如何培養(yǎng)低齡兒童的計(jì)算思維

何珊云 戴方時(shí)

摘 要：計(jì)算思維是兒童面對未來的必需能力。隨著計(jì)算思維日益受到教育領(lǐng)域的關(guān)注，計(jì)算思維的培養(yǎng)也日趨低齡化。低齡兒童的計(jì)算思維應(yīng)關(guān)注哪些具體內(nèi)容以及運(yùn)用何種方式進(jìn)行培養(yǎng)，已經(jīng)成為理論領(lǐng)域和實(shí)踐領(lǐng)域共同研究的問題。除了機(jī)器人編程課程學(xué)習(xí)、跨學(xué)科課程學(xué)習(xí)、基于游戲教學(xué)等多種方式外，利用繪本進(jìn)行低齡兒童的計(jì)算思維培養(yǎng)成為新興的方式。本文選擇了四本兒童繪本為對象進(jìn)行內(nèi)容分析，主要對計(jì)算思維的觀念和態(tài)度、核心能力等進(jìn)行編碼。研究發(fā)現(xiàn)：在計(jì)算思維的觀念和態(tài)度中，“解決開放性問題”和“小組合作與交流能力”是繪本中最為重視的觀念和態(tài)度;在計(jì)算思維的核心能力中，數(shù)據(jù)相關(guān)技能、算法和程序、自動化等是繪本中最為重視的核心能力。因此，重視情境的引入和任務(wù)設(shè)置，涉及編程語言的初步學(xué)習(xí)，關(guān)注計(jì)算思維教育中的性別差異，凸顯問題解決能力和遷移能力，都是基于繪本進(jìn)行計(jì)算思維教育的重要問題。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維;繪本;兒童

中圖分類號：G622

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-7615（2021）04-0071-11

DOI：10.15958/j.cnki.jywhlt.2021.04.011

計(jì)算思維對兒童成長的重要性已經(jīng)得到了充分的討論和研究。計(jì)算思維被認(rèn)為和智力一樣，都是解決問題的方法，是把現(xiàn)實(shí)問題通過新的計(jì)算邏輯解決的新思維，是面對未來社會各種復(fù)雜問題的利器[1]。計(jì)算思維對于學(xué)生知識的增長，合作能力的提高，跨學(xué)科綜合問題解決能力[2]和遷移能力的培養(yǎng)[3]，以及科學(xué)精神的養(yǎng)成等方面都有著重要意義。隨著計(jì)算思維日益受到重視，促進(jìn)計(jì)算思維發(fā)展的教學(xué)活動也日趨低齡化，低齡兒童（3—8歲）的計(jì)算思維學(xué)習(xí)的概念和內(nèi)涵是否與其他年齡段有所不同，以及如何在低齡兒童開展合適且有效的促進(jìn)計(jì)算思維的教學(xué)等問題，成為理論界和實(shí)踐界都試圖回答的問題。

一、低齡兒童計(jì)算思維的培養(yǎng)

（一）計(jì)算思維是什么

早在1980年，麻省理工學(xué)院教授西蒙·派珀特在其著作《頭腦風(fēng)暴：兒童、計(jì)算機(jī)及充滿活力的創(chuàng)意》（Mindstorms： Children，Computers，and Powerful Ideas）中，將計(jì)算思維解釋為兒童在通過計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)時(shí)所訓(xùn)練與培養(yǎng)的思維技能[4]。隨后，加德納（Gardner）也提出，要借鑒計(jì)算機(jī)信息處理模式，探索人類認(rèn)知模型化來描述與認(rèn)知思維的信息加工過程[5]?？梢?，早期的計(jì)算思維主要依托于計(jì)算機(jī)學(xué)科提出，其培養(yǎng)領(lǐng)域也局限于計(jì)算機(jī)學(xué)科領(lǐng)域。隨著計(jì)算思維概念的發(fā)展，目前眾多專家學(xué)者較為認(rèn)同、普遍采用的觀點(diǎn)是卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)周以真教授于2006年提出的系統(tǒng)的概念，即計(jì)算思維是利用計(jì)算的基本概念來解決問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類行為的一種方法[6]。還有一些專家學(xué)者從不同視角提出計(jì)算思維的不同解讀，如周佳偉等人提出計(jì)算思維觀念層（認(rèn)識論、方法論）、思維層（抽象、模擬、自動化）和實(shí)踐層（建模與模擬、數(shù)據(jù)收集與分析）的具體內(nèi)容[7]。塞爾比（Cynthia C.Selby）等人則嘗試將計(jì)算思維分類，探討了計(jì)算思維、教學(xué)編程和布魯姆分類法的關(guān)系[8]。此外，各國也在國家層面積極建構(gòu)計(jì)算思維的框架。如2011年，美國計(jì)算機(jī)科學(xué)教師協(xié)會（CSTA）和美國教育技術(shù)協(xié)會共同發(fā)布了《CSTA計(jì)算思維教師資源手冊》（簡稱《手冊》）?！妒謨浴分刑岢觯?jì)算思維是一個(gè)解決問題的過程，主要有以下幾個(gè)特征：將問題公式化，能夠使用計(jì)算機(jī)和其他工具來幫助解決問題;有邏輯地組織和分析數(shù)據(jù);通過抽象來表示數(shù)據(jù);通過算法思維實(shí)現(xiàn)解決問題的自動化;識別、分析和實(shí)施可能的解決方案，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)最高效和最有效的步驟和資源組合;將這個(gè)問題解決過程推廣和轉(zhuǎn)移到各種各樣的問題上[9]。

