不同探究式教學(xué)法對幼兒編程學(xué)習(xí)的影響

陳翠 鄭淵全 時松

[摘 要] 在兒童早期進(jìn)行編程教育，可以促進(jìn)兒童對當(dāng)今數(shù)字化社會的理解。近年來一批專為幼兒開發(fā)的編程工具也為幼兒學(xué)習(xí)編程提供了可能性。為探索結(jié)構(gòu)式探究、引導(dǎo)式探究和開放式探究三種教學(xué)法對幼兒編程學(xué)習(xí)效果的影響，本研究采用準(zhǔn)實驗研究方法，對6個班級159名大班兒童進(jìn)行了8次編程課程的實驗干預(yù)。結(jié)果顯示，幼兒可以掌握排序、循環(huán)、條件分支等基本編程概念;引導(dǎo)探究組幼兒在編程學(xué)習(xí)上的表現(xiàn)顯著優(yōu)于開放探究組和結(jié)構(gòu)探究組，開放探究組和結(jié)構(gòu)探究組則無顯著差異。有條件的幼兒園可以適當(dāng)開展編程教育，教師在組織和實施編程活動時應(yīng)更多使用引導(dǎo)式探究教學(xué)法，既給予幼兒明確的任務(wù)指導(dǎo)，又讓幼兒有足夠的探索時間。

[關(guān)鍵詞] 編程教育;幼兒編程學(xué)習(xí);探究式教學(xué)

一、問題提出

兒童編程是指兒童利用計算機(jī)或其他編程工具開發(fā)一系列指令（instruction）和命令（command），使對象（機(jī)器人或計算機(jī)等）能夠執(zhí)行特定動作或任務(wù)，解決特定問題的過程。[1]學(xué)術(shù)界越來越認(rèn)同編程是新世紀(jì)學(xué)前教育的新素養(yǎng)（“coding is the new literacy” for preschool education），[2]是數(shù)字化社會溝通和交流的重要工具。[3]具備編程能力的兒童更能有效參與到現(xiàn)代數(shù)字世界中，成為數(shù)字產(chǎn)品的創(chuàng)造者，而不僅僅是數(shù)字內(nèi)容的被動消費者。[4]在兒童早期進(jìn)行編程教育，可以確保兒童對數(shù)字世界有更深刻的理解。[5]目前，世界上已有二十多個國家把編程納入義務(wù)教育中，美國、英國、愛爾蘭、波蘭、葡萄牙、新加坡更是在幼兒教育階段開設(shè)編程課程。[6][7][8][9]

在傳統(tǒng)計算機(jī)編程學(xué)習(xí)中，幼兒的主要困難在于需要花費大量時間熟悉軟件、理解復(fù)雜的符號和命令，這些困難讓幼兒在學(xué)習(xí)編程概念上停滯不前。但是，近年來一批專為幼兒開發(fā)的編程工具，如ScratchJr、Hopscotch、Kodable、Lightbot、Bee-Bot、Bluebot、KIBO等，為幼兒提供了以具體化、游戲化、可操作化的方式了解科技的機(jī)會，有效降低了幼兒學(xué)習(xí)編程的門檻。國外一些實證研究表明，4～6歲的兒童就可以理解計算機(jī)編程的基本概念，能夠構(gòu)建和編寫簡單的程序。[10][11][12][13][14]經(jīng)過系統(tǒng)的編程學(xué)習(xí)，幼兒甚至可以理解編程中的排序（sequencing）、控制流程（control flow）、循環(huán)（loops）、參數(shù)（parameters）、分支（branches）、傳感器（sensors）等稍復(fù)雜的概念;[15]使用易于操作的可視化編程工具，幼兒還可以開發(fā)簡單的算法。[16]這些研究都證實了幼兒學(xué)習(xí)編程的可行性。

但是，對于編程教育來說，教學(xué)方法是困擾學(xué)界的主要問題之一。國際上關(guān)于編程教學(xué)的爭議主要集中在教師主導(dǎo)程度和課程開放程度上。在教師主導(dǎo)程度上，有研究者認(rèn)為過多的教學(xué)干預(yù)會破壞以兒童為中心的教育理念;[17]教師不要“過早”干預(yù)編程，而是要讓兒童自己解決問題和及時發(fā)現(xiàn)錯誤，鍛煉其邏輯思維;編程是“做中學(xué)”（learning by doing），犯錯是這個過程的重要組成部分。[18]另一些研究者認(rèn)為，教師在編程教學(xué)中進(jìn)行較多的干預(yù)和指導(dǎo)是必要的，如果沒有計算實踐和計算視角方面的指導(dǎo)，兒童的編程經(jīng)驗可能是非教育性的，教師的大力支持可以幫助兒童更好理解概念，減少認(rèn)知負(fù)擔(dān)。[19][20][21]在課程開放程度上，一些研究者指出較為開放的非結(jié)構(gòu)化課程更能促進(jìn)兒童的編程學(xué)習(xí)，非結(jié)構(gòu)化課程可以遵循以兒童興趣為中心的原則，讓兒童自主選擇要完成的項目，兒童會更有熱情，也可以有更多的時間按照自己的節(jié)奏進(jìn)行實際操作。[22]但有的研究發(fā)現(xiàn)，在沒有明確任務(wù)和指導(dǎo)的情況下，兒童難以保持專注，也難以解決程序中的錯誤，無法改進(jìn)和完善他們的項目，而結(jié)構(gòu)化課程可以充分發(fā)揮教師課程設(shè)計和指導(dǎo)的作用，充分為兒童提供支架，使其編程學(xué)習(xí)更加深入。[23]

