高宏鈺 李玉順 代帥 蔣云宵

[摘? ?要] 編程教育作為培養(yǎng)兒童計(jì)算思維的重要途徑，近年來(lái)逐漸呈現(xiàn)低齡化趨勢(shì)。對(duì)早期兒童來(lái)說(shuō)，編程教育對(duì)其計(jì)算思維的培養(yǎng)成效受到愈來(lái)愈多的關(guān)注。文章采用系統(tǒng)綜述法，以2010—2019年間國(guó)際發(fā)表的編程教育實(shí)證研究成果為分析對(duì)象，以布倫南和雷斯尼克提出的三維計(jì)算思維能力模型為參照，試圖回答編程教育主要培養(yǎng)早期兒童哪些方面的計(jì)算思維、采用了哪些編程工具、效果如何評(píng)價(jià)等基本問(wèn)題，以揭示編程教育培養(yǎng)計(jì)算思維的現(xiàn)狀與不足，明確可能的未來(lái)研究方向。結(jié)果表明：早期兒童編程教育存在對(duì)計(jì)算思維的培養(yǎng)內(nèi)容不夠全面、編程工具的使用效果參差不齊以及計(jì)算思維評(píng)價(jià)方法單一等問(wèn)題，由此建議未來(lái)研究增強(qiáng)對(duì)計(jì)算思維內(nèi)容體系的系統(tǒng)建構(gòu)及對(duì)非認(rèn)知層面的關(guān)注;關(guān)注編程工具的年齡適宜性并重點(diǎn)研究有效的編程教學(xué)策略;開展計(jì)算思維的混合方法評(píng)價(jià)并增強(qiáng)測(cè)評(píng)的全面可靠性，推動(dòng)編程教育更好地促進(jìn)早期兒童計(jì)算思維發(fā)展。

[關(guān)鍵詞] 編程教育; 計(jì)算思維; 早期兒童; 系統(tǒng)述評(píng)

[中圖分類號(hào)] G434? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A

[作者簡(jiǎn)介] 高宏鈺（1987—），女，山東濱州人。講師，博士，主要從事學(xué)前教育信息化研究。E-mail：yuhonggao@126.com。李玉順為通訊作者，E-mail：lyshun@bnu.edu.cn。

一、引? ?言

計(jì)算思維被視為“21世紀(jì)新素養(yǎng)”，是21世紀(jì)學(xué)生應(yīng)該具備的關(guān)鍵能力之一。2006年，周以真將計(jì)算思維定義為“一種運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)基本概念求解問(wèn)題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類行為的方式”[1]，指出計(jì)算思維不僅屬于計(jì)算機(jī)科學(xué)家，而是每個(gè)人的基本技能。計(jì)算思維指向?qū)﹂_放、復(fù)雜問(wèn)題解決方案的系統(tǒng)分析、探索和測(cè)試，不僅對(duì)兒童形成有效的計(jì)劃能力、批判性思維和問(wèn)題解決能力至關(guān)重要，也對(duì)兒童閱讀、寫作、數(shù)學(xué)和社會(huì)情感等學(xué)科學(xué)習(xí)具有廣泛影響。近年來(lái)計(jì)算思維培養(yǎng)成為教育領(lǐng)域的一項(xiàng)重要目標(biāo)，并逐漸擴(kuò)展到早期教育。

在計(jì)算思維培養(yǎng)上，編程教育以其特有的邏輯思維和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的潛能成為使用最多、至關(guān)重要的方式[2]，在多個(gè)國(guó)家得到大力推動(dòng)，如美國(guó)發(fā)起“編程一小時(shí)”活動(dòng)（Code.Org），新加坡推出“編程樂(lè)”計(jì)劃（Code For Fun），芬蘭、法國(guó)、波蘭等將編程教育正式納入國(guó)家課標(biāo)[3]，旨在實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)兒童計(jì)算思維的核心目標(biāo)。對(duì)早期兒童而言，研究指出：4歲左右的兒童已具備理解基本的計(jì)算機(jī)編程概念的認(rèn)知水平，通過(guò)使用編程玩具和編程機(jī)器人學(xué)習(xí)計(jì)算思維是一種可行的技術(shù)手段[4]。相應(yīng)的編程工具逐漸涌現(xiàn)，例如，為5～7歲兒童設(shè)計(jì)的ScratchJr，相對(duì)于Scratch，編程塊被設(shè)計(jì)得更大、界面提供兒童熟悉的角色、操作提示簡(jiǎn)單明了，便于低齡兒童操作;Bers團(tuán)隊(duì)為4～7歲兒童開發(fā)了KIBO，相對(duì)于許多機(jī)器人的“預(yù)成性”（Pre-built）， KIBO允許兒童拆裝并增加藝術(shù)平臺(tái)，鼓勵(lì)兒童進(jìn)行創(chuàng)造性游戲[5]。我國(guó)學(xué)者開發(fā)了針對(duì)4～7歲兒童的編程游戲——“小世界”，旨在培養(yǎng)兒童計(jì)算思維[6]。

