基于Scratch的兒童編程教育教學(xué)模式的設(shè)計(jì)與構(gòu)建

孫立會(huì) 周丹華

[摘 ? 要] 兒童編程教育與基礎(chǔ)課程的融合已成為編程教育領(lǐng)域研究的重要課題。兒童編程教育融入學(xué)科教學(xué)是轉(zhuǎn)變與重塑計(jì)算教育觀念的一次新嘗試，也是推廣與普及兒童編程教育的創(chuàng)新舉措，更能助力編程教學(xué)與學(xué)科知識(shí)彼此協(xié)同發(fā)展。Scratch具有算法簡(jiǎn)化、媒體豐富的圖像空間，自上而下、分而治之的修補(bǔ)理念，設(shè)計(jì)建造、交流協(xié)作的自由情境等特征優(yōu)勢(shì)，成為“用編程學(xué)”的媒介首選?；诖?，文章以基于設(shè)計(jì)的研究為設(shè)計(jì)原則，并以4P學(xué)習(xí)法為理論基礎(chǔ)，構(gòu)建了以小學(xué)科學(xué)內(nèi)容為案例的兒童編程與學(xué)科融合的教學(xué)模式，以期豐富與優(yōu)化小學(xué)科學(xué)教學(xué)方式并探索推廣多樣化的兒童編程教學(xué)形式。

[關(guān)鍵詞] 兒童編程教育; Scratch; 小學(xué)科學(xué); 教學(xué)模式

[中圖分類號(hào)] G434 ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A

[作者簡(jiǎn)介] 孫立會(huì)（1985—），男，吉林白城人。副教授，博士，主要從事兒童編程教育研究。E-mail：sunlh777@163.com。

一、引 ? 言

人工智能時(shí)代的到來(lái)對(duì)教育提出了更高要求。西蒙·派珀特（Seymour Papert）在20世紀(jì)60年代創(chuàng)建了Logo語(yǔ)言，其愿景是通過(guò)計(jì)算機(jī)環(huán)境改變兒童的認(rèn)知學(xué)習(xí)方式[1]，但此后10年，編程在K-12計(jì)算機(jī)教育中幾乎消失，取而代之的是文字處理和互聯(lián)網(wǎng)搜索等在當(dāng)時(shí)更有價(jià)值的實(shí)用技能[2]。隨著智能教育時(shí)代的到來(lái)，編程教育不僅只為滿足未來(lái)就業(yè)和社會(huì)需求，而且更加關(guān)注“編程賦能”價(jià)值。兒童通過(guò)編程學(xué)習(xí)所培養(yǎng)的思維技能、共情能力以及交流協(xié)作精神，恰能填補(bǔ)諸多學(xué)校教學(xué)方面的空白?？梢暬幊陶Z(yǔ)言的出現(xiàn)重新喚醒了教育界對(duì)編碼的興趣，編程不再是作為一種工具，而是一種發(fā)展其他技能的媒介，以改善學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和結(jié)果。正如米切爾·雷斯尼克所說(shuō)，兒童不是在學(xué)習(xí)編程（Learn to Code），而是“用編程學(xué)（Code to Learn）”，將編程視為一種新的表達(dá)方式，同時(shí)編程也可以作為學(xué)習(xí)其他學(xué)科的媒介[3]。因此，將編程滲透到兒童的基礎(chǔ)課程中，已成為當(dāng)前及今后的一大研究趨勢(shì)。

二、兒童編程教育融入學(xué)科的必要性

（一）認(rèn)知觀：轉(zhuǎn)變與重塑計(jì)算教育觀念的新嘗試

新技術(shù)在課堂中的接受和發(fā)展總是緩慢且遲疑。盡管教師已意識(shí)到計(jì)算教育的重要性，并且也為之付出了努力，但收效卻不盡如人意，或許我們應(yīng)做的是計(jì)算教育觀念的轉(zhuǎn)變。計(jì)算機(jī)賦能教育、信息技術(shù)與課程整合等是研究者經(jīng)常探討的話題，但在面向智能教育時(shí)代的期許之下，可能會(huì)表現(xiàn)出諸多不適應(yīng)性。一是主觀割裂，教育工作者在意識(shí)與實(shí)踐中并未真正將計(jì)算機(jī)教育與傳統(tǒng)學(xué)校教育同等對(duì)待，計(jì)算機(jī)只是賦能，也就是處于補(bǔ)充地位。這種情況在教育信息化覆蓋率較高的國(guó)外課堂也同樣存在。英國(guó)皇家學(xué)會(huì)曾做過(guò)一次全球性調(diào)查，顯示部分國(guó)家中小學(xué)計(jì)算機(jī)課程被“丟棄和擠壓”現(xiàn)象嚴(yán)重[4];二是主體錯(cuò)位，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)意味著計(jì)算機(jī)把兒童程式化，使計(jì)算機(jī)對(duì)兒童進(jìn)行編程。而兒童編程教育的用意是要讓兒童對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程，將自身想法與設(shè)計(jì)付諸計(jì)算機(jī)程序之中。因此，轉(zhuǎn)變與重塑傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)教育觀念，應(yīng)意識(shí)到計(jì)算教育在課堂中的普及障礙不是由把人們拒之門外的高難技術(shù)決定的，而是由人們不愿投入其中的思想決定的[5]。

