羅文蔚 陳蕙若 劉天娥 Ilene R.Berson

（1.湖北文理學(xué)院 教育學(xué)院，湖北襄陽 441053；2.南佛羅里達(dá)大學(xué) 教育學(xué)院，南佛羅里達(dá)坦帕 33620）

數(shù)字化時代，教育工作者已經(jīng)越來越認(rèn)識到有必要引導(dǎo)學(xué)生積極融入這個編碼無處不在的世界。編程教育也由此獲得了迅猛的發(fā)展，并被廣泛運用于各領(lǐng)域[1]。當(dāng)前，在各級各類教育中引入編程和數(shù)字素養(yǎng)課程，已是大勢所趨。普通的編程語言教育，哪怕是難度較低、趣味性較高、以游戲為載體的可視化編程語言教育（例如，Scratch），其施教對象也更加適合高年級的學(xué)習(xí)者。對于低年級的學(xué)習(xí)者而言，使用編程語言學(xué)習(xí)難度較大，且難以實施[2]。

目前，多數(shù)編程語言教育產(chǎn)品是通過讓學(xué)習(xí)者與電子屏幕互動的方式，來學(xué)習(xí)編程語言，而過早接觸電子屏幕，對年幼且視力還在發(fā)育階段的學(xué)習(xí)者來說，并非是理想的學(xué)習(xí)途徑[3]。針對這一問題，以有形編程為主導(dǎo)的無屏幕編程產(chǎn)品應(yīng)運而生。

一、無屏幕編程教育的興起與價值

伴隨著編程語言和編程情境的發(fā)展演進(jìn)，無屏幕編程教育隨著TUI 的出現(xiàn)而誕生，其與有屏幕編程教育一起，共同豐富了編程教育的內(nèi)容。

（一）基于編程技術(shù)的無屏幕編程教育發(fā)展回溯

無屏幕編程技術(shù)的發(fā)展，孕育了無屏幕編程教育的誕生。無屏幕編程技術(shù)的發(fā)展，主要體現(xiàn)在編程語言和編程情境的發(fā)展歷程。在個人電腦發(fā)明之前，Seymour Papert 與Marvin Minsky 帶領(lǐng)的團(tuán)隊，于1968年開發(fā)出了世界上第一款適合多年齡段學(xué)習(xí)者的編程語言——Logo[4]。Logo 的設(shè)計結(jié)合了建構(gòu)主義和認(rèn)知發(fā)展階段理論[5]，利用“海龜畫圖”的方式幫助學(xué)習(xí)者進(jìn)入程序編寫和項目設(shè)計的程序情境，在學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)和邏輯思維的基礎(chǔ)上，探索微觀世界，建構(gòu)技術(shù)融入學(xué)習(xí)的自我認(rèn)知框架[6]。Logo 的最初版本，并不是基于計算機環(huán)境，而是通過“海龜”地面機器人，將編程概念帶入物理世界，從而使學(xué)習(xí)者更容易接受并與之互動。編程技術(shù)的發(fā)展歷程，如圖1所示。

圖1 編程技術(shù)的發(fā)展歷程

20世紀(jì)80年代，隨著個人計算機的日益盛行，Papert 及其團(tuán)隊研發(fā)了logo 計算機版，即 “屏幕烏龜”[7]。計算機與人的交流，實現(xiàn)了編程教育上的人機交互（Human Computer Interaction，HCI），這種基于HCI 的編程教育實踐被稱為計算機編程（Computer Programming）教育，也是基于屏幕的編程語言教育。

然而，基于計算機的編程，存在著一些抽象性概念，需要學(xué)習(xí)者具備相當(dāng)水平的抽象思維能力。絕大多數(shù)學(xué)習(xí)者尤其是年幼的學(xué)習(xí)者，并不具備使用傳統(tǒng)編程語言編寫程序的能力。為了讓低年級學(xué)習(xí)者也能擁有學(xué)習(xí)計算機編程技術(shù)的機會，有形技術(shù)（Tangible Technology）支持下的有形編程（Tangible Programming）應(yīng)運而生[8]。但編程教育的挑戰(zhàn)不僅僅在于語言，還包括用戶界面[9]。

為構(gòu)建適合無屏幕環(huán)境的編程用戶界面，1995年，F(xiàn)itzmaurice 及其團(tuán)隊率先提出了可抓取界面（Graspable Interface）的概念，即用可抓取的手柄操縱數(shù)字對象[10]，構(gòu)成了“有形用戶界面”（Tangible User Interface，TUI）的前身。兩年后，HiroshiIshii 在有形技術(shù)的基礎(chǔ)上，正式提出了TUI，旨在使用有形的物體來表示數(shù)字邏輯內(nèi)容，并由此衍生出無屏幕編程教育的全系列技術(shù)支持[11]，這是無屏幕編程教育的第三階段。編程定向語言、TUI 和有形技術(shù)的發(fā)展，為無屏幕編程教育的技術(shù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

（二）現(xiàn)有編程教育的設(shè)備類型

由無屏幕編程教育發(fā)展歷程可以看出，無屏幕編程和有屏幕編程有著千絲萬縷的聯(lián)系?，F(xiàn)階段編程教育圍繞著有屏幕編程和無屏幕編程兩類展開；不同類型的編程設(shè)備，會帶來不同的教育模式。為了更清晰的理解無屏幕編程設(shè)備，就需要了解這兩者之間的聯(lián)系與界限，本研究對國際上現(xiàn)有的編程設(shè)備進(jìn)行了歸類示例（如表1所示）。有屏幕編程設(shè)備分為純屏幕編程設(shè)備和混合編程設(shè)備，純屏幕編程設(shè)備一般自帶屏幕;而混合編程設(shè)備則常常搭配PC、筆記本電腦、平板以及手機來實施編程教育。

