孫立會(huì) 胡琳琳

（天津大學(xué)教育學(xué)院，天津 300350）

一、引言

面向智能時(shí)代，日本、美國、新加坡、丹麥、芬蘭等世界主要國家均率先出臺(tái)相關(guān)政策普及編程教育，推進(jìn)基礎(chǔ)教育中的編程跨學(xué)科整合（森秀樹，杉澤學(xué)，張海，前迫孝憲，2011；石晉陽，2018）。雖然國內(nèi)兒童編程教育起步較晚，但極具后發(fā)優(yōu)勢。國務(wù)院在2017年印發(fā)了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知》（中華人民共和國中央人民政府，2017），提出“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，鼓勵(lì)社會(huì)力量參與寓教于樂的編程教學(xué)軟件、游戲的開發(fā)和推廣”，極大地推動(dòng)了兒童編程教育市場的迅猛發(fā)展。2018年的“兩會(huì)”再次強(qiáng)調(diào)了人工智能給中國帶來的歷史機(jī)遇，教育部也逐步將兒童編程納入中小學(xué)基礎(chǔ)必修課體系之中。隨后，浙江、山東、江蘇、山西、廣東、上海、天津等省市相繼出臺(tái)政策文件，陸續(xù)實(shí)施課程改革，讓編程教育走進(jìn)中小學(xué)課堂。但是，政策在落地過程中的實(shí)際表現(xiàn)，與初衷有所偏差。就目前形勢來看，編程教育或多或少地忽視了其本質(zhì)的教育功能與目的，反而被附加上了眾多“目的與功利性”色彩：從自主招生到高考再到出國乃至未來就業(yè)，掌握編程技能使得兒童在競爭中更具優(yōu)勢。兒童編程終究是否符合教育規(guī)律？它能否真正促進(jìn)兒童的個(gè)體發(fā)展？這既是眾多家長及教育者焦慮和擔(dān)憂的地方，也是現(xiàn)階段推廣兒童編程教育亟待回答的重要問題。

為此，眾多學(xué)者進(jìn)行了大量的實(shí)證研究，但研究結(jié)果卻不盡相同，這導(dǎo)致兒童編程對個(gè)體發(fā)展的效果仍難以闡釋。一部分研究指出，兒童在編程活動(dòng)中可獲得知識的遷移（Clements & Meredith，1993；Clements & Sarama，1997；Palumbo，1990）、思維的提升（Johnsongentile，Clements，& Battista，1994；Lye &Koh，2014；Moreno-León，Robles，& Román-González，2016）、問題解決能力的培養(yǎng)（Bernardo & Morris，1994；Falloon，2016；Fessakis，Gouli，& Mavroudi，2013）以及社交協(xié)作行為的習(xí)得（Popat & Starkey，2019；Resnick et al.，2009）等諸多方面的發(fā)展。同時(shí)，Psycharis & Kallia（2017）通過對66名高中生進(jìn)行分組對照實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)果顯示，參與程序設(shè)計(jì)課程的學(xué)生與未參與程序設(shè)計(jì)課程的學(xué)生在推理能力及自我效能感評價(jià)指標(biāo)上存在顯著差異；Bernardo（1994）和Palumbo（1990）的早期研究測量了問題解決能力的發(fā)展，結(jié)果發(fā)現(xiàn)編程對數(shù)學(xué)問題解決能力的改善顯著高于沒有接受特定編程指導(dǎo)的控制組；在學(xué)前兒童的一項(xiàng)編程活動(dòng)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，編程使得學(xué)前兒童解決問題變得更容易（Papadakis，Kalogiannakis，& Zaranis，2016）；將機(jī)器人技術(shù)和計(jì)算機(jī)編程融入兒童早期學(xué)習(xí)，采用故事排序任務(wù)進(jìn)行干預(yù)并對參與者前后的排序技能進(jìn)行評估后，發(fā)現(xiàn)兒童的排序能力顯著增強(qiáng)（Kazakoff，Sullivan，& Bers，2013）。然而，與上述研究結(jié)果相反的是，另一部分研究發(fā)現(xiàn)編程并沒有顯著促進(jìn)兒童個(gè)體各個(gè)方面的發(fā)展。Falloon（2016）、Kalelio?lu & Gülbahar（2014）發(fā)現(xiàn)，在小學(xué)中進(jìn)行Scratch教學(xué)的干預(yù)前后，學(xué)生的問題解決能力并無顯著差異；Psycharis et al.（2017）雖在研究中發(fā)現(xiàn)將數(shù)學(xué)教學(xué)與計(jì)算機(jī)編程結(jié)合起來可以提高數(shù)學(xué)問題解決能力，但在統(tǒng)計(jì)學(xué)上這種改善并不比沒有接受編程數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的控制組有明顯的提高；同樣，一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn),參與編程活動(dòng)的實(shí)驗(yàn)組女孩與未參與編程活動(dòng)的對照組女孩的解決問題的成績之間沒有顯著差異（Miller et al.，1988）；甚至，Hayes & Stewart（2016）的研究比較了使用Scratch和使用派生關(guān)系響應(yīng)（Derived Relational Responding，DRR）培訓(xùn)計(jì)劃的學(xué)生的認(rèn)知變化，并得出結(jié)論認(rèn)為，使用Scratch的學(xué)生進(jìn)步更小。

基于此，本研究采用元分析（Meta-analysis）的方法，從“兒童編程是否促進(jìn)兒童的個(gè)體發(fā)展”這一視角出發(fā)，梳理了有關(guān)編程對個(gè)體發(fā)展影響的實(shí)證研究，并對其研究結(jié)果進(jìn)行整理、分析、評估，得出編程對兒童個(gè)體發(fā)展的影響程度。并且，研究進(jìn)一步分析了不同學(xué)段、編程形式、樣本規(guī)模及實(shí)驗(yàn)周期等調(diào)節(jié)變量對編程影響兒童個(gè)體發(fā)展的差異，以期得到科學(xué)合理的結(jié)論，為后續(xù)推廣兒童編程教育研究與實(shí)踐提供可行性參考。

