從積木到代碼：對(duì)編程學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的遷移研究

姚炯

積木編程軟件簡單易學(xué)，成為低齡學(xué)生編程學(xué)習(xí)的主要手段。但是在更深入的編程學(xué)習(xí)中，算法和程序設(shè)計(jì)教學(xué)的主要載體還是代碼編程。從積木到代碼，盡管有基礎(chǔ)知識(shí)的共通點(diǎn)，但其編程方式和風(fēng)格存在著巨大差異。那么，學(xué)生之前積木編程的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)?zāi)芊襁M(jìn)行遷移，從而促進(jìn)以后代碼編程的學(xué)習(xí)呢？同時(shí)，這些知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的遷移效果又是怎樣？能夠多大程度化解學(xué)生代碼學(xué)習(xí)的困難呢？

● 編程教學(xué)現(xiàn)狀

就目前而言，積木式編程軟件采用的游戲化教學(xué)手段，推崇趣學(xué)、趣玩、趣創(chuàng)造的教育理念，風(fēng)靡了整個(gè)少兒編程教育領(lǐng)域，成為低年齡段編程教學(xué)的主要手段。目前廣泛使用的積木式編程軟件有Scratch、App inventor、Swift Playgrounds、IRobot虛擬機(jī)器人、Micro：bit等。隨著時(shí)間的推移、技術(shù)的發(fā)展，積木式編程軟件的游戲性和創(chuàng)造性越來越突出，產(chǎn)品種類越來越豐富，例如，網(wǎng)易卡搭、極客戰(zhàn)記、編程貓等產(chǎn)品的出現(xiàn)，使得少兒編程在積木軟件選擇上有了更大的空間。積木式編程在三至七年級(jí)非常普及，算法的很多概念都是通過這種方式教給學(xué)生，對(duì)低年齡段學(xué)生算法學(xué)習(xí)和計(jì)算思維的發(fā)展有很大幫助。而且，在積木編程環(huán)境中，學(xué)生能夠通過簡單的模塊拼接，代替專業(yè)的代碼編寫，從而迅速創(chuàng)作出屬于自己的作品。更多的孩子因此獲得了成功的體驗(yàn)，喜歡上了積木編程的學(xué)習(xí)。但到了更高的學(xué)習(xí)階段，八九年級(jí)、高中、大學(xué)甚至專業(yè)領(lǐng)域，代碼編程仍然是目前算法學(xué)習(xí)和程序設(shè)計(jì)的主要教學(xué)載體。與積木編程的趣學(xué)趣玩不同，不少學(xué)生在代碼編程學(xué)習(xí)過程中遇到的困難要大得多。

那么，預(yù)先進(jìn)行積木式編程教學(xué)，之后再緊接著進(jìn)行代碼編程教學(xué)，學(xué)生積木編程的經(jīng)驗(yàn)?zāi)芊襁M(jìn)行遷移，從而化解他們代碼編程學(xué)習(xí)的困境呢？在風(fēng)靡小學(xué)的積木式編程和面向較高學(xué)習(xí)階段的代碼編程之間，編程的知識(shí)技能和問題解決經(jīng)驗(yàn)有多大程度可以相互貫通、轉(zhuǎn)化遷移呢？對(duì)此我進(jìn)行了研究，希望能為編程學(xué)習(xí)的“遷移而教”提供參考。

● 經(jīng)驗(yàn)遷移實(shí)驗(yàn)

1.編程的經(jīng)驗(yàn)類型

“為遷移而教”是當(dāng)今教育界流行的一個(gè)很有吸引力的口號(hào)。根據(jù)教育心理學(xué)資料研究，遷移是一種學(xué)習(xí)對(duì)另一種學(xué)習(xí)的影響。具體地說，遷移就是一種學(xué)習(xí)獲得的知識(shí)、技能、學(xué)習(xí)方法與態(tài)度對(duì)另一種學(xué)習(xí)的影響。學(xué)生在積木式編程中學(xué)到的知識(shí)基本可歸納為以下三種類型：第一種是陳述性知識(shí)，是指編程的一些概念和專有名詞的理解，如變量、列表、事件、函數(shù)等。第二種是自動(dòng)化基本技能，主要是能按照語法規(guī)則寫出代碼，并根據(jù)提示調(diào)試程序的操作性技能。第三種是認(rèn)知策略，主要是對(duì)問題進(jìn)行分析建模，然后利用計(jì)算機(jī)特性設(shè)計(jì)出問題解決的步驟。那么，在更高學(xué)習(xí)階段的代碼編程中，這些知識(shí)的遷移效果又如何呢？

