不插電活動對幼兒計算思維的影響

摘 要： 在人工智能時代，計算思維被認為是個體應該具備的核心素養能力之一。不插電活動實施方便，技術門檻較低，是幼兒階段培養計算思維的主要方式之一。該研究采用準實驗研究法，以幼兒園中班和大班兒童為對象，對不插電活動對幼兒計算思維的影響，以及不同年齡和性別幼兒的效果差異進行了深入考查。研究結果表明，不插電活動能夠顯著促進幼兒的計算思維發展，大班幼兒的學習效果明顯好于中班幼兒；男童和女童的計算思維水平沒有顯著差異，但不插電活動中的行為表現存在一定的性別差異。上述研究結果為設計和實施幼兒計算思維教育，提供了參考和借鑒。

關鍵詞： 幼兒；不插電活動；計算思維；年齡；性別

一、問題提出

計算思維被認為是21 世紀個體最重要的核心素養之一。計算思維是指基于計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計以及人類行為理解的一系列思維活動，它不僅僅是一種技術技能，更是一種針對現實問題形成解決方案的關鍵能力。隨著信息時代的發展，計算思維培養呈現出“低齡化”的態勢，面向幼兒的計算教育受到越來越多的重視。

近年來，不插電活動在幼兒計算思維培養中受到越來越多的關注。所謂的不插電活動，是指不需要借助電腦、平板等數字化設備，通過紙、筆、卡片、木塊等生活化材料，采用游戲、謎題和身體活動等方式幫助學習者學習計算機科學相關概念的活動。不插電活動沒有硬件設備和技術條件的諸多限制，并且可以與學前教育中常見的繪本、游戲和身體活動相結合，通過直接感知、親身體驗的方式學習和理解編程概念，逐漸成為一種比較適合培養幼兒計算思維的學習形式。但在已有的研究中，對于不插電活動對于幼兒計算思維的影響效果如何，目前尚未形成完全一致的結論。一些研究顯示，不插電活動比傳統的編程學習（插電活動）更有利于促進幼兒計算思維的發展；但也有研究表明，和其他學習工具相比，不插電活動在計算思維的促進效果上沒有明顯的優勢。

綜上所述，不插電活動在幼兒計算思維培養中日益受到關注，但其對幼兒計算思維發展的影響效果如何，目前尚未形成比較明確的結論，還需要進一步深入考察；另外，對于“幼兒計算思維發展是否存在年齡和性別差異”這一問題，已有的研究結果也存在一定的分歧。基于上述背景，本研究旨在對“不插電活動對于幼兒計算思維發展的影響效果”予以考查，厘清不同性別和年齡兒童計算思維發展過程中的認知和行為特征。這可以為設計高質量的不插電學習活動提供切實有效的依據，從而進一步推動幼兒計算思維教育的發展。因此，本研究的研究問題如：不插電活動對于幼兒的計算思維發展水平的影響效果如何？不插電活動對于幼兒的計算思維發展的影響是否存在年齡差異？不插電活動對于幼兒的計算思維發展的影響是否存在性別差異？

二、研究設計

本研究采用準實驗研究方法，以幼兒園中班和大班幼兒為研究對象，根據計算思維五個維度（抽象、算法、分解、模式識別、評估）設計和實施不插電活動；采用計算思維測試題、計算思維觀察表和訪談提綱等數據收集工具，對幼兒的計算思維學習表現和發展狀況進行評估，考查不插電活動對幼兒計算思維的影響效果；并在此基礎上，以年齡和性別為變量，進一步深入探究不同組別幼兒實施不插電活動后計算思維發展效果的差異。

1. 研究對象

本研究以山東省濱州市某幼兒園中班和大班各一個班級的幼兒為研究對象，其中，中班幼兒30 名（男生10 名，女生20 名，平均年齡4. 68 歲）；大班幼兒39 名（男生26 名，女生13 名，平均年齡5. 77 歲）。

2. 研究工具

（1）計算思維測試題

計算思維測試題用以評估活動對于幼兒計算思維發展的影響，對不插電活動進行前測與后測，并對結果進行比較，以此判斷不插電活動對幼兒計算思維的影響程度。該測試題選自計算思維國際挑戰賽官方試題和美國塔夫茨大學開發的TechCheck 計算思維評估題，研究者在原有試題基礎上進行了一定的改編和調整。