二、研究方法與過程

（一）研究方法

元分析（Meta-analysis）是一種依據(jù)特定主題，通過整合已有研究結(jié)果，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)對多個(gè)獨(dú)立研究的結(jié)果進(jìn)行再分析的研究方法（Glass，1976）。由于它在一定程度上可防止和糾正傳統(tǒng)研究方法中存在的偏見與不足，能夠得到更具普適性、規(guī)律性和科學(xué)性的研究結(jié)論（陳鶴陽，朝樂門，2015），因此逐漸成為一種被廣泛認(rèn)可和使用的量化研究方法。近年來元分析方法在教育領(lǐng)域也被廣泛用以分析技術(shù)在教育教學(xué)應(yīng)用中的有效性問題，且研究結(jié)論都具有一定的參考性（顧小清，胡夢華，2018；王翠如，胡永斌，2018；王雪，徐文文，高澤紅，王志軍，2019）。本文采用元分析方法對28項(xiàng)關(guān)于兒童編程對個(gè)體發(fā)展作用效果的實(shí)驗(yàn)及準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)行整合、分析，旨在評估編程能否或是在多大程度上促進(jìn)兒童個(gè)體發(fā)展。本研究以標(biāo)準(zhǔn)化平均差（Standardized Mean Difference，SMD）作為效應(yīng)量，用以表征兒童編程對個(gè)體發(fā)展的影響程度。

（二）研究過程

1. 文獻(xiàn)檢索

本研究選取Web of Science、EI、EBSCOhost、ERIC、Elsevier、Springer、Wiley、Taylor等大型數(shù)據(jù)庫，檢索類型設(shè)定為“期刊”檢索，在高級檢索入口下選擇主題檢索模式，且其他檢索條件設(shè)為默認(rèn)，檢索框中輸入檢索公式“（students or child* or teenager）and（program* or code or LOGO or Scratch or unplugged）and（thinking or ability or influen*）and（research or study）”運(yùn)行檢索，并將所得文獻(xiàn)導(dǎo)出匯總。在此基礎(chǔ)之上，依據(jù)第一輪檢索所獲取文獻(xiàn)的參考文獻(xiàn)采用“滾雪球”式的檢索方式進(jìn)行第二輪檢索，以期獲得更多主題相關(guān)文獻(xiàn)。我們將兩輪文獻(xiàn)檢索所得數(shù)據(jù)匯總至Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗，刪除重復(fù)的文獻(xiàn)，共計(jì)產(chǎn)生322篇可供進(jìn)一步篩選分析的候選文獻(xiàn)。

2. 文獻(xiàn)遴選

文獻(xiàn)納入排除過程如圖1所示。鑒于檢索到的文獻(xiàn)并不都符合此次元分析的要求，因此本研究制訂了如下遴選標(biāo)準(zhǔn)：（1）文獻(xiàn)主題應(yīng)為編程對兒童個(gè)體發(fā)展的影響研究?！皟和敝傅氖锹?lián)合國《兒童權(quán)利公約》所界定的18歲以下的每一個(gè)人（UNICEF，1989）。因此，納入文獻(xiàn)研究對象年齡范圍劃定為0～18歲。（2）文獻(xiàn)必須是一個(gè)實(shí)驗(yàn)或準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究。其中，單組實(shí)驗(yàn)需要有前后測的對照，雙組實(shí)驗(yàn)必須包含一個(gè)在編程環(huán)境下教學(xué)或?qū)W習(xí)的實(shí)驗(yàn)組，以及與之相對應(yīng)的其他環(huán)境下教學(xué)的對照組。（3）文獻(xiàn)中應(yīng)報(bào)告足夠的數(shù)據(jù)信息（樣本數(shù)量、均值）用以計(jì)算效應(yīng)量SMD。依據(jù)上述遴選標(biāo)準(zhǔn)，初步篩選的文獻(xiàn)中共有28項(xiàng)獨(dú)立研究符合要求被納入分析（見表1），納入的研究中共計(jì)產(chǎn)生74個(gè)可用于元分析的效應(yīng)量（其中部分獨(dú)立研究包括多個(gè)效應(yīng)量）。

圖1 文獻(xiàn)納入排除流程圖

表1 入選元分析的28項(xiàng)獨(dú)立研究

3. 特征值編碼

在實(shí)施元分析前，需對用以分析的研究文獻(xiàn)進(jìn)行特征值編碼。不同的研究往往含有不同的特征值，此次研究編碼的內(nèi)容主要包括作者信息、發(fā)表年份、實(shí)驗(yàn)時(shí)間、研究學(xué)段、樣本規(guī)模、實(shí)驗(yàn)周期、編程形式以及測試類型等內(nèi)容，具體編碼說明如表2所示。綜合來看，各研究的發(fā)表年份區(qū)間為1984年至2019年，橫跨兒童編程教育發(fā)展的各個(gè)周期。研究涉及兒童（0～18歲）學(xué)習(xí)的各個(gè)學(xué)段；實(shí)驗(yàn)樣本規(guī)模在5～260人之間；實(shí)驗(yàn)周期短的在1周以內(nèi)，長的則超過1年；用于實(shí)驗(yàn)的編程軟件呈現(xiàn)多樣化，涵蓋早期的LOGO、近期的 Scratch及一些新生編程軟件如Alice。此外，不插電編程（Unplugged programming）也是一種較受歡迎的形式。

表2 特征值編碼表

4. 元分析框架

依據(jù)布魯姆的教學(xué)目標(biāo)分類原理，本研究將兒童編程對個(gè)體發(fā)展的作用效果具體劃分為認(rèn)知發(fā)展、行為提高、情感培養(yǎng)三個(gè)維度。其中，認(rèn)知發(fā)展包括學(xué)業(yè)成果的獲得、知識的遷移、計(jì)算思維和數(shù)學(xué)思維的發(fā)展等；行為提高主要涵蓋實(shí)用層面的技能，例如問題解決能力、分類規(guī)劃能力、排序能力、協(xié)作創(chuàng)新能力的獲得等；情感培養(yǎng)涉及學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、學(xué)習(xí)參與及自我效能感的獲得等。與此同時(shí)，我們引入編程對兒童個(gè)體發(fā)展影響的調(diào)節(jié)變量，即不同學(xué)段、不同實(shí)驗(yàn)周期、不同編程形式及樣本規(guī)模對兒童個(gè)體發(fā)展作用效果的影響，以達(dá)到綜合評價(jià)作用效果的目的（如圖2）。