表1 編程設(shè)備類型統(tǒng)計表

由于技術(shù)領(lǐng)域?qū)谟行渭夹g(shù)的TUI 的助推，促成了現(xiàn)今眾多無屏幕設(shè)備的產(chǎn)生和發(fā)展。無屏幕設(shè)備可以分為編程機器人和純有形設(shè)備，純有形設(shè)備較為簡單，包括一些簡單的操控模塊，如，貼紙、木塊等指令模塊構(gòu)建的TUI 界面；一般來說，編程機器人除了具有純有形設(shè)備的指令模塊，還具有控制臺、行動機器人、機器動物和行動木塊（Cubetto），它是基于純有形設(shè)備的進(jìn)化版。由于編程機器人比純有形設(shè)備含有更多的元素，因而更富有趣味性，更容易引起學(xué)習(xí)者的喜愛及開發(fā)者的興趣。

隨著機器人教育技術(shù)研究的不斷深入，無屏幕編程設(shè)備也在不斷升級換代，例如，Bee-Bot Robot是完全的無屏幕編程設(shè)備，而Bee-Bot Robot 的升級版Blue-Bot Robot 則增加了藍(lán)牙接入功能，可以使用基于APP 的技術(shù)進(jìn)行有屏幕編程（例如，使用iPad 進(jìn)行輔助）。由于它的主要功能仍基于無屏幕，本文中并沒有將升級版歸類到混合編程設(shè)備。

（三）無屏幕編程教育的內(nèi)涵與研究現(xiàn)狀

關(guān)于無屏幕編程教育的表述，國際上并沒有統(tǒng)一的學(xué)術(shù)定論，多以Screen-free coding education[12]，Unplugged programming education[13]，Programmable toys’learning[14]，Coding toys’learning[15]表述，即基于TUI，在沒有屏幕支持的情況下，通過物理活動和有形設(shè)備，來實現(xiàn)編程的教育[16]。

無屏幕編程教育也是編程教育，與有屏幕編程教育有著共通之處。其不僅僅是學(xué)習(xí)編寫代碼，也包括分析情況，確定關(guān)鍵組件，對數(shù)據(jù)和流程進(jìn)行分析，以及通過創(chuàng)造性思維去創(chuàng)建或優(yōu)化程序的教育[17]。學(xué)習(xí)者參與編程教育的過程，實質(zhì)上是鍛煉編程思維的過程。在教育環(huán)境中，編程活動常與其他活動一起，通過各類知識構(gòu)建設(shè)備，讓學(xué)習(xí)者參與到創(chuàng)造性的解決問題的活動中[18]。對編程邏輯語言的學(xué)習(xí)，促進(jìn)了學(xué)習(xí)者認(rèn)知接受能力的發(fā)展，對促進(jìn)學(xué)習(xí)者計算思維起到了舉足輕重的作用[19-20]。同時，不管是無屏幕編程教育還是有屏幕編程教育，其技術(shù)的運用并不局限于正式的學(xué)校教育環(huán)境，也包括非正式的教育環(huán)境（包括家庭教育和社會教育等）[21]。

無屏幕編程教育具有自身的獨特性。首先，近年來，大眾對于PC、筆記本電腦、平板電腦、手機等帶屏幕編程設(shè)備，對學(xué)生尤其是低齡幼兒和青少年視力影響的擔(dān)憂不絕于耳，而無屏幕編程設(shè)備則有效地解決了這一問題。鑒于“零屏幕時間”的優(yōu)勢，它目前已被擴(kuò)展應(yīng)用到K-12年齡段的學(xué)生。其次，無屏幕編程教育通過有形技術(shù)（Tangible Technology），不僅能夠幫助學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)編程知識，還能在與真實物理環(huán)境的交互過程中，幫助學(xué)習(xí)者創(chuàng)造性的認(rèn)識世界。TUI 倡導(dǎo)學(xué)習(xí)者在物理空間的編程活動，讓無屏幕編程活動更具象化，從而能夠更好地幫助學(xué)習(xí)者接觸和理解編程知識，實現(xiàn)人與編程信息之間的可讀性互動[22]。友好的物理設(shè)備幫助學(xué)習(xí)者在還不具備完善抽象思維能力的時候，理解編程思維。最后，無屏幕編程教育的實施，依賴于對有形世界的操控（例如，編程貼紙、卡片、木塊等）以及物理行為交互[23]。編程貼紙、卡片等設(shè)計環(huán)節(jié)，旨在用游戲元素修改或豐富學(xué)習(xí)環(huán)境，并進(jìn)一步影響其學(xué)習(xí)結(jié)果。與有屏幕編程教育相較而言，無屏幕編程教育以一種更富想象力和趣味性的方式，實現(xiàn)了編程教育[24]。

當(dāng)前，國際上對無屏幕編程教育的研究仍處于起步階段。相對完善的無屏幕編程設(shè)備，比如，Cubetto 等編程機器人，近些年才逐步產(chǎn)生。部分國家或教育機構(gòu)大多進(jìn)行的是針對某一種無屏幕編程設(shè)備的小規(guī)模試點使用研究，例如，美國和澳大利亞使用Cubetto 的課堂實例開展對比研究[25]；Sullivan 通過KIBO robotics 開展計算思維培養(yǎng)研究[26]等。通過大規(guī)模數(shù)據(jù)分析，來探索三個以上無屏幕設(shè)備的教育實踐研究更是少之又少。畢竟對于新技術(shù)而言，單個設(shè)備的小范圍使用（常見現(xiàn)狀是一個教室?guī)讉€編程設(shè)備，學(xué)生挨個使用），其結(jié)果難以產(chǎn)生普適性。因此，需要一個基于大數(shù)據(jù)的研究，來探索無屏幕編程教育實踐的普遍特征。

二、社交媒體研究法的內(nèi)涵、特點及挑戰(zhàn)

（一）SMR 的內(nèi)涵

20世紀(jì)初，“社交媒體研究法”（Social Media Research Methodology，SMR）隨著初級的社交媒體通訊形式（Usenet，CMC 等）的出現(xiàn)而產(chǎn)生，但這種研究方法的廣泛運用，卻是近十年的事。隨著Web 2.0網(wǎng)站和社交媒體平臺（Facebook、Twitter、Instagram、Foursquare、Vkontakte、微博、抖音等）的急速發(fā)展，人們的日常交流方式也發(fā)生了翻天覆地的變化。在此背景下，一批跨領(lǐng)域、跨學(xué)科的研究者，對SMR 進(jìn)行了廣泛而深入的探索、實踐和總結(jié)[27]。