關(guān)于低齡兒童的計(jì)算思維，美國麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室終身幼兒園小組在2012年開發(fā)了計(jì)算思維的三重框架：計(jì)算概念（順序、循環(huán)、并行等）、計(jì)算實(shí)踐（遞增和重復(fù)、測試和調(diào)試等）、計(jì)算觀念（表達(dá)、聯(lián)系、質(zhì)疑）[10]。2016年，歐盟委員會聯(lián)合研究中心發(fā)布了《在義務(wù)教育階段發(fā)展計(jì)算思維研究報(bào)告》，給出了計(jì)算思維核心技能及其定義，其中6個(gè)核心技能分別是：抽象、算法思維、自動化、分解、調(diào)試和概括化[11]。孫立會等人以皮亞杰認(rèn)知發(fā)展階段論為基礎(chǔ)，認(rèn)為幼兒到小學(xué)階段屬于前計(jì)算思維階段，這一階段是構(gòu)建計(jì)算思維的基礎(chǔ)階段，培養(yǎng)一種潛在的計(jì)算思維意識，在大腦中埋下計(jì)算思維的“種子”[12]。雖然在實(shí)踐領(lǐng)域中許多教師對計(jì)算思維的概念理解還存在許多誤解[13]，但這一概念正在不斷豐富和發(fā)展，其中低齡兒童的計(jì)算思維的研究也處于起步階段，其定義和內(nèi)涵也日益受到關(guān)注和重視。

（二）計(jì)算思維如何培養(yǎng)

隨著時(shí)代的發(fā)展，計(jì)算思維對于個(gè)人、社會的重要意義逐漸凸顯，很多國家都在政策層面進(jìn)行了學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)方式的探尋。美國教育技術(shù)協(xié)會（ISTE）和計(jì)算機(jī)科學(xué)教師協(xié)會（CSTA）提供了許多計(jì)算思維相關(guān)的資源給領(lǐng)域內(nèi)的從業(yè)者，包括但不限于教師手冊、研討會和相關(guān)的學(xué)術(shù)活動等。在歐洲，荷蘭課程開發(fā)研究所（SLO）于2014年發(fā)布了21世紀(jì)技能概念框架，其中包括數(shù)字掃盲和計(jì)算思維培養(yǎng)[14];在希臘、西班牙、丹麥，編程也是小學(xué)或中學(xué)教育的一部分[15]。在亞洲其他國家和地區(qū)，韓國12歲以下兒童已經(jīng)引入了計(jì)算機(jī)輔助教學(xué);中國臺灣地區(qū)2019年推出的新課程中，強(qiáng)調(diào)了計(jì)算思維的基礎(chǔ)概念和高級概念;中國香港特別行政區(qū)主要通過編碼來培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的概念[16]?？傮w而言，兒童的計(jì)算思維培養(yǎng)主要有機(jī)器人編程課程、跨學(xué)科課程學(xué)習(xí)、基于游戲?qū)W習(xí)等方式。

1.機(jī)器人編程課程

機(jī)器人編程課程是目前計(jì)算思維的主流教育方式，即通過設(shè)計(jì)機(jī)器人學(xué)習(xí)編程提高學(xué)生的計(jì)算思維和創(chuàng)造力。有學(xué)者提出，針對學(xué)生的現(xiàn)有情況進(jìn)行機(jī)器人編程課程設(shè)計(jì)，并將其應(yīng)用到實(shí)際課堂中是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的最佳途徑[17]。近些年出現(xiàn)了很多面向低齡兒童的計(jì)算思維教育的編程產(chǎn)品，如Wonder·share 機(jī)器人、Google Blockly、Robot Turtles、Scratch Jr、Bee-Bot、Cargo-Bot、Daisy the Dinosaur等。其中，Cargo-Bot就是一款移動App應(yīng)用程序，通過設(shè)置指令指揮機(jī)器人移動木箱，內(nèi)容包括迭代、排序算法、分類、模式及執(zhí)行效率等概念[2]。這些機(jī)器人編程課程是學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)的重要途徑，但計(jì)算思維關(guān)注使用計(jì)算機(jī)的基本概念來解決實(shí)際問題，計(jì)算思維的教育絕不可和編程教育劃等號。從已有研究來看，編程、機(jī)器人教學(xué)對于中學(xué)、高中學(xué)生的計(jì)算思維培養(yǎng)有很好的教學(xué)效果，這階段的學(xué)生已基本具備學(xué)習(xí)編程語言的能力。但低齡兒童在編程語言基礎(chǔ)不牢甚至為零的情況下，采用編程、機(jī)器人教學(xué)脫離了低齡兒童的現(xiàn)有認(rèn)知發(fā)展水平，是揠苗助長的行為。編程教育“低齡化”帶來的弊端[18]，需要我們謹(jǐn)慎思考如何合理地培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。