圖2 元分析框架

針對現(xiàn)有研究存在的問題，本研究依據(jù)研究框架展開元分析，以期回應(yīng)如下問題：

問題1：整體而言，編程能否真正促進(jìn)兒童的個(gè)體發(fā)展？如若編程對于兒童的個(gè)體成長起到促進(jìn)作用，其作用效果的程度是多少？

問題2：具體來看，編程能否促進(jìn)兒童個(gè)體發(fā)展中的認(rèn)知、行為及情感等方面的提升？且對于這三個(gè)方面所包含的維度的影響如何？

問題3：從學(xué)習(xí)者角度來看，不同學(xué)段的兒童在編程教育中所獲得個(gè)體發(fā)展的提升是否相同？如有差異，哪個(gè)學(xué)段的兒童能在編程活動(dòng)中獲得更多發(fā)展？

問題4：從實(shí)驗(yàn)周期來看，編程周期的長短是否會(huì)影響兒童個(gè)體發(fā)展的作用效果？哪種時(shí)長的編程活動(dòng)能更加顯著地促進(jìn)兒童的個(gè)體發(fā)展？

問題5：從樣本規(guī)模來看，不同樣本規(guī)模是否會(huì)影響編程個(gè)體發(fā)展的作用效果？哪種規(guī)模的兒童樣本最有利于促進(jìn)兒童的個(gè)體發(fā)展？

問題6：從編程形式來看，不同的編程形式對兒童個(gè)體發(fā)展的作用效果是否有差異？哪種編程產(chǎn)品更有利于促進(jìn)兒童的個(gè)體發(fā)展？

5. 數(shù)據(jù)分析

本研究采用元分析軟件Review Manager 5.3（RevMan）作為主要的數(shù)據(jù)處理與分析工具，將來自不同獨(dú)立研究的原始數(shù)據(jù)包括樣本數(shù)量（N），實(shí)驗(yàn)組、對照組前后測的均值（Mean），標(biāo)準(zhǔn)差（SD）錄入RevMan軟件，進(jìn)行數(shù)據(jù)合并計(jì)算。首先依據(jù)Hedges & Olkin（1985）提出的標(biāo)準(zhǔn)化均差SMD計(jì)算方法生成每個(gè)樣本的效應(yīng)量（公式1）；其次根據(jù)漏斗圖對樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)表偏倚檢驗(yàn)并使用元分析統(tǒng)計(jì)公式2、3進(jìn)行異質(zhì)性檢驗(yàn)，基于分析結(jié)果確定采用何種效應(yīng)模型；最后依次計(jì)算合并后的平均效應(yīng)量及分組效應(yīng)量，并對效應(yīng)量與特征編碼進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以了解研究特征對效應(yīng)量的具體影響。

三、研究結(jié)果與分析

（一）發(fā)表偏倚檢驗(yàn)

發(fā)表偏倚（Publication Bias）是指由于研究者、審稿人及期刊編輯在篩選發(fā)表論文時(shí)過于依賴研究結(jié)果的方向與強(qiáng)度而導(dǎo)致的偏差（楊揚(yáng)，沈志超，靳純橋，2003），導(dǎo)致元分析所納入的獨(dú)立研究可能無法系統(tǒng)地代表該領(lǐng)域已完成的研究總體而造成元分析結(jié)果存在偏倚（孔博丹，許惠芳，孔博鑒，2014）。因此，為保障元分析結(jié)果的科學(xué)有效性，需對納入元分析的獨(dú)立研究樣本進(jìn)行發(fā)表偏倚的評估和檢驗(yàn)。本研究使用漏斗圖作為發(fā)表偏倚檢驗(yàn)的依據(jù)，其中，橫軸表示平均標(biāo)準(zhǔn)差的效應(yīng)量，縱軸表示效應(yīng)量的標(biāo)準(zhǔn)誤差。如圖3所示，大部分納入元分析的研究樣本效應(yīng)量處于漏斗圖中上部的有效區(qū)域內(nèi)，且相對均勻地對稱散布于平均效應(yīng)量的兩側(cè)，不存在明顯的異常值，由此說明納入元分析的研究文獻(xiàn)發(fā)表偏倚現(xiàn)象可能性較小，所得的分析結(jié)果可靠性較高。

圖3 樣本發(fā)表偏倚檢測漏斗圖

（二）異質(zhì)性檢驗(yàn)

研究樣本的異質(zhì)性檢驗(yàn)結(jié)果顯示，Chi2的值為466.11（p＜0.001），這表明研究樣本之間存在異質(zhì)性，I2（研究過度分散占總分散的比率）值為84%，表明大約84%的觀察變異由效應(yīng)量的真實(shí)差異導(dǎo)致，而僅有16%的變異是由隨機(jī)誤差造成的（見表3）。Higgins et al.（2003）指出，當(dāng)I2=0%時(shí)，表明研究間不存在異質(zhì)性；當(dāng)I2＜25%時(shí)，則認(rèn)為存在輕度異質(zhì)性；當(dāng)25%≤I2≤50%時(shí)，則認(rèn)為存在中度異質(zhì)性；當(dāng)I2＞50%時(shí)將被認(rèn)為存在高度異質(zhì)性。本研究異質(zhì)性檢驗(yàn)I2=84%，表明研究存在高度異質(zhì)性，產(chǎn)生異質(zhì)性可能是由區(qū)域、發(fā)表時(shí)間、研究對象學(xué)段及實(shí)驗(yàn)周期的差異等諸多因素導(dǎo)致的。因此，為保證研究的可靠性，此次元分析在整體效應(yīng)層面進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)采用隨機(jī)效應(yīng)模型（Random Effects Models，REM）消除異質(zhì)性，并進(jìn)行效應(yīng)量合并，效應(yīng)量的置信區(qū)間（CI）為95%。