除了對(duì)編程工具的關(guān)注，一些學(xué)者強(qiáng)調(diào)把重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到研究?jī)和幊虒W(xué)習(xí)的過(guò)程和結(jié)果，由此討論了計(jì)算思維的評(píng)價(jià)方式，以考察編程教育促進(jìn)兒童計(jì)算思維發(fā)展的成效。有學(xué)者采用量化評(píng)價(jià)，Relkin等開發(fā)了TechCheck評(píng)價(jià)工具[7];張屹開發(fā)了K-12學(xué)生計(jì)算思維評(píng)價(jià)量表[8]、傅騫等基于《Bebras國(guó)際計(jì)算思維挑戰(zhàn)賽試題》設(shè)計(jì)了初中生計(jì)算思維測(cè)查工具[2];有學(xué)者通過(guò)觀察、訪談、視頻分析等定性評(píng)價(jià)方式考察計(jì)算思維。還有學(xué)者指出應(yīng)構(gòu)建混合式的評(píng)價(jià)體系，例如，任友群指出應(yīng)從原理理解和項(xiàng)目實(shí)踐兩個(gè)維度出發(fā)，前者采用標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試評(píng)價(jià)計(jì)算思維概念和方法，后者通過(guò)考察項(xiàng)目成果評(píng)價(jià)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算思維解決問(wèn)題的過(guò)程[9];孫立會(huì)等構(gòu)建了由認(rèn)知水平評(píng)價(jià)、元認(rèn)知水平評(píng)價(jià)及自我水平評(píng)價(jià)構(gòu)成的計(jì)算思維評(píng)價(jià)框架，同樣體現(xiàn)了混合式評(píng)價(jià)理念[10]，但這些方式能否及如何用于考察早期兒童計(jì)算思維還有待探討。

綜上所述，編程教育作為培養(yǎng)兒童計(jì)算思維的重要途徑，近年來(lái)逐漸呈現(xiàn)低齡化趨勢(shì)。對(duì)早期兒童來(lái)說(shuō)，編程教育培養(yǎng)計(jì)算思維的成效受到愈來(lái)愈多的關(guān)注。鑒于國(guó)內(nèi)缺乏相關(guān)研究，本文對(duì)國(guó)際實(shí)證研究進(jìn)行綜述，試圖回答編程教育培養(yǎng)早期兒童哪些方面的計(jì)算思維、采用哪些編程工具、效果如何評(píng)價(jià)等基本問(wèn)題，揭示編程教育培養(yǎng)計(jì)算思維的現(xiàn)狀，明確未來(lái)研究方向。

二、研究方法

系統(tǒng)綜述法（Research Synthesis）是通過(guò)對(duì)涉及相同主題的多個(gè)單一研究的整合分析從而總結(jié)以往的研究。在實(shí)施步驟方面并沒(méi)有統(tǒng)一流程，大多數(shù)研究者是根據(jù)研究問(wèn)題對(duì)其他學(xué)者的步驟框架進(jìn)行修改形成自己的步驟框架[11]。本研究將綜述法的基本步驟歸納為文獻(xiàn)搜集、文獻(xiàn)編碼、數(shù)據(jù)分析、形成結(jié)論四步。

（一）文獻(xiàn)搜集

文獻(xiàn)搜集分四個(gè)步驟：第一步，選取ERIC、ScienceDirect和SpringerLink三個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)作為數(shù)據(jù)來(lái)源。由于近年來(lái)計(jì)算思維在幼兒教育領(lǐng)域開始涌現(xiàn)，將文獻(xiàn)檢索的時(shí)間范圍設(shè)定為2010年到2019年，然后分別使用三個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的高級(jí)檢索功能，以“computational thinking” “programming” “robots” 或 “robotics” 與 “young children” “early childhood” 或 “early childhood education”合并檢索，共檢出342篇文獻(xiàn)。第二步，粗略篩選，通過(guò)閱讀所有文獻(xiàn)的標(biāo)題和摘要，初步篩選出60篇最為相關(guān)的文獻(xiàn)。第三步，確定文獻(xiàn)準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行嚴(yán)格篩選，包括（1）研究類型：實(shí)證研究，包括定性研究、量化研究和混合研究;（2）研究對(duì)象：早期兒童（0～8歲）①或此年齡段兒童的教師;（3）研究環(huán)境：使用編程工具（編程語(yǔ)言或?qū)嵨铮┡囵B(yǎng)兒童計(jì)算思維。由此保留26篇文獻(xiàn)。最后，采用引用追蹤方式，檢查文章參考文獻(xiàn)，以包括引用高水平的研究成果，增加3篇文獻(xiàn)，共形成目標(biāo)分析文獻(xiàn)29篇。

（二）文獻(xiàn)編碼

根據(jù)自制的文獻(xiàn)特征值編碼表進(jìn)行資料提取，為系統(tǒng)綜述做準(zhǔn)備。提取指標(biāo)包括：文獻(xiàn)基本信息（作者、年份等）、編程教育指向培養(yǎng)的計(jì)算思維內(nèi)容、編程工具、測(cè)評(píng)方法。為便于歸納分析，以Brennan和Resnick的三維計(jì)算思維能力模型為參照，將編程教學(xué)指向的計(jì)算思維內(nèi)容劃分為計(jì)算概念（CT Concepts）、計(jì)算實(shí)踐（CT Practices）、計(jì)算觀念與態(tài)度（CT Perspectives and Attitude）3個(gè)維度[12]，進(jìn)而從文獻(xiàn)中提煉每個(gè)維度下的具體內(nèi)容。綜合來(lái)看，一篇文獻(xiàn)可能圍繞計(jì)算思維的多項(xiàng)內(nèi)容展開培養(yǎng)，采用多種編程工具，或運(yùn)用兩種以上方式進(jìn)行計(jì)算思維測(cè)評(píng)，編碼方法是指標(biāo)每出現(xiàn)一次就計(jì)數(shù)一次，最終編碼結(jié)果往往會(huì)出現(xiàn)一對(duì)多的情況，見(jiàn)表1。

