基于雙鏈驅(qū)動的幼兒實物編程創(chuàng)新實踐

中圖分類號：G614 文獻標志碼：A 文章編號：1673-9094（2025）04-0087-07

當今世界，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型加速推進，人工智能在豐富和發(fā)展人類社會新樣態(tài)方面發(fā)揮了引領性作用。從演進歷程看，技術成為推動力量，人類進入數(shù)智時代[。基于數(shù)智化這一時代發(fā)展背景，持續(xù)探索課程時代性與幼兒發(fā)展性的關系，創(chuàng)造性地開發(fā)實施幼兒實物編程活動，經(jīng)歷了從“編程競賽活動”到“編程專室活動”再到“編程融入班級活動”三個階段。幼兒實物編程活動始終以幼兒的經(jīng)驗和生活為中心，從少數(shù)幼兒參與的“賽事活動”發(fā)展為每一位幼兒都參與并融入班級日常的活動，從“紙上競技編程游戲”轉(zhuǎn)向為幼兒全面發(fā)展服務的綜合性游戲，在雙鏈交互的活動設計和實施中，不斷推進幼兒經(jīng)驗的進階，實現(xiàn)了從活動到課程的教學變革歷程。

一、概念建構：雙鏈驅(qū)動視域下的幼兒實物編程解析

解析幼兒實物編程的概念，需從理論認識與實踐框架雙向切入。一方面，揭示幼兒實物編程的情境性、具身性和挑戰(zhàn)性的教育意蘊；另一方面，闡明基于任務鏈和問題鏈交互驅(qū)動的實物編程教育實踐中幼兒經(jīng)驗進階的建構過程

（一）幼兒實物編程的內(nèi)涵與特征

隨著數(shù)智化時代的到來，國家對創(chuàng)新人才的需求不斷增加，編程教育從高等教育向基礎教育延伸。計算機編程即以專業(yè)的計算機語言作為輸入內(nèi)容，編寫和設定一定的程序，讓計算機存檔并且運行[2?；谟變核季S發(fā)展的特點和水平，幼兒編程并不適合直接使用專業(yè)的計算機語言，適合幼兒學習的實物編程教育成為一種浪潮。有研究者將實物編程視為一種以實物連接的方式表示執(zhí)行序列并由對應裝置產(chǎn)生交互結果的人機交互方式，即以實物操作方式描述一個程序的過程。在實際應用中，實物編程主要指通過操作現(xiàn)實世界中的物理模塊，采用模塊拼接的方式構建、表達計算機程序指令的運行過程[3。鑒于文獻研究和基于實物編程的教育實踐，本文認為，幼兒實物編程是以實物編程機器人為載體，采用角色代入、問題解決、發(fā)布任務等多樣化、游戲化的挑戰(zhàn)方式，持續(xù)激發(fā)幼兒探索的內(nèi)驅(qū)力，在問題分析與拆解、反復試誤與糾錯、信息整合與貫通的過程中，實現(xiàn)幼兒在計算思維、探究精神等方面經(jīng)驗的主動建構與進階，進而獲得整體發(fā)展的學習活動。幼兒視覺調(diào)節(jié)能力差，眼部神經(jīng)和肌肉發(fā)育不完全，長時間使用電子產(chǎn)品對眼睛造成負面影響，因此，幼兒實物編程采用無屏幕實物編程，即在圖形化編程語言的基礎上，將屏幕代碼實物化，封裝到帶有特定圖案或標識的符號化實物模塊中，通過不同的堆疊方式表達程序邏輯并響應指令。

幼兒實物編程具有情境性、具身性和挑戰(zhàn)性的特征。情境性表現(xiàn)為將編程任務創(chuàng)設為多元變化的游戲情境，以有趣的真實或虛擬的情節(jié)提高幼兒參與的積極性和主動性。具身性表現(xiàn)為支持幼兒通過以自身為參照物的直接感知、實際操作和親身體驗的方式來進行學習，用具身經(jīng)驗將行動現(xiàn)實和虛擬編程連接起來，幫助幼兒理解和掌握方位編程模塊的工作原理，認識到編程的核心在于運用代碼實現(xiàn)自己的想法，從而有效促進幼兒計算思維的發(fā)展；挑戰(zhàn)性則表現(xiàn)為編程任務難度的遞進性，基于不同難度實物編程機器人的選擇、行進路線規(guī)劃、模塊擺放、機器人操作以及活動記錄等關鍵因素，設計由易到難、由淺入深的編程任務，涵蓋編程的基本概念和指令，并逐漸引入更高級的邏輯結構和問題解決策略，確保幼兒在合理的挑戰(zhàn)中穩(wěn)步提升編程能力。