派珀特窮盡一生來(lái)普及他所期許的計(jì)算機(jī)助學(xué)文化。Logo語(yǔ)言進(jìn)入學(xué)校多年，但編程教學(xué)作為“形式”和“擺設(shè)”的現(xiàn)象依然存在[6]。他認(rèn)為是因?qū)W校在推動(dòng)技術(shù)教育方面表現(xiàn)得“膽怯而遲疑”，“保守”的教育界可分成“學(xué)者型”與“渴望型”兩種[7]?！皩W(xué)者型”承認(rèn)當(dāng)前教育中的潛在問(wèn)題，但關(guān)注的只是短期迫切事件;“渴望型”在此基礎(chǔ)之上正不斷地嘗試改善此情境，但不得不承認(rèn)科技并沒(méi)有為學(xué)校學(xué)習(xí)帶來(lái)革命性改變[7]。學(xué)習(xí)型社會(huì)就如桑巴舞團(tuán)的表演一樣，具有一定組織結(jié)構(gòu)和專業(yè)指導(dǎo)，但最終成果由舞者自創(chuàng)，在相對(duì)自由開(kāi)放的情境下，表現(xiàn)出巨大的學(xué)習(xí)熱情與意愿，表演的效果兼具專業(yè)性與創(chuàng)新性，同時(shí)也充滿對(duì)當(dāng)代政治、文化、生活的隱喻。但學(xué)校忽視了計(jì)算機(jī)的廣泛能力，將其從學(xué)習(xí)過(guò)程中孤立出來(lái)，作為教育的附加部分，而計(jì)算機(jī)在學(xué)校的真正地位應(yīng)如書(shū)本和紙筆一樣普遍[7]。技術(shù)本就是教育中不可或缺的要素，或許應(yīng)該如此表述：未來(lái)最大的挑戰(zhàn)絕不會(huì)是科學(xué)與技術(shù)，是人類認(rèn)知觀念的轉(zhuǎn)變。

（二）方式觀：推廣與普及兒童編程教育的創(chuàng)新舉措

兒童編程教育作為繼奧數(shù)、英語(yǔ)之后我國(guó)兒童教育市場(chǎng)的“最后一塊蛋糕”，吸引了無(wú)數(shù)市場(chǎng)和資本的爭(zhēng)相注入，但編程教育不論是作為信息技術(shù)還是作為科學(xué)類課程，在學(xué)校的普及程度均未達(dá)到理想預(yù)期。

西班牙國(guó)立遠(yuǎn)程教育大學(xué)的研究者曾選取數(shù)所學(xué)校五六年級(jí)學(xué)生進(jìn)行了為期兩年的教學(xué)跟蹤，探究學(xué)生在Scratch教學(xué)環(huán)境下科學(xué)、藝術(shù)等課程中學(xué)科成績(jī)、計(jì)算思維能力及學(xué)習(xí)情感等方面的改變。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，參與教學(xué)活動(dòng)的學(xué)生在這些方面的成績(jī)均有顯著提高[8]。西班牙胡安卡洛斯國(guó)王大學(xué)的研究者在小學(xué)四五年級(jí)英語(yǔ)課堂中引入Scratch，與傳統(tǒng)教學(xué)課堂進(jìn)行對(duì)比探究，一學(xué)期教學(xué)活動(dòng)后發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行Scratch教學(xué)的小組英語(yǔ)成績(jī)進(jìn)步更大，并且對(duì)計(jì)算機(jī)教學(xué)的態(tài)度更積極[9]。日本文部科學(xué)省于2018年頒布了《小學(xué)學(xué)習(xí)指導(dǎo)綱要》[10]，將編程教育作為小學(xué)必修課程，將編程思想與小學(xué)課程內(nèi)容相結(jié)合，設(shè)計(jì)了大量教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)案例在各小學(xué)推廣實(shí)施[11]。發(fā)展中國(guó)家在信息化教育的改革與發(fā)展道路上或許面臨著更加艱巨的挑戰(zhàn)。巴西圣卡塔琳娜聯(lián)邦大學(xué)的研究者讓小學(xué)五年級(jí)學(xué)生通過(guò)Scratch學(xué)習(xí)歷史知識(shí)，以此提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣并緩解學(xué)校計(jì)算機(jī)課程量少和專任教師缺乏的情況[12]。因此，探究?jī)和幊探逃谌雽W(xué)生基礎(chǔ)課程的理論支撐及實(shí)踐路徑是編程教育“后進(jìn)”國(guó)家推廣編程教育的快車道，是我國(guó)目前推進(jìn)兒童編程教育值得借鑒的重要形式。我們目前需要的不僅是一種理念和形式，更多的是一種氛圍和態(tài)勢(shì)，形式更多的是一種“渲染和烘托”，但不可否認(rèn)，采用這種方式可能會(huì)收獲更多的了解和關(guān)注，在社會(huì)輿論接受度高的情況下，兒童編程教育才可能獲得它真正的教育地位，獲得后續(xù)發(fā)展。

（三）工具觀：助力編程教學(xué)與學(xué)科知識(shí)彼此協(xié)同發(fā)展

國(guó)際兒童編程教育研究不斷深化，研究者更多地聚焦于編程“賦能”的特點(diǎn)，即編程環(huán)境對(duì)兒童高階思維能力及其他課程學(xué)習(xí)的改善。派珀特與伊迪特·哈雷爾指出，編程學(xué)習(xí)具有“反賦能（Reflexive）”的作用，即編程與其他領(lǐng)域邏輯知識(shí)共同學(xué)習(xí)，要比單獨(dú)學(xué)習(xí)每個(gè)領(lǐng)域更容易，并且進(jìn)步更快[13]。土耳其研究者探究了兒童利用Scratch創(chuàng)建游戲項(xiàng)目，以此驗(yàn)證此干預(yù)對(duì)學(xué)生概率學(xué)習(xí)的影響，結(jié)果表明，基于Scratch的游戲創(chuàng)建教學(xué)對(duì)學(xué)生概率知識(shí)學(xué)習(xí)成績(jī)的提高具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，編程學(xué)習(xí)方式與邏輯性學(xué)科知識(shí)的學(xué)習(xí)在不斷協(xié)同整合中“互相成就”[14]。