2.跨學(xué)科課程學(xué)習(xí)

跨學(xué)科課程學(xué)習(xí)也是培養(yǎng)計(jì)算思維的重要方式，典型的如STEM課程就在計(jì)算思維教育中發(fā)揮重要作用[19]。由于計(jì)算思維與數(shù)學(xué)學(xué)科的要求具有相似性，使得數(shù)學(xué)學(xué)科成為培養(yǎng)計(jì)算思維的主要學(xué)科。如在進(jìn)行編程基礎(chǔ)教學(xué)之前，通過擴(kuò)展學(xué)生的數(shù)學(xué)邏輯推理，開發(fā)相應(yīng)的流程圖等活動來發(fā)展學(xué)生計(jì)算思維，使學(xué)生能夠以更好的方式進(jìn)行編程的學(xué)習(xí)[20]。國內(nèi)也有學(xué)者在數(shù)學(xué)課中融入計(jì)算思維的培養(yǎng)[21]。但也有學(xué)者對于將計(jì)算思維融入現(xiàn)有學(xué)科中產(chǎn)生了一些擔(dān)憂，數(shù)學(xué)教學(xué)比較關(guān)注成績，里奇（Kathryn M.Rich）認(rèn)為將計(jì)算思維融入數(shù)學(xué)學(xué)科教學(xué)中的前提是要能夠提高學(xué)生對于數(shù)學(xué)的理解[22]。此外，計(jì)算思維中的核心能力之一建模也是物理學(xué)教育中的重要內(nèi)容，將計(jì)算思維引入傳統(tǒng)物理課程，可以重組課程來培養(yǎng)學(xué)生的建模技能[23]。

3.基于游戲?qū)W習(xí)

游戲也是計(jì)算思維教育的重要方式，尤其在較落后地區(qū)，不插電游戲可以成為培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的有效途徑，如印度農(nóng)村貧困兒童教育項(xiàng)目“我的大象朋友”（My Elephant Friend）就用實(shí)體游戲來教授學(xué)生編程和計(jì)算思維[24]。在蒙臺梭利游戲教學(xué)觀念的影響下，對于以計(jì)算機(jī)編程為基礎(chǔ)的計(jì)算思維培養(yǎng)游戲 Dragon Architect[25]、Dash and Dot、Robot Turtles和Cubetto已經(jīng)得到了許多研究者的關(guān)注，并正在嘗試應(yīng)用于正式教學(xué)中[26]。通過玩具（電子或?qū)嶓w）同樣可以進(jìn)行計(jì)算思維的教學(xué)，Megan Hamilton等人將市場上常見的30種培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的玩具進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，算法和程序是所有玩具都涉及的內(nèi)容，其他重要的計(jì)算思維核心技能分別是問題分解、調(diào)試和識別[26]。

可見，現(xiàn)階段已經(jīng)有多種形式的教學(xué)與學(xué)習(xí)，以促進(jìn)低齡兒童計(jì)算思維的發(fā)展，但這些方式在實(shí)際使用中也受到了一定質(zhì)疑。如大多數(shù)的計(jì)算思維的培養(yǎng)是將高中甚至大學(xué)教育的方式直接照搬進(jìn)幼兒園、小學(xué)課堂，缺乏針對低齡兒童年齡特征的培養(yǎng)方式;過多的“屏幕時(shí)間”（scream time）對兒童發(fā)展可能引起不利影響;游戲化教學(xué)方式中涉及的實(shí)體玩具可能成本過高;計(jì)算思維定義按年齡段分析并未達(dá)成統(tǒng)一意見，面對幼兒、小學(xué)低年級學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)缺少特定的學(xué)習(xí)目標(biāo)，往往高估或者低估了學(xué)生的現(xiàn)有發(fā)展水平，導(dǎo)致計(jì)算思維的培養(yǎng)沒有在最近發(fā)展區(qū)內(nèi)進(jìn)行。因此，我們也關(guān)注到不少研究者和實(shí)踐者開始基于繪本針對低齡兒童進(jìn)行計(jì)算思維的學(xué)習(xí)。這一方式不僅免除了研究者對于低齡兒童過多接觸電子產(chǎn)品的擔(dān)憂，也以適合低齡兒童的學(xué)習(xí)方式，獲得了非常多的關(guān)注。

二、促進(jìn)計(jì)算思維發(fā)展的繪本研究

（一）繪本以及基于繪本教學(xué)

