”是芬兰在国家层面鼓励校内外多元机构合作促进编程教育和数字技术运用于教育的创新项目。该项目通过组织实施STEAM学科与数字制造、编程、机器人等深度融合的教学活动，让学生通过“做中学”提升数字素养和能力。 “伊诺卡斯”项目在近二十年的发展中，主要经历了三个阶段。第一阶段是学校层面的萌芽。项目发端于2004年，埃斯波市的教育管理人员和五所小学的教师为落实当年芬兰提出的课程改革要求，尝试将新的教育教学技巧运用到学校实际工作中。项目初创团队的这些教师意识到，编程是学生不可或缺的21世纪必备技能，日益发展的机器人技术能够为编程学习提供实用的、可以动手操作的支持工具。学生在学习编程原理的基础上可以提出富有想象力的创新性技术创意，并运用批判性、创造性思维实现问题解决。第二阶段是地区层面的扩展。经过几年探索，项目团队于2007年成功申请埃斯波市经费支持并成立专门的学习创新中心。中心与赫尔辛基大学教师教育系建立合作，负责组织教师培训，并在一所学校开辟学习创新实验空间，探寻编程教育创新和学生21世纪技能学习的最佳路径策略。第三阶段是国家层面的网络构建。时至2011年，在芬兰国家教育委员会的进一步资助下，项目构建起全国范围包含36所小学的网络体系，并由3位区域志愿教师协调统筹。2015年，项目网络扩大至250余所学校和10位区域志愿教师。在区域志愿教师协调支持下，项目团队每年组织数十场教师培训，并举办多届年度性国家级创新教育论坛，先后有2500余名学生、教师、家长、行政管理人员和公司人员参与。项目团队与赫尔辛基大学积极合作开展实践研究，为国家教育决策及课程改革建言献策，并与澳大利亚、美国、加拿大、中国等多国学校开展国际合作。 “伊诺卡斯”项目注重用理论指导实践并基于实践丰富理论，项目运行以三大理念框架为依托。一是“创新学校”（Innovative School,ISC）。该理念框架认为，编程教育创新有赖于学习环境、教师专业性、学校合作网络等核心要素共同发挥作用。学习环境应突破教室边界，不限于物理空间，也可是虚拟、在线的；教师应扮演实践者、研究者、意义创造者等多重角色；校外合作网络除家长外还应包括日托中心、图书馆等更多元的主体。同时，学校日常教学和管理灵活多样地融合应用数字技术应当作为核心原则。总之，“创新学校”理念框架强调所有利益相关者在编程教育开展中深度参与。二是“创新教育”（Innovation Education,IE）。该理念框架倡导将芬兰的手工、艺术、STEAM教育的跨学科传统与数字工具、“做中学”理念及技术教育等多种元素相结合，以此创新教育模式。该理念框架与创客文化密切相关，提倡以非正式、充满乐趣、同伴合作引导等方式在技术创新应用及学科跨界融合中开展编程教育。基于该理念框架，编程教育的真正创新需经过初步热身、头脑风暴、方案筛选、测试与调整、创造作品原型、作品公开展示等系列流程才能实现。三是“基于设计的研究”（Design-based Research,DBR）。该理念框架旨在解决理论研究与实践需求脱节问题，强调研究人员应与教师培训人员及教师在共同场域中协作应对编程教学挑战，通过设计、实施、评估等多个环节互相了解意图、共同改进过程，并最终找到创新解决方案。基于该理念框架开展编程教育创新活动的重要环节之一，是研究者与教师培训者及教师共同开展深入反思，以使不同思想观念在反思碰撞中产生对于编程教学的新知。 “伊诺卡斯”项目包括四大核心目标：一是探寻传播教与学的创新经验，重点探索应用数字技术培养学生21世纪技能，推动编程教育创新活动在学校之间以及国内国际广泛交流共享；二是探索有效的编程教育政策支持，同时争取国家层面的资金支持，让更多学校获得项目资源；三是凝聚教育改革共识，在芬兰教师高度自主化的环境下，“伊诺卡斯”项目旨在为教师和校长传递更多课程改革信息并凝聚更多对编程教育的认同；四是以研究指导和引领实践，为避免教育研究与实践脱节的问题，项目倡导不断迭代的研究路径，强调所有利益相关者集体参与研究，教师不仅是教学实践者，还扮演教育研究者的角色。 首先，项目充分发挥区域协调员和学校联络员等教师志愿者的作用。