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    “非計(jì)算機(jī)化”兒童編程教育教學(xué)模式的構(gòu)建與應(yīng)用

    2023-03-01 03:20:04孫立會
    現(xiàn)代教育技術(shù) 2023年2期
    關(guān)鍵詞:計(jì)算機(jī)化編程兒童

    孫立會

    “非計(jì)算機(jī)化”兒童編程教育教學(xué)模式的構(gòu)建與應(yīng)用

    孫立會

    (中央民族大學(xué) 教育學(xué)院,北京 100081)

    目前,雖然人工智能時(shí)代編程教育的重要性愈發(fā)凸顯,但編程教育多將重心放在訓(xùn)練兒童的編碼操作技能,忽視了編程思維培養(yǎng)的重要意義,進(jìn)而偏離了兒童編程教育的本真之意,而探索創(chuàng)生多元化的編程教學(xué)方式以發(fā)展兒童編程思維才是兒童編程教育的價(jià)值所在?;诖?,文章首先從編程發(fā)展歷史和教學(xué)現(xiàn)實(shí)的角度出發(fā),提出“非計(jì)算機(jī)化”兒童編程教育理念,并對其概念內(nèi)涵與教育價(jià)值展開論述;然后文章以建造主義為理論視角并以活動(dòng)理論作為實(shí)踐承接,結(jié)合具身化、游戲化、敘事化和協(xié)作化的活動(dòng)實(shí)踐原則,構(gòu)建了“非計(jì)算機(jī)化”兒童編程教育教學(xué)模式;最后文章通過詳細(xì)介紹教學(xué)設(shè)計(jì)示例,并輔以教學(xué)應(yīng)用效果,說明了“非計(jì)算機(jī)化”兒童編程教育促進(jìn)兒童計(jì)算思維發(fā)展的有效性,以期為兒童編程教育的相關(guān)理論與實(shí)踐研究提供參考。

    非計(jì)算機(jī)化;兒童編程;教學(xué)模式;實(shí)踐應(yīng)用

    自2014年以來,世界各國中小學(xué)計(jì)算機(jī)教育改革就紛紛將編程課程提前至小學(xué)一年級甚至學(xué)前階段,兒童編程教育隨之逐漸成為人工智能時(shí)代變革教學(xué)方式的重要載體,針對其涌現(xiàn)了大量的理論與實(shí)踐研究成果。但目前這些研究成果多傾向于在技術(shù)環(huán)境中訓(xùn)練兒童的編碼技能,對編程作為一種學(xué)習(xí)方式影響兒童思維發(fā)展的作用重視不足,導(dǎo)致兒童編程教育的本意逐漸偏離。而“兒童編程教育之父”西蒙·派珀特認(rèn)為,編程是一種讓兒童以程序運(yùn)行的思維方式來創(chuàng)造性解決實(shí)際問題的教育形式,無論兒童是否身處于計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)環(huán)境之中,兒童編程教育都應(yīng)當(dāng)側(cè)重對兒童思維能力的訓(xùn)練[1]。因此,為重申兒童編程教育的本真之意,彰顯其對兒童認(rèn)知發(fā)展和思維遷移的影響,探索開展“非計(jì)算機(jī)化”形式的兒童編程教育十分必要?;诖?,本研究首先通過對編程歷史的溯源分析,論證“非計(jì)算機(jī)化”兒童編程教育的理念內(nèi)涵和教育價(jià)值,然后構(gòu)建“非計(jì)算機(jī)化”兒童編程教育教學(xué)模式,并通過具體的教學(xué)設(shè)計(jì)示例,佐以教學(xué)應(yīng)用效果驗(yàn)證該模式對促進(jìn)兒童計(jì)算思維發(fā)展的有效性,以期豐富與深化兒童編程教育的理論與實(shí)踐研究。

    一 超越編碼所指:“非計(jì)算機(jī)化”兒童編程教育的理念內(nèi)涵

    “非計(jì)算機(jī)化”兒童編程教育是依托計(jì)算機(jī)平臺的編程教育形式的延伸與補(bǔ)充,其理念內(nèi)涵意在強(qiáng)調(diào)編程教育應(yīng)超越編程技能訓(xùn)練本身,彰顯編程“賦能”兒童認(rèn)知遷移發(fā)展的教育本質(zhì),并落實(shí)“編程式思維”養(yǎng)成的教育目標(biāo)。因此,從編程教育本質(zhì)的追本溯源歷程中“萃取”“非計(jì)算機(jī)化”兒童編程教育理念內(nèi)涵,可以豐富兒童編程教育的理論根基。