社交媒體在當(dāng)今社會信息生態(tài)系統(tǒng)中占據(jù)著舉足輕重的地位，它不僅可以反應(yīng)用戶（大眾）對特定事物的觀點，也可以強化和改變用戶（公眾）的觀點，被視為影響輿論的關(guān)鍵渠道[28]。社交媒體由各種用戶驅(qū)動的平臺組成，目的在于促進(jìn)熱點內(nèi)容的傳播、對話的創(chuàng)建以及廣泛的交流，其本質(zhì)上是由大眾創(chuàng)造并為大眾服務(wù)的數(shù)字空間。社交媒體為大眾提供了一個可在不同場域（例如，個人、專業(yè)、經(jīng)濟(jì)、政治和社會等）進(jìn)行交互和聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境[29]。其代表了一種以虛擬平臺為基礎(chǔ)的“理想的學(xué)習(xí)環(huán)境”，發(fā)展出一種“新的參與式文化”[30]，降低了用戶交流的時空限制，并允許用戶圍繞感興趣的主題進(jìn)行協(xié)作，鼓勵共享和點對點學(xué)習(xí)，使參與者能夠從集體智慧中受益[31]。

所謂的社交媒體研究法（SMR），即分析社交媒體數(shù)據(jù)以進(jìn)行定量或定性研究的過程，目的是通過使用設(shè)備和數(shù)據(jù)，觀察網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容和信息，以了解受眾和主題的關(guān)系，分析主題相關(guān)的趨勢和見解[32]。SMR 可以收集的數(shù)據(jù)量非常廣泛，其典型數(shù)據(jù)包括用戶信息、用戶群組、事件、回復(fù)、時間線、影響、關(guān)系、情感、網(wǎng)絡(luò)、交互信息等，數(shù)據(jù)類型也非常多樣化，包括文本數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、音頻數(shù)據(jù)、地理空間數(shù)據(jù)、關(guān)系數(shù)據(jù)（轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)、評論數(shù)據(jù)、超鏈接數(shù)據(jù)、點贊數(shù)據(jù)），等等。

（二）SMR 的研究流程

事實上，SMR 并不是定量或定性研究的替代品，而是基于使用和分析社交媒體數(shù)據(jù)的一種新的研究范式，它可以使用單一定量研究或單一定性研究或混合研究。定量研究多用于描述統(tǒng)計、關(guān)系分析（通過關(guān)注數(shù)、回復(fù)數(shù)、轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)、評論數(shù)以及用戶數(shù)據(jù)等進(jìn)行社會網(wǎng)絡(luò)分析）、相關(guān)性分析、回歸分析、地理信息系統(tǒng)GIS（Geographical Information Systems）分析，或者綜合利用各項數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測建模分析。SMR中常用的定性研究方法，主要包括主動/被動民族志研究、圖形視頻數(shù)據(jù)分析（Graphical Media Analysis）、聚類分析（群體研究）、主題分析、情緒分析等。由于社交媒體數(shù)據(jù)常常表現(xiàn)為大數(shù)據(jù)，這給大樣本的定量分析維度帶來了天然的優(yōu)勢。因此，最常用的是將定性分析融入到定量數(shù)據(jù)分析處理中的混合分析[33]。本文即采用該混合分析方法，研究流程如圖2所示。該圖直觀鮮明地展現(xiàn)了典型的SMR 研究流程與傳統(tǒng)研究方法的區(qū)別。

（三）SMR 的特點與挑戰(zhàn)

由圖2可見，SMR 不同于一般意義上的問卷調(diào)查研究法。第一，從根本上改變了數(shù)據(jù)的收集渠道，每時每刻都會有無數(shù)人自發(fā)在社交媒體上進(jìn)行數(shù)據(jù)更新，研究者不需要像傳統(tǒng)研究那樣通過發(fā)放問卷、訪談來獲得研究數(shù)據(jù)。第二，能使用多種研究設(shè)備輔助進(jìn)行大數(shù)據(jù)研究，并隨著技術(shù)的發(fā)展，同步提升研究設(shè)備和研究效率。比如，Rython 程序、COSMO 等數(shù)據(jù)抓取分析設(shè)備；MAXQDA、QDAMiner、ATLAS.ti、Qualrus、NVivo 等內(nèi)容分析（Content Analysis）軟件；NodeXL 等社會網(wǎng)絡(luò)分析（Network Analysis）軟件。第三，能創(chuàng)造性地開展一些傳統(tǒng)研究法無法進(jìn)行的研究，例如，利用社交網(wǎng)絡(luò)顯示的地理位置，探索相關(guān)位置對主題的關(guān)系和貢獻(xiàn)的GIS 分析；利用關(guān)系數(shù)據(jù)進(jìn)行社會網(wǎng)絡(luò)關(guān)系分析，利用數(shù)據(jù)算法對社會影響力（Social Influence Computing）進(jìn)行研究等。第四，由于可以同時采集多主題的數(shù)據(jù)，SMR 可以不局限于單一的學(xué)科研究，可組建跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的團(tuán)隊開展課題研究。實際上，SMR 的代表人物經(jīng)常是以團(tuán)隊形式出現(xiàn)，并具有跨學(xué)科的特性。例如，擅長情感分析和自然語言處理技術(shù)的Victoria L.Rubin，專注SMR在社會、政治和文化方面研究的Mélanie Millette，專注于Twitter 數(shù)據(jù)研究的Luke Sloan，專注用戶互動和社交媒體影響的Anabel Quan-Haase，以及專注于教育話語分析的Alexandra Georgakopoulou 等。