表3 異質(zhì)性檢驗(yàn)結(jié)果

（三）兒童編程賦能思維整體效應(yīng)檢驗(yàn)結(jié)果

為考察編程對兒童個(gè)體發(fā)展的整體影響，計(jì)算所得納入研究的合并效應(yīng)量SMD為0.61（95% CI，0.47～0.74），合并效應(yīng)量檢驗(yàn)Z=8.76（p＜0.001），達(dá)到統(tǒng)計(jì)顯著水平。根據(jù)Cohen（1992）提出的效應(yīng)量統(tǒng)計(jì)理論，當(dāng)效應(yīng)量為0.2時(shí)，表明影響很小；效應(yīng)量處于0.2～0.5時(shí)為中等程度影響；當(dāng)效應(yīng)量≥0.8則為顯著影響。在本研究中，編程對兒童個(gè)體發(fā)展的整體影響的合并效應(yīng)量為SMD=0.61＞0.5，這表明編程對兒童的個(gè)體發(fā)展具有中等偏上的積極正向的促進(jìn)作用。

本研究主要從三個(gè)維度（認(rèn)知、行為、情感）來衡量編程對兒童個(gè)體發(fā)展的具體作用。其中，認(rèn)知層面主要評估編程對兒童學(xué)業(yè)成果、知識遷移、計(jì)算思維及數(shù)學(xué)思維的作用效果；行為層面主要評估對兒童問題解決能力、分類規(guī)劃能力、排序能力、協(xié)作創(chuàng)新能力的作用效果；而情感層面主要涉及編程對兒童學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、學(xué)習(xí)參與及自我效能感的作用效果。如表4所示，在認(rèn)知層面，編程對兒童個(gè)體影響的合并效應(yīng)量是（SMD=0.86，p＜0.001），達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的顯著水平，表明編程能夠顯著積極地促進(jìn)學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展。其中編程對數(shù)學(xué)思維（SMD=2.68，p＜0.001）的作用效用值超過認(rèn)知層面的整體水平，表明編程對兒童數(shù)學(xué)思維的作用效果十分顯著。而學(xué)業(yè)成果（SMD=0.61，p＜0.001）、知識遷移（SMD=0.82，p＜0.001）和計(jì)算思維（SMD=0.50，p＜0.001）的作用效應(yīng)量略低于認(rèn)知層面的整體水平，說明編程在提高學(xué)業(yè)成果、知識遷移技能、培養(yǎng)兒童的計(jì)算思維方面的作用還有提升空間。在行為層面，編程對兒童個(gè)體發(fā)展作用的合并效應(yīng)量為（SMD=0.34，p＜0.001），表明編程對兒童的行為發(fā)展具有顯著的中等作用效果。其中，排序能力（SMD=0.65，p＜0.001）作用效果最為顯著，其他方面如分類規(guī)劃（SMD=0.31，p＜0.05）、問題解決（SMD=0.25，p＜0.05）和協(xié)作創(chuàng)新（SMD=0.40，p＜0.01）的作用效果也較為明顯。在情感層面，編程對兒童個(gè)體發(fā)展作用的合并效應(yīng)量為（SMD=0.31，p＜0.001），表明編程對于兒童的情感發(fā)展具有顯著的中等作用效果。其中作用效果最顯著的是學(xué)習(xí)興趣（SMD=0.51，p＜0.01），此外，編程對兒童自我效能感的獲得（SMD=0.22，p＜0.05）也具有較為顯著的中等作用效果。但研究發(fā)現(xiàn)，編程對于兒童的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)（SMD=0.19，p＞0.05）和學(xué)習(xí)參與（SMD=0.20，p＞0.05）的作用效果并不顯著，表明編程在這些方面的促進(jìn)作用還有較大的提升空間。當(dāng)然，這可能與相關(guān)研究設(shè)計(jì)和研究樣本數(shù)量不足有關(guān)，因此后續(xù)還需在這些維度上開展更多的應(yīng)用研究。

表4 編程對兒童個(gè)體發(fā)展的作用效果分析

綜合認(rèn)知層面、行為層面和情感層面來看，編程對兒童的認(rèn)知發(fā)展、行為發(fā)展和情感發(fā)展都具有顯著的積極正向作用，且在認(rèn)知層面的作用效果最為突出。研究結(jié)果表明，編程對于兒童個(gè)體發(fā)展的促進(jìn)作用是多方面、多層次的，編程不僅可以促進(jìn)兒童的認(rèn)知發(fā)展，提升學(xué)習(xí)成果、增強(qiáng)各項(xiàng)思維能力，也能促進(jìn)兒童的行為發(fā)展，增強(qiáng)問題解決等實(shí)踐性技能。此外，編程還能促進(jìn)兒童的情感發(fā)展，因此，在編程活動(dòng)中應(yīng)加強(qiáng)兒童的學(xué)習(xí)興趣和自我效能感等情感體驗(yàn)的獲得。

如前所述，編程有助于促進(jìn)兒童個(gè)體發(fā)展的諸多方面，然而，針對不同的學(xué)段、實(shí)驗(yàn)規(guī)模、樣本規(guī)模及編程形式，編程對兒童個(gè)體發(fā)展的促進(jìn)作用是否存在差異？本研究做了進(jìn)一步分析。

