王歐 郭婷婷 張新立 胡來(lái)林（通訊作者） 溫州大學(xué)STEM教育研究中心

● 問(wèn)題的提出

幼兒編程技術(shù)根據(jù)界面不同可以分成兩類：一類是圖形化編程技術(shù)，圖形化編程技術(shù)通過(guò)對(duì)各種圖形進(jìn)行拖動(dòng)拼接完成編程，提供直觀的編程界面，無(wú)需編寫程序代碼；另一類是實(shí)體編程技術(shù)，實(shí)體編程技術(shù)采用無(wú)屏幕編程，將代碼封裝在實(shí)物塊中，這些實(shí)物塊代表實(shí)際編程指令，學(xué)生可以進(jìn)行直接的物理操作。在編程技術(shù)學(xué)習(xí)中會(huì)涉及陳述性知識(shí)和自動(dòng)化基本技能。[1]陳述性知識(shí)是指編程的一些概念和專有名詞，如在圖形化編程和實(shí)體編程中所包含的程序、運(yùn)行、場(chǎng)景、角色、開(kāi)始、運(yùn)行、指令、參數(shù)、順序、循環(huán)等編程術(shù)語(yǔ)和概念；自動(dòng)化基本技能是指能按照語(yǔ)法規(guī)則寫出代碼，并根據(jù)提示調(diào)試程序的操作性技能，如在圖形化編程和實(shí)體編程中根據(jù)任務(wù)情境以及語(yǔ)法規(guī)則編寫代碼，并通過(guò)調(diào)試，不斷對(duì)程序進(jìn)行修正。圖形化編程技術(shù)和實(shí)體編程技術(shù)盡管編程界面不同，存著明顯的差異，但二者所包含的編程知識(shí)以及所需要的自動(dòng)化技能存在諸多相似之處，為學(xué)習(xí)遷移提供了條件。

在學(xué)前教師編程學(xué)習(xí)過(guò)程中，如果分別講解每一種編程技術(shù)，勢(shì)必造成學(xué)習(xí)效率低下和實(shí)效性不夠等問(wèn)題。因此，為充分運(yùn)用遷移理論提升幼兒教師學(xué)習(xí)兩種編程技術(shù)的效果與效率，有必要研究?jī)煞N界面編程技術(shù)的學(xué)習(xí)遷移效果以及不同界面編程技術(shù)的學(xué)習(xí)順序?qū)W(xué)習(xí)遷移的影響。

● 圖形化編程與實(shí)體編程主要內(nèi)容

圖形化編程技術(shù)與實(shí)體編程技術(shù)主要包含陳述性知識(shí)和自動(dòng)化基本技能兩大類（如下頁(yè)表1）。兩種編程技術(shù)中所包含的方位知識(shí)、編程知識(shí)等陳述性知識(shí)，以及自動(dòng)化基本技能都具有極大的相似性，在數(shù)學(xué)知識(shí)和其他知識(shí)方面，二者也都涉及了角度、加減法、背景、背景編輯、角色、角色編輯等陳述性知識(shí)。除此之外，二者都按照功能的不同將編程模塊劃分為不同顏色的積木塊，都采取拼接的形式進(jìn)行指令之間的連接從而完成編程。

表1 圖形化編程和實(shí)體編程技術(shù)主要內(nèi)容

● 研究設(shè)計(jì)

為研究不同界面編程技術(shù)的學(xué)習(xí)順序?qū)W(xué)習(xí)遷移的影響，筆者采用了單因素準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究法，自變量為兩種界面編程學(xué)習(xí)順序，包括兩個(gè)水平：一是先進(jìn)行圖形化編程后進(jìn)行實(shí)體編程的學(xué)習(xí)方式；另一個(gè)是先進(jìn)行實(shí)體編程后進(jìn)行圖形化編程的學(xué)習(xí)方式。具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如下。

