王佑鎂 宛平 南希烜 柳晨晨



摘要:實體編程具有無屏幕、操作簡單、編程指令實物化等特點,成為兒童計算思維培養的有效載體。該文從面向計算思維培養的編程教育形式出發,梳理國內外七種實體編程工具的特征與教育功能;結合相關案例,形成五種面向計算思維發展的兒童實體編程教學策略,包括編程主題生活化,編程任務細化分解、融合STEAM跨界素養、編程過程具象化、游戲化互動教學;并對我國兒童編程教育提出相關建議,為人工智能時代我國兒童計算思維的培養提供參考思路。
關鍵詞:實體編程;計算思維;編程教育
中圖分類號:CJ434
文獻標識碼:A
數字智能時代,計算思維已成為個體面臨復雜社會問題所應具備的基本素養。編程教育是培養計算思維的主要方式,伴隨社會需求與教育供給不斷改革與調整,兒童編程教育受到各國的高度重視。芬蘭與2016年起規定所有小學生學習編程,歐盟推進編程素養數字化議程,美國計劃十年普及中小學編程教育,英國規定5-16歲兒童學習編程,日本要求全面實現小學編程教育必修化,我國于2017年7月發布《新一代人工智能發展規劃》,明確提出編程進中小學課堂,在2018年1月教育部宣布人工智能、機器人進入全國高中新課標,同年8月浙江省將信息技術(含編程)列入高考科目。此類政策的發布表明編程教育趨向低齡化,有力推動兒童編程教育學?;M程,逐步實現由個體層面的白組織學習到學校層面的系統融合式學習,像語文、數學等基礎性學科一樣成為助力兒童發展的基石。
相比之下,我國編程教育實踐處于初步發展階段,校外主要以企業推廣為主,呈現一種無序、自由發展的狀態;校內多以社團、興趣班、競賽突擊班等小眾的方式進行。此外,編程教育資源和項目建設缺少創新高效性,大多從國外引進,教師編程水平有限,不利于引導學生應用教育資源掌握知識。當前學校常用的編程教育形式以文本編程、圖形化編程為主。兒童編程教育核心人物西蒙·派珀特(Seymour Papert)認為,形象化編程工具可改變兒童機械記憶事實的方式,在發現和探索中建構知識,實現自己的想法[1]。對于幼兒和小學低年級學生而言,過早接觸電子產品對其視力發育十分不利,他們首先需要學習的不是編程語言,而是策劃構思、邏輯分析、模式識別、問題分解、測試糾錯的編程思維。相對于傳統圖形化編程,將語言學習變成關卡,通過實際操作指令引導學生角色過關,有利于編程知識擴展。實體編程作為促進計算思維培養的工具,以實物塊為操作指令,將復雜問題簡單化,由抽象到具體,關注兒童在簡單的算法實踐中發展起來的思維能力。本文系統闡述實體編程的特征與功能,探討發展兒童計算思維的教學策略,為新時期我國兒童計算思維發展實踐提供參考。
一、不同編程類型及其比較
隨著編程教育的發展,編程教育形式趨于多樣化。Humble等人認為編程教育主要有文本編程(Textual Programming)、塊編程(BlockProgramming)、不插電編程(Unplugged Programming)三種編程類型[2],傅騫等認為編程形式可分為文本編程、圖形化編程、實體編程(TangibleProgramming)[3]。其中,塊編程也被稱為圖形化或可視化編程[4],然而關于不插電編程與實體編程之間的界定目前仍無統一定論。Krpan等認為不插電活動是實體編程的一種形式[5],Song等認為不插電的塊編碼系統是一種實體編程,它可以通過組合不插電的塊來編碼[6],Wohl等認為不插電編程、實體編程均為教授計算科學的工具[7],顧俊認為實體設備、“不插電”活動是促進計算思維培養的兩種類型[8]。目前而言,尚少有文獻資料直接對不插電編程與實體編程進行界定。表1對不同編程類型的內涵、特征、操作、價值等進行了比較。
