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插电与不插电课程促进幼儿计算思维发展的实验研究

［摘要］早期计算思维教育能为幼儿发展带来诸多益处。过往研究已证实幼儿有能力掌握不同的计算思维概念和基础性的编程能力，但未有研究深入探讨插电编程和不插电计算思维教育之间的差异，以及这种差异所带来的学习效果上的区别。本研究采用随机对照实验的研究设计，比较机器人编程课程、平板编程课程和不插电计算思维教育活动对91名5岁幼儿计算思维发展的影响。结果显示，相比不插电计算思维教育，机器人编程和平板编程干预能更有效地发展幼儿的计算思维能力。这可能是因为编程活动中的调试过程有助于幼儿发展其他计算思维技能，如算法设计和模式识别。相比而言，不插电计算思维活动较难提供调试机会，因此其对幼儿计算思维能力的培养效果不显著，表明数码技术支持下的编程活动更能促进幼儿计算思维的发展。5岁的男孩和女孩都可以从插电编程课程中获益，家庭背景对幼儿计算思维的学习影响较小。

［关键词］计算思维教育；机器人编程；平板编程

一、问题提出

计算思维（ComputationalThinking）是一种高阶思维方式及解决问题的方法，它主要用于将复杂问题分解，识别模式并使用抽象化和算法，设计逐步解决方案，并在过程中进行必要的调试以达致目标。[1]“计算思维”这个概念最早由美国周以真教授于2006年提出，用来概括并回应“计算机科学家是如何思考的”这一命题。[2]近年来，计算思维逐渐被认为是人类个体在21世纪必备的基础能力之一。在技术的支持下，全球范围内已有不少研究证实将计算思维融入学前教育对儿童发展的益处，包括促进幼儿对编程基础概念的掌握，[3]发展幼儿的自我调节能力和排序能力[4]、执行功能[5]、空间技能[6]，提升女孩在科技活动中的参与度。[7]经济合作与发展组织（OECD）开展的“数字世界中的幼儿教育与保育”研究指出：（1）幼儿可以掌握一系列计算思维的基础概念和技能；（2）针对幼儿的计算思维教育必须依托具有适宜性的工具和方法；（3）尽早接触计算思维对于消除刻板印象、确保所有幼儿有平等机会发展数字素养至关重要。[8]但需要注意的是，计算思维教育必须考虑幼儿的认知发展水平，使用合适的方法和工具。

计算思维与幼儿发展之间存在着多种关联。计算思维是一种高阶思维方式，它涉及问题分解、模式识别、抽象化和算法设计等过程。[9]这些过程与幼儿的认知、数学、逻辑等能力的发展密切相关。首先，计算思维与幼儿的数学能力有关。[10]计算思维强调问题的分解和抽象化过程，这与数学中的分解和抽象化概念相呼应。通过计算思维的训练，幼儿的数学思维可以得到更好的发展，如将复杂的数学问题分解为更简单的部分、理解数学模式和规律等。其次，计算思维与幼儿的逻辑思维有关。[11]通过培养计算思维，幼儿可以学习逻辑思维的基本原则，如条件判断、循环和顺序执行等，这对幼儿的思维和问题解决能力的发展具有积极影响。最后，计算思维还与幼儿的创造性思维和问题解决能力发展相关。[12]计算思维强调的是解决问题的方法和策略，通过计算思维的学习，幼儿可以学会从不同的角度思考问题，运用抽象化和算法设计来寻找创新的解决方案。由此可见，计算思维的培养可以促进幼儿的综合发展，为他们未来的学习和发展打下坚实的基础。

教育方法通常根据其使用的工具、教学手段、教學目标等因素进行分类，可以大致分为传统教育方法和现代教育方法。[13]按照使用的工具可以将教育方法分为传统教育方法（主要依赖于面对面的交流和互动，如讲授法、演示法等）、技术驱动的教育方法（使用电脑、智能手机等技术工具，如在线课程、虚拟现实（VR）、移动学习等）和混合教育方法（结合了传统教育和技术驱动的教育以提供更灵活和个性化的学习体验，如翻转课堂、混合在线课程等）。[14][15]针对计算思维教育，我们可以参照以上分类，将培养儿童计算思维的方法大致划分为插电计算思维教育和不插电计算思维教育两类。[16]插电计算思维教育通常指在计算机、平板电脑或其他电子设备上进行的计算思维教育，如机器人编程和平板编程教育。[17]这种方法通常需要使用各种编程工具。不插电计算思维教育则更注重对基础的计算思维和逻辑思维能力的培养，它通常不依赖于电脑或其他高科技设备，[18]而是采用解决谜题、逻辑游戏、身体游戏、拼图以及基于纸笔或其他简单工具的活动。由于这种活动易于开展，并且与传统的教育方法较为接近，不少学前教育工作者提倡使用不插电的方式来开展幼儿期的计算思维教育。[19][20]但是，既有研究并未直接探讨在幼儿期开展插电与不插电计算思维教育两者的本质区别。因此，考虑到技术化和非技术化是开展计算思维教学的两个基本方向，本研究选择插电和不插电作为考察计算思维教学效果的切入点，其目的是回答技术在何种程度上促进了幼儿计算思维发展的问题。

计算思维教育活动可以为幼儿发展2