繪本被認(rèn)為是低齡兒童學(xué)習(xí)的重要途徑，其主要是由文字和圖畫組成的書籍，又有某種邏輯穿插其中，多具有故事性。日本“繪本之父”松居直先生在《我的圖畫書論》中給出了一個(gè)比較形象的公式：文+畫=帶插圖的書，文×畫=圖畫書，即繪本并不是簡單的文字與圖畫的堆砌，而是文字與圖畫的有機(jī)結(jié)合。

利用繪本進(jìn)行教學(xué)的歷史，最早可以追溯到17世紀(jì)揚(yáng)·阿姆斯·夸美紐斯的《世界圖解》。夸美紐斯提出了直觀性的教學(xué)原則，并將之稱為“金科玉律”。使用繪本進(jìn)行教學(xué)對低年級兒童的發(fā)展是多方面的。如相較于教科書，英語繪本在培養(yǎng)學(xué)生閱讀素養(yǎng)方面具有明顯優(yōu)勢[27]。對于語文學(xué)科的教學(xué)，繪本也可以發(fā)揮重要作用[28]。在學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)的提高方面，繪本也有著顯著的成效。有研究者通過繪本對學(xué)生進(jìn)行環(huán)境知識、環(huán)保意識培養(yǎng)，取得了很好的效果[29]。繪本給學(xué)生帶來的，不僅僅是知識、語言上的提升，同樣也可以培養(yǎng)學(xué)生的情感[30]、價(jià)值觀[31]、思維[32]等方面內(nèi)容。繪本還可以幫助學(xué)生關(guān)心、幫助弱勢兒童，自閉癥相關(guān)繪本可以使學(xué)生產(chǎn)生對自閉癥兒童的移情，進(jìn)而使學(xué)生知道要欣賞所有個(gè)體差異與才能[33]。由此可見，繪本對于低齡兒童的知識、技能、思維、情感態(tài)度、價(jià)值觀等全面發(fā)展起著重要作用。本研究因此將選擇優(yōu)秀的計(jì)算思維繪本進(jìn)行內(nèi)容分析，試圖了解計(jì)算思維學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容以及學(xué)習(xí)方式。

（二）選擇案例繪本

本研究的對象主要是選取已經(jīng)引入國內(nèi)的優(yōu)秀計(jì)算思維繪本，具體的選擇標(biāo)準(zhǔn)如下：在國內(nèi)外市場上具有較高知名度或獲得教育領(lǐng)域內(nèi)資深學(xué)者推薦;其讀者為3—8歲兒童;主要培養(yǎng)目標(biāo)在于學(xué)生思考問題方式、思維層面的轉(zhuǎn)變，而非具體編程軟件和語言的操作教學(xué);語言簡練、色彩豐富，符合兒童年齡發(fā)展階段和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。通過篩選，選擇了《兒童編程大冒險(xiǎn)》《奧拉學(xué)編程》《編程幫幫忙》《孩子看的編程書》四本（套）計(jì)算思維繪本作為分析對象（見表1）。

（三）繪本分析框架和編碼方式

針對低齡兒童計(jì)算思維發(fā)展的特征，本研究主要將計(jì)算思維分為計(jì)算觀念和態(tài)度、核心技能兩個(gè)維度。計(jì)算觀念與態(tài)度的分析框架主要包含：對解決復(fù)雜問題有信心，對困難問題抱有持之以恒的態(tài)度，對不確定問題的承受力，解決開放性問題，小組合作和交流能力[2] 。其中CSTA對于計(jì)算思維的核心技能提出了包括問題解決（Problem Solving）、抽象（Abstraction）等9項(xiàng)能力在內(nèi)的技能框架。其他研究者對眾多計(jì)算思維的定義研究發(fā)現(xiàn)，所使用的詞匯頻率從高到低為：問題解決（Problem Solving，25%）、抽象 （Abstraction，12%）、過程（Process，11%）、計(jì)算機(jī)（Computer，10%）、算法（Algorithm，7%）、數(shù)據(jù) （Data，7%）、科學(xué) （Science，6%）、有效（Effective，5%）、概念（Concepts，5%）、能力（Ability，5%）、分析（Analysing，4%）和工具（Tools，3%）[2]，基本與CSTA的計(jì)算思維核心技能框架吻合，可見這一框架的全面性和權(quán)威性。本研究對于核心技能的分析基本采用這一框架進(jìn)行。由于計(jì)算思維核心技能中的“數(shù)據(jù)收集”“數(shù)據(jù)分析”和“數(shù)據(jù)呈現(xiàn)”3個(gè)數(shù)據(jù)相關(guān)的技能是兒童對于問題的整個(gè)求解過程，這三者往往連續(xù)出現(xiàn)形成一整套的問題分析動作，故將三者合并為“數(shù)據(jù)相關(guān)技能”進(jìn)行編碼分析。