然而，SMR 目前也正面臨著一些挑戰(zhàn)。一方面，SMR 是隨著社交媒體的誕生而發(fā)展的，因此，該研究方法并沒有建立起完備的哲學(xué)理論背景。內(nèi)部構(gòu)成的不同的分析模塊，多延續(xù)其自有的理論基礎(chǔ)，且多為概念框架，比如，定性分析中的內(nèi)容分析多以扎根理論為基礎(chǔ)。第二，SMR 缺乏明確且統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行信效度評估。正如一枚硬幣具有兩面性，SMR 最大的劣勢和優(yōu)勢均在于，其隨著技術(shù)發(fā)展帶來的不確定性。SMR 是基于社交媒體交互產(chǎn)生的研究方法，隨著社交媒體的規(guī)模和大數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)的發(fā)展，這種研究方法本身也會不斷更新迭代。同時，也會隨著技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生新的研究領(lǐng)域，如，當(dāng)前出現(xiàn)的通過SMR 探究機器學(xué)習(xí)以及AI 如何加速數(shù)據(jù)收集、改進(jìn)算法，來幫助機器理解和處理圖像和視頻數(shù)據(jù)等。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，社交媒體數(shù)據(jù)的內(nèi)容和形式也在不斷更迭，由此SMR 的數(shù)據(jù)獲取方式、分析方式乃至研究流程本身，都可能隨之改變。

圖2 SMR 與傳統(tǒng)研究方法研究流程對比圖

三、研究設(shè)計

（一）研究問題

本研究基于社交媒體Twitter 的大數(shù)據(jù)，主要解決如下研究問題：（1）現(xiàn)階段，國際上無屏幕編程在教育實踐中的總體使用情況如何？（2）當(dāng)前大眾對無屏幕編程在教育實踐中使用的總體態(tài)度如何？（3）現(xiàn)今無屏幕編程教育過程是如何實現(xiàn)的？并且在此教育過程中，實現(xiàn)了哪些教育目標(biāo)？

（二）研究方法

本文主要采用國際上新興的“社交媒體研究法”（SMR）[34]開展相關(guān)研究活動。正如前述，近年來，SMR 在教育領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，以成熟的媒體平臺Twitter 為例，自2006年開始，K-12 以及高等教育從業(yè)者一直致力于探索SMR 在教育領(lǐng)域的運用[35]。SMR 在教育領(lǐng)域的運用，不僅增強了不同教育主體間的溝通、協(xié)作和參與度，探索了同步和異步等課堂活動[36]；同時，也為教師專業(yè)發(fā)展[37]提供了更靈活和個性化的服務(wù)。

（三）研究對象

在數(shù)據(jù)源的選擇上，Twitter 是目前國際上最主流的社交網(wǎng)絡(luò)媒體之一[38]，也是最適合進(jìn)行實時公開交流與對話的網(wǎng)絡(luò)平臺[39]。用戶可以隨時分享其對新興教育資源的看法和體驗，并關(guān)注其他用戶的推文[40]。鑒于Twitter 的受歡迎程度高、簡潔、即時、開放、高適應(yīng)性和創(chuàng)造獨特交流機會的特征，本文選擇Twitter 作為SMR 研究平臺。

在樣本選擇上，由于無屏幕設(shè)備眾多且普遍歷史較短，很多設(shè)備的推文較少，且不具備代表性，例如，CoderMindZ 設(shè)備在2年半內(nèi)的原創(chuàng)推文僅有98條。因此，在正式數(shù)據(jù)采集之前，本研究進(jìn)行了數(shù)據(jù)預(yù)處理，將所有的無屏幕設(shè)備作為關(guān)鍵詞進(jìn)行Twitter 搜索，以數(shù)據(jù)量最大的四種無屏幕編程設(shè)備（Bee-Bot Robot；Blue-Bot Robot；Cubetto；KIBO Robot；Robot Turtle）作為研究樣本。這四種設(shè)備均為編程機器人，可見編程機器人在無屏幕編程設(shè)備中最受用戶歡迎。

（四）數(shù)據(jù)收集與處理

鑒于Twitter 平臺存在的反僵尸賬戶機制[41]，且直接獲取的實時數(shù)據(jù)僅限為七天的抽樣數(shù)據(jù)，本研究為了減少Twitter 封號帶來的研究偏差，通過自主編寫Rython 程序，基于Twitter-API（推特應(yīng)用程序接口），采集關(guān)于四種無屏幕編程設(shè)備原創(chuàng)推文（原推）和轉(zhuǎn)發(fā)推文（轉(zhuǎn)推）數(shù)據(jù)。

在采集過程中我們發(fā)現(xiàn)，Twitter 平臺部分設(shè)備的早期數(shù)據(jù)無法完整獲取，例如，Cubetto 在2018年以前的數(shù)據(jù)無法爬取。因此，本研究時間節(jié)點定為2018年1月1日至2020年6月30日，提取了推文ID 號、發(fā)布時間、作者信息、作者地理位置（部分隱藏位置無法獲?。⑼莆奈谋镜然拘畔?shù)據(jù)，以及點贊、轉(zhuǎn)發(fā)、評論等關(guān)系信息數(shù)據(jù)。

隨后，逐一刪除了重復(fù)、缺失重要值以及沒有正確顯示在歸屬欄的數(shù)據(jù)，對18，313 條有效數(shù)據(jù)通過Excel 進(jìn)行描述統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果如表2所示。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)三項平行邏輯進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼，采集2018年1月1日到2020年6月30日的數(shù)據(jù)，以半年為節(jié)點進(jìn)行時間編碼分析；以分節(jié)點、分類對采集到的全部推文，逐句進(jìn)行情感態(tài)度和立場的情感編碼分析；使用NVivo 12 軟件對采集到的文本內(nèi)容根據(jù)詞頻、聚類等功能進(jìn)行歸納主題編碼。最后，根據(jù)扎根理論進(jìn)行三級主題編碼，全面分析當(dāng)前無屏幕編程教育現(xiàn)狀。