（二）雙鏈驅(qū)動的內(nèi)涵與實施原則

幼兒實物編程是基于挑戰(zhàn)性的任務鏈和問題鏈的交互驅(qū)動不斷發(fā)展的。幼兒實物編程活動中的任務鏈是基于實物編程教育目標達成、結合幼兒發(fā)展興趣建立的情境性、連續(xù)性和遞進性的若干個活動式學習任務的集合。任務鏈中的各子任務由簡到繁、由易到難、前后相連、層層深入。幼兒實物編程活動中的問題鏈是指根據(jù)幼兒的實物編程活動的發(fā)展目標和興趣需要，基于某一主題的深入探索，生成的有邏輯、遞進式的系列問題，這些問題既相互獨立又環(huán)環(huán)相扣，按照幼兒經(jīng)驗發(fā)展的順序“成鏈”。問題鏈本質(zhì)上是一種學習和教學策略，是師幼交互作用下設疑、釋疑的動態(tài)學習過程。其核心價值在于通過持續(xù)不斷的發(fā)問激發(fā)幼兒持續(xù)探究的好奇心，隨著由淺入深的序列問題的解決，促進幼兒完整經(jīng)驗建構及教學過程的優(yōu)化。

雙鏈驅(qū)動的實施有三個原則：一是真實原則，從幼兒的生活經(jīng)驗出發(fā)，提煉真實問題，設計貼近幼兒生活的實物編程任務。這樣做的好處在于，幼兒更容易理解編程的背景和意義，從而更加投入地參與解決問題和完成任務的過程中，得到的經(jīng)驗也更容易進行驗證，可遷移應用到其他場景中。例如，設計“垃圾分類小能手”的實物編程游戲，幼兒通過操縱機器人完成不同類型的垃圾分類任務，享受游戲樂趣的同時，掌握基本的編程邏輯，并加深對垃圾分類知識的理解和實踐。二是開放原則，問題或任務要具有開放性和靈活性，能夠引發(fā)幼兒多角度、多層次的思考。在實物編程中，設計的問題或任務應避免有過于具體或限制性的解決方案，要鼓勵幼兒發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力，探索多種可能的編程邏輯和解決方案。例如，在“火雞餐廳”活動中，教師提出開放性問題：“如何讓機器人‘小勇’快速吃到火雞，并且避免碰撞障礙物？”教師鼓勵幼兒考慮路徑規(guī)劃、編程模塊組合、時間效益等多種因素，培養(yǎng)解決問題的能力。三是遞進原則，問題鏈和任務鏈要相互關聯(lián)、層層遞進，為幼兒的思維搭建“臺階”。在設計實物編程的“雙鏈”時，我們需要確保每個問題和任務都是在前一個問題和任務基礎上的進一步拓展和深化。例如，在“小勇找落葉”活動中，教師首先從簡單的“讓機器人小勇走直線”的任務開始，引導幼兒掌握基本的移動指令和編程邏輯，理解指令與動作的對應關系。接著，逐步增加難度，通過“遇到T型路口該如何選擇方向”等問題引導幼兒探索轉(zhuǎn)向指令、條件判斷等更復雜的編程結構。最后，設置更具挑戰(zhàn)性的任務，提出“如何用兩個機器人完成所有落葉收集任務”的問題。在前期個體編程經(jīng)驗的基礎上，鼓勵幼兒團隊合作，共同設計和實現(xiàn)協(xié)同編程方案。幼兒在完成一系列相關問題和任務的過程中，能夠基于前期經(jīng)驗逐步深入理解問題和任務的本質(zhì)，形成系統(tǒng)的知識結構和思維框架。

二、范式創(chuàng)新：雙鏈驅(qū)動下的幼兒實物編程設計框架

在數(shù)智化時代教育創(chuàng)新的浪潮中，幼兒編程教育要突破傳統(tǒng)的工具化思維，轉(zhuǎn)向以經(jīng)驗發(fā)展為核心的系統(tǒng)化建構。新皮亞杰主義理論揭示了兒童認知進階規(guī)律，雙鏈交互驅(qū)動的設計模式，對幼兒經(jīng)驗生長與教學結構優(yōu)化有雙重革新意義。

