淺析編程教育培養(yǎng)幼兒計算思維的實踐研究

摘要：隨著科技的發(fā)展與信息化2.0時代的到來，對幼兒計算思維的培養(yǎng)刻不容緩。編程教育作為培養(yǎng)計算思維的重要途徑，近年來呈現(xiàn)低齡化的趨勢。本研究以繪本圖書為切入點，以ScratchJr軟件作為教學(xué)工具，探討編程教育培養(yǎng)幼兒計算思維的實踐研究。

關(guān)鍵詞：幼兒計算思維；編程教育；編程工具

一、問題提出

兒童身處在數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的時代背景中，他們會在生活中運用信息化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的方式進(jìn)行交流與學(xué)習(xí)，也是因此，計算思維被認(rèn)為是21世紀(jì)人類必須要具備的基礎(chǔ)技能。作為一種認(rèn)識世界、解決問題的思維方式，計算思維對兒童在科學(xué)、數(shù)學(xué)、語言、審美領(lǐng)域的學(xué)習(xí)具有深刻長遠(yuǎn)的影響，也對兒童思辨能力、統(tǒng)籌規(guī)劃能力以及解決問題能力有顯著作用[1]。“計算思維”這一概念是由美國學(xué)者周以真最早提出，她認(rèn)為計算思維是指借助計算基礎(chǔ)概念解決問題的一系列涉及方法、過程、技巧的思維活動，包括強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)和工程思維的補(bǔ)充與整合、主張多元化抽象思考、反對機(jī)械記憶等[2]。在周教授理論的基礎(chǔ)上，眾多國家紛紛開展各種以計算思維為核心的教育舉措，如歐洲教育部嘗試將計算機(jī)科學(xué)、計算思維、編程、算法納入正規(guī)教育；美國教育部科技辦公室將計算思維列為幼兒教育環(huán)境中的優(yōu)先重大事項，旨提高學(xué)生技術(shù)素養(yǎng)；日本頒布的《小學(xué)學(xué)習(xí)指導(dǎo)綱要》中已明確要求需重視幼兒計算思維的培養(yǎng)并要執(zhí)行相應(yīng)策略[3]。當(dāng)前，越來越多的歐洲國家將兒童計算思維內(nèi)容融入至課程中，進(jìn)一步推進(jìn)與落實涉及兒童計算思維能力培養(yǎng)的相關(guān)舉措。

面對人工智能飛速發(fā)展的緊迫局勢，個體亟須建立完備的計算思維體系來面對與適應(yīng)未來信息化的工作環(huán)境。因此，在兒童處于早期教育發(fā)展階段時就應(yīng)重視其計算思維的培養(yǎng)，為兒童后續(xù)成長打下殷實基礎(chǔ)。編程活動蘊(yùn)含著潛在的邏輯思維、獨特的創(chuàng)新模式，這是促進(jìn)兒童計算思維發(fā)展的重要途徑以及主流方式。如法國、波蘭、芬蘭將編程教育納入國家課標(biāo)，新加坡實施了“編程樂”計劃，美國推出了“編程一小時”活動。另外，在美國Bers團(tuán)隊的研究中發(fā)現(xiàn)，兒童可以依托編程玩具與編程機(jī)器人進(jìn)行學(xué)習(xí)，并可以促進(jìn)其編程概念的積累[4]，該團(tuán)隊以建構(gòu)主義和積極技術(shù)發(fā)展PTD框架為理論基礎(chǔ)，設(shè)計出適合早期兒童學(xué)習(xí)的編程課程——KIBO機(jī)器人課程。該課程主要有六項教學(xué)內(nèi)容，可以幫助幼兒理解指令和順序，讓幼兒學(xué)習(xí)基本的編程技能和概念。還有兒童入門級編程工具ScratchJr，該軟件可為幼兒提供搭建互動故事與游戲的平臺，輔助幼兒提升設(shè)計創(chuàng)造、邏輯思考與解決問題的能力。該編程軟件有簡單明了的操作提示，會為兒童提供其熟悉的角色，便于低齡兒童操作[5]。