文本編程通過語句、選擇、迭代、常量和變量的組合作為文本代碼在文件中執行[9]。當前,絕大多數程序都是用高級語言編寫,例如Python等編程語言一條指令可以對應幾十條或幾百條機器指令,強調高可讀性和可寫性,適合有一定編程基礎的學習者和程序員編寫。塊編程被稱為圖形化或可視化編程,其開發是從LISP-LOGO編程語言開始。相較于文本編程,塊編程門檻相對較低,易于學生學習計算機編程,提高編程學習動機[10]。不插電編程不使用計算機,通過命令或書面指令來控制彼此或其它東西,與傳統需要依托數字設備的編程相比,不插電編程對于技術資源較低或缺乏穩定互聯網的學校以及低齡兒童更具優勢。教師通過使用卡片、繩子、蠟筆和大量跑動的游戲和謎題等向學生傳授計算概念,教授基本編程和機器人操作。例如,Computer Science Unplugged (CS Unplugged)是國外著:名的青少年免費計算機課程,主要面向中學生,重點培養學生對計算機科學的興趣[11]。實體編程的代碼塊是兒童能夠熟練操作的物理對象,相較于圖形化編程更受低齡兒童歡迎。目前,文本編程、圖形化編程已為大眾所熟悉,但關于實體編程的了解還稍顯欠缺。
二、實體編程的內涵與價值
(一)何為實體編程
實體編程(Tangible Programming)由日本學者鈴木英之、加藤浩提出,用來描述類似AlgoBlock在物理空間排列程序塊的編程工具,將屏幕代碼塊實物化[12]。實體編程基于現實世界的物化編程方式,為兒童適應圖形化編程過渡,較為適合低齡兒童的認知發展。20世紀中期,麻省理工學院拉迪亞·珀爾曼(Radia Perlman)指出影響兒童計算機編程能力發展的兩大障礙:語言和用戶界面,其中按鈕盒(Button Box)和老虎機(Slot Machine)是其設計的兒童編程設備[13]。此后,麻省理T學院媒體實驗室推出實體用戶界面及可編程程序塊等系列產品[14]。塔夫茨大學開發技術研究小組(Dev Tech Research Groupof Tufts University)將實體編程工具與機器人技術結合,設計實體編程T具KIBO(原稱為KIWD并將其應用在課堂,這種具體化、實物化的編程T具使兒童更好地理解編程語言的邏輯性[15]。圖1展示了當前比較典型的實體編程T具。
(二)實體編程與兒童計算思維培養
實體編程是培養兒童計算思維的關鍵工具。計算思維成為各個國家青少年發展的核心素養,2021年國際學生評估項目(PISA)數學評估將計算思維納入測評范圍。周以真認為計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計等系列思維活動,使個人能夠像計算機科學家一樣的思考,來更有效地解決問題[16]。計算思維是一種思維T具,經常被用來解決問題,是多種思維技能的綜合應用,包括抽象和模式概括、系統性信息處理、結構化問題分解、遞歸及并行思維。在分析問題、解決問題的過程中還會涉及到邏輯思維、數學思維、創造思維、算法思維。相關研究發現兒童階段的教育干預措施成本更低、教育效果更持久[17]。對于低齡兒童而言,豐富的計算環境和計算思維培養工具需要具有低門檻和高上限兩個特性[18],既需要滿足初學者入門,又要有較好擴展性,便于學習者進一步拔高。