從現(xiàn)有研究可知，教學(xué)方法對幼兒編程學(xué)習(xí)的成效存在相當(dāng)大的不確定性。如果沒有合適的教學(xué)方法，教師只能在實際教學(xué)中不斷摸索和試錯，這有可能使兒童在編程這樣一個重要領(lǐng)域失去興趣和動力。因此，在現(xiàn)在編程工具發(fā)展迅速、教師倍感準(zhǔn)備不足的環(huán)境中，發(fā)展一種以實證研究為基礎(chǔ)的教學(xué)方法，有其必要性和價值性。二十多年來，全球教育不斷改革，教學(xué)方式漸由傳統(tǒng)的以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，過去以訓(xùn)練、記憶、背誦為主的教學(xué)，漸漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐詥l(fā)思考、創(chuàng)意及潛能開發(fā)為主的教學(xué)。探究式教學(xué)（Inquiry-Based Teaching）作為以學(xué)生為中心的教學(xué)方式之一，已經(jīng)成為全球幼兒園教學(xué)改革的方向，是適合當(dāng)今時代發(fā)展的教學(xué)方法，也是一種有效的現(xiàn)代學(xué)習(xí)模式。[24]探究式教學(xué)是一種引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)及解決問題的教學(xué)方法，它以學(xué)生的探究活動為中心，通過教師安排合適的學(xué)習(xí)情境，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、認(rèn)清問題的所在、提出可能的假設(shè)、擬定可行的解決方案、驗證假設(shè)并獲得結(jié)論。[25]

在國際上，探究式教學(xué)已經(jīng)發(fā)展出多種模式，美國國家研究委員會（National Research Council，簡稱NRC）根據(jù)教師和學(xué)生的主導(dǎo)程度以及課程開放程度的不同，將探究式教學(xué)劃分為結(jié)構(gòu)式探究（Structured Inquiry）、引導(dǎo)式探究（Guided Inquiry）和開放式探究（Open Inquiry）。[26][27]在結(jié)構(gòu)式探究中，教師向?qū)W生提出一個或多個需要解決的問題，并提供相應(yīng)的方法和材料，學(xué)生通過規(guī)定的程序和步驟探究教師提出的問題，并在每個階段接受明確的逐步指導(dǎo)，以達(dá)到預(yù)定的結(jié)果。[28][29]在引導(dǎo)式探究中，教師向?qū)W生提出需要探究的問題和程序并提供必要的材料，學(xué)生自己決定探究的程序并制定針對性的方案，找到解決問題的策略和方法。[30]開放式探究是探究式教學(xué)中最復(fù)雜的探究形式，教師定義進(jìn)行探究的知識框架，但允許學(xué)生選擇各種各樣的探究問題和方法（學(xué)生設(shè)計或選擇），[31]學(xué)生可以根據(jù)自己的好奇心自行構(gòu)建調(diào)查或?qū)嶒灒谔骄窟^程中可不斷改變與修正學(xué)習(xí)策略，以達(dá)到解決問題的目標(biāo)。[32]越趨于結(jié)構(gòu)式的探究，教師主導(dǎo)程度越高;越趨于開放式的探究，學(xué)生主導(dǎo)程度越高。

為了解決編程教育中課程開放程度和教師主導(dǎo)程度的問題，本研究對5～6歲的大班幼兒進(jìn)行8周編程課程的實驗干預(yù)，比較結(jié)構(gòu)式探究、引導(dǎo)式探究、開放式探究三種教學(xué)方式對幼兒編程學(xué)習(xí)成效的影響。本研究結(jié)果可以為在職教師提供教學(xué)方法上的參考，也可以為相關(guān)師資培育單位提供教學(xué)理論的補(bǔ)充。

二、研究方法

（一）研究對象

本研究為準(zhǔn)實驗研究，采用方便取樣法，以江蘇省蘇州市兩所普惠型幼兒園大班幼兒為研究對象。在研究開始之前，研究者通過班級教師給每位家長發(fā)送知情同意書，如果家長不愿意孩子接受此項研究，或者希望孩子只接受課程、不接受測量，都可以告知班級教師，班級教師會在同時間段安排幼兒做其他事情。據(jù)班級教師反饋，沒有一位家長拒絕此項研究。

研究者在兩個幼兒園各隨機(jī)抽取3個大班，并隨機(jī)分配為開放組、引導(dǎo)組、結(jié)構(gòu)組。兩個園總計開放組65人、引導(dǎo)組67人、結(jié)構(gòu)組61人。由于一些不可抗因素，例如有的幼兒不愿意答題，或者下課被家長接走，或者本次課程沒來，一定程度上造成樣本流失。因此，最后計入統(tǒng)計的幼兒人數(shù)分別為：開放組54人、引導(dǎo)組53人、結(jié)構(gòu)組52人。