1.研究對(duì)象

研究對(duì)象來(lái)自A地和B地參加培訓(xùn)的100余名幼兒教師，其中部分教師因帶班教學(xué)或其他原因未能堅(jiān)持完成培訓(xùn)，這在一定程度上造成樣本數(shù)量的流失，最終參與測(cè)試的教師樣本為71人。其中，來(lái)自A地的48名幼兒教師為實(shí)驗(yàn)組，先學(xué)習(xí)實(shí)體編程技術(shù)，后學(xué)習(xí)圖形化編程技術(shù)；來(lái)自B地的23名教師為對(duì)照組，先學(xué)習(xí)圖形化編程技術(shù)，后學(xué)習(xí)實(shí)體編程技術(shù)。所有參與培訓(xùn)的教師在本研究之前都未學(xué)習(xí)過(guò)任何編程知識(shí)，學(xué)習(xí)起點(diǎn)一致。

2.編程工具

本研究使用的編程工具為幼兒圖形化編程軟件和幼兒實(shí)體編程套件瑪塔機(jī)器人。

圖形化編程軟件Scratch Jr是由美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）媒體實(shí)驗(yàn)室的終身幼兒園團(tuán)隊(duì)（Lifelong Kindergarten）和塔夫茨大學(xué)（Tufts University）兒童研究與發(fā)展部的發(fā)展技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)（DevTech）共同設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的專門針對(duì)5～7歲幼兒的入門級(jí)編程語(yǔ)言?，斔C(jī)器人套件是由瑪塔創(chuàng)想科技有限公司開(kāi)發(fā)研制的，面向3～9歲的兒童，采用無(wú)屏幕的實(shí)物編程設(shè)計(jì)，包含開(kāi)始、運(yùn)行、順序、循環(huán)等重要的編程概念。

3.教學(xué)流程

實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組均采用游戲化編程教學(xué)，即把教學(xué)目的、內(nèi)容、方法有機(jī)地融入到編程游戲活動(dòng)中，包含游戲目的、玩法、規(guī)則、結(jié)果等要素，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)編程游戲的過(guò)程就是學(xué)習(xí)編程的過(guò)程。本研究采用游戲化編程教學(xué)。首先，教師呈現(xiàn)編程游戲?qū)W習(xí)目標(biāo)，即通過(guò)本次編程游戲活動(dòng)學(xué)習(xí)者應(yīng)當(dāng)掌握的編程知識(shí)和技能；其次，師生共同商討確定本次編程游戲的玩法和規(guī)則；再次，開(kāi)展編程游戲教學(xué)活動(dòng)，教師將游戲程序必需的積木塊知識(shí)傳授給學(xué)生，學(xué)生基于制訂的編程游戲規(guī)則，進(jìn)行程序的設(shè)計(jì)，編寫、調(diào)試等，完成編程游戲程序，進(jìn)行成果展示與評(píng)價(jià)；最后，師生集思廣益，共同拓展出新的編程游戲。實(shí)驗(yàn)組通過(guò)5個(gè)編程游戲活動(dòng)案例來(lái)學(xué)習(xí)實(shí)體編程技術(shù)，如海盜營(yíng)救、火山尋寶歷險(xiǎn)、神筆瑪塔等。對(duì)照組通過(guò)5個(gè)編程活動(dòng)案例來(lái)學(xué)習(xí)圖形化編程技術(shù)，如汽車駛過(guò)城市、龜兔賽跑、小貓走迷宮等，無(wú)論采用何種技術(shù)，具體的教學(xué)流程都是大致相似的。

4.實(shí)驗(yàn)實(shí)施

參與本實(shí)驗(yàn)研究的人員包括一位教授和兩位研究生助理。教授為主講教師，研究生助理完成學(xué)習(xí)遷移測(cè)試問(wèn)卷的發(fā)放、回收以及評(píng)分工作。實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的整個(gè)教學(xué)由一位教授作為主講教師來(lái)完成。