編程教育主要是利用適合兒童年齡發(fā)展的簡(jiǎn)化形式的編程工具，幫助兒童掌握計(jì)算機(jī)科學(xué)知識(shí)，發(fā)展理論思維能力[15]。編程的魅力不僅在于編碼，更重要的價(jià)值體現(xiàn)在問(wèn)題解決過(guò)程及思維能力的延伸，以及在此過(guò)程中對(duì)學(xué)習(xí)者觀察、反思和結(jié)構(gòu)性思考等無(wú)形技能的培養(yǎng)[16]，這些技能不僅是優(yōu)秀程序員必需的，也是每位優(yōu)秀學(xué)習(xí)者所必備的。兒童編程教育融入學(xué)科課程的目的是希望帶來(lái)兒童學(xué)習(xí)更深層次的轉(zhuǎn)變。理想的教育情境不是強(qiáng)大的教學(xué)手段和技術(shù)的有效使用，而是兒童融入該環(huán)境的認(rèn)知與意愿[17]。

三、“用編程學(xué)”的媒介——Scratch

Scratch是由麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的一款面向8～16歲兒童的編程軟件[18]。Scratch的設(shè)計(jì)靈感來(lái)源于Logo與Squeak Etoy圖塊化編程理念，兒童通過(guò)鼠標(biāo)拖動(dòng)程序塊的方式編寫(xiě)“Sprite（小精靈）”動(dòng)畫(huà)故事，并可以上傳到Scratch社區(qū)與其他創(chuàng)造者分享交流。Scratch作為標(biāo)志性圖形化編程軟件風(fēng)靡全球，已翻譯成40多種國(guó)家的語(yǔ)言，目前兒童編程教育研究也主要集中在以Scratch為載體的基礎(chǔ)之上。

（一）算法簡(jiǎn)化、媒體豐富的圖像空間

Scratch與文本編程語(yǔ)言相比，算法理解及操作方式更為簡(jiǎn)便。Scratch將文本編程語(yǔ)言替換為命令塊、功能塊、觸發(fā)塊等，用戶通過(guò)拖拽功能程序塊來(lái)賦予角色命令，各程序塊的形狀決定它們能否組合在一起，不符合編程語(yǔ)法的代碼塊不能成功拼接。Scratch又被稱為“數(shù)字樂(lè)高”，特定的部件只能以特定方式結(jié)合，這使得編程中語(yǔ)法錯(cuò)誤不易出現(xiàn)，同時(shí)也奠定了編程中的“試誤”操作。

在文本編程語(yǔ)言中，變量和列表是不可見(jiàn)的，而Scratch中的變量和列表可見(jiàn)并可操作，使用者通過(guò)顯示器可以看到每執(zhí)行一次命令，變量或列表中數(shù)據(jù)的變化過(guò)程[19]。Scratch中包含豐富的媒體資源，包括動(dòng)畫(huà)角色、背景圖片、聲音等[20]，為學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)造力提供了豐富素材，也為創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境、引入目標(biāo)對(duì)象提供了支持。Scratch3.0的擴(kuò)展功能包括了添加音樂(lè)、畫(huà)筆、視頻檢測(cè)等功能。Scratch同樣支持硬件功能拓展，能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生各感官體驗(yàn)，拓展功能豐富了Scratch的媒體環(huán)境，為學(xué)習(xí)活動(dòng)的展開(kāi)提供了更好的載體支持，方便學(xué)生對(duì)各類科學(xué)現(xiàn)象的直觀認(rèn)識(shí)與轉(zhuǎn)化操作。

（二）自上而下、分而治之的修補(bǔ)理念

修補(bǔ)這一理念來(lái)自法語(yǔ)“Bricolage”一詞，意為“走街串巷的修補(bǔ)者”，引申為具有無(wú)限可能的創(chuàng)作活動(dòng)。Bricolage的工具袋里放著各樣的修理工件，面對(duì)多樣化的問(wèn)題情境，它們會(huì)嘗試?yán)貌煌墓ぞ呓鉀Q各種“隨機(jī)問(wèn)題”[21]，Bricolage形象勾勒出編程初學(xué)者的狀態(tài)。不論是圖形化編程形式，還是有形實(shí)物化編程形式，都奉行修補(bǔ)理念，在現(xiàn)有文獻(xiàn)中多用“Tinker”一詞來(lái)表示，兒童編程的特點(diǎn)就是極強(qiáng)的“可修補(bǔ)性”，這也符合Scratch不會(huì)產(chǎn)生語(yǔ)法錯(cuò)誤的特點(diǎn)，使用者一般很容易上手創(chuàng)建項(xiàng)目，并通過(guò)不斷嘗試新想法來(lái)完成既定目標(biāo)，在此過(guò)程中培養(yǎng)思維能力[22]。Tinker與Bricolage編程思想一脈相承，成為兒童編程形式特點(diǎn)的代名詞。

修補(bǔ)理念決定了Scratch自上而下、分而治之的編程形式。自上而下的編程方式指使用者從各程序組件開(kāi)始，將它們?cè)O(shè)計(jì)連接在一起形成更大的子系統(tǒng)，直到構(gòu)建成一個(gè)完整的頂層系統(tǒng)，這種被稱作“顆粒化（Extremely Fine-Grained Programming）”編程的形式能夠有效訓(xùn)練兒童分步解決問(wèn)題的意識(shí)與能力[23]。同時(shí)，Scratch自上而下的編程方式能夠淡化兒童編程時(shí)深度算法層面的處理，將目標(biāo)任務(wù)的完成作為問(wèn)題解決的過(guò)程，通過(guò)嘗試可能適合任務(wù)目標(biāo)的所有程序塊來(lái)解決問(wèn)題。自上而下、分而治之的形式不僅為程序編寫(xiě)與課程創(chuàng)新提供了支持，同時(shí)，兒童能對(duì)自身思維過(guò)程有更清晰的認(rèn)識(shí)，更有助于問(wèn)題解決能力的培養(yǎng)。