實體編程是適合兒童編程學習的重要模式。美國兒科協會認為,應限制小孩每天面對電腦、電視屏幕的時間,5歲以下兒童每天最多看1小時屏幕,長時間盯著屏幕會損傷視力。實體編程是沒有數字界面和屏幕的編程玩具,通過組合包含流程圖命令符號塊的小板或傳感器,教授孩子們“實物化”的編程語言[19],幫助學習者從流程圖學習過渡到編程學習。實體用戶界面(Tangible User Interfaces,TUD沒有鼠標、鍵盤,是兒童天生就能夠熟練操作的物理對象,為兒童或新手提供創新的游戲和學習方式。實體編程應用實物塊表示操作指令,操作簡單,含有拓展功能,提供多種玩法和模塊支架便于進一步提升。
實體編程符合現階段我國中小學計算思維教育需求。我國兒童編程教育起步較晚,目前仍處于初步發展階段,但在國家政策引導和兒童編程制作規模擴大的背景下,短時間內呈現爆炸式增長,未來或將繼續保持火熱。兒童編程教育備受教育工作者、投資者、家長的重視,但在實際推行過程中仍存在諸多問題。編程理念普及、政策落實保障、教育教學活動體系、教材完善、編程環境、師資配備方面存在不足[20]。除此之外,在編程課程實際開展過程中,還存在著時間不足、教師負擔過重、課程過于耗時等課程設置問題[21]。幼兒編程教育缺乏明確的教育政策導向、課程體系不完整、師資力量不足圈。簡而言之,兒童編程教育的核心問題可歸納為師資匱乏、課程體系不完善、編程工具適切性不足。麻省理工學院媒體實驗室、塔夫茨大學開發技術研究小組作為兒編程教育的主要研發團隊,認為實體編程無需依托屏幕編程,將計算機指令具象化為直觀易懂的實物圖標,非常符合兒童的認知發展,可幫助兒童很好理解編程代碼背后所指代的實際意義。就教育本質來說,編程是為了讓學生獲益良多,核心不是掌握多少編程代碼,而是培養孩子的計算思維.通過編程實踐幫助學生定義、拆解、分析問題,而這種思維能力的掌握對于學生未來學習、就業均大有益處。
三、實體編程工具的特征與功能
實體編程已進入兒童教學課堂、培訓機構及家庭教育中。許多學者在實體編程教育領域進行了實踐和研究,并探討實體編程教育對兒童計算思維的影響。有研究者認為,實體編程減少了用戶為學習系統所付出的努力,而將注意力更完全集中在編程本身[23],實體編程相較于圖形化編程界面對兒童更具吸引力[24]。編程和計算思維對很多學生來說,都是一個比較抽象的概念。編程教育中的分析問題、合理組織問題、解決問題等特征均與學生的計算思維培養存在相關關系,有研究者對27篇基于編程的計算思維培養實證研究進行分析,發現大中小學生均可采用編程培養計算思維[25]。Bers等人在兒童課堂中以實體編程工具KIBO作為編程教育載體,探討實體編程對兒童編程技能和計算思維的影響,發現學生的溝通、合作和創造力均有提升[26]。編程教育包括分析問題、合理地組織問題,以及通過超越現有編程的算法思維與同伴合作解決問題。韓國將編程教育作為培養計算思維技能的有效方法[27]。這里以實體編程工具KIBO套件、Cubetto、Mabot、Aieggy、Botley、Matatalab、KUBO為例,闡述實體編程工具的特征與功能,如表2所示。
實體編程通過一系列物化的編程指令,讓低齡兒童通過觸摸,理解傳感器模塊事件的觸發,發展他們的抽象、觀察、分析和創造能力,兒童像創客一樣應用實體編程工具DIY設計、制作、批判性思考,為未來創客公民的培養做好準備[28]。綜合起來,實體編程工具的特征與功能主要包括:(1)零基礎啟蒙,無門檻,附帶拓展功能,適合進階學習;(2)無屏幕編程,不需要借助其它電子設備,保護兒童視力,提供真實的交互體驗;(3)游戲化編程、玩中學,引導學生主動探索、創造與嘗試;(4)融合STEAM教學理念,抽象概念具體化,將工程、藝術、歷史等內容結合在一起,使編程學習不再是枯燥的代碼;(5)塑造兒童的思維方式,實體編程以具象化的物體模擬兒童遇到的困境,鍛煉學生的計算思維,發現問題,拆解問題,分析問題,抽象思考,模擬結果從而解決問題。