本研究進(jìn)一步將5個(gè)計(jì)算思維的觀念和態(tài)度定義與9個(gè)計(jì)算思維核心技能定義，對繪本內(nèi)容進(jìn)行編碼，對繪本中的文字和圖畫所涉及的概念進(jìn)行計(jì)量（見表2和表3）。以每個(gè)單頁作為分析單位，只分析繪本的正文部分。同一概念在單頁中出現(xiàn)文字和對應(yīng)繪畫各一次，以一次計(jì)數(shù);多次出現(xiàn)文字或繪畫的：若文字與繪畫對應(yīng)（描述同一概念），將文字與圖畫對應(yīng)后計(jì)一次數(shù)，同一概念一頁最多計(jì)數(shù)一次;若文字與繪畫未描述同一概念的，各自分別計(jì)數(shù)。

三、四種繪本分析

（一）情境和主要內(nèi)容

1.《編程大冒險(xiǎn)》

全書以Ruby這一小女生形象為線索，以Ruby生活中的故事情境為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了10個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)情境（見表4），并將編程語言和計(jì)算思維融入故事之中。書中有大量的插畫，幫助兒童理解學(xué)習(xí)，引導(dǎo)兒童解決問題。

2.《奧拉學(xué)編程》

《奧拉學(xué)編程》這一繪本的主要目的是讓更多人（男生和女生）進(jìn)入計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，讓女孩和男孩一樣都可以從小接觸到STEAM教育。通過此書來啟發(fā)女生參與技術(shù)行業(yè)，打破男性更加適合從事技術(shù)行業(yè)的偏見，建立女孩成為工程師的信心。這個(gè)繪本主要講述了奧拉和她的機(jī)器人朋友“迪迪”的一次旅程，起因是小女孩奧拉希望數(shù)出天上有多少顆星星，在機(jī)器人“迪迪”的建議下，她們一起來到了充滿新奇發(fā)明的夢想之地——創(chuàng)新園區(qū)，她們在那里發(fā)現(xiàn)了一種可以解決問題的算法，然后經(jīng)歷了將算法轉(zhuǎn)化為代碼并糾錯的過程，最終她們成功數(shù)出了星星的數(shù)量。根據(jù)故事情節(jié)發(fā)生地點(diǎn)，前后經(jīng)過了創(chuàng)新園區(qū)、數(shù)據(jù)中心、創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)室和X空間。在這次旅程中，書中還描述了四位榜樣人物，都是對現(xiàn)實(shí)中人物的映射，這些榜樣人物借鑒了谷歌公司中女性高級工程師的形象。

3.《編程幫幫忙》

《編程幫幫忙》以生活中的例子為主線，在其中穿插許多編程語言與算法，通過實(shí)際生活中問題的解決來營造情境、引入任務(wù)，進(jìn)而培養(yǎng)兒童的計(jì)算思維。編程語言只是一種工具，更新?lián)Q代很快，但背后的計(jì)算思維卻是不變的。此繪本主要講述了女孩小珍珠和機(jī)器人帕斯卡在沙灘堆沙堡的故事。整個(gè)夏天，小珍珠一直在努力建造一個(gè)完美的沙堡，但總會遇到一些各種各樣的問題。今天是小珍珠和她的機(jī)器人朋友帕斯卡的最后一次機(jī)會，這次他們用編程的方法將堆沙堡的問題分解成小的、可管理的步驟，終于堆好了完美的沙堡。繪本中的主要內(nèi)容分為選定地點(diǎn)、準(zhǔn)備沙子、塑形和裝飾、挖壕溝4個(gè)部分。在解決堆沙堡這個(gè)問題的過程中，作者引入了代碼、序列、循環(huán)、條件等觀念，鼓勵讀者通過遷移來解決實(shí)際問題。

4.《孩子看的編程啟蒙書》

《孩子看的編程啟蒙書》分為1、2兩輯，每輯有4冊，共計(jì)8冊。其主題與主要內(nèi)容為：算法原來是這樣的、掌握常用的算法、用流程圖描繪生活、有趣的算法游戲、編程真有趣、編程來幫忙、編程能做的事、生活中的編程。情境引入十分有趣，對于學(xué)生算法思維和技能的培養(yǎng)也是由淺入深，其主要編寫邏輯在于從算法簡介、嘗試使用算法技能、編程入門到最后尋找編程在生活中的影子，十分符合兒童思維和技能發(fā)展循序漸進(jìn)的特點(diǎn)。此繪本從6個(gè)常見的生活情境入手，讓兒童在故事中學(xué)習(xí)算法思維;又設(shè)置了17個(gè)有趣的算法游戲來對學(xué)生思維培養(yǎng)成效進(jìn)行檢驗(yàn)，鞏固學(xué)習(xí)成果。

（二）計(jì)算思維的編碼分析結(jié)果

1.計(jì)算思維觀念與態(tài)度的編碼結(jié)果

由編碼結(jié)果可以看出，5種計(jì)算思維觀念與態(tài)度在四本繪本中都有所體現(xiàn)。其中，“解決開放性問題”和“小組合作與交流能力”這兩種觀念與態(tài)度出現(xiàn)的次數(shù)最多，占比最重（見圖1）。