    1 先于計(jì)算機(jī)存在的“編程”實(shí)踐活動(dòng)

    編程與計(jì)算機(jī)之間的關(guān)系并非是相互依存、不可分割的,編程也可以獨(dú)立于計(jì)算機(jī)來得以實(shí)現(xiàn)。從“編程”活動(dòng)的發(fā)展歷史來看,人類生產(chǎn)勞動(dòng)中的邏輯計(jì)算活動(dòng)遠(yuǎn)早于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的誕生。研究發(fā)現(xiàn),早在公元前2500年美索不達(dá)米亞人在泥板上記錄食物分配時(shí)開始,人類便已開始了計(jì)算活動(dòng)[2];結(jié)繩記事、珠算口訣等更是被視為最早的體系化算法[3]?,F(xiàn)代計(jì)算機(jī)誕生之前,“Computer”一詞指代的是從事計(jì)算航海表和行星位置等的“計(jì)算員”??梢?,現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的誕生或許只是編程歷史時(shí)間線上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)但絕非是起點(diǎn),運(yùn)用邏輯和算法以解決現(xiàn)實(shí)問題的“編程”活動(dòng)無處不在,這為“非計(jì)算機(jī)化”兒童編程教育理念的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。

    2 興于多元化的編程學(xué)習(xí)形式和實(shí)踐載體

    文本、圖形化編程與教育機(jī)器人作為當(dāng)前幾種主流的兒童編程學(xué)習(xí)形式和實(shí)踐載體,其運(yùn)行機(jī)制均基于計(jì)算機(jī)平臺[4],而“非計(jì)算機(jī)化”的編程形式“擺脫”了計(jì)算虛擬環(huán)境,能夠使兒童在脫離技術(shù)環(huán)境的前提下開展編程活動(dòng)。如有形編程(Tangible Programming)以積木塊和插卡機(jī)器人為載體,以運(yùn)動(dòng)按鈕和指令卡片為驅(qū)動(dòng),使有形實(shí)體完成特定的動(dòng)作任務(wù);不插電(Unplugged)編程活動(dòng)通過游戲、魔術(shù)等簡約化的程序原則幫助兒童學(xué)習(xí)編程概念,從而深化對其思維能力的培養(yǎng)[5];紙筆編程(Paper and Pen Programming)以紙筆和特殊符號等方式將特定邏輯問題轉(zhuǎn)換為程序語言的邏輯表示,以培養(yǎng)兒童更加深層抽象的思維能力[6]。多元的編程工具和實(shí)踐載體催生了“非計(jì)算機(jī)化”編程活動(dòng),并使其有效實(shí)施成為可能。

    3 歸于計(jì)算機(jī)思維方式的“非計(jì)算機(jī)化”活動(dòng)

    雖然計(jì)算機(jī)化工具在當(dāng)今世界中發(fā)揮了重要作用,但若突出體現(xiàn)圍繞人類活動(dòng)的計(jì)算核心,深刻理解編程概念與思想,還需設(shè)計(jì)“非計(jì)算機(jī)化”的編程教學(xué)活動(dòng)[7]。正如艾倫·佩利所言,應(yīng)教會學(xué)生將計(jì)算機(jī)理解為解決問題的通用工具,而非解決問題的特定工具[8]。基于此,本研究提出“非計(jì)算機(jī)化”兒童編程教育的內(nèi)涵:“非計(jì)算機(jī)化”兒童編程教育是一種培養(yǎng)兒童以計(jì)算機(jī)運(yùn)行的思維方式解決實(shí)際問題能力的課程與活動(dòng),具體表現(xiàn)為當(dāng)兒童面對真實(shí)世界的問題時(shí),通過遷移體會程序運(yùn)行的過程原理,厘清思路、方法與手段,并規(guī)劃好步驟,逐步完成任務(wù),從而在此過程中發(fā)展其自身的思維技能,進(jìn)而產(chǎn)生認(rèn)知的增值效應(yīng)。

    二 彰顯意義所在:“非計(jì)算機(jī)化”編程活動(dòng)的教育價(jià)值

    “非計(jì)算機(jī)化”兒童編程教育之于兒童編程教育而言具有其獨(dú)特的意義。因此,針對“非計(jì)算機(jī)化”兒童編程教育價(jià)值的探討是深化學(xué)者對其理念內(nèi)涵理解與認(rèn)同的關(guān)鍵環(huán)節(jié)?!胺怯?jì)算機(jī)化”兒童編程教育在促進(jìn)計(jì)算機(jī)教育資源公平、做好計(jì)算機(jī)編程學(xué)習(xí)銜接、提升兒童計(jì)算思維能力等方面彰顯了其特有的教育價(jià)值。

