張德宇

摘 要：我們生活在一個數(shù)字化時代，電腦和手機已經(jīng)成為孩子們生活中的一部分。除了閱讀、寫作和算術(shù)，現(xiàn)在的孩子需要的不僅僅是使用電子產(chǎn)品，而是學(xué)會如何編程。不管他們以后選擇的職業(yè)是什么，編程會像閱讀和寫作一樣成為最基本能力之一。在面對復(fù)雜問題時，孩子會像計算機科學(xué)家一樣，把所有的變量因素考慮進去，再逐個分析，直到找到最優(yōu)的解決方法。未來的趨勢是什么，是大數(shù)據(jù)，是人工智能，是互聯(lián)網(wǎng)+，這些領(lǐng)域都涉及編程。

關(guān)鍵詞：Scratch;編程教育;創(chuàng)新教育;圖形化編程;創(chuàng)造力

隨著大數(shù)據(jù)和人工智能時代的到來，編程已成為人類未來發(fā)展必不可缺少的技術(shù)之一，科技的發(fā)展使得兒童有更多的機會來接觸編程。而現(xiàn)有的軟件已經(jīng)無法滿足他們，他們希望自己也能創(chuàng)作作品。學(xué)習(xí)編程不僅對數(shù)學(xué)和科學(xué)知識方面有所幫助，而且對語言、創(chuàng)造力等方面都能起到積極和重要的作用。Scratch作為這十年全世界最流行的兒童編程語言，一直延續(xù)著其誕生之初的“輝煌”，并被人們自發(fā)帶到了世界各大洲——從繁華的紐約到貧困的尼日利亞，都有它的身影。

1 我國及國外兒童編程現(xiàn)狀

《中國少兒編程行業(yè)研究報告》顯示，從大約2013年開始孕育、發(fā)展，少兒編程行業(yè)剛走過不過7年時間。實際上，編程教育的興起并非偶然。2017年7月，國務(wù)院發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，提出完善人工智能教育體系，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育。自從教育部明令取消奧數(shù)高考加分之后，2018年初，浙江、上海等地確定把編程作為高考科目正常對待，與理綜科目平齊。南京、天津等地則將編程納入中考特招范圍。其實，在起步稍早的一些教育發(fā)達國家，編程教育的主陣地被限定在學(xué)校內(nèi)的課堂里。2014年，英國成為世界上首個強制在校少年兒童學(xué)習(xí)電腦編程知識的國家。2015年，美國提出計劃10年普及中小學(xué)生編程教育。2019年日本將編程納入小學(xué)必須課程。此后，多個國家相繼將編程納入中小學(xué)必修課程。

2 Scratch編程的起源和歷史發(fā)展

1958年，30歲的西蒙·派珀特（Seymour Papert）在劍橋大學(xué)拿到數(shù)學(xué)博士學(xué)位后，孤身來到瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)。這位天才24歲就拿到了數(shù)學(xué)博士學(xué)位。派珀特在日內(nèi)瓦大學(xué)的老師是著名的哲學(xué)家、兒童心理學(xué)家讓·皮亞杰。他已經(jīng)是兒童教育領(lǐng)域享譽全球的大師，他用一生的時間，致力于研究兒童如何形成對世界的認知，旗幟鮮明地提出心理發(fā)展是主體與客體相互作用的結(jié)果。派珀特大受啟發(fā)：計算機完全可以對照這些模式和經(jīng)驗，是兼顧玩耍和學(xué)習(xí)的完美載體。他開始深入思考如何利用計算機、數(shù)學(xué)去理解和解釋學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)與思維。7年之后，派珀特結(jié)束了在日內(nèi)瓦大學(xué)的學(xué)習(xí)，來到美國的MIT。在1968年，派珀特發(fā)明了LOGO編程語言。通過這套語言程序，孩子會認識到幾行簡單的代碼可以讓屏幕上的光標(biāo)畫一朵花。這個過程就是提出一種假設(shè)，然后去驗證，再去修正得到新的假設(shè)。1985年，派珀特的實驗室開始了和樂高集團的長期合作，樂高機器人便是這個時期合作研發(fā)出來的明星產(chǎn)品。長期接觸導(dǎo)師的LOGO語言，又參與樂高積木的創(chuàng)新研發(fā)的雷斯尼克領(lǐng)導(dǎo)的“終身幼兒園團隊”開發(fā)出了新的圖形化編程工具——Scratch，基于圖形化的編程方式，通過拖拽、拼搭積木的方式，讓整個編程過程更加直觀，就像在玩樂高積木。隨后，Scratch迅速成為風(fēng)靡全球的兒童編程語言，其在線平臺已經(jīng)有超過2000萬注冊用戶，被翻譯成70余種語言，在150個國家里使用。2016年，有超過1.2億人次訪問了該網(wǎng)站，每月有100萬人創(chuàng)建并分享項目。