解決開放性問題是學(xué)生發(fā)展非常重要的素養(yǎng)之一，以上4本繪本不謀而合地采用了問題情境引入（往往是開放性問題）來引導(dǎo)讀者閱讀與思考?！逗⒆涌吹木幊虇⒚蓵分羞@一觀念與態(tài)度占比較高，是因?yàn)槠鋬?nèi)部結(jié)構(gòu)是由很多開放性問題構(gòu)成的?；趩栴}的教學(xué)（PBL）在教育中應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)得到充分論證，國內(nèi)也有學(xué)者構(gòu)建了基于計(jì)算思維的PBL教學(xué)模式[37]。解決開放性問題這一觀念，并不是指具體的解決開放性問題時(shí)的技能，而是具備區(qū)分開放性問題與非開放性問題的觀念，以及應(yīng)用多種方法解決開放性問題的態(tài)度。

小組合作與交流能力在繪本中的比重也較高，以上四本繪本中的主人公，大多數(shù)不是單打獨(dú)斗，而是有一個(gè)或幾個(gè)朋友共同協(xié)作。隨著故事情節(jié)的發(fā)展，不斷遇到新的問題，不斷地與新的人物溝通、協(xié)助來解決問題。學(xué)會合作本身就是一個(gè)重要的教育目標(biāo)，協(xié)作意識和團(tuán)隊(duì)合作在21世紀(jì)所有的素養(yǎng)中占有關(guān)鍵地位[38]。合作與交流通常會帶來更高的成就和效率，具有良好的心理健康、社交能力以及幫助讀者建立起自尊等好處[39]。

對困難抱有持之以恒的態(tài)度，在這幾本繪本中都有涉及，主要體現(xiàn)形式為主人公嘗試解決問題反復(fù)調(diào)整解決策略的過程。恒心是低齡兒童適應(yīng)社會所不可缺少的一種生存能力，也是發(fā)展健康人格的重要內(nèi)容。我國在《幼兒園教育指導(dǎo)綱要》[40]中提出，要“培養(yǎng)幼兒堅(jiān)強(qiáng)、勇敢、不怕困難的意志品質(zhì)”。

對解決復(fù)雜問題有信心，在這幾本繪本中占的比例較為均衡，所有繪本都幾乎以同樣的比重來描述這一觀念與態(tài)度。按照埃里克森人生的心理發(fā)展階段理論，低齡兒童正處于主動對內(nèi)疚、勤奮對自卑的心理發(fā)展期。這一階段的兒童，需要受到來自內(nèi)部或者外部的鼓勵來樹立對解決問題的信心，在繪本中加入對于學(xué)生信心培養(yǎng)的內(nèi)容，能夠使他們在今后的生活和工作中擁有解決問題的主動性與勤奮感。

對不確定問題的承受力，在繪本中的體現(xiàn)大多是主人公接受到新的任務(wù)時(shí)表現(xiàn)出的積極樂觀的態(tài)度，以及面對失敗時(shí)不放棄的信念。從失敗中學(xué)習(xí)是一種有利于學(xué)習(xí)的方法[41]，學(xué)習(xí)同樣是一種不斷試錯的過程。在節(jié)奏不斷加快的現(xiàn)代社會，學(xué)生所需要承受的壓力也是與日俱增的，目前對于學(xué)術(shù)承受力培養(yǎng)的相關(guān)研究，大多集中于醫(yī)學(xué)生和大學(xué)生之中，對于低齡兒童承受力培養(yǎng)的研究還處于開拓階段，對于不確定問題的承受力將會是以后教育教學(xué)中的重點(diǎn)培養(yǎng)內(nèi)容。

2.計(jì)算思維核心技能的編碼結(jié)果

在對4本繪本共計(jì)11冊書的內(nèi)容編碼計(jì)量后，共計(jì)量191次核心技能，其具體結(jié)果見表5。

由編碼結(jié)果可以看出，在上述培養(yǎng)計(jì)算思維的繪本中，數(shù)據(jù)相關(guān)技能（數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)呈現(xiàn)）共占38%，出現(xiàn)了72次，占比最高。由此可見，在這階段兒童繪本對于學(xué)生數(shù)據(jù)收集、分析和呈現(xiàn)能力的培養(yǎng)擺在了很重要的地位，這同樣是科學(xué)實(shí)踐的重要組成部分，對于學(xué)生科學(xué)概念的形成和提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)具有非常重要的意義。我國《小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》也提到，通過收集和分析信息獲取證據(jù)或經(jīng)過推理得出結(jié)論是科學(xué)探究的總目標(biāo)之一。在低年級兒童中，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)相關(guān)核心技能與算法和程序技能，是這些繪本內(nèi)容中體現(xiàn)出的目標(biāo)導(dǎo)向。