    1 教育“入口”:計(jì)算機(jī)教育資源公平享有的重要嘗試

    計(jì)算機(jī)教育資源分布不均的問題始終橫亙在我國基礎(chǔ)教育公平現(xiàn)實(shí)議題面前,已成為短時(shí)間內(nèi)很難逾越的“數(shù)字鴻溝”:一方面,編程教育仍主要集中于城市地區(qū)的個(gè)別學(xué)校,尚未得到規(guī)模化推廣;另一方面,技術(shù)設(shè)備的預(yù)算和支持不足是推進(jìn)編程教育實(shí)施的主要障礙。而“非計(jì)算機(jī)化”的編程形式不依托工具本身,這使其成為助推編程教育公平實(shí)現(xiàn)的可能途徑。如Wohl等[9]發(fā)現(xiàn),學(xué)生通過不插電編程學(xué)習(xí)活動(dòng)能夠更有效地加深對計(jì)算機(jī)科學(xué)基本概念的理解,并指出這一形式對于農(nóng)村地區(qū)推廣編程教育具有重大意義?!胺怯?jì)算機(jī)化”兒童編程教育綜合考量了資金投入、教師能力以及班級教學(xué)的多維要素,對于大范圍普及編程教育具有重要價(jià)值。

    2 技術(shù)“接口”:銜接基于計(jì)算機(jī)化平臺編程學(xué)習(xí)的有效形式

    “非計(jì)算機(jī)化”編程形式對于銜接計(jì)算機(jī)化編程學(xué)習(xí)方面具有重要意義。有研究證明,“非計(jì)算機(jī)化”形式在兒童正式學(xué)習(xí)編程軟件前具有認(rèn)知“鋪墊”與“銜接”的作用,比如Grover等[10]在兒童參與Scratch編程之前設(shè)計(jì)了一套非編程(Non-programming)式課程,干預(yù)結(jié)果說明非編程活動(dòng)加深了學(xué)生在之后Scratch編程學(xué)習(xí)中對程序概念的理解并促進(jìn)了其對運(yùn)算符功能塊的正確使用??梢?,“非計(jì)算機(jī)化”編程形式可以作為銜接計(jì)算機(jī)化編程學(xué)習(xí)的技術(shù)“接口”。

    3 思維“出口”:以發(fā)展兒童計(jì)算思維能力為最終指向

    諸多實(shí)踐證明,編程教育是提升兒童計(jì)算思維能力的有效方法,“非計(jì)算機(jī)化”編程形式回應(yīng)了計(jì)算思維教育發(fā)展的核心關(guān)切。1980年,派珀特首次提出了“計(jì)算思維”一詞。2006年,周以真重新定義計(jì)算思維,使通過編程培養(yǎng)計(jì)算思維的研究熱潮由此開啟。更有研究者提倡應(yīng)以非編程或不插電的形式來講授計(jì)算思維概念,并將計(jì)算思維整合到教師的教材與教學(xué)活動(dòng)之中[11]。“非計(jì)算機(jī)化”編程形式通過交互影響、觸覺感知和游戲化體驗(yàn),使兒童參與到故事和隱喻的情境中去,這為其計(jì)算思維的培養(yǎng)提供了一方沃土。

    三 “非計(jì)算機(jī)化”兒童編程教育教學(xué)模式的設(shè)計(jì)與構(gòu)建

    教學(xué)模式是助推“非計(jì)算機(jī)化”兒童編程教育由理念內(nèi)涵走向應(yīng)用實(shí)踐的樞紐環(huán)節(jié)?!胺怯?jì)算機(jī)化”兒童編程教育脫離了計(jì)算機(jī)環(huán)境的支持,通過提煉計(jì)算原理以設(shè)計(jì)并組織教學(xué)活動(dòng),以此培養(yǎng)兒童的思維技能。而這一過程的實(shí)現(xiàn)有賴于標(biāo)準(zhǔn)化且規(guī)范化的教學(xué)模式的確立,通過夯實(shí)“非計(jì)算機(jī)化”兒童編程教育教學(xué)模式的理論基礎(chǔ),確立其實(shí)踐原則,并對其理論模型和教學(xué)流程進(jìn)行具體的解讀,可以構(gòu)建教學(xué)模式來指導(dǎo)“非計(jì)算機(jī)化”兒童編程教育教學(xué)活動(dòng)的開展。

    1 “非計(jì)算機(jī)化”兒童編程教育教學(xué)模式的理論基礎(chǔ)