（二）編程工具

本研究使用的編程工具為KIBO機(jī)器人套件，由塔夫茨大學(xué)（Tufts University）艾略特·皮爾遜兒童研究與人類發(fā)展系和計算機(jī)科學(xué)系教授伯斯（Bers）專為4～7歲兒童開發(fā)。KIBO機(jī)器人包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分，其硬件系統(tǒng)由機(jī)器人主體、車輪、發(fā)動機(jī)、燈泡、傳感器和藝術(shù)平臺組成。其中，傳感器為聲音傳感器（sound sensors）、光傳感器（light sensors）和距離傳感器（distance sensors），分別設(shè)計成耳形、眼形、望遠(yuǎn)鏡形。聲音傳感器用于區(qū)分“響亮”和“安靜”兩個概念，機(jī)器人可以被編程為在聲音很大時做某事，在聲音變得安靜時做其他事情;光傳感器用于區(qū)分“暗”和“亮”兩個概念，機(jī)器人可被編程為當(dāng)感受到光的時候做某事，當(dāng)感受到黑暗的時候做其他事情;距離傳感器用于檢測機(jī)器人是否越來越靠近某物，機(jī)器人可以被編程為在接近某物時做某事，在離開某物時做其他事情。[33]KIBO軟件系統(tǒng)由18個以上的木制程序塊組成，每個木塊有一個彩色標(biāo)簽，上面有圖標(biāo)、文字和條形碼，圖標(biāo)和文字表示該程序塊的動作指令（圖標(biāo)可以讓幼兒在不認(rèn)識文字的情況下知道該程序塊代表的動作），條形碼則用于掃描。KIBO具有嵌入式掃描儀，兒童用機(jī)器人掃描程序塊上的條形碼即可讓機(jī)器人執(zhí)行該動作指令。使用KIBO編程，不需要計算機(jī)、平板電腦或屏幕。KIBO自2014年推出以來，已被51個國家的500多所學(xué)校的數(shù)千名教師以及數(shù)千個家庭、圖書館和教育機(jī)構(gòu)使用。[34]

（三）實驗實施

實施者為研究者和4位研究助理，4位研究助理均為某師范大學(xué)學(xué)前教育系在讀研究生，在本科期間已取得幼兒教師資格證，都是合格幼兒教師。她們有著相似的教育背景和知識層面，年齡在23～24歲之間，均為女性，這可以有效降低研究助理本身造成的實驗誤差。其中，三位研究助理負(fù)責(zé)實施開放式探究、引導(dǎo)式探究、結(jié)構(gòu)式探究的編程課程，另一位助理負(fù)責(zé)和研究者一起進(jìn)行評量。在課程開始之前，研究者對4位研究助理進(jìn)行為期5天的培訓(xùn)，培訓(xùn)內(nèi)容為了解KIBO機(jī)器人、幼兒編程概念、幼兒計算思維、編程課程、教學(xué)方法，并為每位研究助理指定一種教學(xué)方法進(jìn)行教學(xué)，教學(xué)時要遵照各種探究式課程（結(jié)構(gòu)式探究、引導(dǎo)式探究、開放式探究）的特性。為了更好地區(qū)分三種教學(xué)方式，采用集體備課的形式，并且互相討論和區(qū)分各自課程模式，備課時間全部相同。

（四）課程設(shè)計

本研究共進(jìn)行8次課程，包括7節(jié)編程課程和最后1個高峰活動，所用課時總長10～12小時。每周進(jìn)行1次，共進(jìn)行8周，每次課程時長60～80分鐘，所用時間為幼兒園每周三或周四下午的區(qū)角時間，對園內(nèi)其他課程無任何影響。課程全部由研究助理實施，班級教師只需在課程進(jìn)行時維持秩序。課程改編自塔夫茨大學(xué)DevTech研究小組開發(fā)的“機(jī)器動物”（Robotic Animals）課程?！皺C(jī)器動物”課程整合了基礎(chǔ)生物學(xué)的知識和機(jī)器人編程的核心概念。課程主題包括：（1）區(qū)分生物和非生物，根據(jù)它們的共同特征將生物和非生物進(jìn)行分組;（2）認(rèn)識到動物是利用它們的感官與環(huán)境進(jìn)行互動;（3）辨別和理解動物的棲息地是如何滿足其基本需求的。課程內(nèi)容概述如下。

第一課：堅固的物體。了解生物和非生物的區(qū)別。幼兒扮演工程師并制造一些自己知道的生命物體或者非生命物體，教師鼓勵幼兒使用各種藝術(shù)材料對機(jī)器人進(jìn)行外觀改造，鍛煉幼兒的搭建能力和設(shè)計能力，這有利于后續(xù)課程中幼兒成功設(shè)計自己的動物機(jī)器人。

