3—6歲兒童與編程游戲和編程設備的互動研究

陶瑩

【摘要】本研究以N市A園為個案，通過為期4周的實地觀察和訪談，探查3—6歲兒童在區(qū)域活動時段與編程游戲和編程設備互動的頻次和時長，梳理3—6歲兒童與編程游戲和編程設備互動的特點、影響因素等，為幼兒園教師組織編程活動提供教育建議。

【關鍵詞】3—6歲兒童；編程游戲；編程設備；互動；個案研究

【中圖分類號】G612 【文獻標識碼】A? ?【文章編號】1004-4604（2023）04-0008-06

兒童編程是指兒童能夠發(fā)揮創(chuàng)造力，通過創(chuàng)建由多種工具執(zhí)行的算法（一系列命令）開發(fā)系統(tǒng)的方法來解決問題的過程。〔1〕已有研究表明，編程是一種支持個體完成認知任務和培養(yǎng)個體計算思維的關鍵實踐。〔２〕目前，已有許多國家在早期教育階段開展編程教育，以培養(yǎng)兒童在數字化社會中溝通與交流的基本素養(yǎng)。

現代教育技術的發(fā)展為我國幼兒園的教育教學提供了便利，幼兒園對數字化設備的運用越來越靈活深入。計算機、投影儀、觸屏顯示器等設備在幼兒園教學活動中越來越普及，新型設備如平板電腦、錄音筆、智能機器人、編程機器人等也逐漸出現在幼兒園的區(qū)域活動中。然而，我國兒童編程教育起步較晚，目前基本以園外培訓為主。〔３〕近年來，已有研究者開始關注3—6歲兒童在幼兒園中的編程學習。〔４〕本文以N市A園為例，研究3—6歲兒童與編程游戲和編程設備的互動，從而為幼兒園教師組織編程活動提供一定的參考。

一、研究設計

（一）研究對象

作為省級“基礎教育百校e學習”試點園，A園數字化設備的擁有量在N市名列前茅。A園本部共有10個班級，包括3個小班、4個中班和3個大班。現有一體機22臺，平板電腦24臺，編程機器人“達奇和達達”8組，智能機器人1個，其他數字設備6個。平均每個班級配備1臺一體機用于開展集體教學活動，個別面積較大的班級配備2臺一體機（一臺用于集體教學活動，另一臺用于音樂區(qū)域活動）。每個班級的平板電腦都投放在各個區(qū)域中供幼兒在游戲時自主使用（科學區(qū)投放的平板電腦上安裝了編程游戲軟件——“卡丁車”①）。在綜合考慮國內外教育界和醫(yī)學界對兒童早期使用電子設備的相關規(guī)定和建議的基礎上，A園規(guī)定了各年齡班幼兒在區(qū)域活動中使用電子設備的時間：小班幼兒每次使用電子設備的時間為5分鐘，中班幼兒每次使用時間為8分鐘，大班幼兒每次使用時間為10至15分鐘。幼兒通過自主設置計時器提醒自己使用設備的時間。

各年齡班投放平板電腦的區(qū)域有所不同。小班的平板電腦投放在語言區(qū)和科學區(qū)，中班和大班每個區(qū)域都配備平板電腦，另外還有2臺平板電腦供幼兒入園時自主選擇。每個中班還在科學區(qū)投放1個編程玩具——“毛毛蟲”。“毛毛蟲”是無屏幕編程玩具，不需要配合平板電腦使用。“毛毛蟲”的每一個關節(jié)代表一個移動方向，每個關節(jié)有一個USB接口。幼兒需要設置起點和終點，分解起點到終點之間的路徑順序，然后按照順序將“毛毛蟲”的各個關節(jié)連接起來，讓“毛毛蟲”從起點開始行駛到終點。每個大班還在科學區(qū)投放2組編程機器人——“達奇和達達”。幼兒通過平板電腦上的可視化編程軟件，拖拽相應的圖標，設計相應的動作和情節(jié)，操控機器人，包括操控機器人的行駛距離、方向、速度、燈光、語音等。