3 Scratch 編程推動兒童的數(shù)學(xué)、邏輯、創(chuàng)新思維

Scratch是一款由麻省理工學(xué)院（MIT） 設(shè)計開發(fā)的少兒編程工具。其特點是：使用者可以不認識英文單詞，也可以不會使用鍵盤。構(gòu)成程序的命令和參數(shù)通過積木形狀的模塊來實現(xiàn)。用鼠標(biāo)拖動模塊到程序編輯欄就可以了。Scratch不是游戲，是一款可以趣味性的編程軟件，它以圖形化的工具讓孩子拖動即可完成編程，程序已經(jīng)被模塊化的包涵在了這些圖形當(dāng)中，讓孩子可以制作動畫、游戲等，制作完成的動畫還可以導(dǎo)出為動畫。加強孩子興趣的持久力。

3.1 數(shù)學(xué)方面

Scratch 圖形化編程，第一技能方向就是數(shù)學(xué)。我們前面注意到，兒童學(xué)少兒編程，首先注意的就是一個或一些角色在舞臺上的行動——這其中就包括：坐標(biāo)系：舞臺是一個以中心為原點的直角坐標(biāo)系，x軸正方向為右，y軸正方向為上。通過（x，y）坐標(biāo)點，來控制所有角色的位置。事實上，舞臺上還有一個隱含的坐標(biāo)系，通過方向、角度和距離，這是一個極坐標(biāo)系。上下左右的位置，行動操控都是通過角色的坐標(biāo)來實現(xiàn)的。數(shù)據(jù)類型：最常見的是整數(shù)和小數(shù)，即實數(shù)集（在Scratch中所有實數(shù)是一個數(shù)據(jù)類型），另外還有布爾類型（真或假）、字符串類型（一段文本）。數(shù)據(jù)的比較：也就是數(shù)學(xué)中三種基本順序，大于、等于和小于。算術(shù)運算：加減乘除是四種基本運算，兒童在編程過程中，常常需要在具體的場景中來運用這四種基本運算。另外還有取模運算和四舍五入。數(shù)學(xué)函數(shù)：在編程過程中，兒童將接觸到一些基本的數(shù)學(xué)函數(shù)，包括取絕對值，三角函數(shù)，對數(shù)函數(shù)以及指數(shù)函數(shù)等?？梢苑浅Ｖ庇^的通過函數(shù)圖像的自動喵點畫圖及生活應(yīng)用來理解它們。幾何圖形：在編程過程中，一類常見的任務(wù)就是圖形繪制。兒童將大量接觸幾何圖形，并從坐標(biāo)系中進行圖形繪制和操控。

所以這里面有著大量的數(shù)學(xué)學(xué)科內(nèi)容，而且，這些內(nèi)容都在具體的問題和任務(wù)場景中出現(xiàn)，既包括基本算術(shù)和幾何圖形知識，也包括函數(shù)以及坐標(biāo)系等中學(xué)數(shù)學(xué)核心概念。通過它們在具體任務(wù)中的應(yīng)用，兒童不僅操控了這個虛擬世界，而且會切身鍛煉到、應(yīng)用到數(shù)學(xué)知識和能力。

3.2 邏輯方面

編程的基礎(chǔ)，既有數(shù)學(xué)，也有邏輯。邏輯思維能力，是兒童發(fā)展的一個基本能力，兒童編程，可能是第一次對兒童正式的、系統(tǒng)的進行邏輯方面的鍛煉。