為驗(yàn)證前文提出的研究問(wèn)題，本研究設(shè)計(jì)了如下圖所示的實(shí)驗(yàn)流程。在開(kāi)始正式實(shí)驗(yàn)前，對(duì)參加教師專業(yè)發(fā)展編程培訓(xùn)的教師進(jìn)行訪談?wù){(diào)研，選擇編程零基礎(chǔ)的教師作為研究對(duì)象。在正式實(shí)驗(yàn)中，首先完成編程教學(xué)干預(yù)，然后進(jìn)行學(xué)習(xí)遷移測(cè)試。在進(jìn)行學(xué)習(xí)遷移測(cè)試前，指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)組的教師安裝圖形化編程軟件，對(duì)照組的教師發(fā)放瑪塔機(jī)器人套件，在進(jìn)行學(xué)習(xí)遷移測(cè)試時(shí)，要求幼兒教師分散坐在教室獨(dú)立的座位上，在學(xué)習(xí)遷移測(cè)試完成后統(tǒng)一由兩位研究生助理進(jìn)行回收。實(shí)驗(yàn)組在學(xué)習(xí)完實(shí)體編程技術(shù)后，采用圖形化編程技術(shù)的題目進(jìn)行測(cè)試，對(duì)照組在學(xué)習(xí)完圖形化編程技術(shù)后，采用實(shí)體編程技術(shù)的題目進(jìn)行測(cè)試。

5.測(cè)量工具

根據(jù)圖形化編程技術(shù)、實(shí)體編程技術(shù)中相同或相似的編程知識(shí)和概念，自編學(xué)習(xí)遷移測(cè)試問(wèn)卷，進(jìn)行三輪修改，幼兒編程領(lǐng)域?qū)＜?、學(xué)習(xí)科學(xué)研究領(lǐng)域教授參與討論。實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的學(xué)習(xí)遷移測(cè)試題均從兩個(gè)維度進(jìn)行編寫，具體包括：①陳述性知識(shí)，主要考查的是學(xué)習(xí)者對(duì)開(kāi)始、運(yùn)行、角色、背景、距離、參數(shù)、順序、循環(huán)等概念的理解，題目形式為選擇題和填空題。②自動(dòng)化基本技能，主要考查的是學(xué)習(xí)者根據(jù)語(yǔ)法規(guī)則和任務(wù)要求編寫程序的能力，題目形式為程序設(shè)計(jì)題，根據(jù)場(chǎng)景與任務(wù)要求編寫程序代碼。從測(cè)試題目的得分情況能夠看出幼兒教師編程學(xué)習(xí)遷移效果。

6.評(píng)分方法

學(xué)習(xí)遷移測(cè)試題目中的選擇題、填空題為客觀題，按照正確答案標(biāo)準(zhǔn)給分，程序設(shè)計(jì)題的評(píng)分準(zhǔn)則參考了塔夫茨大學(xué)DevTech研究小組開(kāi)發(fā)的兩段式評(píng)分系統(tǒng)[2][3]，即積木選擇正確和積木排序正確各占題目總分的50%。為避免評(píng)分結(jié)果受評(píng)分人主觀影響，讓兩位研究生助理按照兩段式評(píng)分系統(tǒng)對(duì)同一份測(cè)試題目進(jìn)行評(píng)分，在信度大于0.9的情況下，確定主評(píng)判人，然后用主評(píng)判人評(píng)分結(jié)果作為最終成績(jī)[4]，測(cè)試題目評(píng)分采用百分制，測(cè)試題目最終得分反映學(xué)前教師編程學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)遷移效果。

● 研究結(jié)果與分析

1.數(shù)據(jù)對(duì)照

關(guān)于兩種編程技術(shù)學(xué)習(xí)遷移得分情況，實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組幼兒教師學(xué)習(xí)遷移測(cè)試成績(jī)的整體得分情況為：實(shí)驗(yàn)組學(xué)習(xí)遷移測(cè)試的及格率為100%，對(duì)照組學(xué)習(xí)遷移測(cè)試的及格率為69.6%。在時(shí)間有限、學(xué)習(xí)遷移測(cè)試內(nèi)容陌生沒(méi)有任何提示的情況下，實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的學(xué)習(xí)遷移測(cè)試及格率均達(dá)到69%以上，這說(shuō)明無(wú)論先學(xué)習(xí)哪種編程技術(shù)，教師的編程學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)遷移效果良好，編程的基本知識(shí)、技能掌握扎實(shí)，能夠?qū)⑵溥w移到新的編程技術(shù)中。