（四）不同學(xué)段對編程個(gè)體發(fā)展作用效果的差異

從不同學(xué)習(xí)階段來看，當(dāng)前兒童編程在學(xué)前、小學(xué)以及中學(xué)教育中都有相關(guān)的研究和應(yīng)用，但主要聚焦中小學(xué)階段。如表5所示，編程對不同學(xué)段學(xué)生個(gè)體發(fā)展的作用效果按照合并效應(yīng)量大小排列依次是中學(xué)（SMD=0.77，p＜0.001）、學(xué)前（SMD=0.56，p＜0.001）及小學(xué)（SMD=0.52，p＜0.001）；合并效應(yīng)量檢驗(yàn)Z=8.76（p＜0.001），達(dá)到顯著水平，表明編程對學(xué)前兒童、小學(xué)生及中學(xué)生的個(gè)體發(fā)展均具有顯著的中等偏上的促進(jìn)作用。由組間效應(yīng)檢驗(yàn)結(jié)果可知，效應(yīng)量為（Chi2=2.67，p＞0.05），可見編程對不同學(xué)段學(xué)生個(gè)體發(fā)展的促進(jìn)作用不存在顯著差異。具體來看，編程對中學(xué)生個(gè)體發(fā)展的影響最為顯著，而對學(xué)前及小學(xué)階段的作用效果相差不大，這可以解釋為中學(xué)生正處于個(gè)體發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，不具備較為穩(wěn)定成熟的能力和習(xí)慣，易受學(xué)習(xí)環(huán)境變化的影響；且較學(xué)前兒童和小學(xué)生而言，他們又具備較為成熟的認(rèn)知能力，容易接受外來的知識?？傮w而言，編程對各學(xué)段學(xué)生的個(gè)體發(fā)展都存在積極、正向的促進(jìn)作用，其中對中學(xué)生作用效果尤其突出。

表5 不同學(xué)段對編程個(gè)體發(fā)展作用效果的差異

（五）實(shí)驗(yàn)周期對編程個(gè)體發(fā)展作用效果的差異

為考察研究實(shí)驗(yàn)周期的長短對兒童個(gè)體發(fā)展的影響差異，本研究將實(shí)驗(yàn)周期劃分為三個(gè)等級，分別為短期（1個(gè)月以內(nèi)），中期（2～6個(gè)月）及長期（超過6個(gè)月）。從表6可見，合并效應(yīng)量檢驗(yàn)Z=22.36（p＜0.001），達(dá)到顯著水平，這說明無論實(shí)驗(yàn)周期多長，編程對兒童個(gè)體發(fā)展都具有顯著的促進(jìn)作用。從組間效應(yīng)量來看，Chi2=24.68，p＜0.001，達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著水平，可見不同長短的編程實(shí)驗(yàn)周期對兒童個(gè)體發(fā)展的影響存在顯著差異。由具體效應(yīng)可知，短期實(shí)驗(yàn)的合并效應(yīng)量最高（SMD=0.43，p＜0.001），長期實(shí)驗(yàn)次之（SMD=0.26，p＜0.001），而中期實(shí)驗(yàn)的合并效應(yīng)量最低（SMD=0.24，p＜0.001），由此可知短期的編程實(shí)驗(yàn)比中期和長期的編程實(shí)驗(yàn)對兒童個(gè)體發(fā)展的影響更為顯著。上述研究結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)周期的長短會(huì)影響到編程對兒童個(gè)體發(fā)展的作用效果。短期實(shí)驗(yàn)個(gè)體發(fā)展促進(jìn)效果最為突出，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是短期實(shí)驗(yàn)兒童對編程抱有強(qiáng)烈的好奇心及高漲的熱情和激情，學(xué)習(xí)投入較多，因而作用效果較為突出；而隨著實(shí)驗(yàn)周期的延長，兒童對編程的熟悉度和適應(yīng)度越來越好，可能出現(xiàn)倦怠心理，造成兒童的個(gè)體發(fā)展促進(jìn)效果沒有初始階段那么顯著。

表6 實(shí)驗(yàn)周期對編程個(gè)體發(fā)展作用效果的差異

（六）不同樣本規(guī)模對編程個(gè)體發(fā)展作用效果的差異

為考察不同樣本規(guī)模的編程對兒童個(gè)體發(fā)展的影響，本研究分別從小（小于50人）、中（50～100人）、大（大于100人）三種規(guī)模分析編程對個(gè)體發(fā)展的促進(jìn)作用。

由表7可知，小規(guī)模、中等規(guī)模及大規(guī)模樣本的個(gè)體發(fā)展合并效應(yīng)量均為正值，合并效應(yīng)量檢驗(yàn)Z=21.53（p＜0.001），達(dá)到顯著水平。這說明無論樣本規(guī)模為多大，編程均對兒童個(gè)體發(fā)展具有中等偏下程度的積極影響。組間效應(yīng)量顯示Chi2=23.53，p＜0.001，達(dá)到顯著水平，表明編程對大、中、小規(guī)模樣本學(xué)生個(gè)體發(fā)展的影響存在顯著差異。從具體效應(yīng)量來看，小規(guī)模的合并效應(yīng)量（SMD=0.41，p＜0.001）高于中等規(guī)模（SMD=0.37，p＜0.001）且高于大規(guī)模的合并效應(yīng)量（SMD=0.17，p＜0.001），這說明小規(guī)模編程活動(dòng)比中等規(guī)模和大規(guī)模的編程活動(dòng)對兒童個(gè)體發(fā)展的影響更為顯著。而且，樣本規(guī)模與作用效果二者間存在負(fù)相關(guān)，隨著樣本規(guī)模的增大，作用效果逐漸降低，此項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)可為后續(xù)編程活動(dòng)的設(shè)計(jì)與開展提供借鑒參考。

表7 不同樣本規(guī)模對編程個(gè)體發(fā)展作用效果的差異

（七）不同編程形式對編程個(gè)體發(fā)展作用效果的差異

當(dāng)前，兒童編程產(chǎn)品市場呈現(xiàn)百家爭鳴的景象。多樣的編程產(chǎn)品在編程教育中被研究和應(yīng)用。作為最早的兒童編程語言——LOGO經(jīng)過時(shí)代的轉(zhuǎn)化，在當(dāng)今煥發(fā)出了不同的生命活力。在現(xiàn)有研究中，LOGO語言和Scratch被廣泛使用，同時(shí)，不插電編程也逐漸成為低齡兒童群體極受歡迎的形式。此外，隨著技術(shù)的發(fā)展，逐漸衍生出眾多新型的編程形式，例如Alice、Code.org等。為了評估編程產(chǎn)品對兒童個(gè)體發(fā)展的影響，本研究分別分析了不同編程形式對個(gè)體發(fā)展的促進(jìn)作用。