學(xué)者們除了致力于探索兒童計算思維的培養(yǎng)途徑，也逐漸關(guān)注其計算思維培養(yǎng)的過程與結(jié)果，進(jìn)而聚焦于研發(fā)編程工具、計算思維的評價方式、計算思維培養(yǎng)與發(fā)展的成效等問題[6]。綜上所述，編程是兒童計算思維的重要培養(yǎng)途徑，逐漸呈現(xiàn)低齡化趨勢。針對國內(nèi)中小學(xué)生計算思維的培養(yǎng)主要依托學(xué)校課堂來開展相關(guān)活動，而幼兒處于個體身心發(fā)展的伊始階段，具有獨特的年齡特點與學(xué)習(xí)方式，如何在該階段采用適宜有效的培養(yǎng)方式促進(jìn)幼兒計算思維能力的發(fā)展，是極具價值的問題。因此，本研究以繪本圖書為切入點，配合大班幼兒適用的ScratchJr編程工具軟件開展編程活動，以期促進(jìn)大班幼兒計算思維能力的發(fā)展。

二、研究設(shè)計

本研究采用方便取樣法，在連云港市兩所公辦示范幼兒園中隨機(jī)抽取40名大班幼兒作為研究對象，將其分為兩個小組及實驗組與對照組。兩個小組中每組男生女生各10人，每組共計20人。對于實驗組的幼兒開展融入計算思維的編程教育活動，而對照組的幼兒不開展編程教育活動，正常進(jìn)行幼兒園常規(guī)教育教學(xué)活動，以此觀察與驗證編程教育活動促進(jìn)幼兒計算思維能力發(fā)展的有效性。本研究選用TechCheck兒童計算思維測試工具對大班幼兒的計算思維水平進(jìn)行前測與后測，主要包含15個正式題與2個練習(xí)題，涉及：算法思維、控制結(jié)構(gòu)、表征、模塊化、硬件/軟件與調(diào)試。其中，正式題正確得1分，錯誤不得分，練習(xí)題不計分，滿分共計15分。測試后對兩組幼兒試題總分進(jìn)行SPSS數(shù)據(jù)分析，比較兩組幼兒計算思維能力的差異。根據(jù)前測數(shù)據(jù)結(jié)果顯示可知，兩組幼兒在實驗前的計算思維水平基本相同，無明顯差異（pgt;0.05）。后選取兩組幼兒前測試題正確率的平均值評估計算思維各要素水平時發(fā)現(xiàn)，兩組幼兒計算思維各要素總體水平無明顯差異。本研究依據(jù)大班幼兒計算思維能力水平的現(xiàn)狀，圍繞計算思維中各要素核心內(nèi)容，開展兩階段共10次編程教學(xué)活動?；A(chǔ)階段選用繪本圖書《阿貝貝的編程冒險》中的6個章節(jié)進(jìn)行學(xué)習(xí)，對應(yīng)計算思維中的6個不同要素內(nèi)容，并在繪本《阿貝貝的編程冒險》學(xué)習(xí)后結(jié)合ScratchJr進(jìn)行單一要素操作。深化階段將開展ScratchJr軟件編程教學(xué)活動，讓幼兒進(jìn)行獨立創(chuàng)作，完成場景的融合與創(chuàng)建。實施基礎(chǔ)階段、深化階段兩階段的編程教育活動后，將對實驗組與對照組幼兒進(jìn)行計算思維水平后測，前測試題內(nèi)容與后測試題內(nèi)容完全一致。

三、幼兒計算思維水平的評價與反饋

（一）幼兒計算思維水平的評價

在對實驗組與對照組幼兒實施基礎(chǔ)階段與深化階段兩階段的編程教育活動后，選用TechCheck兒童計算思維測試工具進(jìn)行題目一致、計分方式一致的水平測試。將實驗組幼兒計算思維水平的前后測成績進(jìn)行配對t檢測后發(fā)現(xiàn)，實驗組幼兒在經(jīng)過兩階段的編程教育活動后，前測成績與后測成績呈現(xiàn)顯著差異（t=－5.012 p=0.000），開展融入計算思維的編程教育活動后的平均值明顯高于活動開始前的平均值，這說明實驗組幼兒的計算思維水平有所提升。隨后，將實驗組與對照組幼兒的計算思維水平后測成績進(jìn)行t檢驗分析后發(fā)現(xiàn)，兩組之間呈現(xiàn)0.05水平的顯著性（t=5.126，p=0.025），并且實驗組幼兒的平均值顯著高于對照組幼兒，這說明實驗組在經(jīng)歷兩個階段的編程教育活動后，計算思維水平較對照組幼兒來說顯著提升，兩組幼兒的計算思維水平也從基本相同轉(zhuǎn)變?yōu)轱@著差異。