    (1)理論視角:建造主義

    建造主義是派珀特提出的“創(chuàng)造性建構(gòu)式”學(xué)習(xí)思想的精髓,其強(qiáng)調(diào)兒童通過具體的媒介轉(zhuǎn)化大腦中的思維,并通過設(shè)計(jì)與制作來獲得認(rèn)知的遷移發(fā)展[12]。建造主義與“非計(jì)算機(jī)化”兒童編程教育的本質(zhì)具有相通性,其主要體現(xiàn)在:①思維實(shí)在化。建造主義的學(xué)習(xí)環(huán)境要求為兒童提供承載其思考活動(dòng)的心智模型,而“非計(jì)算機(jī)化”兒童編程活動(dòng)通過提供具體可感的實(shí)物,為兒童創(chuàng)建其“思考的對象”。②方式具體化。建造主義主張更加具體的學(xué)習(xí)方式,“非計(jì)算機(jī)化”編程教育同樣使兒童可以在動(dòng)手制作和創(chuàng)造中將抽象思維過程具體化。③主體個(gè)性化。建造主義關(guān)注個(gè)體在制作中學(xué)習(xí)的過程,而“非計(jì)算機(jī)化”編程也主張通過趣味橫生的游戲化活動(dòng)激發(fā)兒童積極情感,促進(jìn)其自我導(dǎo)向型的學(xué)習(xí)。因此,建造主義為“非計(jì)算機(jī)化”兒童編程教育教學(xué)模式的設(shè)計(jì)提供了理論視角。

    (2)理論框架:活動(dòng)理論

    “非計(jì)算機(jī)化”兒童編程教育的本質(zhì)并非單純以教學(xué)材料代替計(jì)算機(jī),而是以組織邏輯性的教學(xué)活動(dòng)代替虛擬交互的計(jì)算環(huán)境。因此,對具體活動(dòng)要素的功能分解和安排是組織“非計(jì)算機(jī)化”編程活動(dòng)的關(guān)鍵?;顒?dòng)理論系統(tǒng)考量了活動(dòng)中主體、客體、工具、共同體、規(guī)則與勞動(dòng)分工各要素間的多重訴求[13],為“非計(jì)算機(jī)化”編程活動(dòng)提供了進(jìn)一步實(shí)施的理論框架。在“非計(jì)算機(jī)化”編程活動(dòng)中,師生(主體)之間利用日常學(xué)習(xí)生活中簡易可得的材料(工具)來組織邏輯性活動(dòng)(規(guī)則)并結(jié)成學(xué)習(xí)社區(qū)(共同體),通過成員之間的協(xié)作交流和分享評價(jià)(勞動(dòng)分工)來學(xué)習(xí)基本的計(jì)算思維概念(客體),最終使兒童認(rèn)知思維能力得以發(fā)展。

    ①主體。基于計(jì)算終端設(shè)備的編程教學(xué)形式使師生分別在各自的虛擬時(shí)空中進(jìn)行對話交流,從而增加了兩者之間的疏離感,而這一弊端之于兒童更為明顯。“非計(jì)算機(jī)化”編程形式避免了計(jì)算機(jī)編程教育中師生之間互動(dòng)的空間轉(zhuǎn)換,明確了師生交互的雙主體地位。如教師可以通過猜謎、魔術(shù)、邀請上臺演示等形式與兒童展開互動(dòng),從而使兩者之間建立更加緊密的連接,由此凸顯了教學(xué)過程中師生的主體性地位。

    ②客體??腕w即主體所追求的物質(zhì)或精神產(chǎn)品?!胺怯?jì)算機(jī)化”編程活動(dòng)中的客體即活動(dòng)中所蘊(yùn)含的計(jì)算機(jī)概念原理以及包括課程、教材和教學(xué)任務(wù)等在內(nèi)的綜合體?;顒?dòng)中的客體兼具聚焦性和專業(yè)性特征,是區(qū)分活動(dòng)特質(zhì)的標(biāo)志。例如,教師以條件、循環(huán)、排序、事件等概念為核心,結(jié)合相應(yīng)的學(xué)科知識內(nèi)容來設(shè)計(jì)“非計(jì)算機(jī)化”編程教學(xué)活動(dòng)。

    ③工具。工具是人類思維能力和問題解決能力發(fā)展的載體。教學(xué)和學(xué)習(xí)者可以根據(jù)自身發(fā)展需要對工具進(jìn)行改造、重構(gòu)以至于內(nèi)化,體現(xiàn)工具的歷史積累效應(yīng)[14]?!胺怯?jì)算機(jī)化”編程活動(dòng)提倡兒童將思考過程投射于紙筆、卡片等具體實(shí)物之上,以助力自身計(jì)算思維技能的發(fā)展。