四、面向兒童計算思維發展的實體編程教育策略
國際上許多國家、地區出臺編程教育政策規劃,保障編程教育實踐。近日,國家發改委等13個部門提出大力發展OMO(線下與線上的融合)模式在線教育,構建線上線下教育常態化融合發展機制,形成校內外聯動良性互動格局。其中,校內編程課程是發展編程教育的主力軍,在課程建設、教材研發、人才評價等方面仍需投人大量人物力。本文將從編程課程設計與開發的角度談及實體編程教育策略。
(一)編程主題生活化
生活主題項目式學習以日常生活故事情景為主線,以解決問題為目的,以實體編程工具為支持,在一段時間內團隊共同解決一個復雜問題或一項綜合性任務,學生通過親身參與體驗,能更加深刻理解項目的教育價值,下面以“設計消防車最佳滅火路徑”為例,展現以生活為主題開展項目式學習。
比如,“設計消防車最佳滅火路徑”項目中,教師要引導學生細化和分解問題。首先,要確定火災發生地點,設置火災發生地;其次,要設計一個滅火消防車,引導學生根據已有經驗對編程工具車進行裝扮;然后,要設計消防車行駛路徑,遇到障礙物怎么辦?如何搭建實物編程指令,到達火災發生地;最后,要計算消防車最短行駛路線,引導思考、修正方案。在任務分解完以后,學生要積極思考參與到每個環節中,在地圖上設置火災發生地,用編程工具車模擬消防車,用其他積木塊設置路障等模擬真實情景,從順序執行→路徑選擇→設計路徑,不斷嘗試、修正,最終得出最短路徑,每一個環節都需聯系日常生活實際,啟發學生思考。在這個過程中,教師帶領兒童將生活中遇到的真實復雜問題分解成若干可以解決的問題,這是一種遞歸思維,采用抽象和分解來控制巨大復雜問題,而這種思維方法的訓練也正是計算思維培養的核心。
(二)編程任務細化分解
編程學習涉及的問題往往比較復雜,可以在具體學習活動中嘗試對編程任務進行細化分解,借助實體編程工具逐一突破。在此過程中,學生需要有一定的問題意識,在教師的引導下能將任務分解成一個個可完成的小任務,將復雜問題簡單化,提升兒童的計算思維。比如,在“賽龍舟”學習項目中,教師創設了相關情境:端午節的賽龍舟是我國的一大特色,開展一場極具傳統文化特色的龍舟賽對于兒童非常有吸引力。在情境創設完后,兒童可在教師的引導下將賽龍舟這個主題任務分解成若干小任務。第一,賽龍舟至少要有兩個龍舟,如何應用已有編程工具車及相關素材DIY;第二,要制定一個龍舟行駛路線,龍舟怎么移動?第三,當龍舟遇到障礙物時,實物編程塊如何發布指令避障?在任務細化分解完后,兒童可在教師的引導下,依次進行操作,直至順利完成比賽,在這個過程中要不斷進行調試[29]。
為了使龍舟競賽活動極具真實性,可事先下載打印好龍舟素材,DIY裝扮編程工具車,繪制龍舟行駛地圖,設置起點和終點。賽龍舟可以同伴合作競賽的形式開展,龍舟由編程工具車模擬,龍舟的行駛路線可以用實體編程的實物模塊發布指令,通過比較龍舟從起點到終點的行駛時間,決出輸贏。此外,兒童可自行對龍舟行駛過程進行路障設置。從提升素養發展的角度來看,制作過程需要有一定的藝術素養,會簡單的手工繪制與裁剪,裝扮龍舟,繪制龍舟行駛路線。龍舟的行駛需要依托實物編程指令,整個過程兒童的空間方位感與邏輯思維均有提升,通過龍舟競賽活動,促使兒童不斷修正行駛路線,鍛煉數學思維和計算思維。
(三)編程融合STEAM跨界素養
