［摘 要］ 早期計(jì)算思維教育能為幼兒發(fā)展帶來(lái)諸多益處。過(guò)往研究已證實(shí)幼兒有能力掌握不同的計(jì)算思維概念和基礎(chǔ)性的編程能力，但未有研究深入探討插電編程和不插電計(jì)算思維教育之間的差異，以及這種差異所帶來(lái)的學(xué)習(xí)效果上的區(qū)別。本研究采用隨機(jī)對(duì)照實(shí)驗(yàn)的研究設(shè)計(jì)，比較機(jī)器人編程課程、平板編程課程和不插電計(jì)算思維教育活動(dòng)對(duì)91名5歲幼兒計(jì)算思維發(fā)展的影響。結(jié)果顯示，相比不插電計(jì)算思維教育，機(jī)器人編程和平板編程干預(yù)能更有效地發(fā)展幼兒的計(jì)算思維能力。這可能是因?yàn)榫幊袒顒?dòng)中的調(diào)試過(guò)程有助于幼兒發(fā)展其他計(jì)算思維技能，如算法設(shè)計(jì)和模式識(shí)別。相比而言，不插電計(jì)算思維活動(dòng)較難提供調(diào)試機(jī)會(huì)，因此其對(duì)幼兒計(jì)算思維能力的培養(yǎng)效果不顯著，表明數(shù)碼技術(shù)支持下的編程活動(dòng)更能促進(jìn)幼兒計(jì)算思維的發(fā)展。5歲的男孩和女孩都可以從插電編程課程中獲益，家庭背景對(duì)幼兒計(jì)算思維的學(xué)習(xí)影響較小。

［關(guān)鍵詞］ 計(jì)算思維教育；機(jī)器人編程；平板編程

一、問(wèn)題提出

計(jì)算思維（Computational Thinking）是一種高階思維方式及解決問(wèn)題的方法，它主要用于將復(fù)雜問(wèn)題分解，識(shí)別模式并使用抽象化和算法，設(shè)計(jì)逐步解決方案，并在過(guò)程中進(jìn)行必要的調(diào)試以達(dá)致目標(biāo)。[1]“計(jì)算思維”這個(gè)概念最早由美國(guó)周以真教授于2006年提出，用來(lái)概括并回應(yīng)“計(jì)算機(jī)科學(xué)家是如何思考的”這一命題。[2]近年來(lái)，計(jì)算思維逐漸被認(rèn)為是人類(lèi)個(gè)體在21世紀(jì)必備的基礎(chǔ)能力之一。在技術(shù)的支持下，全球范圍內(nèi)已有不少研究證實(shí)將計(jì)算思維融入學(xué)前教育對(duì)兒童發(fā)展的益處，包括促進(jìn)幼兒對(duì)編程基礎(chǔ)概念的掌握，[3]發(fā)展幼兒的自我調(diào)節(jié)能力和排序能力[4]、執(zhí)行功能[5]、空間技能[6]，提升女孩在科技活動(dòng)中的參與度。[7]經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（OECD）開(kāi)展的“數(shù)字世界中的幼兒教育與保育”研究指出：（1）幼兒可以掌握一系列計(jì)算思維的基礎(chǔ)概念和技能；（2）針對(duì)幼兒的計(jì)算思維教育必須依托具有適宜性的工具和方法；（3）盡早接觸計(jì)算思維對(duì)于消除刻板印象、確保所有幼兒有平等機(jī)會(huì)發(fā)展數(shù)字素養(yǎng)至關(guān)重要。[8]但需要注意的是，計(jì)算思維教育必須考慮幼兒的認(rèn)知發(fā)展水平，使用合適的方法和工具。

計(jì)算思維與幼兒發(fā)展之間存在著多種關(guān)聯(lián)。計(jì)算思維是一種高階思維方式，它涉及問(wèn)題分解、模式識(shí)別、抽象化和算法設(shè)計(jì)等過(guò)程。[9]這些過(guò)程與幼兒的認(rèn)知、數(shù)學(xué)、邏輯等能力的發(fā)展密切相關(guān)。首先，計(jì)算思維與幼兒的數(shù)學(xué)能力有關(guān)。[10]計(jì)算思維強(qiáng)調(diào)問(wèn)題的分解和抽象化過(guò)程，這與數(shù)學(xué)中的分解和抽象化概念相呼應(yīng)。通過(guò)計(jì)算思維的訓(xùn)練，幼兒的數(shù)學(xué)思維可以得到更好的發(fā)展，如將復(fù)雜的數(shù)學(xué)問(wèn)題分解為更簡(jiǎn)單的部分、理解數(shù)學(xué)模式和規(guī)律等。其次，計(jì)算思維與幼兒的邏輯思維有關(guān)。[11]通過(guò)培養(yǎng)計(jì)算思維，幼兒可以學(xué)習(xí)邏輯思維的基本原則，如條件判斷、循環(huán)和順序執(zhí)行等，這對(duì)幼兒的思維和問(wèn)題解決能力的發(fā)展具有積極影響。最后，計(jì)算思維還與幼兒的創(chuàng)造性思維和問(wèn)題解決能力發(fā)展相關(guān)。[12]計(jì)算思維強(qiáng)調(diào)的是解決問(wèn)題的方法和策略，通過(guò)計(jì)算思維的學(xué)習(xí)，幼兒可以學(xué)會(huì)從不同的角度思考問(wèn)題，運(yùn)用抽象化和算法設(shè)計(jì)來(lái)尋找創(chuàng)新的解決方案。由此可見(jiàn)，計(jì)算思維的培養(yǎng)可以促進(jìn)幼兒的綜合發(fā)展，為他們未來(lái)的學(xué)習(xí)和發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