參照Selby 和Woollard 提出的幼兒計算思維概念界定與維度劃分，本研究中的計算思維測試題覆蓋了5 個維度；每個維度2 題，共10 題；每題回答正確得2 分，回答錯誤得0 分，滿分20 分；測試題采用紙筆測試的形式進行。計算思維測試題中，題目1 考查計算思維中的抽象維度，要求幼兒根據圖片提煉四個房子的顏色及圖案形狀特征，圈畫出與題目描述相匹配的項目；題目4 考查算法維度，要求幼兒規劃出小兔子到胡蘿卜的最短路徑；題目8 考查模式識別能力，要求幼兒將不同類型的動物與相關特征的樹枝進行連接。

（2）計算思維觀察表

計算思維觀察表用以評估幼兒不插電活動中的學習表現。觀察內容同樣包含抽象、算法、分解、模式識別、調試五個維度。觀察表的評分參照計算思維活動表現評分標準而定：按照目標達成程度，從“完全達到”到“沒有任何相關行為”，依次獲得5—0 分。觀察表具體內容，如表1 所示。

（3）訪談提綱

訪談包括課堂隨機訪談與課后訪談。課堂隨機訪談內容作為質性數據，用以補充課堂觀察中的事件記錄。課堂訪談的問題聚焦于探查幼兒計算思維活動中的內在思維過程，諸如“為了解決這個問題，我們需要做哪些事情？你能一步一步地按順序講出來嗎？”（算法）；“在解決大問題時，我們要解決哪些小問題呢？怎么解決這些小問題呢？”（分解）等。

課后訪談主要了解幼兒對不插電活動的難易感受、喜好程度以及自我評價這幾個方面，問題包括“你最喜歡哪個活動，為什么？”“教師設置的任務簡單還是困難？你能順利完成嗎？”“通過不插電活動，你覺得自己哪些方面得到進步？哪些方面還需要繼續努力呢？”等等。

3. 數據收集和分析

（1）數據收集

為了保證幼兒對于題目的準確理解，計算思維測試題采用一對一方式進行。教師為幼兒讀出并解釋測試題內容，然后幼兒答題，以避免由于幼兒閱讀能力不足造成評估結果的偏差；研究過程中，前后測的過程和形式保持一致。

幼兒計算思維觀察由中班和大班各兩名教師完成。在執行觀察前，研究者對所有評分者進行了培訓，以保證評分者對觀察內容及評分標準理解和評判的一致性。兩組評分者的課堂觀察評分在數據分析前進行了一致性檢驗，中班組的評分一致性系數為0. 917，大班組的評分一致性系數為0. 909，總體一致性較好。課后訪談由研究者負責實施，活動結束后，研究者在中班和大班中隨機選取男童和女童各5名，進行“一對一”的訪談。

（2）數據分析

研究者對收集的數據與文本分別進行分析。首先，使用SPSS26 軟件，對計算思維測試題和課堂觀察評分的量化數據進行獨立樣本t 檢驗、配對樣本t 檢驗和協方差分析，評估活動前后幼兒計算思維發展的變化，以及不同年齡和性別幼兒之間計算思維的差異。其次，將幼兒的課堂觀察事件記錄和訪談文本轉錄為文字，NVivo 對幼兒的計算思維表現進行質性分析，并和量化數據結果進行三角驗證。

4. 實施流程

研究者通過對幼兒園教材中的已有活動主題的深入分析，將其與CS Unplugged、Code. org 等網站上的經典不插電活動案例相結合，設計了貼合幼兒發展水平、涵蓋計算思維五大核心維度的系列不插電活動，活動主題和內容，見表2。活動實施分為七次，其中第一次和第七次分別進行幼兒計算思維的前后測，第二到第五次實施不插電活動，每次活動開展一個主題內容。活動過程中對幼兒計算思維學習表現進行課堂觀察。活動全部結束后進行訪談。最后對數據進行統計和分析，形成研究結果。