（一）雙鏈交互驅(qū)動的設計模式

羅比·凱斯的新皮亞杰主義理論提出了執(zhí)行控制結構這一高級分析單元，包含問題情境表征、目標表征和策略表征三個方面，描繪了兒童如何以有效的方式將問題情境轉(zhuǎn)化為目標的發(fā)展過程[4]?；趯@一理論的學習，我們對幼兒實物編程活動進行了雙鏈交互驅(qū)動設計。在雙鏈驅(qū)動的編程活動中，起點可以是問題也可以是任務，發(fā)起的主體可以是幼兒也可以是成人。每一個編程活動從幼兒感興趣的問題或任務出發(fā)，在分析問題、分解任務、反復嘗試、創(chuàng)新解決的過程中，推動幼兒挑戰(zhàn)性學習行為的發(fā)生。每一個挑戰(zhàn)性問題會催生相應的挑戰(zhàn)性任務和活動，在完成任務的過程中，又會產(chǎn)生新的挑戰(zhàn)性問題，再催生新的挑戰(zhàn)性任務和活動，反之亦然。如此往復，隨著挑戰(zhàn)性問題鏈的不斷向下深入和挑戰(zhàn)性任務鏈的不斷向上升級，幼兒實物編程課程的實施呈現(xiàn)螺旋式上升的樣態(tài)，在目標的不斷達成中，幼兒經(jīng)驗持續(xù)進階增長（如圖1）。

（二）雙鏈交互驅(qū)動的價值效能

雙鏈交互驅(qū)動模式通過任務鏈與問題鏈的協(xié)同運作，在幼兒實物編程中展現(xiàn)出雙重效能。一是認知發(fā)展的整合性價值。雙鏈協(xié)同構成認知腳手架。適宜的任務鏈設計，強調(diào)以幼兒為中心的學習過程，每一個具體任務能為幼兒自主探究提供方向和載體；在基于真實情境的問題鏈的解決中，幼兒新舊認知沖突得以顯現(xiàn)，同化與順應的認知心理機制得以觸發(fā)。任務鏈的具象化操作路徑與問題鏈的認知沖突觸發(fā)機制，形成經(jīng)驗進階生長的雙螺旋結構。任務鏈通過梯度式情境任務搭建具身認知的操作平臺，問題鏈則依托邏輯性追問創(chuàng)設元認知的反思空間，二者共同構建“行動一反思”的認知閉環(huán)。這種雙鏈耦合機制既保障了幼兒學習過程的連續(xù)性，又實現(xiàn)了經(jīng)驗生長的進階性，使幼兒在“動手做”與“動腦思”的交互中完成經(jīng)驗的主動建構。二是教學結構的優(yōu)化價值。任務鏈作為一種教學策略，能幫助教師建構起整體教學情景，使教學在有組織、有計劃的模式下沿著一系列連續(xù)遞進的小任務串聯(lián)成一個任務系統(tǒng)，從而保障幼兒學習過程的連續(xù)性與遞進性，切實發(fā)揮教學對幼兒經(jīng)驗進階發(fā)展的促進作用。挑戰(zhàn)性學習中問題鏈的設計是以教育目標為核心的，能夠支持教師更好地把握教育教學方向，確保教育教學活動的針對性和有效性。同時，邏輯合理、層層遞進的問題鏈設計，能引導教師更加有序地組織教學活動，避免無效、隨意提問和脫離主題的擴散提問，使教學始終聚焦重點內(nèi)容，從而提升教育教學的效率。

三、實踐探索：雙鏈驅(qū)動模式下的幼兒實物編程操作流程

雙鏈交互驅(qū)動的設計模式要發(fā)揮實踐效能，需進行可操作的實際應用路徑轉(zhuǎn)化，形成“模式指導實踐、實踐反哺模式”的雙向建構機制。我們將任務鏈與問題鏈的交互機制具象為分層遞進的五環(huán)節(jié)操作步驟，以大班項目式挑戰(zhàn)性學習活動“探秘數(shù)字”為例，闡述雙鏈交互驅(qū)動的設計邏輯、原則及實踐應用過程。

（一）目標錨定與需求診斷

根據(jù)幼兒挑戰(zhàn)性運動課程的建構模式[5，我們以目標解構與實踐驗證雙向?qū)拥姆绞浇嫲茖W認知、計算思維、探究精神、合作能力等維度的實物編程進階式目標體系。在每一個實物編程活動開始前，教師運用觀察記錄法診斷幼兒現(xiàn)有發(fā)展水平和當下的學習興趣及發(fā)展需求，在此基礎上，明確活動的主題及希望幼兒能夠達成的學習目標。大班幼兒對數(shù)字有一定的敏感性，在生活中的電子顯示屏、數(shù)字鐘表、電梯樓層等常能看到火柴棍的數(shù)字形態(tài)。大班幼兒認知發(fā)展主要處于具體形象思維階段，初步的抽象邏輯思維開始萌芽。由此，教師發(fā)布了“探秘數(shù)字”編程活動，引導幼兒基于觀察，借助機器人編程挑戰(zhàn)書寫火柴棍數(shù)字的不同難度的任務，在人機互動中，了解數(shù)字結構，感知空間方位，掌握基本編程邏輯。