（二）數據收集和分析

本研究采用參與式觀察和非參與式觀察相結合的方式，對科學區(qū)幼兒與編程游戲和編程設備的互動進行為期4周的觀察（每天上午的區(qū)域活動時段），借助攝像技術，記錄小、中、大班幼兒的使用頻次、使用時長、操作過程等。研究者在幼兒的操作結束后，會對幼兒進行半結構式訪談，以進一步了解幼兒對編程游戲和編程設備的看法（是否好玩，是否便于操作，遇到什么困難等）。研究者一共隨機訪談了23名幼兒（小班8名、中班9名、大班6名）。研究者還對班級教師進行半結構式訪談，了解教師在幼兒與編程游戲和編程設備互動時的指導策略。研究者采用扎根理論進行開放式編碼，從幼兒的肢體動作、語言、表情，以及教師的語言和動作等原始資料中抽取出概念類屬，挖掘和建立概念類屬之間的各種聯系，經過系統(tǒng)分析得出核心類屬。

二、研究結果與分析

（一）幼兒與編程游戲和編程設備互動的頻次和時長

表1呈現了科學區(qū)各年齡段幼兒操作編程游戲和編程設備的頻次。在小、中、大三個年齡段中，中班幼兒的使用頻次最多，大班次之，小班最少。主要原因是中班投放的編程游戲和編程設備數量最多。雖然大班投放的編程設備數量也不少，但是編程機器人“達奇和達達”需要平板電腦的支持，而中班的編程玩具“毛毛蟲”不需要同時占用平板電腦，因此兩種設備可以同時被使用。另外，因為大班幼兒每次使用平板電腦的時間為10至15分鐘，中班幼兒每次使用時間為8分鐘，所以中班幼兒的輪次機會更多。

研究者還請教師配合，對全天各個時間段幼兒進入到科學區(qū)操作編程游戲和編程設備的時長進行累加統(tǒng)計（A園有很多非區(qū)域活動的零散時間允許幼兒自主進入區(qū)域），結果見表2。

統(tǒng)計發(fā)現，小班幼兒操作編程游戲和編程設備的時間最短，其次是中班幼兒，大班幼兒使用時間最長。不同年齡班幼兒操作編程游戲和編程設備的時長存在差別，一方面反映出幼兒對電子設備使用規(guī)則的遵守，另一方面說明隨著幼兒年齡的增長，幼兒對編程游戲和編程設備的興趣逐漸提高。

（二）幼兒與編程游戲和編程設備互動的特點

1.編程游戲和編程設備提供了多模態(tài)學習機會

多模態(tài)學習是指應用一種以上的學習模式（多模態(tài)），為幼兒提供豐富的學習體驗，如語言（基于文本）、視覺、動覺（數字觸摸）、聽覺和空間（運動）模態(tài)。〔5〕幼兒通過這樣的多元模式來理解周圍的真實世界和日常環(huán)境中的自然現象。此外，當幼兒使用技術設備進行游戲時，他們通過數字體驗將現實世界和想象融合在一起，從而更好地理解他們周圍的環(huán)境。編程游戲“卡丁車”中豐富的顏色、編程玩具“毛毛蟲”在執(zhí)行指令過程中的燈光和移動過程、編程機器人“達奇和達達”的語音提示和數字屏觸摸等為幼兒提供了新鮮而有趣的刺激，吸引幼兒參與創(chuàng)造性探究。

以下觀察記錄節(jié)選呈現了編程游戲和編程設備為幼兒提供的多模態(tài)學習機會。

桐桐拿了平板電腦坐在桌子邊，點開編程游戲“卡丁車”。他點擊第一個游戲圖標，先設計卡丁車的顏色。在可供選擇的紅、粉、橘、藍、綠、紫六種顏色中，他先點擊了綠色圖標。平板電腦發(fā)出“吱”的聲音，車子變成了綠色。接著他又快速點擊不同的顏色并喊：“我在洗車！我在洗車！”

2.幼兒借助肢體、動作以及自我言語理解路徑和序列

幼兒與編程游戲和編程設備的互動具有顯著的具身性，且這種具身性存在于幼兒所采取的每一步行動中。幼兒在操作編程游戲“卡丁車”時，通常伸出右手食指，一邊用食指在屏幕上模擬卡丁車的行駛路徑，一邊自言自語提醒自己。在操作編程玩具“毛毛蟲”遇到問題時，幼兒會把自己的身體當作毛毛蟲來親身體驗行駛路徑，同時自言自語提醒自己正確的方向序列。