計算思維培養注重藝術、數學、計算機等跨學科創作,展現科技與藝術結合之美,強調兒童創造力培養,這實際上是一種STEAM跨界素養追求。實體編程教學需要融合STEAM多維能力素養進行跨界培養。以“造風車”為例,風車是一種深受兒童喜歡的常見工具,借助實體編程制作手工風車,考驗兒童的美感與基礎實物指令模塊的應用,結合風車歷史故事,做到玩中學。在正式開始制作前,兒童可在教師的引導下將“造風車”分解成若干小任務,幫助學生塑造解決問題的思維過程,培養計算思維。首先,如果想制作一個顏色較為豐富的風車,需要提前準備好畫筆、彩紙、吸管等基本工具;其次,引導學生回憶起腦海中風車的形狀,讓學生嘗試制作一個基本風車,然后涂色;隨后,在教師的引導下,學生一起手工制作風車;最后,風車制作完畢后,思考如何讓風車動起來。在任務細化分解完后,學生可根據細化的任務依次完成[30]。
看上去,整個案例只有“讓風車動起來”這一步驟是借助編程工具車,應用實物編程塊多點指令遙控風車移動,讓兒童熟悉和了解簡單的編程邏輯指令,在此之前的諸多步驟會考驗兒童的美感能力、數學思維、工程思維、邏輯思維、耐力、反復試錯的精神。對于兒童來說,他們全身心參與和投入的過程是最為關鍵的。在這個過程中,他們接觸豐富的顏色,無意中會形成自己喜歡和不喜歡的色調,會認識很多基本形狀。雖然,他不一定能準確說出這個形狀特質,但他知道這個形狀折疊以后可以用來干什么。正如Angelic所言,計算思維關注的是孩子們在編程和算法實踐中發展起來的技能,并使抽象思維、問題解決、模式識別和邏輯推理等素質的發展成為可能[31]。
(四)編程過程具象化
“實體編程+手TDIY”是一種較好的兒童教育開展形式,一方面激發兒童的學習興趣,另一方面又鍛煉孩子的創作能力,手工拼搭帶給兒童成就感。下面以“上學記”“立體迷宮”為例闡釋游戲化的編程課程體系。“上學記”是一個由兒童自己創編的場景故事,以自身上學故事為原型,在地圖上設定上學的起點和終點,準確通過實物編程塊指令使機器人到達目的地[32]。起點和終點的路線可以不斷設置,剛開始對實物編程指令不熟悉時上學路線可以稍微簡單點,當學生對上述指令較為熟悉后,可以設置路障,不斷提高難度,體驗闖關樂趣?!吧蠈W記”主要為路線行駛,相對簡單,主要考察學生對實物編程指令的掌握程度,重在提升兒童的計算思維與邏輯思維,可作為學生的課后小游戲,在課上做分享,學生可自行在地圖上創建學校、圖書館、商店、馬路等日常上學路上遇到的元素,充分發揮學生的創造思維和動手能力,鼓勵兒童發散性思維,勇于分享想法。
(五)游戲化互動教學
游戲化學習是當今兒童學習的主流形式,可提高學生的編程興趣。比如,“迷宮”是非常受兒童喜愛的游戲活動,考驗兒童耐心和空間想象力的智力游戲。“上學記”游戲在某種程度上課理解為平面的迷宮玩法,而“立體迷宮”游戲則相當于更復雜和逼真,玩法同樣也有多種擴展。同其它實體編程工具玩法類似,“立體迷宮”游戲正式開始之前需要將游戲分解成一個個可完成的小任務,然后解決,這對兒童計算思維的培養非常有益。首先,思考和準備搭建立體迷宮需要的“建筑材料”。對于立體迷宮的形狀大小,兒童可在教師的引導下用紙張制作較簡單的圍墻,在明白其中原理后可白行更改。為了使迷宮更具有主題特色,兒童可根據自己喜好,將圍墻涂成自己喜歡的風格,互相協作共同發揮創意。其次,搭建迷宮。搭建迷宮對于兒童而言,可能稍微有點難度,學生可在教師的指導和演示下,明白迷宮搭建的原理,在搭建時不斷修正迷宮擺放位置,思考每張紙的粘貼位置,這個過程非常鍛煉孩子的耐力和手工搭建能力,將平面東西立體化對于兒童空間思維的發展具有較大促進作用。最后,開始瑪塔的迷宮之旅。