作为自下而上发起的项目，“伊诺卡斯”以灵活的组织方式开展活动，由赫尔辛基大学与埃斯波市政部门总体协调，在图尔库、谭佩雷等十余地市各委派一名区域协调员负责区域层面的信息分享、活动实施、教师培训等事宜，并由每所项目学校委任1～3名联络员负责协调学校内部编程及教学创新活动。区域协调员和学校联络员主要通过在线会议、邮件等进行沟通，为项目运行提供了重要的组织支撑。其次，项目支持不同学校根据自身独特理念开展灵活多样的编程教育。学校基于某门学科或融合多个学科开展编程活动，将编程教育列为选修课或作为课外俱乐部及学校主题周的活动内容等。再次，项目借助各种媒介发布和传播活动信息，提升影响力。参与者通过博客、推特、脸书等网络媒介分享编程教育故事、图片、视频及创新观点和经验等。 项目组织实施的教师专业发展培训主要包括三种类型。一是由地市财政直接支持并为学校量身定制的教师培训，该类培训一般聚焦于教师教学能力和学校领导力提升。二是由教育部或国家教育委员会提供资金支持的教师培训，该类培训更加聚焦教师技术工具使用能力。如，基于编程技术工具Micro:bit①套件的使用培训为期两天，来自全国100余位数学、物理、化学、手工等多个学科的教师参与其中。为使培训取得实质效果，项目团队在集中培训结束后为所有参训教师每人提供10套Micro:bit套件，供其返校后开展编程教育实验并在网络平台汇报进展。研究人员开展问卷调研跟踪实验进展，结果显示，多数教师应对编程教学挑战的能力在参加培训与开展实验后获得提升，多数学生也表示编程实验锻炼了合作能力与问题解决能力。实践表明，这类技术使用取向的短期培训可降低编程教育门槛、增强教师自信，并改变其对编程教育的认知态度。三是在线模块化教师培训。如，“伊诺卡斯”项目团队于2016至2017年组织实施名为“ABC慕课”（MOOC ABC）的在线教师培训，针对不同年级和学科教师提供模块化的课程，包括编程概念、软件实操、教学技巧以及编程教育在数学、手工、音乐、艺术等不同学科中的有效融入等。该“慕课”由芬兰中小学教师和大学研究人员自下而上共同发起，并获得国家教育委员会等多方资助。 项目注重引导学生开展机器人搭建及编程工具实操活动，不同年龄段学生通过对多种类型编程工具的实操学习，既可创新运用技术，又能发展思考、沟通、合作技能。如，2017年项目团队与赫尔辛基奥林科拉赫蒂（Aurinkolahti）学校协作开展编程创意活动，该校七年级约70余位学生参与其中，历时8～9周，学生小组每周在教师指导下开展2～3小时的作品设计，使用可编程设备GoGo Board和3D设计软件等创造性地完成了智能物品或服装的设计。学生作品构思和创意各有差异，主要使用的数字化设备也有所不同。他们有的使用可编程设备创作具备环境感知和LED灯光系统的智能自行车，有的使用3D建模软件和打印机制作符合人体工程学原理的手机支架，有的使用光传感器研制具备智能光感系统的运动装备，有的使用温度传感器研发能够自动加热、更加适合冬季户外运动的智能鞋底，有的使用可编程设备创作自动化的绿植养护系统等。在此过程中，芬兰以学科融合和动手操作为特征的手工课程为编程创意活动提供了理想载体，学校手工、科学、信息技术及视觉艺术等多学科教师共同参与了该项目。 “伊诺卡斯”项目鼓励学生扮演数字技术“导师”，为同伴提供创意指导并为教师讲授编程技术应用技巧。“学生导师”的成长与职能周期分为四个环节，如图1所示：学习和熟悉需要指导的技术平台或工具；学会指导别人自主调试技术设备并掌握基本教学方法；熟练掌握教学技能并组织培育下一代“学生导师”；为新一代学生导师提供必要指导并继续接受新挑战。 前文提及的奥林科拉赫蒂学校的编程创意活动即充分发挥了“学生导师”的作用。项目团队调动该校八年级学生扮演“数字技术导师”，为七年级学生提供指导帮助。学生成为合格导师要经过一定的学习摸索过程，利用大量课余时间提升自身技能，熟悉编程平台和工具的操作使用。还以奥林科拉赫蒂学校为例，该校“学生导师”成长历程如图2所示。 该校编程活动最初计划培养15名八年级学生为“数字技术导师”，最后只保留了4名意愿强烈的学生继续参与项目。整个过程中“学生导师”获得教师、校长及赫尔辛基大学研究人员多方的信任支持，学习探索可编程设备并参加赫尔辛基大学组织的工作坊和培训，逐步蜕变为合格的“数字技术导师”。