教育方法通常根據(jù)其使用的工具、教學(xué)手段、教學(xué)目標(biāo)等因素進(jìn)行分類(lèi)，可以大致分為傳統(tǒng)教育方法和現(xiàn)代教育方法。[13]按照使用的工具可以將教育方法分為傳統(tǒng)教育方法（主要依賴于面對(duì)面的交流和互動(dòng)，如講授法、演示法等）、技術(shù)驅(qū)動(dòng)的教育方法（使用電腦、智能手機(jī)等技術(shù)工具，如在線課程、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、移動(dòng)學(xué)習(xí)等）和混合教育方法（結(jié)合了傳統(tǒng)教育和技術(shù)驅(qū)動(dòng)的教育以提供更靈活和個(gè)性化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，如翻轉(zhuǎn)課堂、混合在線課程等）。[14][15]針對(duì)計(jì)算思維教育，我們可以參照以上分類(lèi)，將培養(yǎng)兒童計(jì)算思維的方法大致劃分為插電計(jì)算思維教育和不插電計(jì)算思維教育兩類(lèi)。[16]插電計(jì)算思維教育通常指在計(jì)算機(jī)、平板電腦或其他電子設(shè)備上進(jìn)行的計(jì)算思維教育，如機(jī)器人編程和平板編程教育。[17]這種方法通常需要使用各種編程工具。不插電計(jì)算思維教育則更注重對(duì)基礎(chǔ)的計(jì)算思維和邏輯思維能力的培養(yǎng)，它通常不依賴于電腦或其他高科技設(shè)備，[18]而是采用解決謎題、邏輯游戲、身體游戲、拼圖以及基于紙筆或其他簡(jiǎn)單工具的活動(dòng)。由于這種活動(dòng)易于開(kāi)展，并且與傳統(tǒng)的教育方法較為接近，不少學(xué)前教育工作者提倡使用不插電的方式來(lái)開(kāi)展幼兒期的計(jì)算思維教育。[19][20]但是，既有研究并未直接探討在幼兒期開(kāi)展插電與不插電計(jì)算思維教育兩者的本質(zhì)區(qū)別。因此，考慮到技術(shù)化和非技術(shù)化是開(kāi)展計(jì)算思維教學(xué)的兩個(gè)基本方向，本研究選擇插電和不插電作為考察計(jì)算思維教學(xué)效果的切入點(diǎn)，其目的是回答技術(shù)在何種程度上促進(jìn)了幼兒計(jì)算思維發(fā)展的問(wèn)題。

計(jì)算思維教育活動(dòng)可以為幼兒發(fā)展21世紀(jì)技能打下基礎(chǔ)。[21]隨著科技的進(jìn)步，適合幼兒使用的無(wú)屏幕編程機(jī)器人（如美國(guó)生產(chǎn)的KIBO和我國(guó)深圳生產(chǎn)的瑪塔機(jī)器人）進(jìn)入越來(lái)越多的幼兒園和家庭當(dāng)中，用于增加兒童計(jì)算思維學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。無(wú)屏幕編程機(jī)器人是一種適合兒童的工具，兒童可以通過(guò)動(dòng)手操作和親身體驗(yàn)的方式來(lái)發(fā)展計(jì)算思維。[22]Bers等人嘗試通過(guò)機(jī)器人編程來(lái)增強(qiáng)53名學(xué)前兒童的計(jì)算思維概念，如排序和重復(fù)等。[23]在Di Lieto等人開(kāi)展的一項(xiàng)研究中，研究人員使用一種名為Bee-BotR的蜜蜂形狀機(jī)器人，讓12名5～6歲的幼兒參加為期6周共13次的教育機(jī)器人實(shí)驗(yàn)干預(yù)。[24]除了無(wú)屏幕編程機(jī)器人，平板設(shè)備也是開(kāi)展兒童計(jì)算思維的另一種方法。國(guó)外研究表明，對(duì)于4～7歲的幼兒，使用基于可移動(dòng)設(shè)備的編程應(yīng)用（如ScratchJr、Daisy the Dinosaur和Kodable）來(lái)學(xué)習(xí)編碼是有效的。[25][26]其中，ScratchJr是適合幼兒同時(shí)也是最受歡迎的平板編程平臺(tái)之一，這一應(yīng)用采用圖像化的方式，把編程的基本要素轉(zhuǎn)變成幼兒喜愛(ài)并且可以理解的對(duì)象，從而使幼兒能夠設(shè)計(jì)自己心中的故事動(dòng)畫(huà)或者游戲。例如，Chou的研究發(fā)現(xiàn)，ScratchJr可以發(fā)展幼兒的計(jì)算思維概念（如序列、事件），促進(jìn)幼兒的計(jì)算思維實(shí)踐（如調(diào)試、重組和再利用），并激發(fā)他們對(duì)裝飾程序項(xiàng)目的興趣。[27]在另一項(xiàng)研究中，Pila等人發(fā)現(xiàn)，使用平板編程可以幫助幼兒發(fā)展計(jì)算思維。[28]此外，平板編程還可以通過(guò)游戲化的方式增強(qiáng)幼兒在編程方面的動(dòng)機(jī)和信心。[29]

與此同時(shí)，對(duì)幼兒進(jìn)行計(jì)算思維教育的研究已經(jīng)開(kāi)始關(guān)注非科技手段的應(yīng)用。這些非科技手段包括使用實(shí)物、游戲、角色扮演和故事等，其目的在于培養(yǎng)幼兒的問(wèn)題解決能力、邏輯思維和創(chuàng)造性思維。[30]這些研究表明，實(shí)際體驗(yàn)和互動(dòng)可以促使幼兒初步理解和運(yùn)用計(jì)算思維的有關(guān)概念，并促進(jìn)其認(rèn)知的發(fā)展。[31]這種非科技手段的計(jì)算思維教育研究為教育者和家長(zhǎng)提供了多樣化的教學(xué)方法。Yang等人最新的研究采用了多組準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)機(jī)器人編程、平板編程和不使用科技手段的計(jì)算思維教育進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)相比使用非科技手段的計(jì)算思維干預(yù)項(xiàng)目，無(wú)論使用機(jī)器人還是平板電腦，都可以更好地促進(jìn)幼兒計(jì)算思維的發(fā)展。[32]但是這篇文章并未深入探討插電編程和不插電計(jì)算思維教育之間的差異，以及這種差異所帶來(lái)的學(xué)習(xí)效果上的區(qū)別。