（三）設(shè)計(jì)建造、交流協(xié)作的自由情境

Scratch延續(xù)了建造主義（Constructionism）理論，該理論根植于建構(gòu)主義（Constructivism）基礎(chǔ)之上，但建造主義將適用范圍拓展到技術(shù)學(xué)習(xí)情境中。建造主義推崇兒童在具體的情境中，利用工具通過(guò)設(shè)計(jì)制作來(lái)獲取知識(shí)與發(fā)展技能;“具體”的思維方式對(duì)于兒童編程教育已不再是皮亞杰理論中所描述的低階思維形式，過(guò)于形式化的邏輯思維是兒童產(chǎn)生編程恐懼和疏離感的原因之一。而Scratch界面提供了具體的情境支持，以具體可感的構(gòu)建過(guò)程和最終可見(jiàn)、可評(píng)的實(shí)物結(jié)構(gòu)來(lái)體現(xiàn)和評(píng)估學(xué)生此過(guò)程中抽象思維技能的獲得與改變，使得“具體”與“抽象”思維相得益彰。

Scratch的“計(jì)算社交”也是其重要特點(diǎn)之一，兒童可以將其作品上傳到Scratch社區(qū)與世界各地的設(shè)計(jì)者彼此分享，互相借鑒，作品在共享開(kāi)放的社區(qū)中不斷探討、修改、完善之后再發(fā)回社區(qū)，此過(guò)程將協(xié)作學(xué)習(xí)、溝通交流的技巧培養(yǎng)充分展現(xiàn)出來(lái)。建造主義不應(yīng)是技術(shù)課程的方法論，而更應(yīng)從認(rèn)識(shí)論的視角來(lái)看待，以此推動(dòng)兒童學(xué)習(xí)研究更深層次的轉(zhuǎn)向[24]。在媒體技術(shù)充斥的現(xiàn)代課堂，這種思想被越來(lái)越多的研究者接受，建造主義本質(zhì)上應(yīng)作為一種認(rèn)識(shí)論，以此能夠承載與衍生不同學(xué)習(xí)理論的實(shí)施與發(fā)展，將其作為兒童編程教育融入課程的教學(xué)模式構(gòu)建與展開(kāi)的頂層設(shè)計(jì)。

四、基于Scratch的課程模式設(shè)計(jì)與構(gòu)建

Scratch作為兒童編程教育實(shí)施的載體，兼具工具性與教育性，可以將其作為課程教學(xué)的橫向工具整合以恰當(dāng)?shù)目颇考皢卧獌?nèi)容，從而培養(yǎng)學(xué)生在理論思維、學(xué)科知識(shí)、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、社交情感等方面的能力。Scratch良好的工具性特點(diǎn)需要理論堅(jiān)實(shí)的教學(xué)模式以及形式豐富的教學(xué)活動(dòng)的支撐，從而最大限度地發(fā)揮其教育優(yōu)勢(shì)。

（一）教學(xué)研究原則與理論基礎(chǔ)

1. 教學(xué)研究原則：基于設(shè)計(jì)的研究

對(duì)兒童編程教育理論與Scratch媒體特點(diǎn)的歸納為兒童編程教學(xué)模式勾勒出大致的實(shí)現(xiàn)圖景，但如何彌合理論研究與教學(xué)實(shí)踐的鴻溝是當(dāng)前應(yīng)解決的問(wèn)題。因此，需要一種符合Scratch內(nèi)在理論特征與外在操作特點(diǎn)的教學(xué)設(shè)計(jì)原則為模式建構(gòu)提供框架支持。本研究選取基于設(shè)計(jì)的研究（Design Based Research，簡(jiǎn)稱DBR）作為教學(xué)模式設(shè)計(jì)與實(shí)施原則，DBR是20世紀(jì)90年代中期美國(guó)研究者提出的一種在真實(shí)情境下以設(shè)計(jì)為中心的研究方法[25]。在當(dāng)代智能環(huán)境中，DBR在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和教育評(píng)估方面煥發(fā)出新的活力，被廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)創(chuàng)新教學(xué)及評(píng)價(jià)活動(dòng)中。DBR的實(shí)行可分為四階段：第一階段是知情探索，即通過(guò)多種途徑對(duì)問(wèn)題表征進(jìn)行理解與假設(shè)，從而引起參與動(dòng)機(jī);第二階段為設(shè)計(jì)建構(gòu)，對(duì)設(shè)計(jì)及制造過(guò)程的記錄描述，涉及研究者、學(xué)習(xí)與教學(xué)實(shí)踐者在真實(shí)情境下的干預(yù)循環(huán);第三階段為影響評(píng)估，創(chuàng)建評(píng)估工具對(duì)干預(yù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并反饋到干預(yù)活動(dòng)中，在迭代實(shí)踐中不斷修改完善以達(dá)到預(yù)期結(jié)果;第四階段為理論化延伸，將實(shí)踐所得的理論原則推廣到更普遍的情境中，開(kāi)發(fā)適應(yīng)個(gè)性化教學(xué)特點(diǎn)的方法[26]。DBR是在真實(shí)的教學(xué)情境中，專注于教學(xué)干預(yù)的設(shè)計(jì)與實(shí)施，由研究者和實(shí)踐者共同參與，通過(guò)不斷創(chuàng)建測(cè)試、迭代精煉將設(shè)計(jì)方案改進(jìn)完善，并且將此理論技能遷移到更廣闊的情境中。通過(guò)對(duì)DBR的階段劃分及特點(diǎn)解讀，得以明確DBR站位于實(shí)踐主體（教學(xué)者與學(xué)習(xí)者）、技術(shù)情境、社會(huì)文化之下，這與兒童編程教育的理論和Scratch特點(diǎn)有諸多契合之處。