（三）數(shù)據(jù)分析

1. 編程教學(xué)指向的計(jì)算思維內(nèi)容

由表1可見(jiàn)，編程教學(xué)聚焦在計(jì)算概念和計(jì)算實(shí)踐方面，計(jì)算觀念的培養(yǎng)較為欠缺，這可能與研究者采用的計(jì)算思維定義有關(guān)，如Kazakoff將計(jì)算思維定義為抽象、自動(dòng)化、分析、分解、模塊化和迭代設(shè)計(jì)等概念[13];Newhouse認(rèn)為計(jì)算思維包括確定問(wèn)題、抽象和算法等要素[14];Wang認(rèn)為計(jì)算思維指向定義、理解和解決問(wèn)題，進(jìn)行多層級(jí)抽象推理，理解和應(yīng)用自動(dòng)化并分析所作抽象的適當(dāng)性”[15]?？梢?jiàn)這些定義都強(qiáng)調(diào)計(jì)算思維的概念和技能要素[16]，對(duì)非認(rèn)知因素較少關(guān)注，繼而影響了計(jì)算思維的培養(yǎng)內(nèi)容。另外，可能由于計(jì)算觀念與態(tài)度的測(cè)評(píng)手段有限，受實(shí)操性限制，導(dǎo)致缺乏對(duì)此類培養(yǎng)成果的討論。

具體來(lái)說(shuō)，計(jì)算概念包括序列、循環(huán)、條件、對(duì)應(yīng)、控制流等。序列出現(xiàn)頻次最多，這是因?yàn)樾蛄惺蔷幊虒W(xué)習(xí)的基礎(chǔ)概念，是其他概念學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。研究者將序列分為簡(jiǎn)單序列和困難序列（5個(gè)及以上指令），研究發(fā)現(xiàn)，早期兒童可以掌握簡(jiǎn)單序列，但指令越多，他們?cè)诫y正確編程，這可能是由于他們沒(méi)有足夠的工作記憶和認(rèn)知負(fù)荷同時(shí)記住5個(gè)以上的指令。循環(huán)需要兒童在理解序列之上引入新語(yǔ)法，比序列更復(fù)雜，盡管許多研究指向循環(huán)概念培養(yǎng)，但結(jié)果并不一致。Harlow[17]和Horn等[16]發(fā)現(xiàn)合作式的編程和特定的編程工具能幫助兒童掌握循環(huán)，但多項(xiàng)研究認(rèn)為兒童在循環(huán)上存在困難。Elkin等發(fā)現(xiàn)，3～5歲兒童不能理解循環(huán)需要在“重復(fù)”（Repeat）和“結(jié)束重復(fù)（End Repeat）”指令中間加入動(dòng)作指令才能實(shí)現(xiàn)[18];此外，循環(huán)還要求兒童用數(shù)字參數(shù)進(jìn)行抽象，這經(jīng)常給他們帶來(lái)很大的認(rèn)知壓力，例如Gomes等人發(fā)現(xiàn)5～7歲兒童并不理解什么是參數(shù)。總之，循環(huán)可以作為編程教學(xué)的一項(xiàng)內(nèi)容，但需要一些特定方法逐漸呈現(xiàn)，兒童需要身體參與或在紙上進(jìn)行補(bǔ)充練習(xí)來(lái)掌握，同時(shí)，允許兒童充分探索和協(xié)作能幫助他們理解循環(huán)[19]。對(duì)條件的研究不多，但Bers[5]、Gomes[19]、Pugnali[20]、Sullivan[21]等人的研究結(jié)果都是積極的，證明編程可以提高兒童對(duì)條件的掌握能力，但在多數(shù)研究中條件未被探討，這可能是因?yàn)闂l件是一個(gè)相對(duì)困難的概念，其內(nèi)在機(jī)制需要早期兒童具備良好的序列技能[20]。此外，針對(duì)對(duì)應(yīng)和控制流培養(yǎng)的研究有限，F(xiàn)lannery[22]和Bers[5]的研究發(fā)現(xiàn)兒童在理解對(duì)應(yīng)上存在困難，因?yàn)閷?duì)應(yīng)是聯(lián)結(jié)操作和指令，需要兒童協(xié)調(diào)物體的多種特征、區(qū)分表象與現(xiàn)實(shí)，處于前運(yùn)算階段的兒童還沒(méi)有很好地發(fā)展起這些能力，但兒童在活動(dòng)中表現(xiàn)出很大熱情，這說(shuō)明可以把對(duì)應(yīng)作為探索的內(nèi)容;控制流對(duì)早期兒童來(lái)說(shuō)是一種高階的計(jì)算概念，它需要在理解序列、循環(huán)、條件等概念基礎(chǔ)上才能較好掌握，若要培養(yǎng)兒童的控制流思維，需要謹(jǐn)慎考慮兒童的發(fā)展水平。