第二課：機(jī)器人是什么？學(xué)習(xí)什么是機(jī)器人，并建構(gòu)自己的機(jī)器動物。幼兒能夠?qū)IBO機(jī)器人的零部件進(jìn)行描述，并且學(xué)會對KIBO機(jī)器人的程序塊進(jìn)行掃描，最后建構(gòu)一個可以移動的機(jī)器動物。

第三課：編程是什么？幼兒學(xué)習(xí)KIBO機(jī)器人的簡單語法結(jié)構(gòu)，知道每個程序都必須以“Begin”開始，以“End”結(jié)束，所有動作模塊都必須放置于開始和結(jié)束之間。幼兒給他們的機(jī)器動物編程，并考慮如何修改程序，使他們的機(jī)器人能像特定動物那樣移動。

第四課：什么是傳感器（1）？幼兒學(xué)習(xí)聲音傳感器，知道機(jī)器人是用傳感器感知周圍的環(huán)境，而人類和動物是用感官感知周圍的環(huán)境，并能將傳感器和感官進(jìn)行聯(lián)系和比較。學(xué)習(xí)用“Wait for Clap”（等待拍手）指令，能夠編程“KIBO聽到拍手的聲音時會做某事”，比如當(dāng)KIBO聽到拍手的聲音時會唱歌（Sing）。想象人或動物聽到拍手聲音會做什么動作，并為KIBO編程。

第五課：什么是重復(fù)循環(huán)？幼兒學(xué)習(xí)重復(fù)循環(huán)，并能將重復(fù)循環(huán)與動物的遷徙聯(lián)系起來。幼兒要明白重復(fù)循環(huán)指令能夠讓KIBO重復(fù)給定次數(shù)的動作或者無限重復(fù)某動作，學(xué)習(xí)“Repeat”“End Repeat”的語法結(jié)構(gòu)，并知道數(shù)字和動作模塊必須放在“Repeat”和“End Repeat”之間，KIBO才能執(zhí)行給定的重復(fù)循環(huán)動作。鼓勵幼兒將KIBO想象為某種可以遷徙的動物，并為之設(shè)計重復(fù)循環(huán)程序。

第六課：什么是傳感器（2）？幼兒學(xué)習(xí)距離和光傳感器，并將之與人類和動物的感官聯(lián)系起來。能夠使用距離傳感器參數(shù)“Until Near”“Until Far”和光傳感器參數(shù)“Until Light”“Until Dark”為KIBO編寫重復(fù)循環(huán)程序。鼓勵幼兒將KIBO想象為某種動物，例如將KIBO想象成貓頭鷹，使用光傳感器進(jìn)行編程，讓KIBO一直向前走，直到看到亮光（用手電筒照射光傳感器）才停下來。再如將KIBO想象成小鳥，使用距離傳感器進(jìn)行編程，讓KIBO重復(fù)唱歌，直到有人接近（用手或者一個物體靠近距離傳感器）才停下來。

第七課：什么是“Ifs”？幼兒學(xué)習(xí)條件語句的語法結(jié)構(gòu)，知道動作模塊必須放在“If”和“End If”之間，KIBO才能執(zhí)行條件語句。能夠使用距離傳感器參數(shù)“Near”“Far”和光傳感器參數(shù)“Light”“Dark”為KIBO編寫程序。鼓勵幼兒將KIBO與晝行動物和夜行動物聯(lián)系起來，讓KIBO在白天做一項活動，晚上做另一項活動。例如，將KIBO想象成公雞并編程：如果天亮了，KIBO就發(fā)出“Beep”的聲音。

第八課：高峰活動。幼兒以小組為單位制作一個他們喜歡的動物機(jī)器人，并模仿動物的行為和動作為KIBO編程。在此過程中，幼兒需使用之前課程中所學(xué)到的編程概念。

本研究中，不同探究教學(xué)法，教師主導(dǎo)教學(xué)所占時間比例不同，結(jié)構(gòu)式探究活動課程保留60%的教師支持時間，其余時間為幼兒分組活動，教師會為每組幼兒設(shè)定明確的封閉性的任務(wù);引導(dǎo)式探究課程將整體課程時間的60%留給學(xué)生進(jìn)行探究活動，教師的引導(dǎo)時間僅占40%，教師在分組活動中綜合使用封閉性任務(wù)和開放式任務(wù);開放式探究課程教師僅保留20%的時間作引導(dǎo)及講述，其余時間安排幼兒探究活動，教師為幼兒設(shè)置開放性任務(wù)或由幼兒自由探索。課程實施時，除集中授課時間之外，全部以小組活動形式開展。下面以第五課“什么是重復(fù)循環(huán)？”為例，根據(jù)探究式教學(xué)的4個步驟——發(fā)現(xiàn)問題、提出假設(shè)、擬定解決方案、結(jié)果驗證，進(jìn)行教學(xué)方案的設(shè)計。（詳見表1）