2. 理論基礎(chǔ)：4P學(xué)習(xí)法

4P學(xué)習(xí)法由米切爾·雷斯尼克提出，是對(duì)兒童編程教育的觀點(diǎn)提煉而形成的“綜合集成體”，兼具一定的教育理論性與實(shí)踐指導(dǎo)性[27]。

（1）項(xiàng)目（Project）：項(xiàng)目是創(chuàng)新教學(xué)活動(dòng)的基本單位。在創(chuàng)客時(shí)代，通過(guò)“在制造中學(xué)習(xí)”，親身實(shí)踐創(chuàng)造某項(xiàng)產(chǎn)品的過(guò)程中所獲得的知識(shí)才最有價(jià)值[28]?；谟?jì)算機(jī)的學(xué)習(xí)方式是兒童積極“創(chuàng)作制造”知識(shí)的廣闊途徑，兒童在構(gòu)建周圍事物的過(guò)程中獲得新的思想與技能，從而促進(jìn)新事物的螺旋式建構(gòu)。不論是玩具或編程工具，在學(xué)習(xí)制造過(guò)程中都應(yīng)體現(xiàn)從“為我”到“我為”的主體轉(zhuǎn)變，即不是工具載體能為兒童做什么，而是兒童能通過(guò)它們來(lái)獲得什么，將編程作為一種流程的表達(dá)與思想交流的方式，以此延伸到各類問(wèn)題解決和設(shè)計(jì)活動(dòng)中。

（2）熱情（Passion）：內(nèi)在動(dòng)機(jī)才是兒童學(xué)習(xí)長(zhǎng)期堅(jiān)持永續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，編程教育融入學(xué)科教學(xué)活動(dòng)的開(kāi)展應(yīng)在兒童認(rèn)知因素與動(dòng)機(jī)因素之間找到最佳調(diào)整狀態(tài)?；跓崆榈膶W(xué)習(xí)應(yīng)當(dāng)是“艱難的樂(lè)趣”[29]，即當(dāng)兒童對(duì)自己從事的項(xiàng)目感興趣時(shí)，即使是復(fù)雜難解的問(wèn)題情境或在沒(méi)有外界獎(jiǎng)勵(lì)的前提下，他們也會(huì)積極地投入其中。同時(shí)，熱情與內(nèi)在動(dòng)力給標(biāo)準(zhǔn)化教育模式帶來(lái)了更多個(gè)性化發(fā)展的空間，兒童能夠?qū)ψ约旱膶W(xué)習(xí)方式、內(nèi)容、時(shí)間、地點(diǎn)等擁有更多的控制權(quán)。

（3）同伴（Peers）：新技術(shù)的出現(xiàn)不僅改變了協(xié)作學(xué)習(xí)的時(shí)間、地點(diǎn)，而且改變了同伴在學(xué)習(xí)過(guò)程中扮演的角色，Scratch在線學(xué)習(xí)社區(qū)讓兒童在協(xié)作分享中互相學(xué)習(xí)、反饋進(jìn)步。開(kāi)放的設(shè)計(jì)環(huán)境可以帶來(lái)更豐富的創(chuàng)造性靈感與更深刻的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，并營(yíng)造關(guān)愛(ài)、尊重的文化氛圍，頌揚(yáng)多元包容的文化價(jià)值，培養(yǎng)兒童共情、鼓勵(lì)的社會(huì)情感。同時(shí)，教師也是“同伴”角色之一，扮演催化者（激發(fā)學(xué)生思維）、顧問(wèn)（鼓勵(lì)、完善與發(fā)展學(xué)生的項(xiàng)目設(shè)想）、連接者（連接各成員）、協(xié)作者（參與到項(xiàng)目制作的過(guò)程）的角色，技術(shù)不會(huì)完全取代教師，但會(huì)摒棄不會(huì)正確利用技術(shù)的教師，新技術(shù)使教師展開(kāi)“最小干預(yù)”，卻能發(fā)揮最大效能。

（4）游戲（Play）：游戲是項(xiàng)目創(chuàng)造中好奇心、想象力和實(shí)踐活動(dòng)的結(jié)合與體現(xiàn)，編程是對(duì)技術(shù)的設(shè)計(jì)、探索、創(chuàng)造的過(guò)程，應(yīng)當(dāng)提供給學(xué)生創(chuàng)造性探索的自主權(quán)，使得“編碼活動(dòng)如在游樂(lè)場(chǎng)”一般[30]。學(xué)科知識(shí)以傳統(tǒng)教育的偏愛(ài)模式向?qū)W習(xí)者傳授的弊端被許多學(xué)習(xí)者否定，以兒童編程教育的視角審視，問(wèn)題不在于學(xué)科本身，而在于知識(shí)如何被呈現(xiàn)與傳授。

以項(xiàng)目創(chuàng)作為基礎(chǔ)、以熱情為驅(qū)力、以游戲?yàn)閷W(xué)習(xí)途徑、同伴協(xié)作共同創(chuàng)造是4P學(xué)習(xí)法的理念核心，為教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)展提供了實(shí)踐指導(dǎo)。Scratch及4P學(xué)習(xí)法兼具技術(shù)性、社會(huì)性及人文性的特點(diǎn)，各要素同樣可劃歸為實(shí)踐主體、技術(shù)情境、社會(huì)文化之下，與DBR四階段具有同樣的適用背景，兩者共同架構(gòu)起教學(xué)模式的實(shí)踐基礎(chǔ)。

（二）教學(xué)模式建構(gòu)

借鑒DBR階段劃分及基于Scratch項(xiàng)目創(chuàng)作的一般過(guò)程，本研究將兒童編程教育教學(xué)模式劃分為四個(gè)階段：定義抽象、算法設(shè)計(jì)、迭代實(shí)施、拓展延伸。在實(shí)踐主體、技術(shù)情境、社會(huì)文化三者融合的背景之下，使學(xué)習(xí)者在建構(gòu)、執(zhí)行、分析、反思和細(xì)化循環(huán)中不斷發(fā)展[31]。