編程是一門學科,更是一種工具,在設計程序過程中,兒童需要調用所學的數學、科學等書本里的知識點,通過對編程玩具的設計,將這些知識體系在實踐中應用,幫助學生梳理整個知識體系。通過實體編程工具的使用,讓學生知道實體器件如機器人的工作原理,任憑兒童自己摸索、糾錯、創造,將編程工具當作學習伙伴,培養兒童問題解決能力、專注力、耐力和創造力。在該案例中,瑪塔作為迷宮探險者,兒童應用實物編程塊的操作指令,控制瑪塔的行走,幫助瑪塔避障,成功走出迷宮[33]。立體迷宮游戲既讓兒童綜合考量機器人行進的路徑,快速反應出直行或者轉彎等簡單編程指令,促進兒童思維訓練,又幫助他們認知簡單的幾何圖形。最為重要的是讓兒童在玩中進行在編程和算法實踐,促進計算思維發展。
五、結論與建議
兒童編程的最大意義不是讓孩子去學習一門特長課程,而是通過學習編程背后的邏輯,鍛煉孩子的思維能力。實體編程具有無屏幕、操作簡單、編程指令實物化等特點,成為兒童計算思維培養的有效載體。不同于文本編程工具的抽象,實體編程工具在顏色、現狀等外觀設計方面較為符合兒童認知特點,容易激發兒童的學習樂趣。本文系統梳理國內外七種實體編程工具的特征與教育功能;結合相關案例,形成五種面向計算思維發展的兒童實體編程教學策略,包括編程主題生活化,編程任務細化分解、融合STEAM跨界素養、編程過程具象化、游戲化互動教學,為中小學計算思維教育提供一種新視角,豐富低齡學習者計算思維教學策略和方法。
當前,我國兒童編程教育存在師資匱乏、課程體系不完善、編程工具適切性不足等問題,結合本文,提出如下建議:(1)細化不同學習對象的編程教育要求。美國的CSTA K-12 CS Standards(計算機教師協會K-12計算機教育標準),按年齡段分級,將編程的學習內容及難度劃分為6個等級Level A-F.根據孩子的年齡,選擇對應的編程難度和編程工具。我國各地區可結合本地區編程教育實際發展狀況,制定區域性編程教育課程標準,從而更好地規范和落實編程教育。(2)促進編程教學與多學科融合。北歐四國都將編程課程融人中小學教育,作為單獨科目設立專門課程或以跨學科的方式融人現有科目。例如,芬蘭和瑞典小學階段的編程課程主要有兩種形式,一是整合到數學課程中,讓學生應用可視化編程工具編寫簡單程序;二是整合到手工課中,引導學生編程控制機器人等實物。我國應該鼓勵有條件的地區開發編程類地方課程與校本課程,將編程教學作為課程體系的重要內容納入學科教學基本規范,強化編程教學要求,同時要針對不同學段的教學要求精心設計編程教學內容,組織開展好啟蒙、體驗、拓展編程教育三部曲。(3)大力提升學科教師編程素養。教師編程素養提升是兒童編程教育教學開展的基礎。北歐各國開展了豐富多彩的白上而下及白下而上的公益性編程教育項目,比如瑞典一些大學為中小學數學教師提供基本的編程培訓,挪威信息技術教育中心為教師提供“慕課”培訓課程。(4)開展趣味性的項目化學習。在兒童編程教學設計中,讓學生參與趣味性的教學活動可激發其學習興趣,在實際項目操作中鍛煉學生的計算機技能。(5)設計開發多樣化編程教學資源,形成科學的編程課程體系?,F階段,實體編程教具集中在產品開發上,缺少理論研究、實證研究、教學資源開發,與教育實踐聯系不緊密,存在編程教育屬性不突出、實證匱乏、教育功能單一的問題[34]。編程教育內容需要匹配學生的年齡特征、知識結構和生活經驗,從資源生態建設角度開展多方協作研發,從兒童認知發展水平、課程標準、教學實證出發,設計實體編程工具和編程教育資源。
參考文獻:
[1] Papert S A.Mindstorms:Children,computers.and powerful ideas(2ndedition) [M].New York:Basic Books.1993. 126-128.