在影響因素方面，已有研究進(jìn)一步探討了兒童性別和家庭社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位對(duì)計(jì)算思維學(xué)習(xí)的影響。[33][34]Papadakis等人的研究指出，性別對(duì)于兒童的計(jì)算思維和數(shù)字技能表現(xiàn)沒(méi)有影響。[35]Sullivan和Bers的研究證明TangibleK機(jī)器人項(xiàng)目對(duì)于大部分幼兒園男孩和女孩都是同樣容易接觸和學(xué)習(xí)的。[36]而一項(xiàng)最新的綜述則發(fā)現(xiàn)，男孩在與機(jī)器人的互動(dòng)中比女孩獲得了更多的樂(lè)趣，而且男孩在機(jī)器人知識(shí)、編程知識(shí)、編程任務(wù)以及動(dòng)手活動(dòng)中的表現(xiàn)往往優(yōu)于女孩。[37]此外，低收入家庭和父母受教育程度較低會(huì)導(dǎo)致兒童在機(jī)器人教學(xué)中獲得較差的學(xué)習(xí)體驗(yàn)和效果。然而，這些研究證據(jù)大多來(lái)自西方國(guó)家，兒童的性別和家庭社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位對(duì)其參與機(jī)器人和編程學(xué)習(xí)的影響，還需要更多的實(shí)證研究來(lái)證明，需要利用更多在中國(guó)開(kāi)展的實(shí)證研究進(jìn)行驗(yàn)證。

影響幼兒計(jì)算思維發(fā)展的潛在因素包括孩子的性別、年齡、自我調(diào)節(jié)能力、工作記憶水平及其家庭和學(xué)校環(huán)境（如家庭社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位等），以及過(guò)往參與編程的經(jīng)歷等諸多方面。[38][39]本研究主要圍繞不同的教育干預(yù)方案，針對(duì)不同的干預(yù)工具，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了解其對(duì)幼兒計(jì)算思維發(fā)展的影響情況，同時(shí)分析幼兒性別和家庭社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位對(duì)幼兒學(xué)習(xí)結(jié)果的調(diào)節(jié)作用。本研究設(shè)計(jì)了不同類(lèi)型的計(jì)算思維干預(yù)措施，以比較在幼兒園環(huán)境中進(jìn)行的插電與不插電計(jì)算思維教育對(duì)幼兒計(jì)算思維發(fā)展的不同影響。在插電課程中，本研究選取機(jī)器人和平板編程作為代表，選擇兩類(lèi)插電課程而非一類(lèi)，主要是為了減少研究結(jié)果受特定編程工具影響的可能性，以增加研究結(jié)論的可推廣性。對(duì)此，本研究采用多組實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和前后測(cè)的方法，評(píng)估了三種計(jì)算思維教育的效果。研究的主要問(wèn)題有：（1）相比不插電計(jì)算思維教育，機(jī)器人編程干預(yù)是否能促進(jìn)學(xué)前兒童計(jì)算思維的發(fā)展；（2）相比不插電計(jì)算思維教育，平板電腦編程干預(yù)是否具有增進(jìn)學(xué)前兒童計(jì)算思維發(fā)展的效果；（3）學(xué)前兒童的性別和家庭社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位是否對(duì)干預(yù)效果有調(diào)節(jié)作用。本研究針對(duì)三個(gè)不同的中班兒童組別隨機(jī)提供不同的干預(yù)措施，干預(yù)為期九周。在每周的干預(yù)過(guò)程中，教師被要求使用相應(yīng)的干預(yù)方案發(fā)起一個(gè)持續(xù)約35分鐘的集體教學(xué)活動(dòng)。參與活動(dòng)的兒童由三對(duì)教師指導(dǎo)進(jìn)行學(xué)習(xí)，這些教師分別接受過(guò)機(jī)器人編程教育、平板編程教育和不插電計(jì)算思維教育的培訓(xùn)。

二、研究方法

本研究采用多組干預(yù)和前后測(cè)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，旨在比較機(jī)器人編程、平板電腦編程和不插電計(jì)算思維教育對(duì)學(xué)齡前兒童計(jì)算思維的影響。研究共招募108名來(lái)自一所公立幼兒園的中班兒童，以班級(jí)為單位隨機(jī)分配干預(yù)措施。研究者于2022年春季學(xué)期為參與實(shí)驗(yàn)的幼兒園教師提供了培訓(xùn)和研究支持。研究使用前測(cè)與后測(cè)來(lái)評(píng)估幼兒的表現(xiàn)水平，并使用協(xié)方差分析來(lái)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以比較三種不同條件下幼兒計(jì)算思維的變化與差異。

（一）被試

本研究選取廣東省中山市一所公立幼兒園的中班幼兒為研究對(duì)象。在家長(zhǎng)知情并同意的前提下，來(lái)自該幼兒園中班的108名學(xué)齡前兒童（55名女孩，53名男孩，平均年齡為5歲）參加了本實(shí)驗(yàn)。選擇5歲兒童作為研究對(duì)象，主要是考慮到這一時(shí)期是個(gè)體計(jì)算思維發(fā)展的重要時(shí)期。[40]3～6歲是兒童計(jì)算思維萌芽的關(guān)鍵期，5歲正處于這個(gè)階段的中間，他們有一定的計(jì)算思維基礎(chǔ)。此外，考慮到不同電子設(shè)備對(duì)視覺(jué)和精細(xì)動(dòng)作發(fā)育有要求，5歲也是幼兒能夠逐漸適應(yīng)這類(lèi)編程活動(dòng)的年齡。由于不同的班級(jí)之間的差異非常小，且在加入這個(gè)研究項(xiàng)目之前，沒(méi)有任何一個(gè)班級(jí)進(jìn)行過(guò)編程或計(jì)算思維教育。因此，本研究將三個(gè)班級(jí)隨機(jī)分配到三個(gè)條件當(dāng)中去，其中37名兒童（19名女孩，18名男孩）參加機(jī)器人編程干預(yù)組，36名兒童（20名女孩，16名男孩）參加平板電腦編程干預(yù)組，另外35名兒童（16名女孩，19名男孩）參加不插電計(jì)算思維教育組。