1. 定義抽象

編程項(xiàng)目創(chuàng)作中最重要的環(huán)節(jié)之一是抽象，如何凝練復(fù)雜多變的情境問(wèn)題的本質(zhì)并轉(zhuǎn)化為能夠用Scratch表示的編碼序列是關(guān)鍵。向?qū)W生解釋目標(biāo)任務(wù)，使其了解學(xué)習(xí)情境并呈現(xiàn)知識(shí)內(nèi)容，幫助學(xué)生將情境內(nèi)容與基本算法原理相聯(lián)系，簡(jiǎn)化為能夠通過(guò)Scratch環(huán)境設(shè)計(jì)解決的問(wèn)題。

2. 算法設(shè)計(jì)

了解問(wèn)題情境后，需要預(yù)設(shè)出每一步的實(shí)施過(guò)程，設(shè)計(jì)基于Scratch的程序算法。在教師引導(dǎo)下，學(xué)生基于Scratch嘗試修補(bǔ)的操作特點(diǎn)及程序算法的原理，將面臨的問(wèn)題情境算法步驟化，為實(shí)施操作描繪藍(lán)圖。

3. 迭代實(shí)施

根據(jù)預(yù)設(shè)步驟進(jìn)行實(shí)踐操作，根據(jù)實(shí)際情境不斷調(diào)整方案，在創(chuàng)新更迭中解決隨機(jī)個(gè)性化問(wèn)題;通過(guò)同伴交流借鑒（面對(duì)面溝通或評(píng)論區(qū)提問(wèn)）獲得靈感，同時(shí)，教師適時(shí)的引導(dǎo)與輔助能夠幫助學(xué)生更好地達(dá)成預(yù)設(shè)情境。

4. 拓展延伸

將項(xiàng)目創(chuàng)作中所涉及的邏輯原理拓展到更廣范圍的生活情境中。作品完成后進(jìn)行展示與評(píng)估，學(xué)生展示介紹，同伴交流釋疑，或?qū)⒆髌飞蟼鞯絊cratch社區(qū)，在社交討論中不斷補(bǔ)充修正;了解學(xué)生教學(xué)活動(dòng)后對(duì)Scratch程序設(shè)計(jì)中算法知識(shí)與學(xué)科知識(shí)學(xué)習(xí)的理解與感受，并將其與生活實(shí)踐相聯(lián)系。

? ? ? 綜上所述，將各要素有機(jī)結(jié)合建構(gòu)出兒童編程教育教學(xué)模式，如圖1所示。在最基本的生命層次“細(xì)胞”中，4P學(xué)習(xí)法作為“基因”調(diào)控整個(gè)系統(tǒng);技術(shù)環(huán)境、實(shí)踐主體、社會(huì)文化承擔(dān)著“核膜”的監(jiān)控和邊界功能，并在此背景之下展開(kāi)設(shè)計(jì)與學(xué)習(xí);四階段劃分充當(dāng)“mRNA”的角色，作為理論與實(shí)踐的中介，將理論“基因”與實(shí)踐執(zhí)行“蛋白”相聯(lián)系。教學(xué)實(shí)踐需要更具體詳細(xì)的指導(dǎo)，因此，在定義抽象、算法設(shè)計(jì)、迭代實(shí)施、拓展延伸四階段之下，將教學(xué)階段細(xì)化為目標(biāo)任務(wù)、內(nèi)容呈現(xiàn)，設(shè)計(jì)構(gòu)思、學(xué)習(xí)指導(dǎo)，迭代創(chuàng)新、練習(xí)反饋，評(píng)估鞏固、知識(shí)轉(zhuǎn)移等，每個(gè)階段對(duì)應(yīng)兩個(gè)步驟，如圖2所示。向?qū)W生解釋目標(biāo)任務(wù)，呈現(xiàn)內(nèi)容知識(shí)，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，形成問(wèn)題表征，刺激學(xué)生對(duì)Scratch算法和學(xué)科知識(shí)的回憶聯(lián)系;在教師指導(dǎo)下，學(xué)生設(shè)計(jì)構(gòu)思問(wèn)題解決的算法步驟;通過(guò)不斷嘗試修補(bǔ)、迭代實(shí)施，形成最終的解決方案，呈現(xiàn)項(xiàng)目作品;開(kāi)展同伴交流展示與在線評(píng)估，并嘗試將邏輯知識(shí)與思維技能拓展到更廣闊的生活與學(xué)習(xí)領(lǐng)域。

五、教學(xué)案例設(shè)計(jì)

（一）Scratch與小學(xué)科學(xué)的結(jié)合

Scratch能更好地幫助學(xué)生理解學(xué)科邏輯規(guī)律、計(jì)算構(gòu)造與方法。本研究以小學(xué)科學(xué)為例，選取一節(jié)課進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，以期為兒童編程教育教學(xué)模式的展開(kāi)提供說(shuō)明與借鑒。小學(xué)科學(xué)作為一門基礎(chǔ)性、綜合性、實(shí)踐性的課程，在小學(xué)階段具有重要地位。新課標(biāo)倡導(dǎo)科學(xué)與多學(xué)科融合教學(xué)，并著重強(qiáng)調(diào)科學(xué)內(nèi)容中技術(shù)與工程領(lǐng)域的教學(xué)整合。探究式的科學(xué)教學(xué)方式不可撼動(dòng)，但科學(xué)課在學(xué)校的開(kāi)展情況不容樂(lè)觀，也亟待科學(xué)教育理論研究和教學(xué)方式的激活與創(chuàng)新;同時(shí)，對(duì)于一些實(shí)踐周期較長(zhǎng)或不適合學(xué)生接觸與體驗(yàn)的操作，在教學(xué)中的效果也不盡如人意。因此，基于Scratch的小學(xué)科學(xué)教學(xué)的開(kāi)展是對(duì)兒童編程融入學(xué)科教學(xué)的嘗試創(chuàng)新，同時(shí)也是對(duì)小學(xué)科學(xué)教學(xué)模式的優(yōu)化與豐富。