表2 數(shù)據(jù)采集結(jié)果

四、研究結(jié)果與分析

（一）無屏幕編程設(shè)備的傳播概況

1.不同設(shè)備半年度推文的數(shù)量分析

由圖3可以看出，2018年上半年總推文數(shù)量為2893 條，2020年上半年為4234 條，信息總量增長迅猛。2020年上半年在全球疫情影響下，推文總數(shù)依然能平穩(wěn)增長，這說明無屏幕編程正被越來越多的人所關(guān)注。具體到四種設(shè)備的傳播差異，結(jié)合表2和圖3的數(shù)據(jù)我們可以看出，Robot Turtles 和Cubetto不論是原推數(shù)、轉(zhuǎn)推數(shù)、點贊數(shù)，還是評論數(shù)都遠(yuǎn)超Bee-Bot、Blue-Bot 和KIBO?？梢姡皟烧哂脩艚鼉赡臧雰?nèi)在世界范圍內(nèi)使用率最高。

2.無屏幕編程設(shè)備使用范圍分布和用戶年齡特征

在GIS 分析中，由于Twitter 推文的地理位置信息由用戶設(shè)定了是否顯示，因此，我們在采集數(shù)據(jù)時發(fā)現(xiàn)，18，313 條原推中的5554 條顯示了地理位置坐標(biāo)。由圖4可見，四種無屏幕編程在北美洲（美國，加拿大等）、南半球的澳大利亞以及新西蘭等國分布較廣，Robot Turtles 和Cubetto 在歐洲使用頻率較高，在南亞和非洲的使用率則相對較低。由于本文沒有限定所搜索的推文語言，因此，更加客觀地顯示了設(shè)備使用的全球范圍分布。比如，雖然亞洲的分布較少，但四種設(shè)備在日本運用廣泛，日文推文的比重也很大。除KIBO 外，其余三種設(shè)備在東南亞使用頻率也很高。因我國用戶很少登入Twitter 發(fā)布文章，所以，地圖的分布中不涉及中國大陸，但在Twitter 許可使用地點的中國香港和臺灣地區(qū)也有一定數(shù)量的數(shù)據(jù)?？傮w來看，無屏幕編程設(shè)備在全世界范圍內(nèi)，得到了廣泛的使用和傳播。

圖3 四種無屏幕編程設(shè)備的信息數(shù)量走勢圖

圖4 四種無屏幕編程設(shè)備的使用范圍分布圖

統(tǒng)計顯示，學(xué)齡前兒童（3-6 歲）和小學(xué)低年級兒童是無屏幕編程設(shè)備的主要使用群體，使用率高達(dá)83%。高年級的學(xué)生群體，通常會混合使用無屏幕編程設(shè)備和有屏幕編程設(shè)備。例如，一位青少年發(fā)推文表示：When I am coding using Bee-Bot，I combine it with Scratch.

（二）公眾對無屏幕編程教育的情緒傾向

為探究用戶對無屏幕編程教育的態(tài)度立場，本研究基于SentiwordNet 的情感詞典[42],對全部推文進(jìn)行情感分析，情感節(jié)點編碼（見表3）分為無情感傾向、支持（強烈支持與較為支持）以及反對（強烈反對與較為反對）。結(jié)果如圖5所示，大部分推文（58%）未表達(dá)強烈的情感傾向；在表達(dá)了立場的推文中，支持的推文（38%）遠(yuǎn)超過反對的推文（4%）?？梢?，社會公眾對于無屏幕編程教育總體持積極開放的態(tài)度。

在歸類情感編碼（一級和二級情感節(jié)點）的同時，本研究對每一個二級情感節(jié)點進(jìn)行了三級自由節(jié)點編碼（見表3）。結(jié)合表3和圖5可以發(fā)現(xiàn)，在未表達(dá)明確立場的推文中，包含了無屏幕編程的功能介紹、無屏幕編程的資源推送以及無屏幕編程活動的教學(xué)陳述。在表達(dá)支持態(tài)度的推文中，大部分與編程設(shè)備的健康特征、趣味性強、卓著效果（比如，激發(fā)創(chuàng)造力，幫助某學(xué)科教學(xué)）、獲得編程新技能以及商業(yè)推廣有關(guān)。同時，我們發(fā)現(xiàn)，商業(yè)推廣在每個編程設(shè)備的推文中都有出現(xiàn)，常為該編程設(shè)備的官方賬戶，并有一定范圍的轉(zhuǎn)推。但是商業(yè)推廣的占比并不高，大約占總推文的8%。在反對的推文中，大部分涉及設(shè)備使用過程中遇到的困難和問題。強烈反對的推文為0。由此可見，無屏幕編程設(shè)備雖不完美，但公眾更多對此持包容態(tài)度。

（三）無屏幕編程教育過程及目標(biāo)分析

1.無屏幕編程教育分析的指標(biāo)確定

為更全面地分析無屏幕編程教育的發(fā)展現(xiàn)狀，根據(jù)扎根理論，我們對全部推文進(jìn)行了三級（開放式、關(guān)聯(lián)式和核心式）主題編碼。

（1）開放式編碼階段。開放式編碼階段也稱基于歸納式（Inclusion Approach）[43-44]編碼，指通過詞云等方式，從海量的推文中，對無屏幕編程教育的指標(biāo)進(jìn)行檢索。

首先，對推文文本資料進(jìn)行詞云分析，以形成初始概念群。在合并原推，轉(zhuǎn)推標(biāo)題，轉(zhuǎn)推推文的三欄文字內(nèi)容后，停用無意義詞，比如，代詞（you，we，us，their 等）、介詞（about，in，off，and 等）、動詞（check，see，come，make 等）、量詞（one，two，lots of 等）等，得到以名詞為主的詞云圖（見圖6）。

由圖6可見，無屏幕編程教育的核心熱詞均與編程相關(guān)（code，programming，coding，coding toys等）；在使用年齡段上，常見詞為兒童（Kids）、青少年（Teenagers）、孩子（Children）等，說明無屏幕編程的主要受眾群體是有保護(hù)視力和注意力需求的兒童和青少年；編程方式以兒童主導(dǎo)的（Child-Directed）游戲（Playing）形式為主，強調(diào)活動的趣味性（Fun）；編程旨在教育促進(jìn)學(xué)習(xí)者STEM 能力的發(fā)展，包括問題解決能力（Solve Problem）、合作能力（Communicate with Peers）、計算思維能力（Computing）、創(chuàng)造力（Creativity）、歸納能力（Inclusion）等。