（五）測量工具

編程任務(wù)測試（Solve-It Tasks Programming Assessment）由塔夫茨大學(xué)DevTech研究小組開發(fā)，旨在測試幼兒對編程概念的掌握程度。其測試包括簡單排序（easy sequencing）、復(fù)雜排序（hard sequencing）、使用數(shù)字參數(shù)的簡單重復(fù)循環(huán)（easy repeat loops with number parameters）、使用數(shù)字參數(shù)的復(fù)雜重復(fù)循環(huán)（hard repeat loops with number parameters）、使用“等待”命令的排序（sequencing with the “Wait-For” command）、使用傳感器參數(shù)的簡單重復(fù)循環(huán)（easy repeat loops with sensor parameters）和使用傳感器參數(shù)的復(fù)雜重復(fù)循環(huán)（hard repeat loops with sensor parameters），以及使用條件語句（conditional statements）編程等8項任務(wù)。[35][36]

測試在第8次課程結(jié)束以后進(jìn)行，幼兒每5～6人為一組，分散坐在教室的幾個位置，以保證每個幼兒都不會看到其他幼兒的答案。評量者為幼兒讀機(jī)器人故事，每讀完一個故事，研究助理將事先剪好的程序貼紙打亂順序分發(fā)給幼兒，請幼兒排列出程序并貼在答題紙上。例如，評量者先讀一個故事：“在這個故事里，我的機(jī)器人要睡覺了。我想讓我的機(jī)器人向家里的每個人說晚安，機(jī)器人有一個哥哥，一個姐姐和一個媽媽。首先，我要啟動我的機(jī)器人，機(jī)器人向每個人說晚安的時候會發(fā)出嗶的聲音！我想讓機(jī)器人向三個人說晚安，所以它會發(fā)出三次嗶嗶聲。然后，我要機(jī)器人停止嗶嗶聲，最后，關(guān)掉機(jī)器人?！弊x完一遍故事后，請幼兒根據(jù)故事排列程序貼紙，然后再重復(fù)讀一遍故事，以便幼兒核對和修改自己的程序。待幼兒完成一題后，再讀下一個故事并分發(fā)貼紙。為了減少來自評量者的影響，本測試自始至終由一位評量者進(jìn)行讀題。

Solve-It任務(wù)中的每一題都根據(jù)幼兒的程序正確程度以0～6分進(jìn)行評分。評分規(guī)則采用DevTech研究小組開發(fā)的兩段式評分系統(tǒng)，每個Solve-It題目的得分由兩部分組成：控制流程（control flow）和動作順序（actions sequencing）?？刂屏鞒淘u量兒童對“開始”和“結(jié)束”塊的放置（0～3分），動作順序評量動作塊的對應(yīng)順序（0～3分），兩部分加總構(gòu)成每題總分（6分）。這種評分規(guī)則的目的是顯示兒童編程能力的發(fā)展水平，而不是僅僅判斷每題的對錯。[37][38]評分由研究者和一位研究助理進(jìn)行，為了避免評分疏漏，研究助理進(jìn)行第一輪評分，待評分完畢，交與研究者，由研究者進(jìn)行核對。如有分歧，則討論后給出一致評分。

使用Cronbachs α系數(shù)進(jìn)行信度考驗，其信度檢定，α=0.821，根據(jù)居福德（Cuieford）提出的Cronbachs α系數(shù)信度范圍和定義，認(rèn)為α系數(shù)在0.7～0.9之間為很可信。[39]因此，Solve-It測試結(jié)果處于很可信狀態(tài)。

三、研究結(jié)果與分析

Solve-It測試共包括8個任務(wù)，Solve-It 1、2、5都是考察排序的概念。在向機(jī)器人發(fā)出指令或動作時，順序很重要，編程命令的順序?qū)⒂绊憴C(jī)器人執(zhí)行的動作的順序。Solve-It 3、4、6、7都是考察重復(fù)循環(huán)（repeat loops）的概念。在程序中創(chuàng)建重復(fù)的動作和序列，實質(zhì)上是在較長的程序中創(chuàng)建小程序。Solve-It 8考察編程中條件語句的概念，幼兒設(shè)計程序讓機(jī)器人做出選擇。相對而言，Solve-It 1、2、5考察的是簡單編程概念，Solve-It 3、4、6、7、8考察較為復(fù)雜的編程概念。統(tǒng)計結(jié)果見表2。

由表2可知，引導(dǎo)探究組在測試中得到了最高平均分（M=5.51，SD=0.512），開放探究組平均分最低（M=5.05，SD=0.818），結(jié)構(gòu)探究組（M=5.18，SD=0.676）平均分居于中間，但三組平均分都達(dá)到5分以上（滿分為6分），表明幼兒對所教授的編程概念有很高的掌握程度。

為進(jìn)一步了解三組幼兒在Solve-It各項任務(wù)中的表現(xiàn)，對Solve-It各題進(jìn)行描述統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果見表3。