計(jì)算實(shí)踐的培養(yǎng)聚焦在調(diào)試和分解上。調(diào)試指兒童反復(fù)修正和改進(jìn)解決方案，Bers[5]、Strawhacker[23]、Burleson[24]等人發(fā)現(xiàn)，使用TangibleK、ScrtachJr、ALERT、KIBO等不同編程工具，在結(jié)構(gòu)化編程、自由游戲以及開放性學(xué)習(xí)環(huán)境中都能提高兒童調(diào)試能力，兒童還會(huì)展現(xiàn)出一些復(fù)雜的調(diào)試技能但并非所有結(jié)果都是樂(lè)觀的，Pugnali等發(fā)現(xiàn)相對(duì)于有形編程，兒童在圖形編程中的調(diào)試面臨挑戰(zhàn)[20]，Newhouse等人則指出即使兒童通過(guò)有形編程，如果沒(méi)有教師指導(dǎo)，兒童也很難完成調(diào)試。分解是將一個(gè)困難問(wèn)題分解成更小的可處理部分，將其重新表述為一個(gè)熟悉的問(wèn)題。指向分解的研究不多，但結(jié)論是積極的。Wang的研究表明：兒童在T-Maze完成迷宮逃脫任務(wù)時(shí)出現(xiàn)大量分解行為。兒童會(huì)推理不同解決方案可能產(chǎn)生的結(jié)果并測(cè)試每一種方案，直到最終解決問(wèn)題[15]。Levy等發(fā)現(xiàn)為了更好地分解問(wèn)題，5～6歲兒童會(huì)發(fā)展出“修剪”（Pruning）和“融合”（Fusing）兩種策略[25]。這些研究結(jié)果很重要，表明兒童在很小的時(shí)候就能把復(fù)雜任務(wù)分解成更容易處理的子任務(wù)加以處理，通過(guò)反復(fù)調(diào)試以達(dá)成編程目標(biāo)，有助于建立計(jì)算思維培養(yǎng)的內(nèi)容體系。

指向計(jì)算觀念和態(tài)度的研究很少。Rose等發(fā)現(xiàn)，兒童使用ScratchJr編程時(shí)產(chǎn)生了更多“修修補(bǔ)補(bǔ)”（Tinkering）行為[26];Wang發(fā)現(xiàn)兒童在編程中進(jìn)行抽象、模擬和創(chuàng)造性活動(dòng)，發(fā)展了其創(chuàng)造力。兒童在使用ALERT robot編程時(shí)出現(xiàn)許多合作行為[24]。其他研究并沒(méi)有實(shí)證檢驗(yàn)編程是否促進(jìn)了計(jì)算觀念發(fā)展，但討論了非智力因素的價(jià)值。例如，Gomes認(rèn)為堅(jiān)持是維持兒童興趣和參與編程的主要因素。Lavigne等認(rèn)為堅(jiān)持性是幫助兒童解決問(wèn)題、克服挫折的重要心智傾向[27]。合作和溝通的重要性也被多次提及[5]。綜合來(lái)看，已有編程教學(xué)對(duì)計(jì)算思維的培養(yǎng)集中在概念和實(shí)踐方面，聚焦在兒童認(rèn)知范圍內(nèi)可以理解的內(nèi)容，只有序列等部分內(nèi)容受到廣泛關(guān)注，計(jì)算觀念與態(tài)度的研究還比較缺乏，這為未來(lái)研究提供了空間。

2. 編程教學(xué)的工具與使用效果

編程教學(xué)工具包括有形編程、圖形編程和混合編程工具三種類型。使用最多的是有形編程工具，包括KIBO、樂(lè)高機(jī)器人、Beebot、Sphero、ALERT、Bluebot、Topobo等;其次是圖形化編程工具，以ScratchJr為主，還有Code Baymax、Kodable、Code Studio等;使用最少的是混合編程工具，如CHERP語(yǔ)言與樂(lè)高組合使用、T-maze等。有形機(jī)器人是早期兒童的主要編程工具。受年齡影響，處于前運(yùn)算階段的兒童依賴于對(duì)物體直接感知和身體參與來(lái)理解并表達(dá)思想，有形機(jī)器人可讓兒童動(dòng)手操作，有利于理解相對(duì)抽象的計(jì)算思維。

具體到編程工具的使用效果，研究結(jié)果是多元的。第一，三種類型的工具都有研究證明可以促進(jìn)兒童計(jì)算思維發(fā)展，只是不同工具有其優(yōu)勢(shì)和局限性。例如，Burleson發(fā)現(xiàn)，使用有形機(jī)器人編程的兒童會(huì)共同計(jì)劃和討論、互相觀看彼此的調(diào)試，并嘗試創(chuàng)造性想法，但圖形編程的兒童很快專注于個(gè)人項(xiàng)目[24]。從整體比較看，盡管每種工具都有其優(yōu)勢(shì)，但有形編程工具更為契合早期兒童發(fā)展。如，Pugnail等人發(fā)現(xiàn)使用KIBO組的兒童在條件、序列、循環(huán)、調(diào)試四種概念上的得分都比ScratchJr組高，在調(diào)試任務(wù)中，KIBO組表現(xiàn)明顯優(yōu)于ScratchJr組，這與工具本身的性能有關(guān)系，通過(guò)KIBO，兒童動(dòng)手排列編程塊，然后感知這些指令轉(zhuǎn)換成機(jī)器人的真實(shí)移動(dòng)，但ScratchJr編程在iPad屏幕上，兒童不易感知到自身動(dòng)作引發(fā)的變化[20]。Strawhacker等比較了三類工具，發(fā)現(xiàn)三組兒童在計(jì)算概念掌握上存在差異。有形編程組兒童在重復(fù)循環(huán)上的表現(xiàn)明顯優(yōu)于圖形編程組和混合編程組，而圖形編程組在排序任務(wù)上得分最高，混合編程組兒童整體表現(xiàn)較差。這可能是因?yàn)榛旌暇幊套寖和瘧?yīng)接不暇，很容易在兩個(gè)界面間反復(fù)切換，不利于保持編程目標(biāo)和理解深層概念[28]。研究還發(fā)現(xiàn)，在混合編程中，兒童還是更喜歡操作有形編程塊，而不是圖形化編程，這與Horn的研究一致。他建議早期兒童先通過(guò)有形編程適應(yīng)計(jì)算思維的概念和操作技能，之后再考慮轉(zhuǎn)向圖形界面。