正因学校和教师敢于“放手”，“学生导师”才逐步具备了独立开展创新指导的能力。 “伊诺卡斯”项目早期组织的机器人竞赛活动规模较小，主要由机器人执行特定的表演任务，类似于1998年起源于巴黎的、传统的“机器人杯初级挑战赛”（RoboCup Junior）。之后，“伊诺卡斯”项目对传统的机器人竞赛活动持续进行了本土化改造升级，并更名为“伊诺卡斯机器人锦标赛”（The Innokas Robotics Tournament）。该锦标赛面向小学生团队开放，设置了多种机器人游戏擂台赛，包括机器人摔跤、机器人救援、自由开放式机器人挑战赛及与机器人共舞等，其中的自由开放式挑战赛要求参赛团队设计机器人完成某些特定任务。2018年，芬兰国家电视台开始关注该赛事，并与项目团队共同制作系列化的专门节目，于每周日早间播出。节目邀请了专家团队打分评审，并通过社交媒体发动观众以投票的形式对参赛团队进行评价。该节目对青少年具有较好的教育价值，如，自由开放式挑战赛设置的“自动传送药品机器人”挑战任务真实地介绍了医院中的现实案例，能够引发青少年的思考创新。积极的教育价值和主动的媒体宣传，使得该节目先后吸引了64万观众，在青年人群体中获得了较高的收视率。 除以上活动，“伊诺卡斯”项目还组织了其它多项数字化教育创新活动。一是项目团队为学校提供编程相关数字化教学资源。项目团队本着开放和公益原则，为学校提供与机器人及编程教育创新相关的工作表、海报、视频、案例等多种类型资源，引导学生观察日常技术应用，使他们不仅做技术的消费者而且成为技术的创造者，学会利用编程和自动化技能初步创造作品。如，以“日常中的自动化与机器人”为主题，小学教师可利用这些资源组织教学活动，引导学生观察了解微波炉加热等生活常见自动化运用的基本原理、逻辑和算法。二是项目团队组织年度编程与技术教育专题创新活动，其多样化的师生编程教育工作坊得到许多志愿者教师、师范生及公司支持赞助。三是项目团队发动学校参加欧盟组织的“机器人周”（Robotics Week）等活动。项目学校和日托中心以提交视频等方式参与活动，2003年首次组织即有8000多人投身其中。 我国教育部2017年印发《中小学综合实践活动课程指导纲要》，要求小学中、高年级学生通过学习简单的编程语言，初步树立计算思维的信息素养；初中学生尝试编写、调试程序，培养逻辑思维能力，进一步理解计算思维的内涵。芬兰“伊诺卡斯”编程项目的运行模式与特征或可对我国中小学编程教育落地实施有所启示。 芬兰虽然不是具有国土和人口数量优势的大国，但在最具权威的《欧洲创新记分牌》中常年被列为“创新领导型”国家。编程是人工智能时代的通行语言，芬兰在2016年国家课程改革中便将编程教育列为中小学必修课，为人工智能战略提供基础性人才储备；2017年发布了国家人工智能战略，争当人工智能领域的领跑者。长期坚持开展编程教育创新活动的“伊诺卡斯”项目与国家课改方向及未来战略紧密契合，从“星星之火”发展为“燎原之势”。 我国2017年印发《新一代人工智能发展规划》首次将人工智能上升为国家战略，提出到2030年成为世界主要人工智能创新中心，并明确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。为落实国家战略和政策要求，我国可借鉴芬兰经验，设计由政府倡导的编程教育示范项目，或对自下而上创生的项目给予积极的政策引领与资源支持。这类项目的组织实施不应局限于竞赛活动，还应包括支持学校编程课程开发、开展教师培训、促进区域和学校经验交流分享等，促进编程教育全领域、多层次协调发展。 “伊诺卡斯”项目能够分阶段推进并持续发展，离不开理论与实践的良性互哺。项目在宏观上以多种理念框架为指引，学校和教师以灵活多样的实践丰富理论框架，实现理论引导实践、实践发展理论。项目在中微观层面也注重理论与实践结合，充分发挥科研对项目实践的总结及引领作用。如，项目团队采用人种志及观察法等，深入研究学校编程创意活动进展情况和学生学习表现，更好地改进编程教学，提升项目运行模式和效果。借鉴芬兰经验，我国不管是由政府倡导示范编程项目，还是自下而上创生编程项目，都要保持项目纵深发展的可持续性，重视理论科研与实践行动之间良性互动关系的构建与维持。 