2.兩種編程技術(shù)學(xué)習(xí)順序?qū)W(xué)習(xí)遷移成績(jī)的影響

為進(jìn)一步探討先學(xué)習(xí)哪種編程技術(shù)更有利于教師的學(xué)習(xí)遷移，采用獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組學(xué)習(xí)遷移成績(jī)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如下頁(yè)表2所示。

表2 學(xué)習(xí)遷移成績(jī)的獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)結(jié)果

由表2可知，兩組教師的學(xué)習(xí)遷移成績(jī)存在顯著性差異（p＜0.05），且實(shí)驗(yàn)組的學(xué)習(xí)遷移成績(jī)要優(yōu)于對(duì)照組，這說(shuō)明先學(xué)習(xí)圖形化編程技術(shù)后學(xué)習(xí)實(shí)體編程技術(shù)比，先學(xué)習(xí)實(shí)體編程技術(shù)后學(xué)習(xí)圖形化編程技術(shù)對(duì)學(xué)習(xí)遷移成績(jī)的影響更大，更有利于教師編程學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的遷移。實(shí)體編程技術(shù)是將代碼實(shí)物化，教師能夠進(jìn)行直接的物理操作，有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)互動(dòng)性，這更契合杜威的“做中學(xué)”理論。

3.兩種編程技術(shù)學(xué)習(xí)順序?qū)幊讨R(shí)遷移的影響

為探究在編程技術(shù)學(xué)習(xí)順序一定的情況下，兩類編程知識(shí)類型的遷移效果，采用獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)，對(duì)兩組的陳述性知識(shí)成績(jī)以及自動(dòng)化基本技能成績(jī)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表3、表4所示。為方便比較，陳述性知識(shí)成績(jī)和自動(dòng)化基本技能成績(jī)采用百分制，滿分均為100分。

由表3和表4可知，在編程技術(shù)學(xué)習(xí)順序一定的情況下，陳述性知識(shí)成績(jī)和自動(dòng)化基本技能成績(jī)存在顯著性差異，且陳述性知識(shí)成績(jī)高于自動(dòng)化基本技能成績(jī)，這說(shuō)明，無(wú)論采用哪種編程技術(shù)學(xué)習(xí)順序，陳述性知識(shí)的遷移效果要優(yōu)于自動(dòng)化基本技能的遷移效果。

表3 實(shí)驗(yàn)組編程知識(shí)類型的獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)結(jié)果

表4 對(duì)照組編程知識(shí)類型的獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)結(jié)果

●討論

1.兩種編程技術(shù)學(xué)習(xí)遷移情況

現(xiàn)有的研究證實(shí)，大部分初學(xué)者認(rèn)為編程是復(fù)雜且具有挑戰(zhàn)性的。[5]這是因?yàn)榫幊套鳛橐环N邏輯和問(wèn)題解決活動(dòng)，需要復(fù)雜的思維能力。對(duì)于編程零基礎(chǔ)的成人來(lái)講，盡管幼兒所學(xué)的實(shí)體編程和圖形化編程相較于更高階的文本編程更為簡(jiǎn)單直觀，學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)更高[6]，但是能在時(shí)間有限、不提供任何指導(dǎo)的情況下獨(dú)立完成學(xué)習(xí)遷移測(cè)試題目，且及格率超過(guò)69%，這表明參加培訓(xùn)的幼兒教師編程學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)遷移效果良好。

