“很早以前對編程教育的理解，就是教孩子如何寫代碼，以后成為一名‘碼農(nóng)’。就好像小孩學(xué)畫畫，就是為了以后去藝考。”清華大學(xué)心理與認(rèn)知科學(xué)系系主任、清華大學(xué)基礎(chǔ)科學(xué)講席教授劉嘉說道，“但是后來我發(fā)現(xiàn)，編程教育的目的絕不僅僅是教小孩怎么寫代碼，而是要培養(yǎng)孩子的思維能力。就像從前人人學(xué)英語一樣，現(xiàn)在我們到了人人應(yīng)該學(xué)編程的時(shí)代。”

國務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》明確提出，在中小學(xué)階段逐步推廣編程教育。當(dāng)人類社會(huì)從工業(yè)社會(huì)走向人工智能時(shí)代，未來人才所需要具備的關(guān)鍵能力素養(yǎng)也正在發(fā)生著改變。“編程教育對青少年AI意識(shí)及認(rèn)知能力發(fā)展有何影響？”成為了少兒編程行業(yè)所關(guān)心的課題。

從關(guān)注代碼能力到關(guān)注底層認(rèn)知能力的培養(yǎng)，編程教育正在跨向青少年認(rèn)知發(fā)展這一更高級(jí)別的范疇。6月11日，猿編程和清華大學(xué)心理與認(rèn)知科學(xué)系就“編程教育對青少年AI意識(shí)及認(rèn)知能力發(fā)展影響”課題的研究合作正式啟動(dòng)。基于清華大學(xué)心理與認(rèn)知科學(xué)系的科研實(shí)力及猿編程的教育實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，此項(xiàng)研究致力于填補(bǔ)國內(nèi)青少年編程教育認(rèn)知發(fā)展領(lǐng)域的空白，為人工智能時(shí)代的教育轉(zhuǎn)型提供重要的學(xué)術(shù)支撐和實(shí)踐范本。

通過編程提升解決問題的能力

“我們不是教孩子寫代碼，而是通過代碼去學(xué)習(xí)。”猿編程創(chuàng)始人、少兒編程研究院院長李翊表示，在猿編程，這是每一位員工的共識(shí)。

為什么我們需要學(xué)習(xí)編程？李翊解釋到，工業(yè)時(shí)代的知識(shí)是標(biāo)準(zhǔn)化的，在人工智能時(shí)代，一切的變化皆有可能。“為此，我們需要培養(yǎng)大腦更加高階的思維能力和人工智能核心素養(yǎng)。”

聚焦青少年人工智能核心素養(yǎng)，李翊提出“4C體系”教育理念，即Cognition（提升底層認(rèn)知能力）、Complex thinking（鍛煉復(fù)合思維能力）、Cross-discipline（賦能學(xué)科融合）、Confidence（促進(jìn)自我效能）。

李翊通過一段編程實(shí)踐解釋編程教育對青少年人工智能核心素養(yǎng)的提升作用。受訪者供圖

每個(gè)孩子都擁有與生俱來的認(rèn)知潛能，在4-16歲這一關(guān)鍵發(fā)展期，需要為孩子更好地賦能。“如果把底層認(rèn)知能力比作CPU和內(nèi)存，那么復(fù)合思維能力就是操作系統(tǒng)，良好的操作系統(tǒng)才能讓大腦高效運(yùn)轉(zhuǎn)。”李翊表示，復(fù)合思維能力通常包含計(jì)算思維、創(chuàng)造性思維和系統(tǒng)性思維等維度。通過編程教育，可以針對性地提升底層認(rèn)知能力和復(fù)合思維能力。

此外，編程天然的跨學(xué)科屬性使其成為知識(shí)融合的理想載體。“編程教育不能代替數(shù)學(xué)、物理，但通過在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)思維與編程邏輯的相通之處、探索科學(xué)原理與代碼實(shí)現(xiàn)的完美結(jié)合，可以讓孩子們通過編程教育愛上數(shù)學(xué)、物理。最后，編程學(xué)習(xí)最獨(dú)特的價(jià)值在于它提供了即時(shí)的反饋和可見的成果。這種正向循環(huán)不斷強(qiáng)化著孩子的自我效能感，讓他們在面對挑戰(zhàn)時(shí)保持積極進(jìn)取的心態(tài)。

“我們希望編程不是加在家長和孩子身上的負(fù)擔(dān)。希望通過編程教育，能夠給孩子賦能。不是讓孩子去學(xué)編程，而是通過編程提升解決問題的能力、對學(xué)科的理解等等，能夠真正地幫助到孩子們。要做到這一點(diǎn)，需要系統(tǒng)性的理論體系作為支撐。”李翊表示。

“人人應(yīng)該學(xué)編程的時(shí)代”

“正是AI的出現(xiàn)，可以真正地解放人類，讓人類去做更有價(jià)值的事情。”劉嘉講到，在AI時(shí)代，最需要的是“腦力”。人工智能可以擁有知識(shí)，但是智慧只能由人來創(chuàng)造。因此，教育領(lǐng)域需要做出非常大的轉(zhuǎn)變，從知識(shí)習(xí)得轉(zhuǎn)向知識(shí)創(chuàng)造。“只有人類才能真正去突破認(rèn)知的邊界，創(chuàng)造出世界上不存在的東西。”