如表8所示，合并效應(yīng)量檢驗(yàn)Z=25.76（p＜0.001），達(dá)到顯著水平，表明不同的編程形式對兒童的個(gè)體發(fā)展均具有顯著的積極效應(yīng)。從組間效應(yīng)量來看，Chi2=32.72，p＜0.001，達(dá)到顯著水平，表明不同的編程形式在促進(jìn)兒童個(gè)體發(fā)展的作用上存在顯著差異。其中，不插電編程的合并效應(yīng)量最高（SMD=1.47，p＜0.001），其次為LOGO編程（SMD=0.78，p＜0.05）和其他編程形式（SMD=0.41，p＜0.001），而Scratch的合并效應(yīng)量最低（SMD=0.23，p＜0.001），這表明不插電編程在促進(jìn)兒童個(gè)體發(fā)展方面顯著優(yōu)于其他編程形式，但這并不排除是由幾種編程形式的使用群體間的差異所造成的。

表8 不同編程形式對編程個(gè)體發(fā)展作用效果的差異

四、研究結(jié)論與啟示

（一）研究結(jié)論

本研究通過元分析方法對28項(xiàng)關(guān)于編程對兒童個(gè)體發(fā)展影響的實(shí)驗(yàn)或準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)行了整體性的梳理與分析，并且依據(jù)元分析結(jié)果對編程的個(gè)體發(fā)展促進(jìn)作用進(jìn)行了客觀分析與評估。在分析整體作用效果的基礎(chǔ)之上，又將作用效果具體劃分為認(rèn)知、行為、情感三個(gè)層面，并通過引入學(xué)段、實(shí)驗(yàn)周期、樣本規(guī)模及編程形式作為調(diào)節(jié)變量分析討論編程對兒童個(gè)體發(fā)展的作用效果及其差異。

1. 編程對兒童的個(gè)體發(fā)展具有正向促進(jìn)作用，顯著體現(xiàn)在認(rèn)知、行為及情感三個(gè)層面

元分析結(jié)果顯示，編程對兒童個(gè)體發(fā)展的合并效應(yīng)量為0.61，處于中等偏上水平，表明編程可以積極正向地促進(jìn)兒童的個(gè)體發(fā)展。具體來看，編程能顯著地促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知發(fā)展（SMD=0.86）中的學(xué)業(yè)成果、知識遷移、計(jì)算思維及數(shù)學(xué)思維；且對于兒童的行為發(fā)展也具有顯著的中等作用效果（SMD=0.34），有助于培養(yǎng)兒童問題解決能力、分類規(guī)劃能力、排序能力及協(xié)作創(chuàng)新能力；編程對于兒童的情感發(fā)展具有顯著的中等作用效果（SMD=0.31），主要體現(xiàn)在兒童學(xué)習(xí)興趣及自我效能感的獲得。數(shù)據(jù)表明，編程不僅可以提升兒童的編程技能和計(jì)算機(jī)科學(xué)知識，還可以提升兒童的其他技能和素養(yǎng)，以實(shí)現(xiàn)兒童的個(gè)體發(fā)展。這與Popat et al.（2019）開發(fā)的描述主題總體模型顯示研究結(jié)果一致，即學(xué)生在學(xué)習(xí)編程的過程中可以學(xué)習(xí)或?qū)嵺`一系列其他教育成果，例如數(shù)學(xué)問題解決、批判性思維、社會(huì)技能、自我管理和學(xué)術(shù)技能等。無獨(dú)有偶，Nouri et al.（2020）指出，編程不僅能使兒童掌握編程概念，而且還可以讓他們獲得計(jì)算思維數(shù)字能力及21世紀(jì)技能的發(fā)展。上述研究結(jié)果集中體現(xiàn)了兒童編程的創(chuàng)立圖景。從西蒙·派珀特（Seymour Papert）LOGO的創(chuàng)立，倡導(dǎo)“要讓兒童成為計(jì)算機(jī)的主人，利用計(jì)算機(jī)改變他們學(xué)習(xí)其他知識的方式”（Papert，1980），到米切爾·雷斯尼克（Mitchel Resnick）的Scratch打造的“4P”學(xué)習(xí)法，即由項(xiàng)目（Project）切入，從熱情（Passion）出發(fā)，同伴（Peers）協(xié)作互助，游戲（Play）啟動(dòng)內(nèi)驅(qū)，通過創(chuàng)造性學(xué)習(xí)螺旋的多次迭代培養(yǎng)兒童創(chuàng)造性的思考、系統(tǒng)的推理及協(xié)作的能力（Resnick，1998），再到瑪?shù)倌取·貝斯（Marina U. Bers）的ScratchJr所主張的“編碼和其他任何語言一樣，可以用來表達(dá)自己的概念、技能和思維習(xí)慣，幫助我們用新的方式思考和交流”（Bers，Gonzalez-Gonzalez，&Torres，2019），無不展現(xiàn)出兒童編程的強(qiáng)大教育作用。

2. 編程對兒童個(gè)體發(fā)展的促進(jìn)作用受學(xué)段、實(shí)驗(yàn)周期、樣本規(guī)模及編程形式等調(diào)節(jié)變量的影響