（二）教學(xué)內(nèi)容及學(xué)情分析

序列、條件、循環(huán)等基本的程序原理同樣也普遍存在于科學(xué)現(xiàn)象中。利用Scratch編程創(chuàng)作呈現(xiàn)科學(xué)現(xiàn)象和邏輯過(guò)程，加深學(xué)生對(duì)科學(xué)概念內(nèi)容的理解，同時(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中培養(yǎng)訓(xùn)練學(xué)生的計(jì)算思維能力。教學(xué)設(shè)計(jì)選擇《食物鏈與食物網(wǎng)》一課，本課出自教科版《科學(xué)》五年級(jí)上冊(cè)，內(nèi)容目標(biāo)是：使學(xué)生了解食物鏈與食物網(wǎng)及生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者等概念，能夠正確書(shū)寫(xiě)食物鏈并體會(huì)到自然界中生物的相互關(guān)系;食物鏈中各營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間環(huán)環(huán)相扣，體現(xiàn)了計(jì)算中的排序原理，只有合理的營(yíng)養(yǎng)關(guān)系才能保證食物鏈中各生物的穩(wěn)態(tài)，同時(shí)也只有正確的程序順序才能輸出預(yù)設(shè)結(jié)果。在Scratch中設(shè)計(jì)動(dòng)畫(huà)角色行為，需要學(xué)生深入思考如何設(shè)計(jì)角色指令順序，不斷調(diào)整直至最終作品能夠合理呈現(xiàn)角色之間正確的捕食關(guān)系。小學(xué)五年級(jí)學(xué)生已掌握了一定科學(xué)概念與探究能力，具備邏輯思考與設(shè)計(jì)建構(gòu)技能，能夠動(dòng)手創(chuàng)建出較復(fù)雜的動(dòng)畫(huà)、游戲、音樂(lè)等個(gè)性化項(xiàng)目，為教學(xué)的展開(kāi)提供了前提條件。

（三）教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)

教學(xué)活動(dòng)遵循教學(xué)模式展開(kāi)，教師和學(xué)生在每個(gè)階段的每一步驟中都有與之相對(duì)應(yīng)的實(shí)踐活動(dòng)，每一階段體現(xiàn)著不同的4P學(xué)習(xí)法并活躍著不同的主體視角。定義抽象階段目標(biāo)任務(wù)步驟需要教師引入問(wèn)題情境，即探究食物鏈中生物之間的捕食關(guān)系，使學(xué)生能夠理解項(xiàng)目創(chuàng)建的背景，在內(nèi)容呈現(xiàn)步驟中教師需要引導(dǎo)學(xué)生明確基于Scratch項(xiàng)目創(chuàng)建所需的角色、背景等并完成導(dǎo)入，如本節(jié)需要涉及小草、蚜蟲(chóng)、瓢蟲(chóng)、小鳥(niǎo)等角色及背景;此后，闡述項(xiàng)目任務(wù)，可以通過(guò)創(chuàng)建游戲和動(dòng)畫(huà)故事合理表示各生物之間的捕食關(guān)系，使學(xué)生對(duì)任務(wù)表征有大致的了解。此階段，Scratch營(yíng)造技術(shù)環(huán)境激發(fā)學(xué)生的熱情，項(xiàng)目任務(wù)的理解和呈現(xiàn)方式也使得教學(xué)與學(xué)習(xí)實(shí)踐主體積極參與其中，體現(xiàn)了4P學(xué)習(xí)法中的熱情原則，具體教學(xué)設(shè)計(jì)見(jiàn)表1 。

六、結(jié) ? 語(yǔ)

兒童編程融入學(xué)科教學(xué)符合教育信息化發(fā)展的時(shí)代需求，也是兒童編程教育多樣化發(fā)展的創(chuàng)新教學(xué)方式。Scratch作為圖形化編程工具的代表，具有鮮明的操作特點(diǎn)及堅(jiān)實(shí)的理論背景。同時(shí)，在實(shí)踐展開(kāi)過(guò)程中有諸多因素也需考慮，學(xué)科教師能否將Scratch媒體環(huán)境或編程原理與恰當(dāng)?shù)膶W(xué)科知識(shí)內(nèi)容相融合，編程教育與學(xué)科融合的教學(xué)起始時(shí)間、技術(shù)設(shè)備的支持情況還有教師與學(xué)生的技術(shù)操作熟練程度等也是應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步討論的因素。通過(guò)本研究的論述、構(gòu)建與設(shè)計(jì)過(guò)程可以看到，基于Scratch的兒童編程教育教學(xué)模式能夠在學(xué)校課堂開(kāi)展實(shí)施，這為學(xué)科教學(xué)模式的探索提供了更加多樣化的選擇，同時(shí)，也需更加深入的實(shí)踐探究，以此營(yíng)造多樣化的兒童編程教育大環(huán)境。

[參考文獻(xiàn)]

[1] PAPERT S. Mindstorms：children， computers， and powerful ideas[M]. New York：Basic Books，1980.

[2] MORENO-LEON J，ROBLES G，ROMAN G M. Code to learn：where does it belong in the k-12 curriculum？[J].Journal of information technology education：research，2016，15（6）：283-303.

[3] Resnick M. Learn to code，code to learn[EB/OL].（2018-12-03）[2019-11-15].https：//www.robofun.org/blog-1/2018/12/3/samplekids-technology-and-the-internet.