第二，即使用同一類型工具，其效果也不同。如，Rose使用了ScratchJr和Lightbot兩種圖形編程工具，發(fā)現(xiàn)兩組兒童雖然整體表現(xiàn)相似，但在ScratchJr中能力較強(qiáng)的兒童對(duì)程序的修改是能力弱孩子的1.6倍，表現(xiàn)出更多“修修補(bǔ)補(bǔ)”行為，而Lightbot組兒童的操作策略數(shù)量比較一致，這可能與ScratchJr“低地板和高天花板”的設(shè)計(jì)有關(guān)，而Lightbot編程可減少兒童的試錯(cuò)行為，這促使人們考慮通過(guò)ScratchJr能否真正理解編程概念還是反復(fù)試誤的結(jié)果，能力弱的兒童顯著降低的操作行為是否意味著需要更多支持。

第三，除了工具性能不同導(dǎo)致的效果差異，教師使用工具的方式和教學(xué)策略也會(huì)影響教學(xué)效果。研究表明，以游戲?yàn)榛净顒?dòng)、發(fā)展適宜性實(shí)踐教學(xué)（Developmental Appropriate Practice）能提高兒童計(jì)算思維。Bers在多項(xiàng)研究中以游戲、歌曲和故事為載體，將編程任務(wù)以兒童能理解的方式呈現(xiàn)。例如，一項(xiàng)編程任務(wù)是：“你的機(jī)器人餓了，你能通過(guò)編程讓機(jī)器人吃到餅干嗎？”兒童需通過(guò)編程塊讓機(jī)器人移動(dòng)到指定位置。研究者還對(duì)課程進(jìn)行簡(jiǎn)化，并提供切實(shí)可行的方法，幫助兒童實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，Sullivan等人指出需要極富策略地分解課程難度，并給予早期兒童大量的腳手架和個(gè)性化指導(dǎo)。此外，兒童的年齡、性別也會(huì)影響編程效果。隨著年齡增加，兒童在計(jì)算思維各方面的表現(xiàn)更好;在使用傳感器編寫循環(huán)程序等高級(jí)概念上，男孩的得分明顯高于女孩[29]。另一研究發(fā)現(xiàn)，合作性的學(xué)習(xí)環(huán)境有利于女孩學(xué)習(xí)編程。這啟發(fā)未來(lái)研究不僅要關(guān)注編程工具的性能本身，更應(yīng)結(jié)合兒童的年齡和性別特點(diǎn)以更加有效的方式開展編程教學(xué)。

3. 計(jì)算思維測(cè)評(píng)方法

為考察編程教學(xué)效果，研究者采用了量化評(píng)價(jià)和定性評(píng)價(jià)對(duì)計(jì)算思維進(jìn)行測(cè)評(píng)，具體包括解決問(wèn)題測(cè)查法（Solve-It）、圖片排序法（Picture Sequencing）、觀察法、視頻分析法、訪談法、筆記分析等方法。

解決問(wèn)題測(cè)查法是使用頻率最高的一種定量評(píng)價(jià)方式。類似于情境測(cè)查，由評(píng)價(jià)者指定編程任務(wù)，兒童在規(guī)定時(shí)間內(nèi)創(chuàng)建程序，每一項(xiàng)編程任務(wù)都有標(biāo)準(zhǔn)答案，評(píng)價(jià)者依據(jù)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)和兒童的實(shí)際表現(xiàn)給出具體分?jǐn)?shù)，因此評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)十分關(guān)鍵，如，Bers團(tuán)隊(duì)開發(fā)了詳細(xì)的六等級(jí)評(píng)分規(guī)則，以保證評(píng)價(jià)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性[28]。同時(shí)，為便于兒童理解，研究者用故事、游戲、兒歌等場(chǎng)景制定測(cè)查任務(wù)，如Elkin用機(jī)器人開車、跳舞、睡覺(jué)等故事場(chǎng)景設(shè)計(jì)四個(gè)任務(wù)，分別測(cè)查簡(jiǎn)單排序、困難排序、等待指令和重復(fù)循環(huán)[18]。圖片排序法的測(cè)試是一個(gè)個(gè)故事，每個(gè)故事由四張圖片組成，兒童要按故事發(fā)生順序正確排列，完全正確得2分，開始和結(jié)束正確得1分，錯(cuò)誤得0分，測(cè)評(píng)簡(jiǎn)便高效，但局限是只針對(duì)排序能力，無(wú)法測(cè)查計(jì)算思維其他方面[30]。