表3 針對無屏幕編程的情感編碼和節(jié)點舉例

圖5 無屏幕編程的立場（態(tài)度）分布

圖6 Twitter 平臺涉及無屏幕編程教育的熱詞分布

其次，在詞云感知的基礎(chǔ)上，將所有推文導(dǎo)入NVivo 12 中，逐字逐句閱讀每條推文的文本資料（包括轉(zhuǎn)推），并對文本逐個進(jìn)行編碼提取，形成了586個基于開放編碼的初始概念群（包括詞云顯示的主體概念）。隨后，刪除少于3 個參考點數(shù)支持的概念，形成48 個初始概念節(jié)點，無屏幕編程教育的指標(biāo)，將從這48 個概念節(jié)點中產(chǎn)生。

（2）關(guān)聯(lián)式編碼階段。在開放式編碼產(chǎn)生的初始概念節(jié)點的基礎(chǔ)上，通過聚類分析等方式進(jìn)行主題節(jié)點關(guān)聯(lián)式編碼，確定無屏幕編程教育的主要指標(biāo)。

首先，在NVivo 12 軟件中對48 個概念節(jié)點進(jìn)行聚類分析，探索概念節(jié)點之間的類屬關(guān)系。由于機器化的自動聚類會出現(xiàn)部分概念模糊和歸類錯誤，且本文推文數(shù)據(jù)中包括多種數(shù)據(jù)語言（英文、日文、西班牙語、意大利語、德語等），NVivo 軟件只能根據(jù)界面語言進(jìn)行單個語言的摘除分析，聚類分析的結(jié)果是單個語種的結(jié)果，因此需要對其作進(jìn)一步分析。

隨后，我們逐一閱讀文本（非英文語種使用軟件自動翻譯），以機器聚類分析結(jié)果為參照，進(jìn)行從屬概念的調(diào)整，最終確定了“無屏幕編程教育過程”和“無屏幕編程教育目標(biāo)”兩個一級節(jié)點，以及存在嵌套關(guān)系的6 個二級節(jié)點和28 個三級節(jié)點（表5所示），構(gòu)成了無屏幕編程教育的主要指標(biāo)結(jié)構(gòu)。因考慮到文章篇幅，只對1 個二級節(jié)點和5 個三級節(jié)點進(jìn)行推文舉例，如表4所示。

（3）核心式編碼階段。核心式編碼階段又稱為“選擇性編碼”或“理論式編碼”[45]。此階段在關(guān)聯(lián)式編碼的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)有的節(jié)點進(jìn)行更高階的系統(tǒng)路徑分析。先對次級類屬（二級節(jié)點或三級節(jié)點）進(jìn)行比重分析，歸納出核心類屬；再綜合聚類分析的初始結(jié)構(gòu)、推文內(nèi)容以及節(jié)點比重（核心類屬與否），對無屏幕編程教育進(jìn)行系統(tǒng)歸納，結(jié)果如圖7所示。

2.無屏幕編程教育過程及目標(biāo)解析

我們著重對“無屏幕編程教育過程”和“無屏幕編程教育目標(biāo)”兩個一級節(jié)點下的二三級節(jié)點，進(jìn)行了描述分析，具體見表5。

（1）編程過程。從海量推文內(nèi)容可以看出，無屏幕編程教育由三個環(huán)節(jié)構(gòu)成：學(xué)習(xí)—創(chuàng)建—分享。與有屏幕編程或者混合編程教育一樣，在實施編程項目之前，需要對編程設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，這一環(huán)節(jié)一般由教育者完成；創(chuàng)建環(huán)節(jié)是以游戲為載體的浸入式學(xué)習(xí)，在游戲過程中完成編程過程，具體包括五個步驟：設(shè)計編碼—讀編碼—跑程序—反思—重編。“設(shè)計編碼”在無屏幕編程過程中，一般指使用設(shè)備的“編程定向語言”（Directional Language），例如，在Cubetto 中是指繪制代表前進(jìn)、后退、向左、向右、轉(zhuǎn)彎的符號圖，以幫助小方塊按照繪制的路線前進(jìn)。由于無屏幕編程的程序多是有形物理語言，例如，Cubetto 是方向路線圖，因此，“讀編碼”（Read Code）即在Cubetto 界面將路線圖和程序界面盒子的方向木塊進(jìn)行比對，這一步驟不可缺少。因為如果不作比對，一旦正式“跑編碼”出錯，就無法區(qū)分錯誤原因是設(shè)計圖和界面不一致，還是設(shè)計圖本身出錯。而“反思”和“重編”則是失敗情況下需要進(jìn)行的步驟；分享環(huán)節(jié)是推文中常出現(xiàn)的環(huán)節(jié)，學(xué)習(xí)者有很高的意愿將他們的成果分享給同伴、教育者，并轉(zhuǎn)發(fā)到社交媒體上。

表4 三級主題節(jié)點層次舉例

圖7 無屏幕編程教育過程及目標(biāo)圖示

表5 各級節(jié)點及描述匯總

（2）主體角色。從推文可以看出，學(xué)習(xí)者與教育者均扮演了設(shè)計者、觀察者、指導(dǎo)者和合作者的角色，其分布比例如圖8所示。學(xué)習(xí)者主要承擔(dān)的是設(shè)計者和合作者的角色，而教育者則主要承擔(dān)觀察者和指導(dǎo)者的角色。推文顯示，一般在編程活動初期，學(xué)習(xí)者還不熟悉編程設(shè)備時，教育者承擔(dān)了設(shè)計者的角色；當(dāng)學(xué)習(xí)者完全學(xué)會編程設(shè)備后，教育者則轉(zhuǎn)變成觀察者和指導(dǎo)者。從一定意義上來說，無屏幕編程設(shè)備扮演著中介作用，學(xué)習(xí)者通過不同角色的扮演，實現(xiàn)了對知識的理解和內(nèi)化。教育者通過觀察和指導(dǎo)，輔助并支持編程探索活動的開展。