2.實(shí)驗(yàn)過程

調(diào)查摸底：

七年級(jí)第二學(xué)期開學(xué)，我對(duì)任教的6個(gè)班級(jí)學(xué)生進(jìn)行了調(diào)查摸底：約三分之一的學(xué)生在小學(xué)四年級(jí)或五年級(jí)有且僅有Scratch編程學(xué)習(xí)經(jīng)歷，距今兩年左右，對(duì)Scratch的印象主要停留在讓角色動(dòng)起來。

教學(xué)過程：

第一階段：設(shè)立實(shí)驗(yàn)班級(jí)和對(duì)比班級(jí)，進(jìn)行一個(gè)學(xué)期的Scratch教學(xué)。以我任教的8、9、10三個(gè)班級(jí)作為對(duì)比班級(jí)，教學(xué)內(nèi)容為浙教版七年級(jí)下冊(cè)（PS、PPT和多媒體素材處理）。以我任教的另外三個(gè)班級(jí)5、6、7班作為實(shí)驗(yàn)班，教學(xué)內(nèi)容為校本教材Scratch。盡管Scratch教材版本較多，教學(xué)范例有差別，但知識(shí)和技能的細(xì)目是大致相同的。附表1為我進(jìn)行Scratch教學(xué)所用的雙向細(xì)目表，其中黑色加粗部分共17處，是我預(yù)想應(yīng)該可以遷移到VB編程學(xué)習(xí)中去的知識(shí)。

在第一階段教學(xué)結(jié)束時(shí)，我進(jìn)行了操作考試，實(shí)驗(yàn)組整體通過率達(dá)97.8%。

第二階段：我對(duì)任教的六個(gè)班級(jí)進(jìn)行VB編程教學(xué)，此時(shí)學(xué)生處于八年級(jí)第一學(xué)期，所用的教材為浙教版初中信息技術(shù)。附表2為浙教版VB編程教學(xué)內(nèi)容的雙向細(xì)目表，其中黑色加粗部分共8處。在這些知識(shí)內(nèi)容的教學(xué)中，我發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)班在師生互動(dòng)中優(yōu)于對(duì)比班級(jí)，對(duì)課堂問題的響應(yīng)較好。

從課堂觀察來看，這8處知識(shí)內(nèi)容大多分布在學(xué)生VB編程的概念學(xué)習(xí)階段，較少涉及認(rèn)知策略。學(xué)生在積木編程中訓(xùn)練較多、運(yùn)用較熟練的條件分支語句、循環(huán)語句以及運(yùn)用這些語句解決問題的能力，卻沒能在代碼編程的練習(xí)中較為明顯地體現(xiàn)出優(yōu)勢來。簡言之，積木式編程的經(jīng)驗(yàn)遷移還僅限于概念、記憶等陳述性知識(shí)類型上，遷移達(dá)成的能力層次相對(duì)不高。對(duì)于編程教學(xué)中普遍看重的結(jié)構(gòu)語句的運(yùn)用能力、問題解決能力以及熟練程度，在代碼編程學(xué)習(xí)上沒有發(fā)現(xiàn)顯著關(guān)聯(lián)。經(jīng)過21次課，我將18次平時(shí)作業(yè)和3次測試情況（含期末考試）進(jìn)行了歸結(jié)，如上圖所示。