由表3可知，三組幼兒在Solve-It 1（Easy sequencing）都得到了滿分，說明經(jīng)過8次課程的學(xué)習(xí)，每個幼兒都可以掌握編程中簡單排序的概念。在Solve-It 2（Hard sequencing）和Solve-It 5（Wait for clap）也都得到了接近6分的成績，說明幼兒也可以很好理解編程中復(fù)雜排序的概念。Solve-It 3和Solve-It 4分別考察帶數(shù)字參數(shù)的簡單重復(fù)循環(huán)和復(fù)雜重復(fù)循環(huán)概念，三組幼兒多數(shù)達(dá)到5分以上，說明大多數(shù)幼兒可以很好掌握帶數(shù)字參數(shù)的重復(fù)循環(huán)。Solve-It 6和Solve-It 7考察的是帶傳感器參數(shù)的重復(fù)循環(huán)概念，三組幼兒幾乎都取得了4分以上的成績，這說明，雖然帶傳感器參數(shù)的重復(fù)循環(huán)對幼兒來說是較為復(fù)雜的概念，但幼兒并非完全無法理解。Solve-It 8考察“if”條件語句的概念，大部分幼兒都達(dá)到5分以上，說明幼兒可以使用帶有傳感器參數(shù)的條件語句進(jìn)行編程，并且達(dá)到較高的水準(zhǔn)。總體來看，5～6歲的幼兒不僅可以進(jìn)行基礎(chǔ)編程，還可以掌握重復(fù)循環(huán)、條件分支等稍微復(fù)雜的編程概念。

為了進(jìn)一步檢驗三組平均數(shù)是否有顯著差異，對三組分?jǐn)?shù)進(jìn)行單因子方差分析（one-way ANOVA），統(tǒng)計結(jié)果見表4。

由結(jié)果可知（表4），F(xiàn)=6.447，P=0.002<0.05，三個實驗組幼兒在編程學(xué)習(xí)成就上存在顯著差異。由于三組平均數(shù)的同質(zhì)性考驗達(dá)顯著，因此使用Games-Howell進(jìn)行事后多重比較，事后比較顯示，引導(dǎo)探究組平均數(shù)（M=5.51）顯著高于開放組（M=5.05）和結(jié)構(gòu)組（M=5.18）的平均數(shù)，而開放組和結(jié)構(gòu)組沒有顯著差異。這說明經(jīng)過8次課程的學(xué)習(xí)，引導(dǎo)探究組幼兒的編程學(xué)習(xí)成效顯著高于開放組和結(jié)構(gòu)組，開放組和結(jié)構(gòu)組幼兒在編程學(xué)習(xí)成效上沒有顯著差異。

四、討論

（一）幼兒可以掌握排序、循環(huán)、條件分支等編程概念

幼教界對幼兒能否學(xué)習(xí)編程一直存在爭議，有些教育者認(rèn)為幼兒沒有成熟到可以學(xué)習(xí)需要高階思維能力的編程。但本研究結(jié)果表明學(xué)齡前兒童可以掌握排序、循環(huán)、條件分支等編程概念，這為5～6歲兒童可以學(xué)習(xí)邏輯推理和抽象等需要高階思維能力的編程概念提供了重要證據(jù)，也驗證了探究式教學(xué)法對兒童的學(xué)習(xí)成效有正向影響。[40]本研究中，幼兒在排序任務(wù)上表現(xiàn)非常出色，這與沙利文和伯斯（Sullivan & Bers）的研究結(jié)果一致，較為簡單的編程排序任務(wù)中幼兒得分最高，[41]也印證了爾金（Elkin）等人的結(jié)論，學(xué)齡前兒童在不涉及重復(fù)循環(huán)的排序任務(wù)上的表現(xiàn)非常成功。雖然重復(fù)循環(huán)對幼兒來說是相對復(fù)雜的編程概念，[42]但本研究中多數(shù)幼兒可以理解其語法結(jié)構(gòu)，并能創(chuàng)建簡單的重復(fù)循環(huán)程序，這與卡拉迪尼茲（Karadeniz）和戈麥斯（Gomes）等人的研究一致，幼兒能夠在一系列程序指令中嵌入重復(fù)循環(huán)指令，并且保證指令的完整性。[43][44]幼兒對條件分支的理解達(dá)到較高水準(zhǔn)，這與戈麥斯和伯斯等人的研究一致，幼兒能夠使用“if”“then”的條件語句進(jìn)行編程，并掌握基本的邏輯推理能力。[45][46]本研究中幼兒對于編程概念的高度理解，很可能與編程工具將抽象概念具體化有關(guān)。KIBO可以幫助幼兒以一種具體而真實的方式理解抽象的編程概念，幼兒使用木質(zhì)程序塊進(jìn)行編程，并且可以直接查看編程命令對機(jī)器人動作的影響。有研究表明，這種基于現(xiàn)實的互動（reality-based interaction），用三維系統(tǒng)代替二維的視覺和圖標(biāo)，讓互動在現(xiàn)實中發(fā)生，可以更真實地激發(fā)學(xué)習(xí)者的思維，能夠有效幫助兒童以簡單直觀的方式學(xué)習(xí)以前被認(rèn)為對他們來說困難的編程概念。[47]