[2][4] Humhle N.Mozelius P,Sallvin L.On the Role of UnpluggedProgramming in K- 12 Education [C].Denmark:Academic Conferencesand Puhlishing International Limited.2019.224-230.
[31][34]傅騫,章夢瑤.實體編程的教育應用與啟示[J].現代教育技術,2018.28(12):108-114.
[5] Krpan D.MladenoviC S,et al.Tangihle programming with augmentedreality[C].Valecia:IATED.2018.4993-5000.
[6][19] Song J B.The Effec.tiveness of an Unplugged Coding EducationSystem that Enables Coding Education without Computers[J].INTERNATIONAL CONFERENCE ON FUTURE INFORMATION&COMMUNICATION ENCINEERING.2018.10(1):123-126.
[7][1 1] Wohl B,Porter B.et al.Teaching Computer Science t0 5-7 vear-olds:Aninitial study with Scratch.Cubelets and unplugged computing [C].NewYork:Associatiom for Computing Machinery.201 5.55-60.
[8]顧俊.小學低年級計算思維啟蒙課程開發與實踐研究[D].上海:上海師范大學,2020.
[9]Erwig M,Meyer B.Heterogeneous visual languages-integrating visualand textual programming[C].New York:IEEE. 1995.31 8-325.
[10] Tsukamoto H.Takemura Y.et al.Textual vs.visual programminglanguages in programming education for primary schoolchildren[C].New York:lEEE.2016. 1-7.
[12] Suzuki H.Kato H.AlgoBlork:A tangible programming languagefor collaborative learning[C].Charlottesville:Association for theAdvanement of Computing in Education (AACE), 1994.770.
[13] Perlman R.Using computer technology to provide a creative learningenvironment for preschool children [EB/OL].http://hdl.handle.net/1721.1/5784.2020-08-12.
[14] Horn M S,Jacob R J K.Designing tangible programming languagesfor classroom use[C].New York:Association for ComputingMachinery.2007. 159-162.
[15] Bers M U.Bloc.ks to Rohots Learning with Technology in the EarlyChildhood Classroom [M].New York:Teac:hers College Press,2008.
[16] Wing J MComputational thinking [J].Communications of theACM.2006.49(3):33-35.
[17] Cunha F.Heckman J J.The Tec:hnology of Skill Formation[J].TheAmerican Economic Review.2007.97(2):3 1 -47.
[18] Grover S.Pea R D.Computational Thinking in K-12 A Review of theState of the Field [J].Educational Researcher.201 3.42(1):38-43.
[20]李陽.計算思維導向的跨學科兒童編程教育模式研究——基于芬蘭兒童編程教育的經驗與啟示[J]現代教育技術,2020.30(6):19-25.
[21]孫立會.聚焦思維素養的兒童編程教育:概念、理路與目標[J].中國電化教育,2019.(7):22-30.