調(diào)節(jié)變量效應(yīng)檢驗(yàn)結(jié)果表明，編程對兒童個(gè)體發(fā)展的作用效果存在邊界條件，主要受不同的學(xué)段、實(shí)驗(yàn)周期、樣本規(guī)模及編程形式的影響。從學(xué)段來看，編程對學(xué)前兒童、小學(xué)生及中學(xué)生的個(gè)體發(fā)展均具有顯著的促進(jìn)作用。其中，編程對中學(xué)生個(gè)體發(fā)展的作用效果最為顯著（SMD=0.77），而在學(xué)前（SMD=0.56）及小學(xué)（SMD=0.52）階段編程的影響效果相差不大；組間效應(yīng)檢驗(yàn)結(jié)果顯示，編程對不同學(xué)段兒童的個(gè)體發(fā)展的促進(jìn)作用不存在顯著差異。在實(shí)驗(yàn)周期方面，不同周期的編程活動(dòng)對兒童個(gè)體發(fā)展都具有中等偏下程度的促進(jìn)作用，但不同長短的編程實(shí)驗(yàn)周期對兒童個(gè)體發(fā)展的影響存在顯著差異，且短期實(shí)驗(yàn)周期（SMD=0.43）的作用效果更為顯著。從樣本規(guī)模來看，編程對不同規(guī)模樣本學(xué)生個(gè)體發(fā)展的影響存在顯著差異。相較于中等規(guī)模（SMD=0.37）和大規(guī)模（SMD=0.17），編程在小規(guī)模樣本（SMD=0.41）中的作用效果更為顯著。在編程形式方面，合并效應(yīng)量檢驗(yàn)達(dá)到顯著水平，表明不同編程形式對兒童的個(gè)體發(fā)展均具有顯著的積極效應(yīng)，且組間效應(yīng)量表明不同的編程形式在促進(jìn)兒童個(gè)體發(fā)展的作用上存在顯著差異。其中，不插電編程（SMD=1.47）在促進(jìn)兒童個(gè)體發(fā)展方面要顯著優(yōu)于LOGO編程（SMD=0.78）、其他編程形式（SMD=0.41）及Scratch編程（SMD=0.23）。

（二）研究啟示

綜合來看，元分析結(jié)果肯定了編程對兒童成長的重要性及其對個(gè)體發(fā)展的積極促進(jìn)作用。但通過研究結(jié)果也可以看出，編程教育在面對不同的學(xué)習(xí)者及學(xué)習(xí)情境時(shí)，會(huì)呈現(xiàn)不同的作用效果。因此編程教學(xué)實(shí)踐不能盲目開展，而應(yīng)根據(jù)教學(xué)系統(tǒng)各要素的不同特征，進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)與規(guī)劃。

1. 編程對兒童個(gè)體發(fā)展的作用效果還有較大提升空間

雖編程在一定程度上可以積極促進(jìn)兒童的個(gè)體發(fā)展，但這與兒童編程的創(chuàng)立圖景及政府部門所提出的推動(dòng)信息化進(jìn)程、加快信息革命、實(shí)現(xiàn)教育現(xiàn)代化的愿景仍有一定距離。研究表明，編程對兒童的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和學(xué)習(xí)參與的作用效果并不顯著，且其對于兒童分類規(guī)劃、問題解決及協(xié)作創(chuàng)新等方面的作用效果也均未達(dá)到整體影響水平。面向未來的教育需要最大可能地將人工智能（如編程）與人類的社交和情感技能、態(tài)度和價(jià)值觀結(jié)合起來（施萊希爾，2020）。因此，在進(jìn)行編程教育推廣實(shí)踐時(shí)，教育者應(yīng)清楚地認(rèn)識到，教授編碼是編程教育的一個(gè)重要任務(wù)，但編程的教育價(jià)值遠(yuǎn)比編碼廣泛得多，因此在教學(xué)過程中既應(yīng)發(fā)揮編程課程的主體性能，培養(yǎng)兒童的編程能力；又應(yīng)注重編程對教育的賦能價(jià)值，關(guān)注其對于兒童個(gè)體綜合發(fā)展的促進(jìn)作用，通過設(shè)計(jì)科學(xué)合理的教學(xué)方案保障編程賦能作用的發(fā)揮。此外，政府部門也需繼續(xù)推動(dòng)各項(xiàng)相關(guān)政策的合理制定與貫徹實(shí)施，以確保兒童編程教育真為兒童發(fā)展“謀福利”。未來還需政府、學(xué)校、社會(huì)多方面聯(lián)動(dòng)協(xié)調(diào)，逐步增強(qiáng)編程對兒童個(gè)體發(fā)展的促進(jìn)效果和影響水平。

2. 加速推廣編程在中小學(xué)中的應(yīng)用，積極推進(jìn)編程教育學(xué)段下移

前述研究數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前編程在中小學(xué)階段開展較多，且作用效果較為顯著，基于此，本研究建議應(yīng)加速推廣編程在中小學(xué)教育中的應(yīng)用。全國各地中小學(xué)都應(yīng)積極開展“編程教育進(jìn)校園”活動(dòng)，不僅增設(shè)獨(dú)立的編程課程，更應(yīng)將其作為一種教學(xué)或?qū)W習(xí)的方式融入中小學(xué)各門學(xué)科之中。同時(shí)，通過政策制度把關(guān)兒童編程教師的行業(yè)準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，及通過相關(guān)培訓(xùn)不斷提升教師的編程教學(xué)技能。此外，研究還發(fā)現(xiàn)學(xué)前教育階段的編程教育研究成果較少，因此，在后續(xù)研究中，應(yīng)積極推進(jìn)在學(xué)前教育階段開展編程教育實(shí)踐活動(dòng)，為編程能否促進(jìn)學(xué)前階段兒童的個(gè)體發(fā)展提供充分而強(qiáng)有力的證據(jù)。貝斯一直強(qiáng)調(diào)，年齡較小的兒童也具備學(xué)習(xí)編程的能力（Bers，Gonzalez-Gonzalez，& Torres，2019），而皮亞杰（1981）在其S（A）R的公式中，也指出一個(gè)個(gè)體要想對刺激做出反應(yīng)，首先需要具有同化這個(gè)刺激的格局。因此，“編程要從娃娃抓起”，實(shí)現(xiàn)編程教育的“幼小初高”基礎(chǔ)教育階段的無縫銜接，目的并非是為了培養(yǎng)一批未來的“碼農(nóng)”“程序員”，而是為了使兒童盡快地適應(yīng)未來的人工智能社會(huì)，在編程中發(fā)展自我、成就自我，成為數(shù)字產(chǎn)品的生產(chǎn)者而不僅僅是消費(fèi)者，賦予每一個(gè)兒童“改變世界”的可能。