（二）干預(yù)方案

來(lái)自三個(gè)班級(jí)的所有老師分別接受了相對(duì)應(yīng)的培訓(xùn)，隨后進(jìn)行了機(jī)器人編程、平板電腦編程和不插電計(jì)算思維教育的課程實(shí)施。培訓(xùn)過(guò)程中，每個(gè)研究助理向相對(duì)應(yīng)的班級(jí)教師提供了為期兩小時(shí)的工作坊，培訓(xùn)其實(shí)施相應(yīng)的課程。例如，研究助理A與班級(jí)的兩名教師合作，為她們的孩子實(shí)施機(jī)器人編程課程。在具體干預(yù)方案的選擇上，本研究采用行之有效的編程課程方案，如瑪塔機(jī)器人編程和ScratchJr平板電腦編程，這些方案都有大量應(yīng)用研究支持其效果。另一方面，不插電計(jì)算思維課程則選擇那些結(jié)合了學(xué)前兒童學(xué)習(xí)特點(diǎn)的七巧板游戲、找規(guī)律等非科技類(lèi)活動(dòng)。這些有代表性的干預(yù)方案都可適切地體現(xiàn)插電和不插電計(jì)算思維教學(xué)的特點(diǎn)。課程實(shí)施包括集體教學(xué)活動(dòng)、區(qū)域游戲活動(dòng)等形式。

1. 機(jī)器人編程。

本研究使用的編碼機(jī)器人是深圳市瑪塔創(chuàng)想科技有限公司所開(kāi)發(fā)的瑪塔創(chuàng)想編程機(jī)器人（簡(jiǎn)稱(chēng)“瑪塔機(jī)器人”）。這是一款無(wú)屏幕可編程機(jī)器人，先前已被證實(shí)可以用來(lái)促進(jìn)兒童的序列能力和計(jì)算思維發(fā)展。[41][42]瑪塔機(jī)器人適合4～9歲的兒童進(jìn)行實(shí)體編程學(xué)習(xí)。它有各種組件，使幼兒能夠?qū)W習(xí)基礎(chǔ)的編程知識(shí)和技能。

在本研究中，機(jī)器人編程干預(yù)課程旨在通過(guò)一系列主題為小雞生活的課程活動(dòng)，幫助兒童掌握算法設(shè)計(jì)、抽象、分解、模式識(shí)別和調(diào)試等計(jì)算機(jī)科學(xué)技能。具體的學(xué)習(xí)目標(biāo)包括：通過(guò)學(xué)習(xí)和實(shí)踐掌握符號(hào)的基本含義，如左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、前進(jìn)、后退、數(shù)字和函數(shù)編程塊；使用符號(hào)編程塊完成教室中的分組任務(wù)，并通過(guò)自己的思考預(yù)測(cè)自己的路徑和步驟；理解基本的函數(shù)思維，并使用簡(jiǎn)單的函數(shù)思維解決問(wèn)題；利用數(shù)字編程塊和動(dòng)作編程塊的組合簡(jiǎn)化問(wèn)題，培養(yǎng)邏輯思維。課程實(shí)施采用大組活動(dòng)、小組活動(dòng)、分享學(xué)習(xí)成果等方式。教學(xué)材料包括五臺(tái)瑪塔機(jī)器人、繪本、紙制機(jī)器人頭飾、泡沫地毯、地圖、木制玩具和圖片等。課程持續(xù)時(shí)間為九周，分別為“小雞去露營(yíng)”（三周）、“小雞去超市”（三周）、“小雞過(guò)生日”（一周）、“小雞送禮物”（一周）和“生日派對(duì)”（一周）。評(píng)估方式包括課堂觀察和成果分享，通過(guò)觀察兒童的編程和學(xué)習(xí)情況以及分享編碼成果來(lái)評(píng)估幼兒是否能夠成功完成小組活動(dòng)中的任務(wù)。

2. 平板電腦編程。

在平板電腦編程課程中，本研究使用ScratchJr編程軟件，這是一款受歡迎的面向幼兒的應(yīng)用程序。幼兒通過(guò)使用iPad或安卓平板電腦來(lái)學(xué)習(xí)編程。[43]ScratchJr是一款專(zhuān)為低齡兒童設(shè)計(jì)的編程軟件，它可以讓兒童通過(guò)自由拖拽圖形化編程塊的方式來(lái)創(chuàng)造互動(dòng)式故事、動(dòng)畫(huà)和游戲。ScratchJr由美國(guó)麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室、塔夫茨大學(xué)和PBS KIDS聯(lián)合開(kāi)發(fā)，旨在幫助兒童提升邏輯思維、創(chuàng)造力和計(jì)算機(jī)編程技能。ScratchJr的編程塊使用可視化的方式展示各種編程概念，包括循環(huán)、條件語(yǔ)句、變量、事件等等。兒童只需將編程塊拼接在一起，就可以編寫(xiě)出自己的程序。ScratchJr還提供了豐富的角色和場(chǎng)景素材，兒童可以根據(jù)自己的創(chuàng)意和興趣自由設(shè)計(jì)場(chǎng)景和角色，打造自己的作品。ScratchJr的界面簡(jiǎn)潔、易于操作，適合5～7歲的兒童使用。通過(guò)使用ScratchJr，兒童不僅可以學(xué)習(xí)編程技能，還可以培養(yǎng)解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)造力。