三、研究結果

1. 不插電活動對幼兒計算思維發展的影響

（1）中班幼兒計算思維的發展

計算思維測試題配對樣本t 檢驗的結果顯示：不插電活動實施前后，中班幼兒的總體計算思維水平存在顯著差異（p=0. 000lt;0. 005），后測結果明顯高于前測（T=-5. 354），表明通過活動，中班幼兒的計算思維得到了顯著提升。在計算思維的五個維度中，分解（p=0. 000lt;0. 001，T=-4. 325）和模式識別（p=0. 001lt;0. 05，T=-3. 844）提升顯著，抽象、算法和調試三個維度的提升沒有達到顯著水平，見表3。

課堂觀察結果顯示，通過活動，中班幼兒計算思維觀察評分的各個維度整體呈上升趨勢，如分解維度的初始評分為3 分，在不插電活動后提升到5 分，模式識別維度得分則從2. 5 分上升到4. 75 分。課堂觀察事件記錄顯示，在活動的初始階段，中班幼兒的計算思維分解能力較弱，通常僅能將一個問題分解成2—3 步，而經過5 次不插電活動后，幼兒能夠嘗試不同的問題解決思路，更加細致耐心地對事件或動作進行拆解，大多數幼兒的分解步驟數量能夠達到4 步。在模式識別方面，幼兒在活動初期只能識別包含1—2 個元素的模式，隨著活動進展，能夠逐漸識別包含3—4 個元素的模式，發現模式規律并推測出未知元素的能力明顯提升。

課后訪談中，大部分幼兒提到了自己“能很快找到規律”“能按照步驟做事情”等，說明幼兒能夠認識到自己在分解和模式識別能力方面的進步。

（2）大班幼兒計算思維的發展

與中班幼兒計算思維測試結果類似，不插電活動實施前后，大班幼兒的總體計算思維水平同樣存在顯著差異（p=0. 000lt;0. 001），后測的結果明顯高于前測（T=-6. 406），表明通過活動，大班幼兒的計算思維得到了明顯提升，尤其在算法（p=0. 006lt;0. 05，T=-2. 933）、分解（p=0. 002lt;0. 05，T=-3. 411）、模式識別（p=0. 000lt;0. 05，T=-5. 906）這幾個維度提升顯著，而抽象和調試兩個維度的提升則相對較小，見表4。

在大班幼兒的課堂觀察評分中，計算思維的大部分維度也呈現逐漸上升的趨勢。例如，分解和模式識別的得分均值從活動初的3 分上升到活動后的5 分，分解得分從2. 5 分增長到4. 75 分。

課堂觀察記錄顯示，在算法方面，大班幼兒的順序表達能力得到了加強，能夠更加清晰地描述事件執行的先后次序，甚至能夠從不同的方式篩選出耗時更短的算法。在分解方面，大班幼兒能夠運用簡單符號繪制基本的流程圖，能對復雜問題實現最多6 個步驟的分解。在模式識別方面，大班幼兒從開始僅能識別2—3 個元素組成的模式，提升到能夠認識含有4—5 個元素的模式，并能夠發現不同問題解決方法的共性，將其遷移運用到其他問題解決中。

在課后訪談中，大班幼兒對自己算法和模式識別中的表現給出了較高的評價：包括“我覺得我能按照順序做事情”，以及“我找規律比其他人都快”；當被問到“哪方面需要再努力”時，大班幼兒表達了在抽象、調試維度做出進一步努力的意愿。

2. 不插電活動對于幼兒計算思維發展影響的年齡差異

對兩個班級計算思維前測結果的分析顯示，在干預活動實施前，中班和大班幼兒的計算思維起點水平存在顯著差異，因此將起始成績作為協變量，對兩個班的后測成績進行單因素協方差分析。結果顯示，經過協變量調整，排除計算思維初始水平差異后，不插電活動對于中班和大班幼兒計算思維發展的影響仍具有顯著差異（F=42. 736，p=0. 000lt;0. 001），大班幼兒的計算思維的總體水平和大部分子維度的分數（除抽象維度（F=0. 169，p=0. 683gt;0. 05）），均顯著高于中班幼兒，見表5。