算法和程序這一核心技能占了很高的比重（35%），出現(xiàn)了67次。這一情況或與繪本的故事性有關(guān)，以上繪本都是通過主人公解決具體實(shí)際問題作為引入進(jìn)行的。在解決實(shí)際問題的過程中，會用到各種算法和程序，問題解決能力體現(xiàn)了學(xué)生對多學(xué)科知識的綜合運(yùn)用，體現(xiàn)了學(xué)生多種學(xué)科能力的全面發(fā)展，是學(xué)生適應(yīng)社會、參與社會生活的基本能力[42] 。

自動化這一核心技能在幾本繪本中也占有較高比重（11%），出現(xiàn)了21次。幾本繪本都采用機(jī)器人作為主人公的朋友來進(jìn)行故事情境的創(chuàng)設(shè)，進(jìn)而培養(yǎng)讀者的計(jì)算思維，所以自動化大多體現(xiàn)在主人公給機(jī)器人下的一系列可以自動執(zhí)行的指令上。自動化是學(xué)生學(xué)習(xí)編程語句要達(dá)到的主要目的之一，是節(jié)省勞動力和提高效率的方法[43]，也是未來人工智能社會發(fā)展的重要方向。自動駕駛技術(shù)[44]、自動面部識別[45]等自動化技術(shù)正日益改變著我們的社會與生活。

一項(xiàng)有趣的發(fā)現(xiàn)是仿真、抽象、并行這三項(xiàng)計(jì)算思維核心技能，在許多專家學(xué)者對于計(jì)算思維內(nèi)容的闡釋中都有出現(xiàn)，且在他們的論述中出現(xiàn)頻次不低，但在低年級兒童繪本中卻很少提及這幾個(gè)核心技能。

計(jì)算思維中的仿真技能大多是基于三維建模。建模是仿真的核心[36]，但在繪本這種2D表現(xiàn)形式中，不適合進(jìn)行三維建模觀念的培養(yǎng)。皮亞杰的“三山實(shí)驗(yàn)”同樣也可以說明此階段兒童不但具有自我中心主義，同時(shí)也不能很好地在大腦中進(jìn)行建模表征事物。

抽象能力是較高層面的思維能力，根據(jù)皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展理論，3—8歲兒童處于前運(yùn)算階段，此階段兒童思維活動具有相對具體性，不能進(jìn)行抽象運(yùn)算。有學(xué)者提出，兒童應(yīng)于皮亞杰的具體運(yùn)算階段培養(yǎng)學(xué)生的抽象能力，兒童的抽象性思維在此階段才會逐漸展現(xiàn)其作用[12]。由此可見，在兒童的低年級階段，抽象能力的培養(yǎng)優(yōu)先級較之其他計(jì)算思維核心技能是較低的。

并行這一技能僅在這4本（套）繪本中出現(xiàn)兩次。并行對于低齡兒童的要求較高，需要學(xué)習(xí)者擁有同時(shí)處理兩種以上任務(wù)的能力。對于3—8歲的兒童而言，這一階段的思維較為單一，要求其具有同時(shí)處理多個(gè)任務(wù)的能力較為困難。

四、啟示

（一）注重情境引入與任務(wù)設(shè)置

情境的創(chuàng)設(shè)，對低齡兒童計(jì)算思維的培養(yǎng)起到了良好效用?；谇榫车慕虒W(xué)可以促進(jìn)低齡兒童文本的理解能力和元認(rèn)知能力[46]。以《兒童編程大冒險(xiǎn)》中“雪豹的煩惱”為例，主人公Ruby來到山頂，遇到了雪豹，它看起來有些沮喪。這段文字之后，繪本用整頁紙的內(nèi)容塑造了一個(gè)充滿沮喪的雪豹形象：斜歪著小嘴，尾巴上還夸張地畫上了小火苗。在它的頭頂上還有一團(tuán)亂糟糟的黑線，黑線的上面是一個(gè)死機(jī)的小機(jī)器人，表示此時(shí)雪豹的心情比較糟糕。當(dāng)小女孩問到雪豹沮喪的原因時(shí)，它描述自己喜歡簡單整潔的環(huán)境，而周圍的環(huán)境五顏六色，充滿各種光比較刺眼。小女孩仔細(xì)觀察了這個(gè)復(fù)雜的環(huán)境，發(fā)現(xiàn)了在屋頂閃閃發(fā)光的寶石。在這之后，通過雪豹之口來教育繪本的讀者“專注于事物的本質(zhì)，忽略那些復(fù)雜的細(xì)節(jié)，才能更好地解決問題”。這就是極具故事性的情境引入，目的是培養(yǎng)學(xué)生的抽象能力。在低年級兒童的教學(xué)中，為學(xué)生營造情境性的環(huán)境，可以使學(xué)生更具有參與感;在此階段，提早接觸真實(shí)任務(wù)的情境，更有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)效率與各方面綜合素養(yǎng)的提高。

（二）涉及編程語言的初步學(xué)習(xí)