[4] WILSON C，SUDOL L A. Running on empty：the failure to teach K-12[M]. New York：Association for Computing Machinery，2016.

[5] TURKLE S， PAPERT S. Epistemological pluralism： styles and voices within the computer culture[J].Journal of women in culture and society，1990，16（1）：128-157.

[6] MCNERNEY T S. From turtles to tangible programming bricks：explorations in physical language design[J].Personal and ubiquitous computing，2004，8（5）：326-337.

[7] PAPERT S. The children's machine：rethinking school in the age of the computer[M].New York：Basic Books，1993.

[8] SAEZ-LOPEZ J M，ROMAN-GONZALEZ M，VAZQUEZ-CANO M. Visual programming languages integrated across the curriculum in elementary school：a two year case study using "Scratch" in five schools[J].Computers & education，2016，97（3）：129-141.

[9] MORENO-LEON J，ROBLES G. Computer programming as an educational tool in the English classroom： apreliminary study[C]// Proceedings of IEEE Global Engineering Education Conference. Estonia：IEEE，2015：1-7.

[10] 小林 祐紀(jì).コンピューターを使わない小學(xué)校プログラミング教育 “ルビィのぼうけん”で育む論理的思考[M].東京：翔泳社，2017.

[11] 孫立會(huì)，劉思遠(yuǎn)，李曼曼. 面向人工智能時(shí)代兒童編程教育行動(dòng)路徑——基于日本“兒童編程教育發(fā)展必要條件”調(diào)查報(bào)告[J]. 電化教育研究，2019，40（8）：114-120，128.

[12] WANGENHEU C G，ALVESl N C，RODRIGUES P E. Teaching computing in a multidisciplinary way in social studies classes in school——a case study[J].International journal of computer science education in schools，2017，1（2）：1-14.

[13] HAREL I，PAPERT S. Software design as a learning environment[J].Interactive learning environments，1991，1（1）：1-32.

[14] AKPINAR Y，ASLAN U. Supporting children's learning of probability through video game programming[J].Journal of educational computing research，2015，53（2）：228–259.

[15] 孫立會(huì)，周丹華. 國(guó)際兒童編程教育研究現(xiàn)狀與行動(dòng)路徑[J].開(kāi)放教育研究，2019，25（2）：23-35.

[16] ZHANG L C，NOURI J. A systematic review of learning computational thinking through Scratch in K-9[J].Computers & education，2019，141（11）：1-25.

[17] HAREL I，PAPERT S. Situating constructionism[M].New York：Ablex Publishing Corporation，1991.

[18] RESNIC M，MALONEY J，MONROYHERNANDEZ A，et al. Scratch： programming for all[J].Communications of the ACM，2009，52（11）：60-67.

[19] KAFAI Y B，BURKE Q. The social turn in K-12 programming：moving from computational thinking to computational participation[J]. Communications of the ACM，2016，59（8）：26-27.

[20] LAMB A，JOHNSON L. Scratch：computer programming for 21st century learners[J].Teacher librarian，2011，38（4）：65- 75.

[21] 孫立會(huì)，周丹華. 兒童編程教育溯源與未來(lái)路向——人工智能教育先驅(qū)派珀特的“齒輪”與“小精靈”[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2019，29（10）：12-19.

[22] PAPADAKIS S J，KALOGIANNAKIS M，ZARANIS N. Developing fundamental programming concepts and ?computational thinking with ScratchJr in preschool ?education： a case study[J].International journal of mobile learning and organisation，2016，10（3）：187-202.

[23] MEERBAUM S O，ARMONI M，BEN A M. Habits of programming in Scratch[C]//Proceedings of the 16th Annual SIGCSE Conference on Innovation and Technology in Computer Science Education. Darmstadt：ACM，2011：168-172.

[24] PAPERT S，HAREL I. Constructionism[M].New Jersey： Ablex Publishing Corporation，1991.

[25] ANDERSON T. Design-based research and its application to a call centre innovation in distance education[J].Canadian journal of learning and technology，2005，31（2）：1-8.

[26] BANNAN R B. The role of design in research：the integrative learning design framework[J].Educational researcher，2003，32（1）：21-24.

[27] RESNICK M，ROBINSON K. Lifelong kindergarten：cultivating creativity through projects，passion，peers and play[M].Boston：The MIT Press，2017.

[28] MARTINEZ S L，STAGER G. Invent to learn：making，tinkering， and engineering in the classroom[M].Torrance： Constructing Modern Knowledge Press，2013.

[29] PAPERT S. Hard fun[EB/OL].（2010-12-25） [2019-10-30].http：//www.papert.org/articles/HardFun.html.

[30] BERS M U. Coding as a playground：programming and computational thinking in the early childhood classroom[M].New York：The Routledge Press，2017.

[31] SENGUPTA P，KINNEBREW J S，BASU S，et al. Integrating computational thinking with K-12 science education using agent-based computation： a theoretical framework[J].Education and information technologies，2013，18（2）：351-380.

[Abstract] The integration of children's programming education and basic curriculum has become an important topic in the field of programming education. The integration of children's programming education into subject teaching is a new attempt to change and reshape the concept of computing education， and is also an innovative measure to promote and popularize children's programming education， which can help the collaborative development of programming teaching and subject knowledge. Scratch's simplified algorithm， media-rich image space， top-down， divided tinkering concept， design and construction， and free contexts for communication and collaboration make it the preferred medium for “using programming”. Then， based on design-based research （DBR） as the design principle and the 4P learning method as the theoretical basis， this paper builds a teaching model of integrating children's programming and subject with primary science as a case， in order to enrich and optimize primary science teaching methods and explore and promote diversified teaching forms for children's programming.

[Keywords] Children's Programming Education; Scratch; Elementary Science; Teaching Model