以下觀察記錄和訪談節(jié)選呈現了幼兒如何借助肢體和動作理解編程游戲和編程設備界面上的空間方位符號，并預測行駛路徑。

瑞瑞坐在起點位置，滿臉驚訝表情。然后，他上前關掉“毛毛蟲”的開關，拿起“毛毛蟲”看了看。接著，他拿著“毛毛蟲”，從起點位置沿著“毛毛蟲”行駛的路線一步一步走，并且自言自語：“直行，直行……然后拐彎，然后……哦！是直行！我知道啦！”

研究者：“你開始為什么連續(xù)裝了三節(jié)轉彎？”

瑞瑞（不好意思地笑了一下）：“裝錯了，我以為后面一直都是向左拐的。”

研究者：“后來你是怎么想到用那個方法去調整的？”

瑞瑞：“老師說，如果我們不知道怎么裝，就把自己當作毛毛蟲，走一走路線就知道了。”

3.幼兒在編程游戲中體驗豐富的情感

幼兒在操作編程游戲和編程設備時有著豐富的情感體驗。在游戲中遇到問題或困難時，幼兒通常會著急、疑惑、驚訝。與此同時，這些挑戰(zhàn)能激發(fā)幼兒進一步探究的興趣，以及對解決問題和完成挑戰(zhàn)的渴望。當游戲成功時，幼兒會很興奮，會積極主動地向同伴和教師展示自己的成果，分享成功的喜悅。已有研究表明，情感對學習至關重要。學習如果缺乏動力會很難進步，而動機往往由豐富的情感所引發(fā)和維持。當幼兒通過自己的努力實現游戲目標時，便能獲得成就感和榮譽感，提高自信心和自我效能感。

以下觀察記錄和訪談節(jié)選呈現了幼兒在與編程游戲和編程設備互動時豐富的情感體驗。

小宇點擊開始圖標，機器人向前行駛了80厘米，然后向左轉，正好到達了拐角處。小宇開心地說：“老師你看！正好！耶！我要告訴××老師去！”

研究者：“你喜歡這個游戲嗎？”

小宇：“喜歡，我每次都玩這個。”

研究者：“你在玩這個游戲時覺得什么最難？”

小宇：“動腦筋最難。”

研究者：“為什么這么說呢？”

小宇：“因為我有的時候想不出來到底應該往哪里走，會拐錯。”

研究者：“那你為什么喜歡這個游戲？”

小宇：“好玩啊，我讓它往哪里走，它就往哪里走。”

研究者：“你喜歡機器人編程嗎？”

小宇：“喜歡！特別喜歡！我希望自己也有一個這樣的機器人，就可以天天玩。”

（三）幼兒與編程游戲和編程設備互動的影響因素

1.幼兒自身的操作水平

小班幼兒在操作編程設備的過程中表現出較強的隨意性，容易被眼前其他新奇的事物所吸引，也容易受到同伴的影響。在操作遇到困難的時候，小班幼兒傾向于隨意點擊屏幕上的圖標或者直接退出游戲，較少尋求教師或同伴的幫助。

中班幼兒在操作編程設備的過程中表現出一定的任務意識和目的性。中班幼兒對編程游戲和編程設備的操作過程和難易程度有了一定的了解，知道需要怎樣做才能完成任務。當遇到困難時，幼兒大多會返回選關界面選擇自己能夠順暢完成的任務進行操作。此外，中班幼兒已經積累了一定的操作經驗，能夠將經驗運用于調整自己的游戲行為。另外，與小班幼兒相比，中班幼兒遇到困難后會更堅持不懈，敢于挑戰(zhàn)自己，也更愿意主動尋求教師和同伴的幫助。

大班幼兒在操作編程設備時更加熟練，操作形式更加多樣。大班幼兒有較強的創(chuàng)新意識，當看到有幼兒發(fā)明了一種新的玩法時，其他幼兒也會競相發(fā)明新玩法。大班幼兒會根據自己的興趣和想法不斷改變和創(chuàng)造規(guī)則，挑戰(zhàn)更高的難度。