（二）引導(dǎo)式探究教學(xué)取得最好的學(xué)習(xí)成效

引導(dǎo)組的平均分顯著高于開放組和結(jié)構(gòu)組，這一發(fā)現(xiàn)與國際上的研究基本一致。布魯?shù)潞推绽姿箍铺兀˙ruder & Prescott）研究發(fā)現(xiàn)相對于開放探究和結(jié)構(gòu)探究，引導(dǎo)探究的學(xué)生在內(nèi)容知識的標(biāo)準(zhǔn)化測試中取得最高成就。[48]本泰姆（Bunterm）等人指出與結(jié)構(gòu)探究相比，引導(dǎo)探究條件下的學(xué)生在科學(xué)內(nèi)容知識和科學(xué)過程技能方面都有較大的提高，也就是說，在傳授科學(xué)內(nèi)容知識和科學(xué)過程技能方面，引導(dǎo)探究方法比結(jié)構(gòu)探究方法更有效。[49]江和麥考瑪斯（Jiang & McComas）通過分析2006年的PISA成績發(fā)現(xiàn)，美國和其他22個國家都顯示引導(dǎo)式探究教學(xué)中學(xué)生取得了最高成績。[50]康和凱奈內(nèi)（Kang & Keinonen）同樣也分析了2006年的PISA數(shù)據(jù)，指出引導(dǎo)式探究學(xué)習(xí)是學(xué)生成績的強(qiáng)烈預(yù)測因素，當(dāng)學(xué)生參與并完成探究，而不是參與設(shè)計或提出自己的問題時，他們的學(xué)業(yè)成績明顯更好。[51]具體到本研究中，引導(dǎo)探究組取得最好的學(xué)習(xí)成效，分析其原因為：

其一，引導(dǎo)式探究中教師給予幼兒合適的指導(dǎo)。引導(dǎo)式探究的教室里，教師會以開放式的任務(wù)作為小組活動的開始，每個小組都可以按照自己的想法設(shè)計機(jī)器人程序，但如果其設(shè)計的程序僅僅停留在排序而不涉及重復(fù)循環(huán)或條件分支時，教師則會給予一定的封閉式任務(wù)，要求幼兒加入復(fù)雜的程序。如果幼兒可以熟練地運用重復(fù)循環(huán)和條件分支，教師則會幫助幼兒搭建更高的支架，要求其設(shè)計一個更長的程序同時包含重復(fù)循環(huán)和條件結(jié)構(gòu)。因此，引導(dǎo)探究之所以相對于其他兩種教學(xué)方式更能提升學(xué)生的學(xué)習(xí)成就，是因為課堂上既有支持學(xué)生學(xué)習(xí)的封閉任務(wù)，也有需要學(xué)生自己探索的開放性任務(wù)，教師的作用則是給予學(xué)生一定的支架和引導(dǎo)，優(yōu)化學(xué)習(xí)條件，并在過程中教導(dǎo)學(xué)生如何像科學(xué)家一樣思考、表達(dá)和解決問題。[52]與結(jié)構(gòu)化探究相比，引導(dǎo)探究條件下教師提供的信息種類和數(shù)量具有更大的靈活性，學(xué)生也被鼓勵參與、思考和解釋他們所觀察到的現(xiàn)象;[53]與開放式探究相比，教師作為支持者幫助學(xué)生發(fā)展探究活動，通過適度的教師指導(dǎo)，可以降低與學(xué)習(xí)意圖沒有直接關(guān)聯(lián)的技能和知識的認(rèn)知。[54]

其二，引導(dǎo)式探究中幼兒更能投入到任務(wù)中。引導(dǎo)式探究的教室里，幼兒在小組活動的有限時間內(nèi)，會更多地探究機(jī)器人可以執(zhí)行的程序，而很少出現(xiàn)無所事事的情況;但在結(jié)構(gòu)式探究的教室里，當(dāng)幼兒完成任務(wù)后，或者無所事事，或者用程序塊堆積木，或者把所有編程工具收拾到工具箱中，幼兒在完成老師給予的任務(wù)以后不會再主動進(jìn)行探究活動;在開放式探究教室里，幼兒常呈現(xiàn)兩極分化的趨勢，有些小組可以積極溝通和對話，共同決定要讓機(jī)器人做什么，并且設(shè)計出正確的程序，而有些小組則不知如何討論，只是擺弄手中的程序塊和機(jī)器人。這可能如本泰姆（Bunterm）等人所指出的，結(jié)構(gòu)化探究下的學(xué)生雖然接受了各個步驟的明確指示，并且可以輕松地獲取信息，但這導(dǎo)致學(xué)生更關(guān)注的是老師的指示，而不是自己有意義的學(xué)習(xí);[55]而開放式探究中，學(xué)生沒有明確的程序可依循，容易造成兩極分化現(xiàn)象，能力較強(qiáng)的學(xué)生可以充分發(fā)揮自主性，相反，低成就者常常無所適從。[56]相對來說，引導(dǎo)式教學(xué)活動提供了較明確的程序和足夠的認(rèn)知基礎(chǔ)，學(xué)生除了可以清楚知道教師希望他們做些什么，也可以在得到適度引導(dǎo)和提示的情況下，通過同伴討論逐步形成自己的認(rèn)知，因而，引導(dǎo)式探究中，學(xué)生更容易投入到任務(wù)中，并取得更好的學(xué)習(xí)成效。