（二）路徑規(guī)劃與資源整合

首先，根據(jù)實物編程的主題、學習目標以及幼兒發(fā)展水平的分析，教師要設計適宜的學習路徑，確定任務鏈與問題鏈的主從關系，是以任務鏈為線索進行情境化挑戰(zhàn)任務的分解，還是以問題鏈為線索進行認知沖突的階梯式設計。例如，對于具象思維占主導的幼兒，可采用任務鏈先行策略，通過情景化挑戰(zhàn)任務的層層遞進來推動課程實施；對于具備一定思維邏輯的幼兒，則可實施問題鏈導向設計，通過遞進式問題的提出與解決，推動幼兒深度學習。

其次，在活動實施的過程中，教師要動態(tài)適配與整合資源。在硬件層面，需要根據(jù)幼兒的認知發(fā)展水平選擇適合的編程機器人，如小班選擇可分步編程的一體式機器人，大班則可選擇連續(xù)編程的分體式遙控機器人；在學習環(huán)境創(chuàng)設層面，可根據(jù)活動實施方式創(chuàng)設“探索區(qū)一調(diào)適區(qū)一對戰(zhàn)區(qū)”的自主區(qū)域化學習環(huán)境或者“分組探究一集中驗證”的集體學習環(huán)境；在同伴合作學習層面，可采用“角色輪換”（如編程者、驗證者）或者“差異分組”（同水平、異水平）等方式，促進同伴交互學習。

“探秘數(shù)字”的編程活動以任務鏈為線索進行遞進式情景化任務設計，選擇了戴手臂可移動分體式遙控機器人，創(chuàng)設了分小組探索區(qū)和集中驗證區(qū)的學習環(huán)境，在游戲任務中設計了多次同伴分工合作學習的情境。

（三）交互設計與情境創(chuàng)設

在路徑規(guī)劃的基礎上，教師進行雙鏈交互的活動前設計，初步建構任務與問題的匹配矩陣。確保任務鏈上的每個任務都伴隨一個或多個問題，引導幼兒在問題的解決中持續(xù)學習；確保問題鏈上的每一個問題都有相應的任務，引導幼兒通過在行動中解決問題實現(xiàn)經(jīng)驗進階增長。在這一過程中，問題與任務的難易程度和認知層次要匹配，并且充分考慮多樣性與趣味性，進行情景化學習設計，才能產(chǎn)生更強的交互動力。

在“探秘數(shù)字”編程活動中，教師預先進行了一系列情境性任務鏈的前設計。任務1：教師創(chuàng)設了“中秋節(jié)機器人小白送月餅，需要輸入門牌號”的情境任務，提供了有軌跡的數(shù)字底板，供幼兒探索如何通過正確擺放“前、后、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)”方向箭頭模塊控制機器人沿數(shù)字模板的軌跡行走。任務2：“小白要在紙上直接書寫門牌號”，這一任務撤掉了數(shù)字底板，幼兒需要獨立設計機器人的書寫行進路線。任務3：“小白要用最少的時間輸入包含3、4、8、9的手機號碼來簽收快遞”，在這一任務中，幼兒要探索如何設計最短的編程指令，控制機器人又快又準地完成數(shù)字書寫。教師在每一個任務上又預設了相應問題，任務和問題的設計都遵循從易到難、相互匹配的設計原則（如圖2）。

（四）動態(tài)實施與過程調(diào)控

在呈現(xiàn)實物編程的任務或問題時，教師要注意方式的多樣性、靈活性，可使用語言、文字、圖片、視頻或者真人模擬等形式，讓幼兒直觀地了解和把握任務要點，從而積極地解決挑戰(zhàn)性問題。在實物編程活動中，幼兒通過完成任務和解決相關問題來實現(xiàn)經(jīng)驗的學習建構和遷移應用。在這一過程中，教師要對幼兒的表現(xiàn)進行差異化支持和及時的激勵性反饋，根據(jù)幼兒表現(xiàn)動態(tài)調(diào)整任務難度。