在本研究中，平板電腦編程干預(yù)課程旨在通過(guò)一系列主題為小雞生活的課程活動(dòng)，幫助兒童掌握算法設(shè)計(jì)、抽象、分解、模式識(shí)別和調(diào)試等計(jì)算機(jī)科學(xué)技能，其在學(xué)習(xí)目標(biāo)上和機(jī)器人編程干預(yù)課程保持一致。具體的學(xué)習(xí)目標(biāo)包括：獲得編程相關(guān)知識(shí)，如編程、模塊化、調(diào)試、設(shè)計(jì)過(guò)程；理解和應(yīng)用編程塊，如開(kāi)始、停止、前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、縮小、放大、記錄、節(jié)奏、接收和發(fā)送，以控制角色行為并創(chuàng)建新故事；具備初步的編程思維方式；體驗(yàn)編程的樂(lè)趣。課程實(shí)施采用大組活動(dòng)、小組活動(dòng)、分享學(xué)習(xí)成果等方式。教學(xué)材料包括五臺(tái)安裝了ScratchJr 程序的平板電腦、故事圖片書(shū)、閃卡（開(kāi)始、停止、前進(jìn)、后退、上、下、發(fā)送、接收、縮小、放大、消失、旋轉(zhuǎn)、跳躍）、音頻（“歡樂(lè)拍手歌”“生日快樂(lè)歌”）、故事背景圖像、泡沫地毯等。課程時(shí)間為九周，分別為“小雞迷路”（一周）、“我們一起露營(yíng)”（一周）、“生日快樂(lè)”（一周）、“一起慶祝你的生日”（一周）、“小雞去超市”（一周）、“小雞購(gòu)物”（一周）、“小雞回家”（一周）、“小雞快樂(lè)圣誕”（一周）和“小雞在游樂(lè)園”（一周）。評(píng)估方式包括課堂觀察和成果分享，通過(guò)觀察兒童對(duì)編程學(xué)習(xí)的熱情、操作 ScratchJr 的熟練程度和應(yīng)用能力以及分享兒童成就來(lái)評(píng)估他們是否能夠完成活動(dòng)任務(wù)并具備相應(yīng)的能力。

3. 不插電計(jì)算思維教育。

本研究的對(duì)照組采用一項(xiàng)名為“不插電計(jì)算思維教育”的干預(yù)課程，旨在通過(guò)兒童日常生活中的計(jì)算思維主題來(lái)幫助兒童掌握算法設(shè)計(jì)、抽象、分解、模式識(shí)別等計(jì)算機(jī)科學(xué)技能。[44]具體的學(xué)習(xí)目標(biāo)包括：理解生活中的問(wèn)題解決思路，掌握分解、模式識(shí)別、抽象和算法能力；學(xué)會(huì)將這四種能力應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題的解決；提高動(dòng)手和自理能力。課程實(shí)施采用常見(jiàn)的材料，如蠟筆、紙張、卡片和印刷圖片。課程時(shí)間為九周，分別為七巧板周、找規(guī)律周、服裝設(shè)計(jì)師周、“我是一個(gè)講故事的人”（兩周）、制作三明治（一周）、折紙（一周）、我的旅游計(jì)劃（一周）和設(shè)計(jì)路線（一周）。評(píng)估方式包括課堂觀察和成果分享，通過(guò)觀察兒童在課堂上回答問(wèn)題、動(dòng)手操作和分享的情況來(lái)評(píng)估他們是否掌握了相關(guān)的能力。

（三）研究程序

在數(shù)據(jù)收集和分析過(guò)程中，本研究按照國(guó)際早期教育研究倫理規(guī)范開(kāi)展數(shù)據(jù)的收集、分析與報(bào)告。[45]在收集數(shù)據(jù)之前，研究項(xiàng)目已獲得了研究人員所在高校的人類(lèi)研究倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，倫理批準(zhǔn)參考編號(hào)為A2020-2021-0416-01。首先，本研究向幼兒園園長(zhǎng)發(fā)放了描述本研究項(xiàng)目的同意書(shū)，并獲得了他們的同意。之后，本研究獲得了被園長(zhǎng)指派參與本實(shí)驗(yàn)研究的六位班級(jí)教師的同意。通過(guò)班級(jí)教師的聯(lián)系，本研究進(jìn)一步從兒童的父母或監(jiān)護(hù)人那里獲得知情同意書(shū)并開(kāi)展了家長(zhǎng)問(wèn)卷調(diào)查。家長(zhǎng)問(wèn)卷調(diào)查包括一般信息，如孩子的年齡和性別、母親的受教育水平、父親的受教育水平和家庭月收入等。在得到家長(zhǎng)的同意后，所有參與實(shí)驗(yàn)干預(yù)的幼兒在教師培訓(xùn)前接受前測(cè)。在接受了為期九周的干預(yù)后，參與干預(yù)的幼兒立即接受了相同評(píng)估工具的后測(cè)。

（四）兒童計(jì)算思維測(cè)評(píng)工具

本研究使用了Relkin和Bers開(kāi)發(fā)的TechCheck？鄄K來(lái)評(píng)估參與實(shí)驗(yàn)幼兒的計(jì)算思維。選擇TechCheck？鄄K作為本研究的計(jì)算思維評(píng)估工具，主要考慮到它是目前為數(shù)不多的專(zhuān)門(mén)針對(duì)學(xué)前兒童計(jì)算思維能力的標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試工具。選擇這一工具的另一個(gè)重要原因是它不要求被試具備任何編程經(jīng)驗(yàn)，因此可以用于前測(cè)當(dāng)中，以便研究者進(jìn)行更為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（多組干預(yù)和前后測(cè)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)）。[46]TechCheck？鄄K計(jì)算思維測(cè)試包含15個(gè)項(xiàng)目，分為六個(gè)維度，包括算法設(shè)計(jì)、模塊化/分解、控制結(jié)構(gòu)/模式識(shí)別、表示/抽象、硬件/軟件和調(diào)試。[47]例題可在Relkin和Bers發(fā)表的報(bào)告中找到。[48]TechCheck？鄄K的標(biāo)準(zhǔn)效度良好（r=0.76），[49]并已在中國(guó)的文化背景下得到了驗(yàn)證。[50]