新的編程技術(shù)情境與原有的編程技術(shù)情境具有相似性，遷移才能夠發(fā)生。圖形化編程技術(shù)和實(shí)體編程技術(shù)的相似性成為遷移得以發(fā)生的必要條件。除此之外，主講教師應(yīng)綜合使用各種促進(jìn)遷移學(xué)習(xí)發(fā)生的教學(xué)策略，將復(fù)雜項(xiàng)目分解，使參加培訓(xùn)的學(xué)前教師能系統(tǒng)地掌握成分技能，注重編程任務(wù)難度的遞增，遵循從易到難的教學(xué)順序，注重利用生活知識(shí)遷移編程知識(shí)，注重學(xué)習(xí)原理、規(guī)則和模型等方面內(nèi)容的重要性[7]，“為遷移而教”無(wú)疑對(duì)教師順利完成遷移起著重要作用。

2.兩種編程技術(shù)學(xué)習(xí)順序?qū)W(xué)習(xí)遷移成績(jī)的影響

先學(xué)習(xí)實(shí)體編程技術(shù)更有利于學(xué)前教師遷移到圖形化編程的學(xué)習(xí)當(dāng)中，可能是因?yàn)椋孩賹?duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，實(shí)體編程技術(shù)相較于圖形化編程技術(shù)更有利于學(xué)習(xí)者對(duì)抽象概念的理解[8]，因此學(xué)前教師先學(xué)習(xí)實(shí)體編程技術(shù)時(shí)，更有可能達(dá)到對(duì)知識(shí)概念的深層次理解，而初始學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)效果將直接影響遷移效果，因此先學(xué)習(xí)實(shí)體編程技術(shù)更有利于學(xué)前教師遷移到圖形化編程中。②實(shí)體編程技術(shù)將代碼實(shí)物化，封裝在實(shí)體編程實(shí)物塊中，更有利于學(xué)習(xí)者進(jìn)行直接的物理操作，在“做中學(xué)”“玩中學(xué)”，在和實(shí)體編程的交互中，建構(gòu)起對(duì)編程知識(shí)和概念的深層次理解。

3.兩種編程技術(shù)學(xué)習(xí)順序?qū)幊讨R(shí)遷移的影響

本研究發(fā)現(xiàn)，編程學(xué)習(xí)中不同知識(shí)類型的轉(zhuǎn)化和遷移是有區(qū)別的。依靠識(shí)記理解的概念和名詞等陳述性知識(shí)遷移效果較好，而編程中大量用到的自動(dòng)化基本技能卻難以順利遷移。根據(jù)布魯姆認(rèn)知領(lǐng)域的學(xué)習(xí)水平分類[9]，編程中的陳述性知識(shí)處于識(shí)記、了解的層面，而將概念、原理、法則運(yùn)用到新的情境中的自動(dòng)化基本技能是處于應(yīng)用和分析層面，因此如果自動(dòng)化基本技能達(dá)到比較高的水平，那么必定花費(fèi)更多的時(shí)間和精力。從人類思維的隱喻特點(diǎn)來(lái)看。學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)和理解概念時(shí)往往需要用個(gè)體熟悉的事物作為比喻體。[10]編程的陳述性知識(shí)中涉及的相關(guān)概念，幼兒教師更容易從日常的生活、工作和學(xué)習(xí)中捕捉到合適的比喻體，以促進(jìn)編程陳述性知識(shí)的理解。

● 研究結(jié)論

本研究認(rèn)為，無(wú)論先學(xué)習(xí)哪種編程技術(shù)，教師的編程基本知識(shí)、技能掌握扎實(shí)，編程學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)遷移效果良好。此外，先學(xué)習(xí)實(shí)體編程技術(shù)，更利于教師將已習(xí)得編程知識(shí)遷移到圖形化編程中，因此，在今后教師專業(yè)發(fā)展編程培訓(xùn)中，建議先進(jìn)行實(shí)體編程技術(shù)的教學(xué)，以期事半功倍提高培訓(xùn)效率。研究還發(fā)現(xiàn)，陳述性知識(shí)的遷移效果要優(yōu)于自動(dòng)化基本技能的遷移效果。本研究結(jié)論可以為幼兒編程教育的教師專業(yè)發(fā)展培訓(xùn)提供理論上的支持和方法上的參考。