在“探秘數(shù)字”活動前設計的基礎上，教師用語言、視頻、圖示、演示等方式發(fā)布任務，引導幼兒開展挑戰(zhàn)性學習活動。在任務1中，幼兒遇到了方向感與模塊邏輯不匹配、路徑長度與軌跡模板不匹配及合作不暢等問題。為了解決這些問題，教師采取了以下支持策略：通過希沃白板的交互演示，幫助幼兒理解方向模塊的意義、編程的邏輯順序；通過實際操作和手持機器人模擬操作，發(fā)現(xiàn)底板軌跡和步數(shù)的關系；借助思維導圖協(xié)助幼兒分工，如分別負責連接設備、熟悉路線、放置模塊、檢驗路線，確保每位幼兒都能參與并發(fā)揮作用。幼兒在多次探究、試錯和重復中掌握了模塊的基本功能，熟悉了基本的編程邏輯，積累了合作與分工的經(jīng)驗。在任務2中，幼兒出現(xiàn)了火柴棍數(shù)字形態(tài)認知模糊、起點難以確立、數(shù)字筆畫連接不暢有雜線等問題。教師引導幼兒嘗試書寫火柴棍數(shù)字，結合“起點標記法”，自主規(guī)劃機器人行進路徑，并且通過“分段式驗證”的方法，分解書寫任務，逐段驗證、及時調(diào)整編程路徑規(guī)劃，提高編程的整體效率。在反復的嘗試和多次的探討合作中，幼兒逐步習得規(guī)劃、拆解和動態(tài)調(diào)整的編程思維和能力。在任務3中，教師不斷通過提問來激發(fā)幼兒的思考，如“如果改變路徑的起點和方向，是否可以讓機器人不走重復的路”“如何能夠一筆寫出一個火柴棍數(shù)字”“倒退模塊的使用怎樣幫助我們找到更近的路”，在更為復雜的問題解決的過程中，幼兒習得了分段規(guī)劃驗證調(diào)整、逆向思維、分工討論選擇最優(yōu)方案等新經(jīng)驗。

（五）多維評估與迭代優(yōu)化

對幼兒實物編程任務完成情況和問題解決程度進行評估，可以幫助教師了解幼兒在算法理解、邏輯推理和調(diào)試糾錯等方面的學習效果，調(diào)整雙鏈交互的活動設計與實施，基于幼兒發(fā)展證據(jù)不斷改進教學，形成后設計方案，更好地支持幼兒學習的發(fā)生。教師通過活動觀察、分析幼兒記錄等方式收集幼兒在“探秘數(shù)字”編程活動中的操作策略、協(xié)作模式及創(chuàng)新思維等關鍵數(shù)據(jù)，為雙鏈交互活動設計的迭代優(yōu)化提供了科學依據(jù)，使教師能夠基于幼兒最近發(fā)展區(qū)理論調(diào)整教學，形成螺旋上升的后設計方案。

后設計方案有三點改進和優(yōu)化之處：一是在情境任務的基礎上增加了任務的進階性表述；二是在預設框架的基礎上兼顧了生成問題的處理；三是細化問題，更符合幼兒的實際發(fā)展水平（如圖3）。這種基于證據(jù)的持續(xù)改進，體現(xiàn)了教育設計研究的核心理念，使課程在“設計一實施一評估一再設計”的迭代循環(huán)中不斷完善。循證研究與教學設計的有效融合有利于實現(xiàn)以評促教、以評導學。實踐表明，經(jīng)過優(yōu)化的后設計方案為教師提供了更有效的教學策略，支持教師更精準地促進不同發(fā)展水平幼兒的學習進階，幼兒任務的完成情況和問題解決策略的多樣性都有明顯提升。

雙鏈驅(qū)動下的遞進式活動設計和實施，既能使幼兒從事與他們當前認知結構水平相宜的任務，又能使他們達到更高水平，避免了教育活動的低水平重復。具有挑戰(zhàn)性又符合幼兒發(fā)展水平和認知特點的實物編程活動，激發(fā)了幼兒探究的內(nèi)驅(qū)力，搭建了抽象的計算思維和實踐操作之間的橋梁，促進了幼兒在持續(xù)的問題解決中深度學習。物物而不物于物，基于幼兒未來學習與發(fā)展的需要，在人本主義智能時代，教師要進一步思考教育如何堅持“奔赴人的價值”，始終不斷去完善和豐富幼兒實物編程活動的理念與實踐，為培養(yǎng)具有數(shù)字素養(yǎng)的未來創(chuàng)新人才提供基礎支撐和先導力量。

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責任編輯：殷偉