圖8 推文中無屏幕編程教育主題角色比率圖

（3）理論支持。推文中展現(xiàn)的支持編程活動過程的教學(xué)理論框架，主要包括最近發(fā)展區(qū)ZPD（Zone of Proximal Development）[46]和支架理論（Scaffolding）[47]。學(xué)習(xí)者通過多次編程試驗，由試誤逐步接近能力上限，實現(xiàn)最近發(fā)展區(qū)，這也有利于學(xué)習(xí)品質(zhì)中堅持性的養(yǎng)成。同時，當(dāng)教育者或者學(xué)習(xí)者充當(dāng)指導(dǎo)者角色時，也為其他學(xué)習(xí)者提供完成任務(wù)的提示和線索，實現(xiàn)了支架理論在無屏幕編程教育中的運用。

（4）無屏幕編程教育目標(biāo)。主要體現(xiàn)在學(xué)習(xí)者認(rèn)知能力、計算思維能力和學(xué)習(xí)品質(zhì)三個方面。

（5）認(rèn)知能力。Krathwohl 認(rèn)為，教育領(lǐng)域的認(rèn)知能力包括“感知—理解—應(yīng)用—分析—評價—創(chuàng)造”六個階段[48]。推文顯示，無屏幕編程教育的認(rèn)知過程，與上述6 個過程（具體見表5）基本一致，由此實現(xiàn)學(xué)習(xí)者認(rèn)知能力的提升，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)習(xí)者計算思維能力和學(xué)習(xí)品質(zhì)的發(fā)展。

（6）計算思維能力。推文顯示，無屏幕編程教育雖然無屏幕，其核心依然是編程教育，相關(guān)研究早已表明，計算思維能力的獲得是編程教育最核心的教育目標(biāo)[49-51]。通過計算思維實施八個維度“算法思維、并行、效率、自動、調(diào)試、問題分解、抽象、迭代”（見表5），呈現(xiàn)了學(xué)習(xí)者通過編程定向語言，實現(xiàn)了從低階計算思維向高階計算思維有效提升的過程；其核心是對計算步驟與算法的操作；計算就是根據(jù)抽象形成的計算模型所定義的過程；而算法設(shè)計就是尋找一種方法控制，實現(xiàn)該模型的執(zhí)行機制，以產(chǎn)生期望的效果。這八個維度由Hamilton 等于2020年提出[52]，但并不是每一個編程教育相關(guān)的實踐步驟都完整體現(xiàn)了這八個維度，大部分的推文中體現(xiàn)了低階的計算思維（如，算法思維、調(diào)試等），但高階計算思維（如，抽象、迭代等）只在一部分的推文中得以呈現(xiàn)（比率見圖9）。這說明現(xiàn)階段實施的無屏幕編程教育，在促進(jìn)高階計算思維能力上，仍有相當(dāng)大的提升空間。

圖9 推文中顯示的計算思維能力的比率圖

（7）學(xué)習(xí)品質(zhì)。推文顯示，無屏幕編程教育對學(xué)習(xí)者的主動性、堅持性、創(chuàng)造性、靈活性和合作性等學(xué)習(xí)品質(zhì)的養(yǎng)成具有良好促進(jìn)作用。學(xué)習(xí)者的主動性（Initiative）在無屏幕編程教育中體現(xiàn)尤為明顯，由于學(xué)習(xí)者大多是在游戲中學(xué)習(xí)，天然的趣味性會引發(fā)學(xué)習(xí)者主動投入進(jìn)行學(xué)習(xí)。無屏幕編程教育學(xué)習(xí)者在面對困難和挑戰(zhàn)時，可以通過“并行”“調(diào)試”“問題分解”等方法，不斷試誤。在此過程中，較好地培養(yǎng)了學(xué)習(xí)者的堅持性、專注力、合作意識和靈活性。

五、結(jié)語與啟示

上述SMR 定量研究數(shù)據(jù)表明，近年來，推文數(shù)據(jù)持續(xù)處于上升態(tài)勢，說明無屏幕編程設(shè)備雖然在現(xiàn)階段仍沒有大規(guī)模使用，但正被越來越多的學(xué)習(xí)者和教育者所關(guān)注。而且，GIS 分析結(jié)果也表明，無屏幕編程教育在世界范圍內(nèi)，得到較高的關(guān)注、使用和傳播。學(xué)齡前兒童和低年級兒童是其主要的使用群體；高年級學(xué)生群體偏向于混合使用無屏幕編程設(shè)備和有屏幕編程設(shè)備。SMR 的定性情緒分析結(jié)果表明，無屏幕編程教育在世界范圍內(nèi)有著良好的接納度。但大眾對如何有效地將無屏幕編程設(shè)備引入到教學(xué)實踐的憂慮，勸退了很多教育工作者，這是大多新興技術(shù)的共有問題，即新技術(shù)的教育本質(zhì)不是技術(shù)產(chǎn)品本身，而是如何將合適的教育方法融入到新興技術(shù)引導(dǎo)下的環(huán)境之中。

因此，如何建構(gòu)適合于無屏幕編程設(shè)備環(huán)境的教育方法，是需要廣大教育者進(jìn)一步探討的問題。SMR 的定性主題分析結(jié)果表明，無屏幕編程教育對學(xué)習(xí)者的認(rèn)知能力、計算思維能力和學(xué)習(xí)品質(zhì)具有良好的促進(jìn)作用，但其對高階計算思維能力培養(yǎng)的效果，仍不如有屏幕編程教育，不過仍可以作為編程學(xué)習(xí)的初級階段，通過算法和邏輯思維的訓(xùn)練，為學(xué)習(xí)者后續(xù)更深入的編程學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)，也有利于學(xué)習(xí)者自信心的培養(yǎng)。

總之，國際上基于SMR 研究法對無屏幕編程教育的實踐探索，對我國無屏幕編程教育研究的開展，乃至“教育信息化2.0 行動計劃”和“教育現(xiàn)代化2035規(guī)劃”的落實，具有一定的啟示作用和借鑒意義。