邏輯變量：起點就是邏輯變量或事件的真或假。真或假是邏輯世界的兩個基本值。比較邏輯：對于用比較判斷的邏輯，是兒童有直接經(jīng)驗并可以學(xué)習(xí)的基本邏輯判斷，大于、等于、小于三種邏輯判斷。事件邏輯：其次是事件邏輯，基于事件的判斷，也是兒童比較熟悉的。少兒編程用幾種基本的事件模式，來生成事件判斷語句。在Scratch中都是以“觸碰”為核心動作來構(gòu)建的。邏輯運算：在簡單的邏輯推理中，三種基本邏輯運算是最重要的基礎(chǔ)。即與邏輯、或邏輯和非邏輯——這三種基本邏輯在少兒編程中大量的使用到。邏輯控制：然后就是一組邏輯控制，包括條件判斷、循環(huán)控制和等待。這些既是少兒編程的基本邏輯控制語句，也是邏輯思維鍛煉的一個基本工具。

所以，在兒童編程中，邏輯思維的訓(xùn)練是一個基本訓(xùn)練，這也是程序設(shè)計及計算機科學(xué)方向的一個基本核心特征。兒童將在大量的問題解決和任務(wù)控制中，形成系統(tǒng)化的有邏輯的解決方案。突出鍛煉到兒童的邏輯思維能力。

3.3 設(shè)計思維

設(shè)計思維是人們提出的對未來社會有重大意義的思維方式，它是一種面向問題解決的、創(chuàng)新的系統(tǒng)思維方法。這也是屬于STEM課程方向內(nèi)少兒編程的優(yōu)勢之一。我們的兒童將學(xué)會系統(tǒng)的思維方法來分析、分解問題（需求），并通過綜合的資源來解決問題。

基本設(shè)計：在Scratch的編程世界中，任何一個問題需求或任務(wù)，都需要在背景、角色及行為上進行思考和分解。它們是這款編程工具提供的基本視角和思維框架。角色表達：在角色的行為表達過程中，基本的表達工具是外觀圖形的控制和聲音音樂的控制（Scratch提供21種樂器的模擬）。一個角色的外在行為和表達，無非這些方面。交互邏輯：在事件過程中，背景、角色、行為所組成的一個完整世界中，核心邏輯是通過它們交互來完成的。除了程序所控制的軟件層面的交互之外，Scratch還提供豐富指令對計算機外部設(shè)備（如鼠標(biāo)、鍵盤）以及外部的自動化控制元件的操作能力，這使得少兒編程的解決問題方式，擴展到了硬件層面，擴展到了生活中的自動控制層面。

所以，兒童編程是一個具有豐富資源和場景可能性的學(xué)科方向，以驅(qū)使兒童深入的、創(chuàng)新的考慮問題的解決方法，并鍛煉到兒童的設(shè)計思維。隨著問題的復(fù)雜度，以及兒童問題解決方案的復(fù)雜度，和方案中操控設(shè)備復(fù)雜度的提升，兒童的設(shè)計思維能力在不斷提升。

4 結(jié)語

Scratch編程培養(yǎng)孩子的創(chuàng)造力最大的挑戰(zhàn)不在于“培養(yǎng)創(chuàng)造力”，而在于能夠營造讓創(chuàng)造力生根、發(fā)芽、茁壯成長的環(huán)境。家長們可以圍繞以下五點營造環(huán)境：imagine（想象）：給出一個想法，讓孩子去天馬行空;create（創(chuàng)造）：通過創(chuàng)造將想象的東西和現(xiàn)實結(jié)合起來;play（動手玩）：孩子親自動手使用工具和材料創(chuàng)作項目;share（分享）：孩子將完成的項目分享給其他人;eflect（反思）：在分享后，對項目的反思和改進。

這五個部分其實就是創(chuàng)新學(xué)習(xí)螺旋模型。在這個過程中，孩子們會不斷產(chǎn)生新的想法，然后開始螺旋學(xué)習(xí)，不斷在想象、創(chuàng)造、玩耍、分享和反思的循環(huán)。在螺旋模型的每一次迭代，你都會找到支持孩子們創(chuàng)意學(xué)習(xí)的新的機會。Scratch的成功，與皮亞杰終其一生研究的兒童成長理論密不可分：對活動和交互的重視、讓孩子在玩耍中不斷創(chuàng)建和調(diào)整心智模式。Scratch編程引領(lǐng)了兒童在編程教育和創(chuàng)新教育的前瞻方向，編程教育推動了創(chuàng)新教育的發(fā)展。

參考文獻

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