    ④共同體。共同體是一個(gè)集合概念,包含了活動(dòng)系統(tǒng)中的所有參與人員以及交互關(guān)系。在“非計(jì)算機(jī)化”編程活動(dòng)中,師生、生生能夠在自由開放的活動(dòng)中通過交流互動(dòng)以加強(qiáng)連接并促進(jìn)對問題本身的思考,由此形成學(xué)習(xí)和實(shí)踐的共同體。

    ⑤規(guī)則。規(guī)則是規(guī)范主體和共同體的行為準(zhǔn)則,作為主體與工具之間以及共同體內(nèi)部成員之間的中介以調(diào)節(jié)各要素之間的相互關(guān)系?!胺怯?jì)算機(jī)化”編程活動(dòng)的規(guī)則體現(xiàn)在程序概念下的邏輯活動(dòng),其中以算法邏輯為程序原則,以教學(xué)邏輯為教育準(zhǔn)繩并以活動(dòng)邏輯為組織制度。

    ⑥勞動(dòng)分工。勞動(dòng)分工同樣在共同體和客體之間起著中介作用?!胺怯?jì)算機(jī)化”編程活動(dòng)中學(xué)習(xí)內(nèi)容、活動(dòng)形式以及能力結(jié)構(gòu)等因素存在差異,因此設(shè)計(jì)組織者應(yīng)明確:突出教師在活動(dòng)中的“引導(dǎo)者”和“支持者”地位,凸顯兒童作為“探索者”與“建構(gòu)者”的學(xué)習(xí)特征,同時(shí)體現(xiàn)活動(dòng)本身作為“支撐者”和“推動(dòng)者”的作用,以促進(jìn)教師、兒童與活動(dòng)之間的相互協(xié)調(diào)與共同發(fā)展。

    2 “非計(jì)算機(jī)化”兒童編程教育教學(xué)模式的實(shí)踐原則

    實(shí)踐原則是指導(dǎo)活動(dòng)開展的指南和標(biāo)準(zhǔn)?;诮ㄔ熘髁x理論視角的指導(dǎo),并結(jié)合活動(dòng)理論框架特征,可以確立“非計(jì)算機(jī)化”兒童編程教育教學(xué)模式在活動(dòng)設(shè)計(jì)、活動(dòng)情境、活動(dòng)過程和活動(dòng)空間方面的實(shí)踐原則。

    (1)具身參與、體驗(yàn)感知的活動(dòng)設(shè)計(jì)

    兒童無法掌握過于抽象的算法程序,而其行為可以作為理解和發(fā)展抽象思維的介導(dǎo),因此“非計(jì)算機(jī)化”兒童編程教育教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)凸顯兒童在具身參與和體驗(yàn)感知中發(fā)展自身抽象性思維的優(yōu)勢。例如,相關(guān)研究活動(dòng)以認(rèn)知發(fā)展階段論和全身反應(yīng)法(Total Physical Response,TPR)為理論框架設(shè)計(jì)了以身體動(dòng)作為主的方向游戲和井字游戲,即由兒童扮演機(jī)器人,遵照教師的口頭指令進(jìn)行位置移動(dòng)[15],研究結(jié)果證實(shí)了該教學(xué)方法能夠加深兒童對程序指令的理解。

    (2)游戲驅(qū)動(dòng)、主動(dòng)建構(gòu)的活動(dòng)情境

    游戲創(chuàng)設(shè)了“非計(jì)算機(jī)化”編程教學(xué)的活動(dòng)情境。游戲作為一種有意識的文化實(shí)踐活動(dòng),可以驅(qū)動(dòng)兒童自由探索,使其在制作和設(shè)計(jì)中主動(dòng)建構(gòu)自身的想象力和創(chuàng)造力[16]。它不僅使兒童在情感和行為上得到滿足,更象征性地再現(xiàn)了兒童經(jīng)歷過而尚未同化的現(xiàn)實(shí)經(jīng)驗(yàn)。但同時(shí),游戲作為一種兒童將現(xiàn)實(shí)按照自我需求的轉(zhuǎn)化活動(dòng),需要教學(xué)者提供合適的材料支持[17]。