通過圖表可以發(fā)現(xiàn)，流程圖測試和順序結(jié)構(gòu)環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)組和對(duì)比組存在不太顯著的差異。在循環(huán)結(jié)構(gòu)環(huán)節(jié)兩組分化較為明顯。推測實(shí)驗(yàn)組學(xué)生先前學(xué)習(xí)的積木編程經(jīng)驗(yàn)對(duì)VB循環(huán)結(jié)構(gòu)章節(jié)的掌握起到了積極的推動(dòng)作用。在越過循環(huán)結(jié)構(gòu)，進(jìn)入枚舉算法學(xué)習(xí)和解題訓(xùn)練階段，兩組差距縮小，最后在期末考試時(shí)通過率幾乎一樣。（兩組平均分有所區(qū)別，分?jǐn)?shù)區(qū)間分布和先前積木編程是否有關(guān)系，需要進(jìn)一步研究）

從本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果推測：學(xué)生所掌握的積木編程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)VB學(xué)習(xí)能夠產(chǎn)生一定的積極影響，其影響范圍較為有限。在學(xué)生對(duì)新知的理解上有促進(jìn)作用;在代碼編寫、算法設(shè)計(jì)等內(nèi)容上，沒有發(fā)現(xiàn)與之相關(guān)的明顯促進(jìn)作用。相比積木編程時(shí)97.8%的高通過率，實(shí)驗(yàn)組在代碼編程上通過率下降了33%。盡管是入門級(jí)的代碼學(xué)習(xí)，但對(duì)于不少學(xué)生而言仍舊比較困難。

● 分析和結(jié)論

（1）積木編程經(jīng)驗(yàn)遷移的局限性，顯示出編程學(xué)習(xí)中的不同知識(shí)類型轉(zhuǎn)化和遷移的區(qū)別。識(shí)記及概念等陳述性知識(shí)遷移效果較好，提升了學(xué)生吸收消化新知識(shí)的速度。而作為一門實(shí)踐學(xué)科，編程中大量用到的自動(dòng)化基本技能和認(rèn)知策略卻難以順利遷移。不少學(xué)習(xí)過積木編程的學(xué)生，在代碼編程中仍遇到較多的學(xué)習(xí)困難。

（2）任何算法的實(shí)現(xiàn)都需要借助語言表述，而代碼和積木在其語言表述上存在巨大差異，使其成為兩種不同的自動(dòng)化基本技能。學(xué)生在積木編程學(xué)習(xí)中習(xí)得的拼圖表述方式，無法遷移到以單詞表述為主的代碼學(xué)習(xí)過程中。學(xué)生對(duì)代碼編程的困難在于單詞難記，語法難學(xué)，語句難寫。同時(shí)，積木式編程和代碼編程所解決的問題類型不同，認(rèn)知策略也不一樣。積木編程解決的問題類型通常為編寫游戲或故事，是面向?qū)ο蟮木幊?，以小貓（Scratch）為主角進(jìn)行的包括移動(dòng)、對(duì)話、控制、觸碰等一系列面向?qū)ο蟮木幊绦袨椋c學(xué)生的日常認(rèn)知習(xí)慣相近。而代碼編程是以數(shù)學(xué)問題為研究領(lǐng)域，是面向過程的編程，解決包括數(shù)值比較、累加累乘、窮舉、排序查找等問題，同時(shí)在設(shè)計(jì)算法的過程中，學(xué)生還受到數(shù)學(xué)學(xué)科思維的干擾。因此，無論學(xué)生之前是否學(xué)習(xí)過積木編程，他們?cè)诖a編程中遇到的許多問題都是新問題。

綜上所述，以Scratch游戲化編程進(jìn)行的教學(xué)，對(duì)學(xué)生VB代碼編程的影響較為有限。積木編程最吸引學(xué)生的角色扮演和游戲編程，對(duì)學(xué)生今后數(shù)學(xué)問題建模及編程的能力塑造影響甚微。如果要更多地為遷移而教，也許應(yīng)該在積木編程中多些算法訓(xùn)練，但這些內(nèi)容是枯燥的，遠(yuǎn)不如游戲編程那么趣學(xué)、趣玩、趣創(chuàng)造。