雖然TechCheck-K在評(píng)估幼兒計(jì)算思維發(fā)展水平方面得到了較為廣泛的應(yīng)用，但它并不支持對(duì)不同維度進(jìn)行單獨(dú)評(píng)分，更不能針對(duì)單一維度進(jìn)行前后測(cè)的比較（如部分維度只有2～3個(gè)題目，滿分是2～3分，在統(tǒng)計(jì)學(xué)層面上無(wú)法比較分?jǐn)?shù)之間的顯著性差異），只支持總分的比較。[51]更重要的是，計(jì)算思維是一個(gè)綜合體，它并不能直接用這六個(gè)維度中的任何一項(xiàng)單獨(dú)進(jìn)行解釋?zhuān)ㄈ缯J(rèn)識(shí)“硬件/軟件”并不等于計(jì)算思維）。因此，本研究只從幼兒計(jì)算思維的總體表現(xiàn)進(jìn)行結(jié)果匯報(bào)。

（五）數(shù)據(jù)分析

本研究對(duì)108名幼兒進(jìn)行了前測(cè)和后測(cè)，其中有91名幼兒參加了后測(cè)計(jì)算思維評(píng)估。17名幼兒由于缺席或不愿意參加后測(cè)而未完成評(píng)估。本研究使用不同的統(tǒng)計(jì)方法來(lái)分析機(jī)器人編程組、平板電腦編程組和對(duì)照組之間計(jì)算思維前后測(cè)試成績(jī)的組別差異。首先，研究采用單因素方差分析（ANOVA）來(lái)確定三個(gè)組之間的平均值是否存在顯著差異。然后，采用單因素協(xié)方差分析（ANCOVA）來(lái)檢查三個(gè)組在計(jì)算思維后測(cè)得分方面的平均差異，以控制前測(cè)得分的影響。組內(nèi)前后效應(yīng)大小使用Cohens d來(lái)計(jì)算，組間效應(yīng)則比較組內(nèi)d之間的差異。最后，研究采用雙因素方差分析模型來(lái)評(píng)估干預(yù)的個(gè)體差異，以基線和組別交互作為預(yù)測(cè)變量，并分別考慮了幼兒的性別和家庭社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位作為預(yù)測(cè)變量。家庭社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位被轉(zhuǎn)換為低和高兩類(lèi)。所有統(tǒng)計(jì)分析均使用SPSS 27軟件進(jìn)行。

三、研究結(jié)果與分析

（一）不同編程課程對(duì)兒童計(jì)算思維的影響

單因素方差分析的結(jié)果顯示，基于被試年齡、性別、家庭社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位和基線的幼兒計(jì)算思維評(píng)估，三組之間不存在統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著差異（p>0.05）。表1顯示了三種不同實(shí)驗(yàn)條件下所有組的均值（M）、標(biāo)準(zhǔn)差（SD）和效應(yīng)量（Cohens d）。

隨后進(jìn)行的單因素協(xié)方差分析的結(jié)果顯示，在控制被試計(jì)算思維基線水平的情況下，干預(yù)類(lèi)型對(duì)兒童計(jì)算思維后測(cè)得分具有顯著影響，F(xiàn)（2，90）=29.78（p<0.001）。圖1直觀顯示了三組幼兒在干預(yù)前后計(jì)算思維測(cè)驗(yàn)得分的變化情況。

進(jìn)一步的成對(duì)比較顯示，機(jī)器人編程組、平板電腦編程組兩者與對(duì)照組之間平均數(shù)的差（Mean Difference）均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)上意義的顯著差異（p<0.001），其中機(jī)器人編程組和對(duì)照組之間的平均數(shù)的差為4.34，平板電腦編程組和對(duì)照組之間的平均數(shù)的差為2.65。（見(jiàn)表2）

（二）性別和家庭社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位的調(diào)節(jié)作用

為了解性別和家庭社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位在干預(yù)措施與幼兒計(jì)算思維發(fā)展之間的調(diào)節(jié)作用，本研究進(jìn)一步采用雙因素方差分析模型來(lái)評(píng)估干預(yù)的個(gè)體差異。結(jié)果顯示，針對(duì)不同性別和家庭社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位的幼兒，其計(jì)算思維在前后測(cè)中未發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的顯著交互作用。（見(jiàn)表3、表4）

四、討論

（一）插電編程比不插電活動(dòng)更能促進(jìn)幼兒計(jì)算思維的發(fā)展

本研究結(jié)果表明，插電編程干預(yù)在促進(jìn)幼兒計(jì)算思維技能方面優(yōu)于不插電的計(jì)算思維教育。對(duì)比不插電組前測(cè)（M=7.85，SD=2.33）和后測(cè)（M=7.76，SD=2.54）分?jǐn)?shù)，在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上無(wú)顯著差異。這一發(fā)現(xiàn)在一定程度上顛覆了之前的一些研究結(jié)果，而這些研究結(jié)果表明不插電活動(dòng)同樣可以有效地提高學(xué)生的計(jì)算思維技能。例如，Kir？觭ali和？魻zdener在對(duì)中學(xué)生群體中進(jìn)行的研究發(fā)現(xiàn)，接受不插電教學(xué)的中學(xué)生計(jì)算思維技能顯著提高，與接受編程教學(xué)的學(xué)生之間并無(wú)顯著差異。[52]此外，一些幼兒教育學(xué)者也指出，在幼兒園開(kāi)展不插電計(jì)算思維教育對(duì)幼兒有益處。[53][54]她們認(rèn)為這是因?yàn)椴徊咫娀顒?dòng)為幼兒提供了解決日常問(wèn)題的場(chǎng)景和經(jīng)驗(yàn)，使他們能夠探索和學(xué)習(xí)一些基礎(chǔ)性的計(jì)算思維能力，如排序、抽象、分解和識(shí)別規(guī)律等。然而，這些研究都是基于觀察和活動(dòng)分析得出的結(jié)論，并未嚴(yán)格評(píng)估不插電計(jì)算思維教育對(duì)幼兒計(jì)算思維發(fā)展的影響。在本研究中，機(jī)器人編程和平板電腦編程活動(dòng)均涉及數(shù)字技術(shù)的運(yùn)用，它們能夠使幼兒在編程過(guò)程中獲得即時(shí)反饋，這種即時(shí)反饋縮小了問(wèn)題范圍并幫助幼兒找出錯(cuò)誤發(fā)生的位置。調(diào)試（debugging），即識(shí)別和刪除錯(cuò)誤的過(guò)程，[55]加速了幼兒其他計(jì)算思維能力的獲得，如算法設(shè)計(jì)、抽象、分解和模式識(shí)別等。也正因如此，本研究不把“不插電計(jì)算思維活動(dòng)”稱(chēng)之為“編程”活動(dòng)，以此與過(guò)往研究中使用的“不插電編程”一詞進(jìn)行區(qū)別。