（三）結(jié)構(gòu)式探究和開放式探究在幼兒編程學(xué)習(xí)成效上無顯著差異

出現(xiàn)這種結(jié)論原因可能跟結(jié)構(gòu)式探究和開放式探究本身的教學(xué)方式有關(guān)。雖然結(jié)構(gòu)式探究讓學(xué)生熟悉了基本探究技能，但它很少反映科學(xué)探究的真實本質(zhì)，[57]結(jié)構(gòu)式探究的重點在于線性探究過程，通過系統(tǒng)地指導(dǎo)學(xué)生解決一個預(yù)定問題，不足以讓學(xué)生發(fā)展批判性和科學(xué)性思維以及適當(dāng)?shù)膬A向和態(tài)度。[58]因為在結(jié)構(gòu)式探究中，問題、過程和結(jié)果是預(yù)先知道的，這只對發(fā)展基本的探究技能有效，而這些技能是不足以支持學(xué)生掌握科學(xué)探究的真實本質(zhì)，例如觀察與推理、理論與規(guī)律的區(qū)分以及觀點與證據(jù)的協(xié)調(diào)等。因此，學(xué)生一旦完成教師布置的任務(wù)，往往止步于此，不會再主動進(jìn)一步探究。開放式探究通常被認(rèn)為是最復(fù)雜的探究形式，從學(xué)生自己的問題開始，根據(jù)自己的好奇心自行構(gòu)建探究或?qū)嶒?，這種方法最有可能遵循科學(xué)家的實際工作流程，但對學(xué)生的探究水平要求較高，難度也最高。[59]對很多探究能力不強(qiáng)的幼兒來說，開放式探究導(dǎo)致了認(rèn)知超負(fù)荷。泰格（Teig）等人的研究發(fā)現(xiàn)，過度的探究式教學(xué)會導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)效率不高，因為它并不總能導(dǎo)致更深入的學(xué)習(xí)。[60]當(dāng)任務(wù)非常困難時，學(xué)習(xí)效果幾乎為零，通常還會對學(xué)習(xí)動機(jī)產(chǎn)生破壞性影響。根據(jù)認(rèn)知負(fù)荷理論，過度使用認(rèn)知資源，可能引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)時產(chǎn)生認(rèn)知過載或偏離學(xué)習(xí)軌道的問題，因而開放探究的學(xué)生很容易感受到無所適從或?qū)W習(xí)困難。[61]因此，結(jié)構(gòu)式探究和開放式探究各有其問題存在，在本研究中，這兩種探究教學(xué)在幼兒編程學(xué)習(xí)成效上沒有顯著差異。

五、教育建議

（一）有條件的幼兒園可適當(dāng)開展編程教育

本研究結(jié)論表明，5～6歲兒童可以理解基本的編程概念并構(gòu)建和編寫簡單的程序，這成功破除了許多人對幼兒是否有能力學(xué)習(xí)編程的質(zhì)疑。鑒于編程在現(xiàn)代數(shù)字化社會中越來越重要的地位，幼兒園對編程既不要恐懼，也不要排斥，有條件的幼兒園可適當(dāng)開展編程教育，幫助幼兒發(fā)展計算思維、培養(yǎng)現(xiàn)代科技意識、開闊視野。目前市面上幾乎沒有關(guān)于幼兒編程教育的中文教材，幼兒園教師可組成團(tuán)隊，根據(jù)計算機(jī)編程的基本概念和幼兒發(fā)展水平自編教材和開發(fā)課程，并在教學(xué)中不斷完善，為幼兒編程教材開發(fā)和課程設(shè)計提供重要參考;家長也應(yīng)理解并支持教師，有能力的家長可以進(jìn)班輔導(dǎo)，或者提供一些學(xué)習(xí)資源。

（二）教師應(yīng)該在引導(dǎo)和幼兒探究間找到平衡

本研究發(fā)現(xiàn)引導(dǎo)式探究在幼兒編程學(xué)習(xí)成效上起到了最好的作用。因此，在教授編程過程中，建議教師更多使用引導(dǎo)探究的方式，給予幼兒適度的引導(dǎo)、合適的任務(wù)，利用小組合作的力量，讓幼兒主動進(jìn)行探究，適當(dāng)使用支架策略，及時搭架和拆架，避免幼兒在自己探究過程中認(rèn)為編程太難而產(chǎn)生沮喪情緒。在這一過程中，教師既要給予幼兒明確的任務(wù)指導(dǎo)，又要讓幼兒有足夠的探索時間，以確保幼兒既能夠保持專注，又能改進(jìn)和完善自己的項目。恰當(dāng)?shù)慕逃砟?、精心設(shè)計的課程和支持性的學(xué)習(xí)環(huán)境是任何教育創(chuàng)新取得成功的重要因素，因此，應(yīng)當(dāng)充分考慮幼兒認(rèn)知、社交和其他方面的特征，在教師引導(dǎo)和幼兒探究間找到平衡。

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