觀察法是使用頻率很高的定性評(píng)價(jià)方式可分為結(jié)構(gòu)性觀察、參與式觀察等。結(jié)構(gòu)性觀察有特定指標(biāo)體系，如Newhouse從探索、問(wèn)題解決、技能獲得、象征與創(chuàng)造五個(gè)維度設(shè)計(jì)觀察指標(biāo)，由多名研究者組成評(píng)估小組依據(jù)指標(biāo)進(jìn)行觀察記錄，隨后小組成員交換記錄、討論結(jié)果，并與班級(jí)教師交流，最終對(duì)兒童在不同指標(biāo)上的表現(xiàn)作出評(píng)價(jià)。參與式觀察是指觀察者同時(shí)也是編程活動(dòng)的指導(dǎo)者，當(dāng)兒童遇到問(wèn)題時(shí)觀察者要進(jìn)行指導(dǎo)，從中理解兒童的思維活動(dòng)和問(wèn)題解決水平。為便于收集分析數(shù)據(jù)，研究者采用視頻分析法輔助?？傮w上，觀察法適用于考察兒童編程的思維過(guò)程與結(jié)果，缺陷在于耗時(shí)耗力、觀測(cè)的兒童數(shù)有限[17]且觀察結(jié)果依賴于評(píng)價(jià)者主觀分析，其可靠性較難保證。此外，訪談、研究者筆記分析等方法也有少量應(yīng)用。由于計(jì)算思維結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，單一類型的測(cè)評(píng)很難展現(xiàn)兒童思維全部過(guò)程，但目前研究基本只采用單一類型的評(píng)價(jià)，整合兩種及以上方式的研究比較缺乏。

三、結(jié)論與建議

綜述發(fā)現(xiàn)，已有編程教育，計(jì)算概念、計(jì)算實(shí)踐、計(jì)算觀念等內(nèi)容都有體現(xiàn)，有形編程、圖形編程和混合編程工具均有較多應(yīng)用，且有多種方式用于測(cè)評(píng)兒童計(jì)算思維，但仍存在計(jì)算思維培養(yǎng)內(nèi)容不全面、編程工具使用效果參差不齊、評(píng)價(jià)方法單一等問(wèn)題，這為未來(lái)研究指明了方向。

（一）增強(qiáng)對(duì)計(jì)算思維內(nèi)容體系的系統(tǒng)建構(gòu)及對(duì)非認(rèn)知層面的關(guān)注

研究表明，目前編程教學(xué)指向的計(jì)算思維內(nèi)容聚焦在計(jì)算概念和實(shí)踐維度，并重點(diǎn)針對(duì)序列、循環(huán)、調(diào)試等，這既是由早期兒童的年齡特點(diǎn)決定，也可能是由于缺乏對(duì)計(jì)算思維內(nèi)容體系的系統(tǒng)性認(rèn)識(shí)，研究者多是基于研究便利和需要選擇某些內(nèi)容進(jìn)行研究。因此，系統(tǒng)建構(gòu)早期兒童計(jì)算思維內(nèi)容體系是必要的，有利于在計(jì)算思維培養(yǎng)的研究與實(shí)踐方面凝聚更多共識(shí)。綜合已有成果，Brennan和Resnick提出的三維框架基于可視化思維和過(guò)程思維，在教育實(shí)踐中有較強(qiáng)可操作性，且計(jì)算概念、計(jì)算實(shí)踐和計(jì)算觀念也能很好地對(duì)照教學(xué)的三維目標(biāo)[31]，為此，早期兒童計(jì)算思維內(nèi)容從框架上應(yīng)包括兒童在編程中用于最優(yōu)化解決問(wèn)題的概念、實(shí)踐和觀念。在計(jì)算概念上，除了序列、重復(fù)循環(huán)、對(duì)應(yīng)等基本概念，兒童也有能力在教師指導(dǎo)下通過(guò)編程逐步學(xué)習(xí)條件等復(fù)雜概念;在計(jì)算實(shí)踐方面，其本質(zhì)是采用計(jì)算機(jī)處理問(wèn)題的方式界定問(wèn)題、抽象建模、組織數(shù)據(jù)，通過(guò)整合資源并運(yùn)用合理算法構(gòu)建問(wèn)題解決方案，總結(jié)計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的過(guò)程方法并遷移到相關(guān)問(wèn)題解決過(guò)程[32]，已有研究證實(shí)了兒童有能力通過(guò)問(wèn)題識(shí)別、問(wèn)題分解、調(diào)試測(cè)試等實(shí)踐技能解決問(wèn)題。此外，兒童在編程中表現(xiàn)出的積極探索、堅(jiān)持不懈、合作品質(zhì)以及創(chuàng)造精神也應(yīng)納入計(jì)算思維培養(yǎng)的范疇，鑒于非智力因素對(duì)兒童學(xué)習(xí)發(fā)展的重要價(jià)值，未來(lái)有必要增加這一領(lǐng)域的研究。