3. 尋找編程對兒童個(gè)體發(fā)展促進(jìn)作用持續(xù)性的平衡點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)周期的差異檢驗(yàn)結(jié)果表明，編程對兒童個(gè)體發(fā)展的作用受實(shí)驗(yàn)周期的影響，短期實(shí)驗(yàn)的作用效果最為顯著，遠(yuǎn)高于中期實(shí)驗(yàn)與長期實(shí)驗(yàn)。而編程對兒童個(gè)體發(fā)展的作用效果隨著實(shí)驗(yàn)周期的延長出現(xiàn)逐漸降低的情況，足以表明編程對兒童個(gè)體發(fā)展促進(jìn)作用的持續(xù)性不足，無法發(fā)揮持久穩(wěn)定的作用。編程是一個(gè)試誤的過程，隨著學(xué)習(xí)時(shí)間的延長，知識的不斷深入，學(xué)生極有可能產(chǎn)生倦怠心理，進(jìn)而導(dǎo)致編程作用效果降低。因此，編程對兒童個(gè)體發(fā)展促進(jìn)作用的持續(xù)性需進(jìn)一步加強(qiáng)，這個(gè)過程離不開各方面的支持與輔助。一方面，教師應(yīng)給予適當(dāng)鼓勵(lì)和支持，賦予兒童繼續(xù)學(xué)習(xí)的動(dòng)力；另一方面，通過設(shè)計(jì)個(gè)性化、多樣化趣味合理的教學(xué)活動(dòng)，不斷激發(fā)學(xué)生的求知欲，尋求兒童的認(rèn)知因素和動(dòng)機(jī)因素調(diào)整的最佳水平，尋找編程學(xué)習(xí)時(shí)長和個(gè)體發(fā)展作用效果的平衡點(diǎn)，進(jìn)而增進(jìn)編程對個(gè)體發(fā)展作用的持續(xù)性，實(shí)現(xiàn)最佳的編程教育效果。

4. 貫徹落實(shí)國家政策，聚焦編程課堂的小班制情境

編程對不同規(guī)模樣本學(xué)生的個(gè)體發(fā)展的影響存在顯著差異，編程活動(dòng)在小規(guī)模樣本實(shí)踐中對兒童個(gè)體發(fā)展的作用效果更為顯著，且樣本規(guī)模與作用效果間存在負(fù)相關(guān)，即隨著樣本規(guī)模的增大，作用效果逐漸下降。因此，為保障編程教育的作用效果，編程教學(xué)情境應(yīng)聚焦小班教學(xué)，班容量最好控制在50人以下。中華人民共和國教育部（2010）《關(guān)于“十二五”期間加強(qiáng)學(xué)?；窘ㄔO(shè)規(guī)劃的意見》對初中段、小學(xué)段具體招生辦法做了詳細(xì)規(guī)定，明確繼續(xù)嚴(yán)格控制班容量，原則上普通中學(xué)每班學(xué)生45～50人，城市小學(xué)40～45人。但由于我國兒童人口數(shù)量眾多，小班制的教育形式在一些欠發(fā)達(dá)地區(qū)仍難以實(shí)現(xiàn)，為此政府需加強(qiáng)監(jiān)管，出臺(tái)相應(yīng)的政策支持薄弱地區(qū)的教育發(fā)展建設(shè)，進(jìn)行合理的資源與師資分配。只有這樣，教師才能有更充沛的精力和時(shí)間關(guān)注每個(gè)兒童的學(xué)習(xí)情況，采取因材施教的方式制定個(gè)性化的學(xué)習(xí)方案，設(shè)計(jì)科學(xué)合理的個(gè)性化編程教學(xué)活動(dòng)促進(jìn)學(xué)生的個(gè)體發(fā)展。

5. 遵循兒童認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，選擇與之匹配的編程形式

雖然不同的編程形式對兒童的個(gè)體發(fā)展均具有顯著的積極作用，但不同的編程形式在促進(jìn)兒童個(gè)體發(fā)展的作用上仍存在顯著差異。其中，不插電編程的作用效果最為突出，其次為LOGO編程和其他編程形式，而Scratch的作用效果最低。不同的編程形式具有不同的特點(diǎn)，因此，在開展編程教學(xué)活動(dòng)時(shí)，應(yīng)遵循兒童的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，結(jié)合教育情境的特征，選擇與之匹配的編程形式，并通過編訂合理的編程教材以及設(shè)計(jì)科學(xué)的教學(xué)活動(dòng)，在最大程度上促進(jìn)學(xué)生個(gè)體發(fā)展的作用效果。此外，同一種編程形式在不同科目中會(huì)有不同的表現(xiàn)，Moreno-León et al.（2016）在研究中發(fā)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)編程的使用加速了兒童的學(xué)習(xí)曲線，但在社會(huì)科課堂中的影響大小是數(shù)理科課堂中的兩倍。因此，在將編程與其他學(xué)科結(jié)合開展時(shí)，也應(yīng)依據(jù)學(xué)科特點(diǎn)選擇適合的編程形式。

五、結(jié)語

本研究借鑒相關(guān)研究者有益的經(jīng)驗(yàn)和做法，采用較為科學(xué)且行之有效的元分析方法，客觀評估了編程對兒童個(gè)體發(fā)展的作用效果及影響，并通過對已有研究的綜合梳理分析，得出編程對兒童個(gè)體發(fā)展的總體影響的合并效應(yīng)量，采用量化數(shù)據(jù)結(jié)果試圖解釋編程對兒童個(gè)體發(fā)展的積極、正向的促進(jìn)作用，進(jìn)而對當(dāng)前學(xué)術(shù)界有爭議的話題“編程能否真正促進(jìn)兒童的個(gè)體發(fā)展”做出回應(yīng)。同時(shí)，本研究針對不同的學(xué)段、實(shí)驗(yàn)周期、樣本規(guī)模及編程形式對編程個(gè)體發(fā)展促進(jìn)作用的差異做了進(jìn)一步探究分析，有效回答了“哪些因素會(huì)影響編程對兒童個(gè)體發(fā)展的促進(jìn)作用”這一問題。本研究結(jié)果是在廣泛收集具備代表性樣本文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上加以量化分析得出的，具有一定的可靠性和有效性。但由于元分析方法自身仍存在一些局限性，得到的研究結(jié)論屬于推斷性結(jié)論而并非析因性結(jié)論，因此在研究結(jié)果的推廣方面還需謹(jǐn)慎。