2.技術因素

幼兒園投放的編程游戲和編程設備通常都具有較強的畫面感和仿真感。比如，“毛毛蟲”“達奇和達達”都擁有大眼睛和親切的笑容，容易吸引幼兒。這些編程游戲和編程設備都具有設置目標、思考路徑、發(fā)出指令達成目標等編程元素，能夠鍛煉幼兒思考問題和解決問題的能力。以編程游戲“卡丁車”為例。“卡丁車”以點擊或拖拽屏幕上的圖標為主要操作方式，以闖關的形式吸引幼兒一步一步進行操作。隨著關卡難度的提升，幼兒需要在較短的時間內連續(xù)拖拽多個圖標到屏幕的指定位置。而剛接觸游戲界面的幼兒通常會將兩只手一起放在屏幕上，并同時點擊或拖拽圖標。這樣的操作往往會導致圖標拖拽失效或卡頓的結果。“老師，這個為什么不動了？”“老師，這樣還是不行。”“老師，我拖不動。”“老師，它卡住了。”觀察發(fā)現，大部分幼兒在選擇關卡的時候趨向于從自己已經玩過的關卡中選擇，或者在遇到困難的時候，返回更容易的關卡。一方面，幼兒希望從游戲中獲得成就感，超出自身水平的游戲可能會帶來挫敗感，而輕輕松松過一關會在省力的同時獲得自我滿足。另一方面，時間的限制使幼兒認為在有困難的關卡上浪費時間會讓自己得不償失，只有在有限的時間里盡可能多地完成操作才會有滿足感。

3.教師語言和動作的指導

觀察發(fā)現，教師對小班幼兒的指導多于對中班幼兒和大班幼兒的指導。當幼兒的操作遇到困難，或者缺乏目的性時，教師會主動走到幼兒身邊耐心指導，幫助幼兒在游戲中獲得更積極的體驗。

以下觀察記錄節(jié)選呈現了教師的指導策略。

教師蹲下身引導桐桐：“你喜歡什么顏色的車子？”

桐桐：“藍色。”

教師：“那你把車子變成藍色的。”

桐桐點了一下藍色圖標，教師按了一下車子右邊向右的箭頭，把界面調到選關環(huán)節(jié)。

教師點擊第一關：“我們先試一下第一關。”

（第一關是一輛藍色的車子，車子右側是一條橫著向右的路，路的終點是一面旗子。屏幕左邊是一列不同方向的箭頭，只有第一個帶有鑰匙標記的向右的箭頭是有顏色的，其余都是灰色的。屏幕最上面一行是一排方格。）

教師：“你看看這輛車子，怎樣才能開到終點呢？”

桐桐用手指著路：“向這邊開。”

教師指著左邊一列箭頭：“那這邊哪一個是這個方向的？”

桐桐迅速找到了第一個帶有鑰匙標記的向右的箭頭：“這個！”

教師把向右的箭頭圖標拖到最上面一行的第一個方格里，然后點擊車子，車子向右行駛，到達了終點。

桐桐開心極了，邊跳邊喊：“耶！我贏了！我贏了！”

通過對教師的訪談我們了解到，針對幼兒在操作層面遇到的困難，教師一般采用個別指導和集體講解兩種方法，有時也會讓幼兒向有經驗的同伴請教，在集體講解的時候還會請有經驗的幼兒演示自己的操作方法。在投入新的編程設備或者編程游戲軟件時，教師會預先思考幼兒在操作中可能會出現的問題，并在講述如何操作時主動與幼兒討論，盡量讓幼兒熟悉游戲軟件或設備的操作界面。

以下教師訪談節(jié)選呈現了教師對指導策略的思考。

“首先是（培養(yǎng)孩子的）觀察能力。每次小車需要到達的位置都不一樣，就需要孩子們先觀察，明確起點和終點再操作。還有就是預判，猜想怎樣可以到達終點。最后是（培養(yǎng)孩子的）耐心，因為孩子們經常不會一下子成功，有時候5分鐘都過不了一關。我們沒有要求一定要玩到第幾關，而是鼓勵每個孩子慢慢嘗試，盡可能體驗。”（張老師，小一班）