（二）關(guān)注編程工具的年齡適宜性并重點(diǎn)研究有效的編程教學(xué)策略

有學(xué)者指出，“隨著人們對(duì)編程教育潛力的興趣不斷增加，為兒童設(shè)計(jì)的編程工具大量涌現(xiàn)。雖然這些變化受到廣泛歡迎，但快速的變化已經(jīng)導(dǎo)致人們更多地關(guān)注工具，而不是關(guān)于教學(xué)的關(guān)鍵問(wèn)題”。本研究也發(fā)現(xiàn)，多數(shù)研究關(guān)注的仍是編程工具，對(duì)編程教學(xué)策略的研究有限。在已有研究中，三類工具都有一定的應(yīng)用基礎(chǔ)，但有形編程工具更適宜早期兒童直接感知、親身體驗(yàn)與實(shí)際操作的學(xué)習(xí)方式。根據(jù)Horn等人的觀點(diǎn)，兒童應(yīng)首先使用有形工具以逐步適應(yīng)編程概念和操作技能，之后再過(guò)渡到圖形編程或混合編程階段[16]。雖然關(guān)注編程工具的年齡適宜性是必要的，但其效能有效性的發(fā)揮在于“能否被專業(yè)的教師、用專業(yè)的方式加以使用”，研究表明，在沒(méi)有教師支架的游戲中，兒童會(huì)把編程工具等同普通玩具一樣擺弄，具有良好性能的編程工具并不能直接促進(jìn)兒童的計(jì)算思維，相反，教師的有效教學(xué)能提高兒童編程技能[14]。有研究發(fā)現(xiàn)，合作式、建造主義的學(xué)習(xí)方式利于兒童的計(jì)算思維發(fā)展[17]。但總起來(lái)說(shuō)這類研究比較薄弱，因此，研究不同編程環(huán)境下的有效教學(xué)策略、提高教師的編程教學(xué)能力應(yīng)得到更多重視。

（三）開展計(jì)算思維的混合方法評(píng)價(jià)并增強(qiáng)測(cè)評(píng)的全面可靠性

由于計(jì)算思維內(nèi)容組成的復(fù)雜性，很難用單一的方法對(duì)其進(jìn)行評(píng)估，只有組合多種評(píng)價(jià)方法才能全面、深入獲得兒童計(jì)算思維發(fā)展的信息。但已有研究多采用單一類型的評(píng)價(jià)方式，采集的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)只能反映兒童計(jì)算思維發(fā)展的片面情況。造成評(píng)價(jià)單一化的原因在于：第一，評(píng)價(jià)方式與測(cè)評(píng)的內(nèi)容有關(guān)，量化評(píng)價(jià)利于測(cè)評(píng)兒童在計(jì)算概念和技能掌握方面的結(jié)果，觀察法在評(píng)價(jià)兒童的計(jì)算觀念方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。第二，受評(píng)價(jià)方式可操作性的影響，混合使用不同類型的評(píng)價(jià)方法增加了評(píng)價(jià)信息采集與分析的難度。在未來(lái)研究中，有必要開展早期兒童計(jì)算思維的混合方法（Mixed Methods）評(píng)價(jià)，結(jié)合計(jì)算思維的不同內(nèi)容，組合使用多元化評(píng)價(jià)方式;優(yōu)化量化評(píng)價(jià)和定性評(píng)價(jià)的實(shí)施步驟并提高可操作性，使計(jì)算思維測(cè)評(píng)結(jié)果更加全面可靠，以有效的評(píng)價(jià)推動(dòng)編程教育更好地促進(jìn)早期兒童計(jì)算思維發(fā)展。

四、結(jié)? ?語(yǔ)

研究發(fā)現(xiàn)，編程教育在促進(jìn)早期兒童計(jì)算思維發(fā)展方面積累了諸多經(jīng)驗(yàn)：編程教育指向培養(yǎng)的計(jì)算思維內(nèi)容包含了計(jì)算概念、計(jì)算實(shí)踐以及計(jì)算觀念和態(tài)度等多個(gè)方面;不同類型編程工具在培養(yǎng)兒童計(jì)算思維方面發(fā)揮了不同作用，編程教育的效果可以通過(guò)不同方式測(cè)評(píng)兒童計(jì)算思維的發(fā)展情況加以體現(xiàn)。同時(shí)，已有編程教育還存在培養(yǎng)內(nèi)容不夠全面、編程工具的使用效果參差不齊以及評(píng)價(jià)方法單一等問(wèn)題，為了更好地促進(jìn)早期兒童計(jì)算思維發(fā)展，系統(tǒng)構(gòu)建早期兒童的計(jì)算思維內(nèi)容體系、在實(shí)踐中探索編程教學(xué)的有效策略以及豐富和混合使用計(jì)算思維評(píng)價(jià)方式還需更多深入研究。

[參考文獻(xiàn)]

[1] WING J M. Computational thinking[J]. Communications of the ACM， 2006， 49（3）： 33-35.

[2] 傅騫，解博超，鄭婭峰.基于圖形化工具的編程教學(xué)促進(jìn)初中生計(jì)算思維發(fā)展的實(shí)證研究[J].電化教育研究，2019（4）：122-128.

[3] 康建朝.芬蘭中小學(xué)編程教育的緣起、實(shí)踐路徑與特征[J].電化教育研究，2021，42（8）：101-107，115.

[4] CETIN M， DEMIRCAN H ？魻. Empowering technology and engineering for STEM education through programming robots： a systematic literature review[J]. Early child development and care， 2020， 190（9）： 1323-1335.

[5] BERS M U， FLANNERY L， KAZAKOFF? E R， et al. Computational thinking and tinkering： exploration of an early childhood robotics curriculum[J]. Computers & education， 2014（72）： 145-157.

[6] 蔣希娜，黃心淵.指向計(jì)算思維能力培養(yǎng)的兒童編程游戲設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2019，29（3）：119-126.