以2022年11月30日OpenAI發(fā)布ChatGPT為標(biāo)志，人工智能大模型在全球范圍內(nèi)引起了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。也進(jìn)一步引發(fā)了對于編程學(xué)習(xí)的熱潮。近年來，少兒編程市場規(guī)模和用戶數(shù)量不斷擴(kuò)大，第三方研究平臺(tái)顯示，2024年少兒編程市場規(guī)模約為488億元人民幣。

作為頂尖的大學(xué)，清華大學(xué)要開展前沿交叉研究和顛覆性非共識(shí)的研究，進(jìn)行從“0”到“1”的創(chuàng)新。“要做到這一點(diǎn)，教育是關(guān)鍵。”劉嘉談道，在當(dāng)下的世界競爭中，真正起到主導(dǎo)作用的是人才的厚度。

“在工業(yè)時(shí)代，教育關(guān)注人的讀寫和計(jì)算能力。但是進(jìn)入AI時(shí)代，這些能力不夠用了。人類更加需要計(jì)算思維，以理解這個(gè)世界如何運(yùn)行。”劉嘉說道。

劉嘉將編程語言和英語進(jìn)行類比。從前人人學(xué)英語，但并不是每個(gè)人長大后都要去做翻譯。“英文是世界語言，我們學(xué)習(xí)英文的目的是可以和世界各國的人進(jìn)行知識(shí)交流。編程也是一樣，編程教育不等于學(xué)代碼，學(xué)習(xí)編程的目的也不是當(dāng)程序員，而是要掌握一種思維方式。”劉嘉進(jìn)一步說道，“現(xiàn)在我們到了人人應(yīng)該學(xué)編程的時(shí)代。”

“在AI時(shí)代，具體的知識(shí)可能很快就會(huì)過時(shí)，但思維方式不會(huì)過時(shí)。思維可以根據(jù)場景的變化做出調(diào)整，這是編程教育應(yīng)該要賦予孩子的。這種思維方式，讓我們在面對各種變化場景時(shí)能夠不迷失自己，不斷地去尋找解決問題的路徑。”劉嘉表示，通過編程教育，可以培養(yǎng)孩子對于思維邏輯的愛好，讓孩子們可以創(chuàng)造出更多有價(jià)值的內(nèi)容。

課題計(jì)劃至少調(diào)研2萬名青少年

劉嘉認(rèn)為，認(rèn)知科學(xué)與編程教育有著天然的交互作用。“認(rèn)知科學(xué)，就是研究人的思維方式，以及智能的運(yùn)作方式。而編程就是用計(jì)算機(jī)語言來模擬人的思維和認(rèn)知方式。”

如今，中國乃至世界對于青少年人工智能教育的研究都處于起步階段。“AI大模型其實(shí)是近幾年才提出的。這仍然是一個(gè)相對未知的領(lǐng)域。”

此次研究設(shè)定了三個(gè)方向。第一，我國青少年的AI意識(shí)；第二，專家對于AI的不同看法；第三是編程教育對青少年AI意識(shí)的促進(jìn)作用。

猿編程與清華大學(xué)心理與認(rèn)知科學(xué)系課題合作簽約儀式。受訪者供圖

劉嘉表示，研究將會(huì)保證覆蓋面的廣度。“我們所調(diào)研的地區(qū)不能只關(guān)注北京、上海等發(fā)達(dá)地區(qū)，欠發(fā)達(dá)地區(qū)的編程教育同樣需要關(guān)注。”課題計(jì)劃至少調(diào)研2萬名青少年，研究他們在編程方面的能力。

同時(shí)還要保證研究的深度。“研究的核心不是最終要發(fā)多少篇文章，而是要真正服務(wù)于編程教育從業(yè)者、相關(guān)政策制定者和家長。”劉嘉特別提到，現(xiàn)在的家長普遍焦慮，“我們應(yīng)該給家長提供一套可參照的數(shù)據(jù)或者方案，指明孩子的哪些能力是家長應(yīng)該培養(yǎng)發(fā)展的。”

在合作研究中，清華大學(xué)和猿編程將發(fā)揮各自優(yōu)勢。猿編程作為業(yè)內(nèi)一線教育機(jī)構(gòu)，擁有幾百萬名孩子學(xué)習(xí)編程的數(shù)據(jù)。扎實(shí)的數(shù)據(jù)在專家團(tuán)隊(duì)的手中可以得到更加充分的利用，幫助研發(fā)出更加高效的課程內(nèi)容。

清華大學(xué)作為科研機(jī)構(gòu)，則可以提供專業(yè)的理論指導(dǎo)，明確編程教育中思維培養(yǎng)的具體理論框架。同時(shí)以更加客觀的視角來看待編程教育，得出有價(jià)值的結(jié)論。并且發(fā)揮清華作為高等學(xué)府的引領(lǐng)作用，在編程教育領(lǐng)域更多建言。