在機(jī)器人編程和平板電腦編程中，調(diào)試是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。調(diào)試是指在編寫(xiě)程序時(shí)，不斷對(duì)程序中的錯(cuò)誤和問(wèn)題進(jìn)行檢查和修復(fù)。[56]幼兒計(jì)算思維中的調(diào)試是指幼兒發(fā)現(xiàn)所制訂的解決方案并未達(dá)成預(yù)期效果時(shí)對(duì)錯(cuò)誤的識(shí)別與修復(fù)。[57]在機(jī)器人編程中，調(diào)試可以確保機(jī)器人按照預(yù)期的方式移動(dòng)和執(zhí)行任務(wù)。在平板電腦編程中，調(diào)試可以確保虛擬的角色以正確的方式運(yùn)行，并且沒(méi)有錯(cuò)誤或邏輯問(wèn)題。通過(guò)調(diào)試程序，幼兒可以學(xué)會(huì)分析問(wèn)題、尋找錯(cuò)誤并進(jìn)行修復(fù)。這種能力在計(jì)算思維的學(xué)習(xí)當(dāng)中非常重要。在調(diào)試過(guò)程中，操作者需要了解程序的邏輯和結(jié)構(gòu)，以便找到錯(cuò)誤并進(jìn)行修復(fù)，以確保程序按照預(yù)期的方式運(yùn)行。[58]程序中的錯(cuò)誤和問(wèn)題可能會(huì)導(dǎo)致程序無(wú)法正常運(yùn)行或產(chǎn)生不正確的結(jié)果。通過(guò)調(diào)試程序，幼兒可以學(xué)會(huì)分析問(wèn)題、確定失誤的原因、嘗試不同的解決方案并最終修復(fù)錯(cuò)誤。

本研究表明，不插電計(jì)算思維活動(dòng)并不能促進(jìn)幼兒計(jì)算思維的發(fā)展，那么何為計(jì)算思維？Nardelli認(rèn)為，計(jì)算思維需要對(duì)情境進(jìn)行建模并對(duì)“信息處理代理”（information？鄄processing agent，如機(jī)器人、計(jì)算機(jī)或人類(lèi)等）能達(dá)成目標(biāo)的方式進(jìn)行具體說(shuō)明。[59]換句話說(shuō)，分解、抽象、排序或模式識(shí)別等單一的思維活動(dòng)并不等于計(jì)算思維。只有涉及對(duì)信息處理代理的指示并使其達(dá)成某一目標(biāo)或系列目標(biāo)，從而自動(dòng)化完成任務(wù)，才是真實(shí)的計(jì)算思維反應(yīng)。這也是計(jì)算思維區(qū)別于數(shù)學(xué)思維或邏輯抽象思維的關(guān)鍵所在，這在調(diào)試這一關(guān)鍵過(guò)程中得到了充分的體現(xiàn)。本研究結(jié)果顯示，只有插電的機(jī)器人編程和平板電腦編程才能更有效地訓(xùn)練幼兒的調(diào)試能力，并促進(jìn)他們計(jì)算思維水平的提升。相比而言，不插電的計(jì)算思維活動(dòng)并不能讓幼兒獲得對(duì)情境進(jìn)行建?；蚪o信息處理代理發(fā)出明確指令的機(jī)會(huì)，較難進(jìn)行調(diào)試活動(dòng)，因此無(wú)法有效培養(yǎng)幼兒的計(jì)算思維。

（二）幼兒的性別和家庭社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位對(duì)計(jì)算思維學(xué)習(xí)效果無(wú)顯著調(diào)節(jié)作用

Kir？觭ali和？魻zdener的研究表明，計(jì)算思維教育的積極成果偏向男學(xué)生而不是女學(xué)生。[60]但是，這一研究是針對(duì)六年級(jí)學(xué)生進(jìn)行的，學(xué)生的個(gè)人偏好和特點(diǎn)可能受到他們之前學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的影響。而本研究發(fā)現(xiàn)，5歲的男孩和女孩在編程活動(dòng)中的計(jì)算思維發(fā)展表現(xiàn)相近，性別并未成為阻礙女孩學(xué)習(xí)編程和提升計(jì)算思維發(fā)展的因素。這與過(guò)往相關(guān)研究中并未發(fā)現(xiàn)幼兒在科技類(lèi)學(xué)習(xí)活動(dòng)中存在顯著的性別差異的結(jié)論一致。[61][62]本研究也未發(fā)現(xiàn)幼兒的家庭社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位對(duì)其計(jì)算思維發(fā)展具有顯著影響，而這一發(fā)現(xiàn)與過(guò)往在歐美地區(qū)開(kāi)展的調(diào)查研究結(jié)果不一致。在美國(guó)、德國(guó)、丹麥和瑞典等國(guó)家開(kāi)展的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，來(lái)自較高社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位家庭背景的幼兒對(duì)編程與科技的理解更佳。[63]另一項(xiàng)在荷蘭開(kāi)展的調(diào)查研究也發(fā)現(xiàn)，有移民背景的、社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位較低的幼兒在與機(jī)器人的學(xué)習(xí)互動(dòng)中的獲益要低于其他同齡人。[64]