芬兰2016年课程改革将编程教育列为中小学必修课，并以数学和手工为主要学科载体，采用完全“跨学科”的方式来具体实施编程教育。“伊诺卡斯”项目尤其注重编程与手工、技术、艺术等不同学科跨界融合。已有研究显示，融合开展艺术教育与编程教育，可以为儿童数字化素养赋能，有助于青少年从更加个性化的视角接近与理解数字技术，消除对技术世界的陌生感、偏见与误解。从我国的实际看，中小学课程已经较满，借鉴此融合路径更利于编程在学校中落地。学科融合的方式有助于编程知识与技能在现有学校课程的问题解决中得到实际学习与应用，达成更好的学习效果。在学科融入的具体实施中，也要注重考虑编程语言和工具与中小学不同科目的匹配水平，这样才能使所选择的编程语言和工具在特定科目中的融入更加科学、合理、有效。 “伊诺卡斯”项目重视建构校内外合作网络，把所有利益相关者视为创新者，鼓励他们在编程教育规划与实施方面共同协作，为校内外资源互通有无起到了枢纽与载体作用。仅2011～2015年间，参与该项目的教师、学生、家长、学校管理者、公共图书馆管理人员、大学师生及公司人员等各类人员达45,000余名。实践表明，多元主体协作能够互相赋能，有助于项目不断创新调整和持续深入。校外人员参与可以拓展学习环境、超越传统边界，推动校内学习向“无边界”学习迈进。如，家长成为学校编程俱乐部的领导者或竞赛活动的组织者，公共图书馆组织编程周活动，为师生提供编程方面的指导培训。 受限于学校自身的资源条件，我国中小学的编程教育仅凭学校之力难以在短期内深度发展。因此，学校应依托国家和地方政府的政策与资源，以一定的项目为载体，积极实现与社会组织的连接，构建多位一体的合作网络。高校研究人员能够在宏观层面上对编程课程进行整体设计把关，一线教师和教研人员善于对具体内容与活动进行细化完善，公司则可通过编程教育产物或平台为中小学提供技术服务与支持。 在“伊诺卡斯”项目的理念中，学生不是知识与技能的被动接受者，而是教育教学和管理创新的积极参与者；教师不一定知道所有答案，也不一定是机器人教学或编程方面的专家，但需要学会思考如何与学生共同探索这个未知领域，并学会如何发现潜在的编程“天才”。项目倡导的“学生导师”模式是成功的，而成功的关键在于“相信”。奥林科拉赫蒂学校的校长表示：“‘学生导师’模式推动学生积极参与学校各个层面的运转，营造了积极、令人鼓舞、用心沟通与交流的学习氛围。”项目活动充分体现了在芬兰教育中深入人心的“做中学”理念，学生通过“做中学”，在问题解决中学会解决问题，实现了“为了操作而教育以及通过操作来教育”。反观本土，自主、合作、探究是我国新课程改革长期倡导的学习方式，同样适用于中小学编程教育的开展。我国中小学教师开展编程教学，要充分信任与发挥学生的自主性，避免学生“只学不做”的现象，培养学生运用编程知识创生作品与解决实际问题的能力，让学生在项目实践和动手操作中加深对编程知识的理解。 同绝大多数国家的情况一样，芬兰的中小学教师在职前的教师教育中并未接受过专门的编程教育与训练。“伊诺卡斯”项目团队充分意识到教师对编程这种新事物有畏惧心理，指出教师培训应跳出单纯的技术应用层面，重在引导提升教师的创新意识与能力。正如学者所强调的，倘若教师认为编程教育干扰了正常的教学活动、增加了教学负担，就很难调动其参与编程教育的积极性。基于此种理念，项目团队设计多种类型培训，有的针对教学能力和领导力整体提升，有的聚焦编程技术具体应用。除线下培训，项目团队还通过“慕课”形式为教师提供模块化、灵活化的在线课程。线下课程生动直观，而线上课程更易实现模块化、灵活化和规模化，二者互为补充，相得益彰。与此同时，项目团队经常开展问卷和访谈调查，及时发现线下和线上培训存在的问题，切实改进培训内容与形式，提升培训实效。 我国当前儿童编程教育的实施范围较小、程度尚浅，大多数学校和教师不了解编程教育。教育部要求，在实施全国中小学教师信息技术应用能力提升工程2.0的过程中，各地要“对接中小学编程教育需求，重点关注、提前谋划信息技术教师编程能力提升工作”。为此，可借鉴芬兰经验，在中小学教师编程能力培训中，探索线上线下相结合的形式创新，重视培训内容设计的案例性、实操性与实用性，注重教师的实际体验与课堂应用能力切实提升，为我国中小学编程教育长远发展提供智力保障。