[22]王夢姣.幼兒編程教育的現狀分析及其對策探討[J]漢字文化,2020,(22):123-125.
[23] Smith A C.Using magnets in physiclal blocks that behave asprogramming objects[C].New York:Association for ComputingMachinery.2007.147-150.
[24] Sapounidis T.Demetriadis S.Tangible versus grapbical user interfacesfor robot programming:exploring cross-age children's preferences[J]Personal and ubiquitous computing,2013,17(8):1775-1786.
[25] Lye S Y,Koh J H L.Review on teaching and learning of computationalthinking through programming:What is next for K-12'l [J].Computersin Human Behavior.2014.41:5 1-61.
[26] Bers M U.Gonzcllez-Conzalez C.Armas-Torres M B.Coding as aplayground:Promoting positive learning experiences in childhoodclassrooms [J].Computers& Education.2019. 138: 130-145.
[27] Lee J,Park H.Choi H.Effects of SW education using robotson computational thinking.creativity.academic interest andcollaborative skill [J].Journal of the Korean Association of informationEducation.2018,22(1):9-21.
[28]王佑鎂,宛平等.從創客到創造性公民:智慧教育視野下的創客公民及其培養[J].電化教育研究,2019.40(11): 5-11+27.
[29]瑪塔創意世界.端午節和瑪塔米一場出“粽”的龍舟賽[EB/OL].https://www.sohu.com/a/404448068—120491 155,2020—08—12.
[30]瑪塔創意世界.趣味搭建——發揮動手能力,和瑪塔一起“造”風車[EB/0 L].https://www.sohhu.(10m/a/405891352-120491155,2020—08—12.
[3l]Angeli C,Ciannakos M N.Computatitinal thinking education:Issuesand challenges[J].Computers in Human Behavior,2020,105:1—3.
[32]瑪塔創意世界.趣味搭建——瑪塔機器人上學記[EB/OL]https://www.sohu.com,a/408588125—120491 155,2020—08—12
[33]瑪塔創意實驗室.有趣的瑪塔立體迷宮[EB/0L]htyps://matatalah.com/zh—hans/node/271.2020—08—12.
作者簡介:
王佑鎂:教授,博士生導師,研究方向為智慧教育、人工智能教育、數字閱讀。
宛平:在讀碩士,研究方向為信息化教育、數字閱讀。
南希炬:在讀碩士,研究方向為數字化學習、數字閱讀。
柳晨晨:副教授,研究方向為人工智能教育、數字化學習。
Tangible Programming Promotes the Cultivation of Computational Thinking: Tools and
Strategies
Wang Youmei, Wan Ping, Nan Xixuan, Liu Chenchen
(Research Center for Big Data and Smart Education, Wenzhou University, Wenzhou 325035, Zhejiang)Abstract: As a tool to promote the cultivation of computational thinking, tangible programming has no screen, simple operation,and materialized programming instructions, which has become an effective carrier for the cultivation of children's computationalthinking. Based on this, this article starts from the form of programming education for computational thinking training, sorts outthe characteristics and educational functions of seven tangible programming tools at home and abroad; combined with relevantcases, forms five computational thinking-oriented tangible programming education models: life as the theme, Create real situations;decompose programming tasks and simplify complex issues; integrate disciplines and cultivate STEAM cross-border literacy; fromexperience to training, visualize the programming process; conform to children's nature, gamified interactive teaching. Finally,based on the current development status of children's programming education in my country, four suggestions for the cultivationof children's computational thinking in the future are proposed in order to provide reference ideas for the cultivation of children'scomputational thinking in the era of artificial intelligence.Keywords : tangible programming; computational thinking; programming education
收稿日期 : 2020年10月18日
責任編輯:趙云建
*本文系國家語委2019年度重點(信息化專項)科研項目“我國中小學生數字閱讀素養測評技術研究”(項目編號:ZDI135 -113)研究成果之一。