雖然3—8歲低年級兒童不適合直接進(jìn)行系統(tǒng)的編程教學(xué)來培養(yǎng)計(jì)算思維，但編程語言與計(jì)算思維是緊密相關(guān)的。作為本研究對象的繪本中未涉及具體編程操作性的內(nèi)容和軟件，但在低齡計(jì)算思維繪本中加入編程語言已經(jīng)成為各繪本的普遍做法。例如，《兒童編程大冒險(xiǎn)》中提到了布爾值、Linux系統(tǒng)、bug等內(nèi)容，《奧拉學(xué)編程》中提到了古戈?duì)枴?04、BOOM、BANG、CRASH等內(nèi)容。在編程教育已經(jīng)被越來越多的國家納入國家戰(zhàn)略的大環(huán)境下[47]，于繪本中加入一些編程的基本語句和名詞有利于學(xué)生提前適應(yīng)編程環(huán)境。與此同時(shí)，脫離了具體語言去培養(yǎng)思維是有一定難度的，對于計(jì)算思維的培養(yǎng)，編程語言可以起到一定的輔助作用，幫助學(xué)生理解、運(yùn)用計(jì)算思維的相關(guān)概念。

（三）關(guān)注計(jì)算思維教育中的性別差異

兒童學(xué)習(xí)的性別差異在低齡階段中已經(jīng)有所表現(xiàn)，計(jì)算思維的培養(yǎng)也不例外。有研究指出，由于男女生在自我效能水平、空間感知能力等方面存在差異，女生在計(jì)算思維的養(yǎng)成上弱于男生[48]。但也有研究表明，在女生低年齡段（一年級）如果給以相應(yīng)計(jì)算思維訓(xùn)練，能夠很好地提高女生自我效能感和對于計(jì)算技術(shù)的興趣[49]，進(jìn)而培養(yǎng)計(jì)算思維。本研究發(fā)現(xiàn)，計(jì)算思維繪本的作者大多為女性（僅《孩子看的編程啟蒙書》作者為男性），這些女性在著書目的中都明確提到女童參與的重要性，以及鼓勵女孩在各方面要樹立自信，打破行業(yè)性別偏見。例如，《奧拉學(xué)編程》編寫團(tuán)隊(duì)中的5位女性明確指出：開發(fā)繪本的目的之一，是努力彌補(bǔ)女性在計(jì)算思維學(xué)習(xí)中存在的差距。在學(xué)校教學(xué)中，我們要對相對處于弱勢的女性群體進(jìn)行針對性教學(xué)，打破性別刻板印象，設(shè)置專門的計(jì)算思維課程，對女童進(jìn)行專門的、有區(qū)別性的教育[50]。

（四）凸顯問題解決能力與遷移能力

計(jì)算思維的培養(yǎng)，不僅僅局限于解決具體問題，還在于啟發(fā)學(xué)生將之前問題解決過程遷移應(yīng)用到其他情境中的問題。以《奧拉學(xué)編程》為例，這一培養(yǎng)理念與繪本不進(jìn)行實(shí)際編程語言和編程軟件教學(xué)的理念比較符合。編程所使用的軟件和語言是不斷變化的，而繪本進(jìn)行學(xué)生計(jì)算思維層面的培養(yǎng)，是幫助學(xué)生能夠舉一反三，將計(jì)算思維應(yīng)用到更多的問題情境中，從而解決問題。

問題解決能力和遷移能力對于學(xué)生未來發(fā)展的重要性，已經(jīng)得到了充分證明，在學(xué)校教學(xué)中同樣是重點(diǎn)內(nèi)容。計(jì)算思維作為一種高階思維能力，其本身就具有很高的可遷移性與指導(dǎo)問題解決的特點(diǎn)，在計(jì)算思維的培養(yǎng)過程中，應(yīng)更加關(guān)注這一方面。

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Abstract：Calculative thinking is considered as a necessary ability for children to face the future. With the increasing attention of calculative thinking in the field of education， the cultivation of calculative thinking is getting to focus on small children. What is the specific content of this thinking and how to cultivate it becomes an important research problem faced by the theoretical and practical fields. In addition to robot programming courses， interdisciplinary learning， game-based teaching and other ways， the use of picture books to cultivate the calculative thinking of young children has become an emerging way. In this paper， four picture books for children are selected as the objects for content analysis， to encode the concepts and attitudes of calculative thinking， as well as core abilities. It is found that among the concepts and attitudes of calculative thinking， “solving open problems” and “teamwork and communication skills” are the most valued concepts and attitudes in picture books. Among the core competencies of calculative thinking， data-related skills， algorithms and programs， automation， etc.， are the most valued core competencies in picture books. Therefore， the importance of context introduction and task setting， the preliminary learning of programming languages， the attention to gender differences in calculative thinking education， the highlighting of problem-solving ability and transfer ability are all important issues in calculative thinking education based on picture books.

Key words：calculative thinking; picture books; children

（責(zé)任編輯：楊 波）