進一步分析兩個班級的課堂觀察記錄可以發現，兩者在計算思維各個子維度的學習表現上均存在一定的差異：在算法方面，大部分中班幼兒能按順序正確排布3—4 條指令，5 條以上的指令排布存在困難，而大班幼兒普遍能夠正確排布3—6 條指令，且能夠較為流暢地進行表述。在分解方面，大班幼兒的問題分解步驟較為詳細，語言表述的邏輯性更強；中班幼兒則需要在教師的演示輔助下，才能厘清更加細致的步驟。在模式識別方面，中班幼兒能夠較快分辨包含兩條指令的模式，而對4 條以上指令的模式識別存在明顯困難；大班幼兒能夠結合肢體動作、“順口溜”描述等方式，對4 條以上指令進行模式識別。在調試方面，中班幼兒對于程序錯誤的精準定位能力不及大班幼兒，能夠判斷指令是否正確，但對正確指令進行抄錄和改正的速度較慢；大班幼兒能夠精確定位指令錯誤的位置，直接改正錯誤，調試的速度更快。

訪談顯示，中班和大班幼兒都更加喜愛與日常生活聯系密切、能夠激發興趣的不插電活動。中班幼兒在繪制箭頭、描繪簡單形狀、書寫簡單數字方面存在一定的困難，顯示低齡幼兒的文字書寫、數字識別和精細動作能力水平對不插電活動實施效果存在一定的影響。

3. 不插電活動對于幼兒計算思維發展影響的性別差異

根據性別分組的獨立樣本T 檢驗結果顯示，活動前，中班男童和女童的計算思維總體水平不存在顯著差異（p=0. 094gt;0. 05），女童的各個計算思維子維度成績略高于男童，但差異并不明顯。大班男童和女童的計算思維總體水平也不存在顯著差異（p=0. 36gt;0. 05），各個子維度的成績比較接近。

不插電活動結束后，中班男女童在算法（T=-2. 837，p=0. 008lt;0. 01）和模式識別（T=-2. 632，p=0. 014lt;0. 05）兩個子維度方面形成了顯著差異，女童的算法（M=1. 700）和模式識別（M=1. 350）均值明顯高于男童（M=1. 200 和M=0. 800）。而大班男女童的計算思維的總體水平和各個子維度的水平均沒有顯著差異，見表6。

課堂觀察記錄顯示，男女童在不插電活動中的行為表現體現出一定的性別特征。如女童的課堂紀律和合作能力較好，因此，女童所在的小組解決問題的專注度較高，同伴之間能進行良好的交流和合作，完成任務的時間也較短。而在全部由男童構成的小組中，幼兒的注意力更容易分散，在選擇問題解決方案中會出現各執己見、互不相讓的情況。女童比較擅長用生動具體的語言細節來表達程序指令，如會說“右轉，走xx 步，到達xx，再左轉”；而男童的語言表述能力相對較弱，只能說“右轉，再左轉”，缺乏進一步的細節，但他們在空間想象和動手操作方面展現出更好的能力，傾向于通過動作，如手指指向具體位置，或直接擺放箭頭標識的方式表達自己的思維過程。此外，女童在調試環節比男童更加細致和耐心，能夠認真地尋找錯誤之處；而男童更加活躍，在調試中容易忽略一些細節。

訪談記錄表明，女童更加喜歡藝術或者創意類的不插電活動，如女童在“心情日記”活動中，表現更加積極，并能夠運用細致生動的語言講述故事和表達自己想法，有的女童喜歡“機器人舞會”中唱歌和跳舞的活動，因為“可以在跳舞時體現出更好的節奏感”；男童則普遍表示喜歡“我去幼兒園”和“機器人舞會”，因為“可以在地墊上走”，或者“機器人很酷”，顯示出喜歡空間操作活動的心理傾向。

四、研究討論

1. 不插電活動對幼兒計算思維的影響效果

研究結果顯示，通過實施不插電活動，中班和大班幼兒的計算思維測試成績均有顯著的提升。這表明，總體而言，不插電活動能夠有效促進幼兒計算思維能力的發展。在計算思維各個子維度中，幼兒的分解和模式識別的成績提升尤其顯著，說明不插電活動在提升幼兒分解和模式識別能力方面具有明顯的優勢。在我國傳統的學前課程中，促進幼兒分解技能發展的學習內容相對較少，因此，不插電活動對幼兒這方面能力的發展具有明顯的價值。幼兒模式識別技能的提升可能與不插電活動的具體設計相關。本研究中的不插電活動設計整合了故事聯想、事物聯想、編口訣等學習策略，為幼兒的學習提供有效支架；給予幼兒充足的空間進行細致的觀察和信息的整合；構建生動的問題解決情境，營造“做中學”的學習環境，這些學習策略對于促進幼兒模式識別技能發展起到了比較重要的作用。