本研究結(jié)果表明，幼兒的性別和家庭社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位對(duì)其計(jì)算思維學(xué)習(xí)并沒(méi)有顯著的調(diào)節(jié)作用。導(dǎo)致這一結(jié)果的原因可能有以下幾個(gè)方面。第一，幼兒時(shí)期的性別差異不明顯。在幼兒階段，個(gè)體的性別差異在認(rèn)知和學(xué)習(xí)方面可能尚未充分發(fā)展，幼兒對(duì)計(jì)算思維的學(xué)習(xí)可能主要受到個(gè)體興趣、學(xué)習(xí)環(huán)境和教育方法等因素的影響，而不是性別本身。第二，本研究給幼兒提供了平等的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。在本研究中，教師給幼兒提供了相似的學(xué)習(xí)環(huán)境和同等的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，使得男孩和女孩在計(jì)算思維學(xué)習(xí)方面能夠表現(xiàn)出類(lèi)似的水平。如果幼兒得到了公平的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，性別對(duì)計(jì)算思維發(fā)展的影響可能并不起決定性的作用。第三，幼兒的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)和背景與中學(xué)生存在差異。相較于中學(xué)生，幼兒的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)和背景差異可能較小，這意味著幼兒的計(jì)算思維學(xué)習(xí)更容易受到教育和環(huán)境的塑造，而不太容易受到個(gè)人偏好和特點(diǎn)的影響。因此，性別和家庭社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位對(duì)幼兒計(jì)算思維發(fā)展的調(diào)節(jié)作用較小。第四，不同的文化和社會(huì)因素可能對(duì)幼兒計(jì)算思維發(fā)展有不同影響。過(guò)去的研究主要集中在美國(guó)、歐洲和其他地區(qū)，而本研究在中國(guó)的文化和社會(huì)背景中開(kāi)展，導(dǎo)致了不同的結(jié)果。

綜上，幼兒的性別和家庭社會(huì)地位對(duì)其計(jì)算思維學(xué)習(xí)的影響可能在這個(gè)年齡段相對(duì)較小，而學(xué)習(xí)環(huán)境、教育機(jī)會(huì)和個(gè)人興趣等因素可能更加重要，因此在獲得平等的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)和學(xué)習(xí)支持的前提下，幼兒的計(jì)算思維學(xué)習(xí)可以取得同等的成果。

五、建議

基于以上發(fā)現(xiàn)，本研究提出以下關(guān)于開(kāi)展幼兒計(jì)算思維教育的建議。第一，選擇并加強(qiáng)插電編程教育?；诒狙芯康陌l(fā)現(xiàn)，插電編程教育在促進(jìn)幼兒計(jì)算思維技能方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)。因此，我們建議教育實(shí)踐者選擇并加強(qiáng)插電編程教育。第二，強(qiáng)調(diào)計(jì)算思維教育中的調(diào)試成分。調(diào)試是計(jì)算思維發(fā)展中的重要一環(huán)，有助于培養(yǎng)幼兒的問(wèn)題解決能力。因此，我們建議教育實(shí)踐者在開(kāi)展插電編程教育的過(guò)程中強(qiáng)調(diào)調(diào)試成分的應(yīng)用。第三，加強(qiáng)對(duì)計(jì)算思維概念的認(rèn)識(shí)。教育實(shí)踐者需要深入理解計(jì)算思維的概念，以便更好地進(jìn)行計(jì)算思維教育。本研究所使用的幼兒計(jì)算思維測(cè)查工具并無(wú)針對(duì)計(jì)算思維各分維度的評(píng)估，未來(lái)關(guān)于幼兒計(jì)算思維不同維度發(fā)展的認(rèn)識(shí)需要進(jìn)行更多的理論研究、工具開(kāi)發(fā)和證據(jù)檢驗(yàn)。第四，探索更多類(lèi)型的編程干預(yù)。不同類(lèi)型的編程干預(yù)可能對(duì)幼兒計(jì)算思維技能的影響有不同，未來(lái)研究要探索和研究更多類(lèi)型的編程干預(yù)方法。第五，將編程教育與其他領(lǐng)域教育活動(dòng)相結(jié)合。未來(lái)的研究可以探討如何將插電編程教育與其他教育領(lǐng)域（如語(yǔ)言、社會(huì)、藝術(shù)等）相結(jié)合，以促進(jìn)幼兒在多個(gè)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)。第六，嘗試開(kāi)發(fā)新的編程教育工具和方法。隨著教育技術(shù)的快速發(fā)展，我們建議嘗試開(kāi)發(fā)更多新的編程工具和教育方法，以滿足不同年齡段兒童的計(jì)算思維教育需求。

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An Experimental Study on the Promotion of Preschoolers Computational Thinking Development through Plugged and

Unplugged Curriculum Interventions

YANG Weipeng

（Faculty of Education and Human Development， The Education University of Hong Kong， Hong Kong 999077 China）

Abstract： Early computational thinking education can bring many benefits to childrens development， and previous research has also confirmed that children have the ability to master different computational thinking concepts and basic programming skills. However， there has been no in？ depth research on the differences between plugged and unplugged computational thinking education， and the learning effects that these differences bring. This study used a pretest？ posttest， randomized controlled experimental design to compare the effects of robot programming curriculum， tablet programming curriculum， and unplugged computational thinking education activities on the computational thinking development of 91 five？ year？ old children. The results showed that compared to unplugged computational thinking education， robot programming and tablet programming interventions more effectively improved childrens computational thinking skills. The debugging process in programming activities theoretically helps children develop other computational thinking skills， such as algorithm design and pattern recognition. In contrast， unplugged computational thinking activities cannot provide debugging opportunities， thus providing lower effects on promoting computational thinking development. The results of this study support this view， indicating that programming activities supported by digital technology can better promote preschoolers computational thinking development. In addition， this study found that in the sociocultural background of China， both 5？ year？ old boys and girls can benefit from plugged programming activities， and the influence of family background on learning effects is relatively small.

Key words： computational thinking education； robot programming； tablet programming

（責(zé)任編輯：黎勇）

*基金項(xiàng)目：中國(guó)香港特別行政區(qū)研究資助局杰出青年學(xué)者計(jì)劃課題“故事啟發(fā)式機(jī)器人編程課程對(duì)兒童計(jì)算思維和入學(xué)準(zhǔn)備技能的影響”（批準(zhǔn)號(hào)：28615122）

**通信作者：楊偉鵬，香港教育大學(xué)教育及人類(lèi)發(fā)展學(xué)院，博士，博士生導(dǎo)師