（一）正確理解無屏幕編程教育的作用

無屏幕編程教育的實踐運用，不應(yīng)該走技術(shù)決定論范式。技術(shù)決定論主張“技術(shù)本身是社會實踐成功的必要條件”[53]，具體在教育教學(xué)活動中，技術(shù)決定論將無屏幕編程設(shè)備內(nèi)設(shè)的模塊，視為引發(fā)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)行為的刺激條件，認(rèn)為幼兒學(xué)習(xí)行為的產(chǎn)生和認(rèn)知發(fā)展等，皆源自于有形技術(shù)的支持。這種觀點將學(xué)習(xí)者與無屏幕編程設(shè)備之間的關(guān)系簡化成了單向互動，忽略了學(xué)習(xí)者主觀能動性的發(fā)揮及教師在教育教學(xué)活動中的主導(dǎo)作用。

研究結(jié)果表明：無屏幕編程教育具有可以廣泛發(fā)揮學(xué)習(xí)者主觀能動性的特點。在教育信息化迅猛發(fā)展的今天，教育技術(shù)無疑是撬動教育教學(xué)改革的有力杠桿，技術(shù)已成為提高教育教學(xué)效果的有力工具，但技術(shù)終究不能成為決定教育質(zhì)量的唯一要素。因此，無屏幕編程教育的核心問題，應(yīng)當(dāng)是相關(guān)的教育理論、課程、教學(xué)形式、教學(xué)方法和教學(xué)評價等；而有形技術(shù)本身，應(yīng)當(dāng)是技術(shù)輔助教學(xué)，而不是技術(shù)推崇者的唯技術(shù)論。

現(xiàn)階段，我國無屏幕編程教育還屬于小范圍嘗試的新生事物，需要謹(jǐn)防一些教育及培訓(xùn)機構(gòu)，借助無屏幕編程教育的新穎性作為特色夸大宣傳，而事實上對無屏幕編程教育及相關(guān)教學(xué)活動設(shè)計幾乎沒有研究。同時，由于國際上對無屏幕編程教育的研究，也仍處于起步階段，這也意味著未來我國無屏幕編程教育，仍有后來居上的機會和可能。

（二）加強無屏幕編程技術(shù)的研發(fā)

伴隨人工智能掀起的新一輪革命浪潮，有形技術(shù)迎來了發(fā)展高峰期，出現(xiàn)了文中數(shù)據(jù)量最大的四種無屏幕編程設(shè)備。但受限于TUI，目前還處于初級發(fā)展階段，并沒有得以大規(guī)模的使用。在程序設(shè)計和使用環(huán)境設(shè)計上仍需進(jìn)一步發(fā)展，對于如何將人工智能融入到編程學(xué)習(xí)，也對產(chǎn)品設(shè)計者提出了更高的要求。事實上，在目前的技術(shù)條件下，學(xué)習(xí)者通過無屏幕編程，更多學(xué)會的是編程邏輯和基礎(chǔ)計算思維，并不能代替有屏幕編程的學(xué)習(xí)，實現(xiàn)高階計算思維能力的突破。為此，需要加強無屏幕編程關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)，尤其是考慮加入可穿戴設(shè)備的技術(shù)升級。未來，基于TUI 的無屏幕編程設(shè)備的可運用場景和級別的可能性將得到拓展，并有可能逐步實現(xiàn)HCI 的大部分功能，以促進(jìn)無屏幕編程教育的發(fā)展。

（三）探索適合無屏幕編程的教法

無屏幕編程技術(shù)尚在發(fā)展中，我們在繼續(xù)完善技術(shù)的同時，還需要對現(xiàn)有的教學(xué)方式進(jìn)行總結(jié)反思，對未來可能實施的教法，進(jìn)行更多的探索性研究。情緒分析結(jié)果顯示，很大一部分的消極情緒，來源于使用者在運用無屏幕編程進(jìn)行教學(xué)活動時所存在的困難、問題和顧慮。因此，如何將無屏幕編程技術(shù)有效融入現(xiàn)有學(xué)習(xí)，并使學(xué)習(xí)者樂于開展無屏幕編程學(xué)習(xí)，有待于我們進(jìn)一步探索。為有效緩解教育者（家長或老師）對新興技術(shù)的質(zhì)疑和不良情緒，學(xué)校應(yīng)組織相關(guān)人員開展針對無屏幕編程教育的教研活動，不斷提升教師的相關(guān)專業(yè)素養(yǎng)。

（四）重視發(fā)展基于SMR 的技術(shù)研究

SMR 為國際新興研究方法，有利于類似無屏幕編程這類新興技術(shù)的研究。因為新技術(shù)大多還未得到大規(guī)模推廣，因此，只能做小規(guī)模的用戶實驗，無法進(jìn)行大規(guī)模（乃至跨國）的實踐研究。而SMR 研究可以收集世界范圍內(nèi)，所有使用過該新設(shè)備的用戶數(shù)據(jù)，并可以使用多種研究方法，從各個角度進(jìn)行分析。本文基于SMR 對無屏幕編程教育進(jìn)行了初步研究，后續(xù)可以根據(jù)現(xiàn)有Twitter 數(shù)據(jù)進(jìn)行深入的定性分析，以檢測該教育模式的適應(yīng)性；也可以進(jìn)行大數(shù)據(jù)的量化分析，比如，對現(xiàn)有的無屏幕編程數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測建模并驗證，以探索預(yù)測模型和解釋模型之間的差異。

由于無屏幕編程設(shè)備具有強大的兼容性，因此，也可以進(jìn)行跨學(xué)科SMR 研究。比如，對現(xiàn)有的模式進(jìn)行用戶檢驗，以探索商業(yè)用戶和教育用戶的分布、關(guān)系等社會問題；再通過后續(xù)深入定性、定量的跨學(xué)科研究，形成關(guān)于無屏幕編程教育的系列SMR 研究課題。同時，由于SMR 研究本身收集的是用戶已經(jīng)公開發(fā)表到網(wǎng)絡(luò)平臺上的數(shù)據(jù)，可有效規(guī)避其他研究方法可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)倫理風(fēng)險。我們預(yù)期，今后基于SMR 的技術(shù)研究，將會成為主要研究范式之一。