2. 不插電活動對于幼兒計算思維發展影響的年齡差異

研究結果顯示，中班和大班幼兒的總體計算思維水平存在顯著差異，且在分解、算法、模式識別、調試各個子維度上表現出比較明顯的區別。如大班幼兒的分解能力更強，能夠將需要解決的問題分解為更細的步驟，體現出更高的耐心和專注力，表現顯著好于中班幼兒。此外，大班幼兒在算法和模式識別方面具有一定的優勢，程序設計中包含的指令數量明顯高于中班幼兒。

此外，本研究結果顯示，幼兒的程序設計和調試能力的差異與他們的書寫和語言表達能力存在一定的關聯。如中班幼兒能夠用手正確指出路徑，但是無法用語言對路徑的設計進行準確的表達，而大班幼兒能夠清晰地采用方向詞匯/指令（如左轉/右轉）準確描述方向。因此，在幼兒計算思維學習活動中，可以加強語言表達方面的訓練，以此間接促進幼兒計算思維的發展。

3. 不插電活動對于幼兒計算思維發展影響的性別差異

研究結果顯示，不插電活動對于不同性別幼兒的計算思維發展都有促進作用。女童的計算思維能力表現與男童相當，在部分子維度諸如算法中的表現甚至明顯好于男童。此外，女童在不插電活動中表現出更強的專注力，而且在同伴合作環節的表現更好，能夠通過小組協作的方式，積極討論問題解決方案；男童則比較活潑多動，專注力和課堂紀律不及女童。

此外，女童在活動中對于問題的解答表現得更加謹慎，習慣于在整合全部信息之后再進行判斷；而男童傾向于做出“冒險”行為，根據已知但不完善的信息快速選擇較優的答案，在結果的精確性上相對較弱。女童傾向于喜歡與他人合作的活動，分享想法，發揮創造力；而男童更喜歡快速的、個人化的、基于操作的活動①，往往不能長時間集中精力完成一個任務。

五、結論與啟示

本研究通過設計和實施適合幼兒發展水平和學習主題的不插電活動，并采用計算思維測試題、課堂觀察和課后訪談等方式對幼兒的學習表現進行評估。結果表明，不插電活動能有效促進幼兒計算思維整體水平的提高，尤其對計算思維中的分解和模式識別兩個維度具有比較顯著的促進作用。本研究對不同年齡和性別幼兒接受不插電活動學習后的計算思維差異進行了評估，結果表明，年齡對幼兒計算思維發展具有顯著的影響。接受不插電活動后，大班幼兒在計算思維各個維度的表現均明顯好于中班幼兒；而性別對幼兒的計算思維發展沒有明顯的影響，但男童和女童在不插電活動中的行為體現出一定的性別特征和傾向。

本研究的啟示為，首先，在不插電活動的設計中，應根據不同年齡幼兒的發展水平，恰當地設定學習目標，并采取有針對性的教學策略。例如，在任務的情境設計中，中班幼兒活動的情境必須緊密聯系幼兒的自身生活，而大班幼兒的活動情境可以包含一定的思維發散性和創造性設計內容。

其次，不插電活動的設計應尊重和體現幼兒的性別特點。如根據女童比較遵守課堂紀律、善于傾聽交流、能夠有效開展合作、重視情感表達，以及具有較強的創造力等特征，可以在活動設計中增強活動情境的設計，并可以結合語言活動，為其提供更多自主創造和語言表達的機會；而針對男童喜歡動手操作，空間方位能力較強，愿意接受挑戰性任務的心理特征，可以在不插電活動設計中與身體活動相結合，增加包含具身認知元素的學習內容，以充分利用和發揮男童這方面的認知特長。除此之外，在不插電活動的實施中，應采用恰當的教學策略和組織形式，如采用男童和女童混合分組的活動策略，營造開放多元的學習環境，鼓勵男女童進行合作，發揮不同性別幼兒的心理和認知特點，形成互補效果，從而更加有效促進幼兒計算思維的發展。