三、教育建議

（一）認識編程活動的教育價值

近十年來，機器人和計算機編程項目在兒童發(fā)展領域和學前教育領域越來越受到關注。兒童編程工具的不斷更新迭代，讓編程變得更容易理解，更容易操作，更適合兒童的年齡特點和發(fā)展需要。有研究表明，機器人編程在促進幼兒的認知、精細運動以及社會性發(fā)展方面頗具潛力。〔6〕兒童能夠使用多模態(tài)線索來理解數字和文本。這樣的多模態(tài)線索包括圖片、符號、聲音、圖像、手勢等。〔７〕即使是年幼的兒童也可以學習編程的基本概念。一項針對5—6歲幼兒使用計算機編程解決問題的干預研究發(fā)現，通過系統(tǒng)地學習編程課程，幼兒學會了基本的編程概念，包括“命令、命令的順序執(zhí)行、程序、邏輯錯誤、程序的測試和調試”等。〔８〕在本研究中，3—6歲兒童在區(qū)域活動中使用圖形化編程工具和實體編程工具，對程序和機器人進行設置，并通過肢體、動作、語言不斷反思、修改和制定新的解決方案。幼兒與具體形象的程序塊或編程積木的互動不僅能幫助幼兒更好地理解序列、事件、條件等編程的基本概念，而且能幫助幼兒積累問題解決的經驗。

（二）激發(fā)幼兒學習編程的興趣

從幼兒與編程游戲和編程設備互動的頻次和時長以及幼兒與程序和設備的互動特點看，圖形化編程工具和實體編程工具對幼兒有著較大的吸引力。幼兒在操作過程中運用已有知識和經驗，發(fā)揮創(chuàng)造力和想象力，使用編程軟件設計機器人的語言和動作，將自己的想法付諸實踐，創(chuàng)造屬于自己的游戲情境。因此，教師在組織編程活動時，應當注重激發(fā)和保持幼兒的學習興趣。有研究表明，教師的積極參與和有效支持對幼兒學習和使用編程技術至關重要。當教師為幼兒提供安全的環(huán)境，鼓勵幼兒積極表達自己的想法，讓幼兒參與活動目標的建立，并鼓勵幼兒與成人以及技術之間的互動時，幼兒在技術的使用中能學到更多。

與此同時，教師需要根據編程游戲的復雜程度和幼兒的操作水平，及時調整指導策略。當幼兒在編程游戲中遇到困難時，教師可以細心地觀察幼兒的操作過程，耐心地陪幼兒一起探索，啟發(fā)幼兒思考，引導幼兒解決問題，增強幼兒的自信心。

（三）創(chuàng)設豐富的實物編程游戲情境

當幼兒首次接觸編程游戲或編程設備時，教師需要為幼兒創(chuàng)設線上和線下、紙質與電子、實物與圖形表征相結合的學習機會，提供多感官、親身體驗、動手操作的實物編程游戲體驗。例如，教師可以在活動室里放置一張較寬大的地墊，在地墊上放置與地墊尺寸大致相同的空白網格紙和表示不同方向的箭頭卡片，邀請幼兒扮演卡丁車或機器人在網格上行走，引導幼兒思考身體運動的方向和位置。教師還可以提供適當的道具，創(chuàng)設豐富的冒險游戲情境，支持幼兒的編程游戲。例如，創(chuàng)設沼澤、河流、草地、湖泊等場景，提供各種尺寸的毛絨玩具、各種物品的圖片或模型（如水果、牛奶、餅干、樹木、家具等）。幼兒可以互相合作，例如一方發(fā)出行駛的指令，另一方扮演機器人根據指令行走，或是根據指令在網格上移動相應的物體。教師還可以鼓勵幼兒思考到達終點的多種路徑，從中選擇最優(yōu)路徑，以培養(yǎng)幼兒創(chuàng)造性解決問題的能力。

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Kindergarten Childrens Interaction with Programming Games and Programming Devices：A Case Study Based on Kindergarten A

Tao Ying

（College of Educational Science， Nanjing Normal University， Nanjing， Jiangsu， 210097）

【Abstract】This study， taking kindergarten A in City N as a case， explored 3-6 year-old childrens interaction with programming games and programming devices during free play time through four-week field observation and interviews.The study revealed the noticeable features of childrens interaction with programming games and programming devices， as well as possible factors that may have impact on the interaction. It is expected to provide suggestions for the kindergarten teachers.

【Keywords】children aged 3-6 years; programming games; programming devices; interaction; case study