這也說明選用繪本輔以適宜編程工具模式下實施的編程教學(xué)活動有益于幼兒計算思維水平的提升。

（二）幼兒計算思維水平的反饋

本研究將兩組幼兒后測試題正確率的平均值作為計算思維各要素的總體水平。經(jīng)過對兩組幼兒計算思維試題測試分析后發(fā)現(xiàn)，兩組幼兒計算思維的總體水平發(fā)生差異變化。實驗組幼兒的計算思維能力較前測相比有明顯提升。對照組幼兒計算思維各要素水平發(fā)展無顯著差異。具體表現(xiàn)為：實驗組幼兒在實施編程教學(xué)活動后其表征與模式化兩模塊的正確率較前測數(shù)據(jù)有明顯提升，并且實驗組幼兒能夠在解決與處理相關(guān)題目的過程中，清楚講述自己進(jìn)行表征與模塊的實際操作。其次，一組幼兒在算法思維、控制結(jié)構(gòu)、硬件/軟件與調(diào)試四部分內(nèi)容的測試水平較編程活動開始前也有了明顯提升。算法思維、控制結(jié)構(gòu)、硬件/軟件與調(diào)試這四部分內(nèi)容對大班幼兒的認(rèn)知能力與發(fā)展水平有較高要求，鑒于每位幼兒自身知識經(jīng)驗、認(rèn)知能力存在個體差異，對思維能力的內(nèi)化和運用還需要針對性練習(xí)，教師可以通過多種通道、多次表征、多條支架策略引導(dǎo)幼兒運用計算思維不同要素動手動腦去分析并解決問題，擴(kuò)大發(fā)展區(qū)空間以期促進(jìn)幼兒計算思維水平的提升。

四、幼兒計算思維發(fā)展的建議

（一）樹立編程教育理念，重視計算思維啟蒙教育

幼兒編程教育之父米切爾·雷斯尼克曾在多次演講中提及，編程教育可以輔助幼兒創(chuàng)作屬于自己的故事、游戲、生活、動畫，促進(jìn)其與自我、他人、社會建立密切鏈接，這是培養(yǎng)其理性思維并帶領(lǐng)兒童走向未來的語言。目前，隨著我國科技的高速發(fā)展對信息化人才的需要也不斷遞增，但編程教育的普及率不高且針對低幼齡兒童的專門化教育較為匱乏。大眾對編程教育重要性的認(rèn)識程度存在明顯偏差，編程教育對于兒童終身可持續(xù)發(fā)展的作用未能引起人們重視。從現(xiàn)實角度出發(fā)，教育需要適宜時代的發(fā)展，編程也早已不是計算機(jī)專業(yè)人才的專屬必備技能，而是身處在信息化時代下的每個人都應(yīng)具備基礎(chǔ)能力。編程教育也是兒童面對未來的學(xué)習(xí)與生活不可或缺的應(yīng)用技能，而編程學(xué)習(xí)并非側(cè)重于兒童是否實際掌握了編寫編碼的能力，而是培養(yǎng)他們運用計算思維解決實際問題的能力，這也是當(dāng)下人工智能時代發(fā)展的實際需求。編程學(xué)習(xí)有助于兒童邏輯思維發(fā)展，促進(jìn)其養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)品質(zhì)，同時可以最大限度的滿足和支持幼兒通過實際操作、親身體驗獲取經(jīng)驗的需要。因此，教育工作者應(yīng)當(dāng)盡早樹立幼兒編程教育的理念，重視其計算思維的啟蒙教育，將編程教育活動融入幼兒園課程教學(xué)，幫助更多兒童受益于計算思維學(xué)習(xí)，促進(jìn)其計算思維能力的提升。