    (3)擺脫技術(shù)、敘述故事的活動(dòng)過程

    “非計(jì)算機(jī)化”編程教學(xué)擺脫了技術(shù)環(huán)境的“束縛”,以敘述故事的方式貫穿整個(gè)活動(dòng)過程。通過故事理解世界是兒童學(xué)習(xí)的“天性”,將教學(xué)內(nèi)容邏輯滲透在故事情節(jié)之中,能夠增強(qiáng)兒童對學(xué)習(xí)內(nèi)容的認(rèn)知及情感互動(dòng)。因此,“非計(jì)算機(jī)化”編程教學(xué)活動(dòng)需要教師能夠正確架構(gòu)計(jì)算概念與教學(xué)活動(dòng)之間的聯(lián)系,率先在教學(xué)層面形成故事化教學(xué)的模式和步驟。

    (4)交流協(xié)作、問題解決的活動(dòng)空間

    “非計(jì)算機(jī)化”兒童編程教育更加倡導(dǎo)創(chuàng)設(shè)同伴之間通過交流協(xié)作共同解決問題的活動(dòng)空間。例如,塔夫茨大學(xué)的研究者設(shè)計(jì)了一套適合于幼兒園兒童的CAL-KIBO課程,兒童通過對積木塊進(jìn)行排序來設(shè)計(jì)機(jī)器人的執(zhí)行動(dòng)作,之后將作品放在“技術(shù)圈”分享交流,以及時(shí)與同伴溝通討論不同方案的優(yōu)缺點(diǎn),并調(diào)整和優(yōu)化作品設(shè)計(jì)[18]。

    3 “非計(jì)算機(jī)化”兒童編程教育教學(xué)模式的構(gòu)建

    (1)理論模型的確立

    在“非計(jì)算機(jī)化”編程教學(xué)中,邏輯活動(dòng)代替了計(jì)算虛擬情境。因此,“活動(dòng)”才是其“靈魂”所在。建造主義對“思維實(shí)在化、方式具體化、主體個(gè)性化”編程活動(dòng)方式的理解為本研究提供了探索“非計(jì)算機(jī)化”編程教育價(jià)值的“理論視角”,而這一視角的落地需要一種“理論框架”的承接。活動(dòng)理論將教學(xué)活動(dòng)要素分解為主體、客體、工具、規(guī)則、勞動(dòng)分工和共同體六部分,通過賦能系統(tǒng)中各教學(xué)要素,架起了教育理念與教學(xué)實(shí)踐的橋梁。以此為基礎(chǔ),本研究進(jìn)一步確立“非計(jì)算機(jī)化”編程教學(xué)的實(shí)踐原則,從而為教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)提供指南和標(biāo)準(zhǔn),并據(jù)此構(gòu)建了“非計(jì)算機(jī)化”兒童編程教育教學(xué)理論模型圖,如圖1所示。該模型圖體現(xiàn)了建造主義、活動(dòng)理論和實(shí)踐原則三者由內(nèi)而外、由抽象到具體的理論關(guān)系。

    圖1 “非計(jì)算機(jī)化”兒童編程教育教學(xué)理論模型圖

    (2)教學(xué)流程的確立

    教學(xué)流程是教學(xué)模式過程化的具體體現(xiàn)?!胺怯?jì)算機(jī)化”兒童編程教育從活動(dòng)的設(shè)計(jì)、情境、空間和過程維度切入,通過設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)施主體、教學(xué)目標(biāo)客體、活動(dòng)工具的具體行為,并結(jié)合活動(dòng)規(guī)則、共同體以及勞動(dòng)分工的特征,以展示“非計(jì)算機(jī)化”兒童編程教育教學(xué)流程,如圖2所示。

    ①計(jì)算概念選定?!胺怯?jì)算機(jī)化”編程活動(dòng)需要教師首先將程序原理“外顯化”,然后選定某一計(jì)算思維概念并通過講授使兒童理解該活動(dòng)原理。如教師以循環(huán)、條件、序列、結(jié)構(gòu)化等程序原理為邏輯,將其與可能的現(xiàn)實(shí)問題相聯(lián)系,以此設(shè)計(jì)并組織相應(yīng)的教學(xué)活動(dòng)。

    圖2 “非計(jì)算機(jī)化”兒童編程教育教學(xué)流程

    ②游戲情境創(chuàng)設(shè)。教師通過搭建游戲化的活動(dòng)背景,營造活動(dòng)氛圍以調(diào)動(dòng)兒童的興趣,提高其學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī),并基于對問題情境的分析設(shè)計(jì)不同形式的小游戲“拋出”教學(xué)要點(diǎn)。但也應(yīng)注意:游戲目標(biāo)要清晰明確,緊密服務(wù)于計(jì)算思維概念內(nèi)容;游戲的組織應(yīng)當(dāng)具有規(guī)則性,以保證活動(dòng)的有序開展;同時(shí)也應(yīng)關(guān)注游戲開展的適時(shí)性,結(jié)合傳統(tǒng)教學(xué)優(yōu)勢并把握好游戲化教學(xué)的節(jié)點(diǎn)是發(fā)揮最大教學(xué)成效的關(guān)鍵。