[7] RELKIN E， DE RUITER L， BERS M U. TechCheck： development and validation of an unplugged assessment of computational thinking in early childhood education[J]. Journal of science education and technology， 2020， 29（7）： 482-498.

[8] 張屹，莫尉，張巖，等.我國(guó)小學(xué)生計(jì)算思維量表研發(fā)與應(yīng)用[J].中國(guó)電化教育，2020（10）：49-57.

[9] 任友群，隋豐蔚，李鋒.數(shù)字土著何以可能？——也談?dòng)?jì)算思維進(jìn)入中小學(xué)信息技術(shù)教育的必要性和可能性[J].中國(guó)電化教育，2016（1）：2-8.

[10] 孫立會(huì)，王曉倩.基于馬扎諾教育目標(biāo)新分類學(xué)的計(jì)算思維評(píng)價(jià)框架構(gòu)建[J].電化教育研究，2021，42（6）：20-26，33.

[11] 劉超洋，陳沖.國(guó)外教育研究綜述法的源起、方法論基礎(chǔ)和基本步驟[J].高教探索，2019（8）：111-118.

[12] BRENNAN K， RESNICK M. New frameworks for studying and assessing the development of computational thinking [C]//Proceedings of the 2012 Annual Meeting of the American Educational Research Association. Vancouver： AERA， 2012： 1-25.

[13] KAZAKOFF E R， BERS M U. Put your robot in， put your robot out： sequencing through programming robots in early childhood[J]. Journal of educational computing research， 2014， 50（4）： 553-573.

[14] NEWHOUSE C P， COOPER M， CORDERY Z. Programmable toys and free play in early childhood classrooms[J]. Australian educational computing， 2017， 32（1）： 1-14.

[15] WANG D ， WANG T ， ZHEN L. A tangible programming tool for children to cultivate computational thinking[J]. The scientific world journal， 2014，1（1）：1-10.

[16] HORN M S， CROUSER R J， BERS M U. Tangible interaction and learning： the case for a hybrid approach[J]. Personal and ubiquitous computing， 2012， 16（4）： 379-389.

[17] HARLOW D B， LEAK A E. Mapping students' ideas to understand learning in a collaborative programming environment[J]. Computer science education， 2014， 24（2-3）： 229-247.

[18] ELKIN M， SULLIVAN A， BERS M U. Programming with the KIBO robotics kit in preschool classrooms[J]. Computers in the schools， 2016， 33（3）： 169-186.

[19] GOMES T C S， FALC？魨O T P， TEDESCO P C A R. Exploring an approach based on digital games for teaching programming concepts to young children[J]. International journal of child-computer interaction， 2018（16）： 77-84.

[20] PUGNALI A， SULLIVAN A， BERS M. The impact of user interface on young childrens computational thinking[J]. Journal of information technology education： innovations in practice， 2017， 16（1）： 171-193.

[21] SULLIVAN A， BERS M U. Dancing robots： integrating art， music， and robotics in Singapore's early childhood centers[J]. International journal of technology and design education， 2018， 28（2）： 325-346.

[22] FLANNERY L P， BERS M U. Let's dance the "robot hokey-pokey！" children's programming approaches and achievement throughout early cognitive development[J]. Journal of research on technology in education， 2013， 46（1）： 81-101.

[23] STRAWHACKER A， BERS M U. What they learn when they learn coding： investigating cognitive domains and computer programming knowledge in young children[J]. Educational technology research and development， 2019， 67（3）： 541-575.

[24] BURLESON W S， HARLOW D B， NILSEN K J， et al. Active learning environments with robotic tangibles： children's physical and virtual spatial programming experiences[J]. IEEE transactions on learning technologies， 2017， 11（1）： 96-106.

[25] LEVY S T， MIODUSER D. Approaching complexity through planful play： Kindergarten childrens strategies in constructing an autonomous robot's behavior[J]. International journal of computers for mathematical learning， 2010， 15（1）： 21-43.

[26] ROSE S， HABGOOD J， JAY T. An exploration of the role of visual programming tools in the development of young children's computational thinking[J]. Electronic journal of e-learning， 2017， 15（4）： 297-309.

[27] LAVIGNE H J， CUELLAR， L.. Aha！ Island media and hands-on activity sets： a formative research report[R]. Waltham， MA： Education Development Center， 2019.

[28] STRAWHACKER A， BERS M U. "I want my robot to look for food"： comparing kindergartner's programming comprehension using tangible， graphic， and hybrid user interfaces[J]. International journal of technology and design education， 2015， 25（3）： 293-319.

[29] SULLIVAN A， KAZAKOFF E R， BERS M U. The wheels on the bot go round and round： robotics curriculum in pre-kindergarten[J]. Journal of information technology education， 2013（12）： 203-219.

[30] KAZAKOFF E， BERS M. Programming in a robotics context in the kindergarten classroom： the impact on sequencing skills[J]. Journal of educational multimedia and hypermedia， 2012， 21（4）： 371-391.

[31] 王旭卿.面向三維目標(biāo)的國(guó)外中小學(xué)計(jì)算思維培養(yǎng)與評(píng)價(jià)研究[J].電化教育研究，2014，35（7）：48-53.

[32] 郁曉華，王美玲.計(jì)算思維培養(yǎng)之路還有多遠(yuǎn)？——基于計(jì)算思維測(cè)評(píng)視角[J].開放教育研究，2020，26（1）：60-71.