（二）選用適宜編程工具，促進(jìn)幼兒計算思維發(fā)展

編程教育是幼兒計算思維發(fā)展的重要途徑。美國的編程教育發(fā)展極為迅速，不斷更新完善編程機(jī)器人實現(xiàn)編程語言的可視化。研究表明，通過圖形化程序模式進(jìn)行編程更加符合兒童的身心發(fā)展水平，有利于激發(fā)幼兒學(xué)習(xí)興趣，建立自我效能感，促進(jìn)幼兒計算思維的發(fā)展[7]。因此，需要選用適宜的編程工具輔助開展編程活動。目前的幼兒編程工具類型主要有插電編程工具和不插電編程工具兩種。首先，教師可以運用可視化插電編程工具培養(yǎng)幼兒的計算思維，它可以幫助幼兒運用不同顏色指令操作人物動作類型，利于幼兒依托故事情境自主設(shè)計程序，以此促進(jìn)幼兒學(xué)習(xí)與編程能力的發(fā)展，提升兒童的計算思維。另外，還可以選擇以語言交互為主的編程軟件，如：TurtleTalk。這款編程軟件能夠促進(jìn)幼兒在對話情境中多使用語言交互來實現(xiàn)對Turtle的操控，以此達(dá)成相應(yīng)的活動目標(biāo)并獲取活動反饋。這有利于幫助其掌握循環(huán)、序列等基礎(chǔ)程序概念，幫助幼兒樹立編程自信。除了插電計算編程工具外，還可以選擇不插電計算編程工具。不插電計算編程教育主要是指不使用計算機(jī)和平板，通過肢體動作和相應(yīng)的設(shè)備教授編程思想和計算編程教育的理念。不插電計算思維教育更注重基礎(chǔ)計算思維與邏輯思維能力的培養(yǎng)[8]，通常采用邏輯游戲、拼圖、身體游戲、解決謎題等簡單工具活動來進(jìn)行，如七巧板游戲。另外，也可采用插電與不插電計算編程工具相結(jié)合的方式開展教學(xué)活動，這類教學(xué)活動可以較好幫助幼兒實現(xiàn)直接經(jīng)驗與間接經(jīng)驗的雙向銜接，以幼兒的一日生活為基礎(chǔ)設(shè)計抽象程序，依托實際生活場景與日常經(jīng)驗增添多種特定主題，這也更利于幼兒在已有經(jīng)驗的基礎(chǔ)上加深對編程的理解，提升幼兒計算思維培養(yǎng)的有效性。

（三）以日常生活為依托開展編程教學(xué)活動

對于幼兒計算思維的培養(yǎng)不能脫離他們的實際生活。教師需精選幼兒在生活中親身體驗、實際感知的內(nèi)容為主題輔助其獨立操作。課程來源于生活，一切生活皆是課程，依托幼兒日常生活開展編程教學(xué)活動可以挖掘許多珍貴的活動資源，便于進(jìn)行場景設(shè)定與主題選擇。埃里克森基于人格發(fā)展理論指出，處于3-6歲年齡階段的學(xué)前期幼兒是以主動對內(nèi)疚的沖突作為主要發(fā)展任務(wù)，該階段中的幼兒具有較強(qiáng)的主動性與做事的意愿。只要滿足這一需求，即有益于兒童建立主動解決問題的動機(jī)。培養(yǎng)幼兒計算思維而言，依托幼兒日常生活經(jīng)驗開展編程教學(xué)活動，引導(dǎo)幼兒深度參與計算思維活動，這有助于幼兒加深對當(dāng)下生活的理解，也助于其利用編程能力和計算思維解決實際問題。例如，家庭集體游玩前可以讓幼兒參與制定計劃，先去什么地方，再去什么地方，什么時間做哪些事情等。同時引導(dǎo)幼兒整理、歸納、打包、分類、組合與儲存物品。這一系列過程可以讓幼兒主動思考物品的特點、關(guān)聯(lián)性和邏輯順序，對幼兒計算思維的成長大有裨益。

（四）編程教育需與多個領(lǐng)域活動相結(jié)合

編程教育應(yīng)當(dāng)與其他領(lǐng)域活動相結(jié)合。本研究結(jié)合繪本融入計算思維五維度——算法思維、抽象、調(diào)試、問題分解、模式識別進(jìn)行編程活動的方式，對幼兒計算思維發(fā)展有顯著提升。后續(xù)，教育工作者也可以將編程教育與其他領(lǐng)域如語言、社會、藝術(shù)等相結(jié)合，以此促進(jìn)幼兒在多個領(lǐng)域的學(xué)習(xí)與發(fā)展。身處人工智能技術(shù)高速發(fā)展的當(dāng)下社會中，計算思維的學(xué)習(xí)與應(yīng)用越來越受到人們的關(guān)注。因此，未來幼兒編程教育與計算思維的研究領(lǐng)域，不僅需要更多前沿理念的指引，更需要眾多研究者堅持以幼兒為本，聚焦兒童生活、幼兒園課程開展編程教育實踐研究，實現(xiàn)編程教育與其他領(lǐng)域活動的本土化、多樣化融合，以滿足不同年齡階段幼兒計算思維發(fā)展的需求。

作者單位：魏瑋 連云港師范高等?？茖W(xué)校

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