    ③故事引領(lǐng)切入?!胺怯?jì)算機(jī)化”編程活動(dòng)的組織需要“故事化”內(nèi)容的填充,這要求教師將教學(xué)“嵌入”到故事背景之中,以敘事的邏輯來結(jié)構(gòu)化教學(xué)流程,以此激發(fā)兒童的學(xué)習(xí)興趣并調(diào)動(dòng)其情感投入。其中,對于低年段的兒童群體,可以采用童話故事和影視動(dòng)畫中的情節(jié)進(jìn)行引入;而對于高年段的學(xué)生群體,可以通過家庭、學(xué)校和社會中發(fā)生的時(shí)事與熱點(diǎn)問題等進(jìn)行引入。

    ④項(xiàng)目協(xié)作構(gòu)建。項(xiàng)目協(xié)作構(gòu)建環(huán)節(jié)是“非計(jì)算機(jī)化”編程活動(dòng)的主體環(huán)節(jié)。兒童與同伴、教師作為獨(dú)立的責(zé)任主體,協(xié)同自身知識與技能儲備,為共同的學(xué)習(xí)目標(biāo)而努力。通過明確某一項(xiàng)目主題,師生需要利用有限的材料和工具構(gòu)想設(shè)計(jì)方案并以具身化的方式參與其中,通過不斷提出可行的方法、觀點(diǎn)和流程,并與同伴開展協(xié)作交流,經(jīng)過多次迭代試誤不斷改進(jìn)完善方案,最終完成項(xiàng)目作品。

    ⑤同伴分享交流?!胺怯?jì)算機(jī)化”編程活動(dòng)中的同伴關(guān)系不僅表現(xiàn)在主體之間的相互影響,同時(shí)也是主體間的情感碰撞與聯(lián)結(jié)。而同伴的作用不僅是交流溝通,同樣也體現(xiàn)在對彼此作品的評價(jià)反饋過程中。在項(xiàng)目作品完成后,同伴間互相交流探討學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn),按照評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)完成自評和互評,以突破自身認(rèn)知壁壘,不斷優(yōu)化自身認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

    ⑥思維評價(jià)遷移。思維評價(jià)遷移環(huán)節(jié)是“非計(jì)算機(jī)化”編程教育目標(biāo)的落實(shí)與教學(xué)價(jià)值的升華階段?!胺怯?jì)算機(jī)化”兒童編程教育的價(jià)值所在即程序原理的邏輯性對學(xué)習(xí)者認(rèn)知遷移有重要影響,教師應(yīng)指導(dǎo)兒童不斷反思編程原理,并聯(lián)系實(shí)際情境以指導(dǎo)問題的解決。

    四 “非計(jì)算機(jī)化”兒童編程教育教學(xué)模式的實(shí)踐示例及應(yīng)用效果

    “非計(jì)算機(jī)化”兒童編程教育教學(xué)模式的實(shí)現(xiàn),有賴于對具體教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用效果的檢驗(yàn)。接下來,本研究將通過實(shí)踐示例詳細(xì)介紹如何設(shè)計(jì)并開展“非計(jì)算機(jī)化”編程教學(xué)活動(dòng),并結(jié)合教學(xué)應(yīng)用效果說明其對提升兒童計(jì)算思維技能的有效性。

    表1 “方格紙編程”活動(dòng)設(shè)計(jì)

    1 “非計(jì)算機(jī)化”編程活動(dòng)的實(shí)踐示例

    本研究選取研究團(tuán)隊(duì)前期設(shè)計(jì)并開展的為期八周的“非計(jì)算機(jī)化”兒童編程教育教學(xué)活動(dòng)中的“方格紙編程”一課為例加以詳細(xì)介紹?!胺礁窦埦幊獭边x自Code.org離線課程部分,旨在幫助學(xué)生認(rèn)識算法作為一項(xiàng)任務(wù)的指令邏輯順序,但僅通過學(xué)生與紙筆的靜態(tài)互動(dòng)難以支撐起一節(jié)完整課程且難以調(diào)動(dòng)兒童學(xué)習(xí)的熱情,因此需要遵循“非計(jì)算機(jī)化”兒童編程教育教學(xué)模式設(shè)計(jì)改進(jìn)其活動(dòng)過程。“方格紙編程”的活動(dòng)設(shè)計(jì)如表1所示,具體過程為:①明確序列、迭代和調(diào)試概念的訓(xùn)練目標(biāo)。教師需向?qū)W生講解概念原理,幫助學(xué)生與具體問題相聯(lián)系。②建立現(xiàn)實(shí)空間的棋盤網(wǎng)格矩陣,創(chuàng)設(shè)游戲化的學(xué)習(xí)情境,使學(xué)生熟悉游戲情境并與計(jì)算概念相聯(lián)系。③引入“營救柯南”的故事背景,通過結(jié)構(gòu)性敘事講述行動(dòng)目的,調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。④活動(dòng)的主體部分以三種類型的游戲形式展開,一是單人游戲,要求學(xué)生在A4網(wǎng)格紙中設(shè)計(jì)程序指令;二是雙人游戲,此時(shí)回歸現(xiàn)實(shí)場景,一人讀取“程序”語言,一人則在網(wǎng)格矩陣中移動(dòng)以執(zhí)行指令;三是多人游戲,小組成員通過擲骰子獲得使用指令卡片的次數(shù),學(xué)生需要在有限的卡片使用次數(shù)中調(diào)試卡片的順序和數(shù)量以最快達(dá)到營救“柯南”的目的。⑤小組成員之間在活動(dòng)中需要密切溝通以明確方案,并且活動(dòng)結(jié)束后就路徑設(shè)計(jì)提出改進(jìn)意見;⑥在教師的引導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)計(jì)算概念的生活化遷移。

    2 “非計(jì)算機(jī)化”編程活動(dòng)的應(yīng)用效果

    通過對Z市某學(xué)校93名學(xué)生為期八周的“非計(jì)算機(jī)化”編程干預(yù)和結(jié)果分析發(fā)現(xiàn):實(shí)施“非計(jì)算機(jī)化”編程教學(xué)干預(yù)的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)組被試的計(jì)算思維水平(實(shí)驗(yàn)組1:N=29,M=70.76,SD=18.95;實(shí)驗(yàn)組2:N=33,M=70.21,SD=19.77)均顯著高于空白對照組(N=31,M=60.03,SD=20.59)[19]。這說明“非計(jì)算機(jī)化”兒童編程教育教學(xué)干預(yù)能有效促進(jìn)兒童計(jì)算思維的發(fā)展。

    “非計(jì)算機(jī)化”兒童編程教育理念的提出是對兒童編程教育價(jià)值的深刻追問和深度反思,其在落實(shí)兒童“編程思維式”學(xué)習(xí)形式、深化兒童編程教育本質(zhì)理解方面具有巨大潛力。但不可否認(rèn),教師在“非計(jì)算機(jī)化”編程內(nèi)容主題的選定、教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)組織方面還存在諸多不足,未來應(yīng)有針對性地加強(qiáng)“非計(jì)算機(jī)化”兒童編程教育理念與教學(xué)培訓(xùn),同時(shí)探索構(gòu)建系統(tǒng)連貫的“非計(jì)算機(jī)化”兒童編程課程體系,逐步夯實(shí)并推進(jìn)我國兒童編程教學(xué)在學(xué)校的必修化進(jìn)程。

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    The Construction and Application of Teaching Mode of “Non-computerized” Children Programming Education

    SUN Li-hui

    At present, although the importance of programming education in the era of artificial intelligence has become increasingly prominent, programming education focuses on training children’s coding skills and ignores the importance of training programming thinking cultivation, which deviates from the true meaning of children’s programming education. However, exploring and creating diversified programming teaching methods to develop children’s programming thinking is the value of children’s programming education. Based on this, the paper first put forward the concept of “non-computerized” children’s programming education from the perspectives of programming development history and teaching reality, and discussed its concept connotation and educational purport. Then, taking constructivism as the theoretical perspective and activity theory as the practice undertaking, combining with the practical principles of embodied, game-based, narrative and collaborative activities, this paper constructed the “non-computerized” children’s programming education and teaching mode. Finally, the effectiveness of “non-computerized” children’s programming education to promote the development of children’s computing thinking was verified by detailed introduction of teaching design examples and supplemented by teaching application effects, in order to provide reference for the relevant theoretical and practical research of children’s programming education.

    non-computerized; child programming; teaching mode; practical application

    G40-057

    A

    1009—8097(2023)02—0052—09

    10.3969/j.issn.1009-8097.2023.02.006

    孫立會,副教授,博士,研究方向?yàn)閮和幊探逃?,郵箱為sunlh777@163.com。

    2022年8月17日

    編輯:小時(shí)

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