编译：陈青芬 东南大学脑与学习科学系
研究生导师：柏毅，夏小俊
作者：Susanne Kjällander, Linda Mannila, Anna Akerfeldt, Fredrik Heintz Susanne
【摘要】:数字能力与编程是当今世界教育领域的热点。它们正在成为全世界课程的一部分，包括瑞典的小学课程。孩子们被期望通过编程活动发展计算思维，主要是数学方面的编程活动---这是基于已被证明的经验和科学依据的。这两者在小学低年级中都是缺乏的。这篇文章根据一组瑞典学生入学时的经历，对学生在第一堂编程课中的学习情况给出了独特的见解。本文的目的是为教育政策和实践提供参考。这个大型的跨学科纵向研究项目对大约1500名6-16岁的学生和他们的老师进行了为期三年的研究，使用了视频记录、问卷调查和焦点小组访谈。这篇文章报告的经验数据收集在一个班的30名6-7岁的学生第一年。社会符号学、多模态理论框架“学习设计”被用于研究学生多模态表征中的潜在学习迹象。我们发现，小学生对编程有积极的态度和较高的自我效能感，学生在编程方面的学习迹象是多模态的，在社会互动中经常可见。
【关键词】：k-12教育，计算思维，编程，设计，多峰性，学习
1.介绍
数字能力和编程是世界各地教育中积极强调的领域。今天，研究人员、政策制定者和教育工作者一致认为计算思维(CT)和编程是重要的技能。CSTA和ISTE提出了一个适用于K-12教育的CT定义，确定了9个基本概念:数据收集、数据分析、数据表示、问题分解、抽象、算法、自动化、并行化和模拟。自2006年以来，数字能力一直是欧盟委员会的八项关键能力之一。2017年，瑞典政府决定在小学引入数字能力和编程。结果是，瑞典所有1-9年级的数学和信息技术老师都被期望在教学中融入编程。现在我们想把编程理解为幼儿学习的一部分。因此，其目的是为将方案编制列入较低年级学生(即小学1-3年级、6-10岁儿童)课程的国家的教育政策和做法提供参考。这篇文章关注的是在课堂中编程活动框架下的小学生CT和学习。
1.1目的和研究问题
为了能够在科学的基础上教授编程，需要研究来支持教师在教学上设计他们的教学，以支持学生学习CT和编程。由于这是课程中的一个新的内容领域，很难知道什么样的教学设计和教师干预是支持或阻碍。本文试图从跨学科的角度，阐明学生如何参与CT和编程活动，以及他们如何在编程活动中为自己的学习进行设计。指导本文的两个研究问题:
（1）在学习设计序列中，小学生如何参与计算思维?
（2）如何在编程活动中可视化小学生的多模态学习标志?
1.2 理论方法
本文采用的理论视角称为“为学习而设计”。重点是对学生学习和知识的表现，而不是对信息的接受。理论框架是社会符号学和多模态。该视角基于交互、意义制造和学习作为标志制造多模态活动的观点，如学习设计序列模型(图1)所示。这种观点强调情境活动中的交流，关注儿童在学习过程中参与的转化过程。实证材料基于学习设计序列(LDS)模型进行分析，该模型在多模态设计理论框架中使用。
这篇论文的重点是学生如何承担给定的编程任务和数字工具，并解释，讨论，处理，合作，并创造表征，或动机标志，如电影，游戏，文本，图像。他们在学习上的设计。该理论是基于一个被称为多模态符号制造过程的学习视角。
图1 学习设计序列(LDS)模型
2.材料与方法
本文可以被描述为一个小规模的案例研究，它是一个名为编程教学的大型纵向项目的一部分。该项目仍在进行中，使用混合方法，通过定量方法(如问卷调查)和定性方法(如实地调查)收集数据。两所总共约1500名学生的学校接受了为期三年的研究。1年级的两个班、4年级的两个班和7年级的两个班被跟踪了三年，在项目结束时，我们将收集所有义务学校年级(1 - 9年级)的实证材料。这篇文章被设计为一个案例研究，作为一个说明性的例子，详细说明了一个班(1年级)30名学生的实证数据。
本文给出的多模态实证例子是基于课堂互动的视频记录和与教师的焦点小组讨论记录。我们选择了一些例子来代表编程和CT如何成为课堂教学的一部分，以及学校中年轻学生使用什么样的编程支持。尽管教师的教学设计是非常有趣的，但本文特别关注小学生在编程活动中的探索性参与，并对视频和访谈记录等定性研究材料进行了设计理论分析。
定量材料包括四份问卷(四份问卷针对不同的群体:教师;1-3年级学生;4-6年级学生;7-9年级的学生每年在网上分发给两所参与学校的所有教师和大约1500名学生。
自我效能感和之前的经验是问卷中最重要的内容，因为项目的主要目的是开发评估的教学方法和材料，同时也询问和分析了儿童的态度问题(他们是否认为编程很有趣或很难)。
3.结果
在本文的这一部分中，我们将展示使用学习设计序列模型的三个部分——设置、初级转换单元和次级转换单元——以及模型中发布的理论概念的结果。
3.1. 学习环境设计
这所小学大约有1000名6到16岁的学生处于数字化的前沿，使用了大量的数字化学习资源，包括硬件和软件。这所学校的制度规范要求教师将数字资源作为教学的一个有机组成部分。大多数教师都有足够的数字能力，但编程作为一个内容领域对大多数瑞典学校教师来说是新鲜的。我们跟随一个6 - 7岁的孩子在学校上的第一节编程课。这是一节数学课，计划涵盖CT，因为这是数学书中两页的主题。
3.2. 初级转化单元——学习、转化与形成
在初级转化单元开始时，学生对设定中的任务进行解读，并根据自己的兴趣开始转化信息，形成不同模式、不同媒介的知识。媒体是教师和学生在社会交往和交流中使用的有意义的、有影响的、视觉的和语言的资源。正如Schaffer所提到的，数字学习资源可以为学生提供与现实的多模态模拟工作的潜力。在下面的例子中，老师首先创建一个思维导图，让孩子们根据自己的经验和兴趣对什么是编程提出建议。
孩子们提出了几个建议:
-控制角色。
-遥控器。
-一个骑自行车的应用程序。
-检查说明书并制作乐高积木。
经过长时间的讨论，学生们提出了以下几个问题:
-你为什么要做编程?
-如何通过远程控制机器人?
-世界上最长的编程轨道有多长?
两个项目学校较低年级(1-3年级)的一个常见的教学设计是播放来自瑞典广播公司的电视节目“program more”的一集，这在这个实证例子中也得到了体现。所有的学生都集中注意力在屏幕上，表达他们的兴趣和欣赏，并在之后一起讨论内容。
电视节目结束后，老师会提出这样一个问题:“你学到了什么?”
学生们回答:
-“编程!
-“如何用不同的方式编程!”
-“用图案!”
-“他们读的不是字母，而是变成字母的1和0……”
然后，老师布置了一个ScratchJr作业，表达了作业目的:“下面是指导方针，它是这样的:你要让你的角色向前走五步，然后跳起来。然后，就像这样，当你们编写了代码，你们就必须上交你们的ipad，然后我会看到，你们是否编写了代码。”
老师告诉学生基本的概念和结构。所有的学生都有一个平板电脑，但他们要组队学习，这导致所有的孩子都想使用自己的平板电脑。这些孩子组队一起工作，但几乎在任何时候，他们都与其他成员互动，提出问题，给予赞美，并评论彼此的程序和相应的代码。
我们发现女孩们使用动作、图像和颜色等代表性和交流模式。ScratchJr中的不同模式提供了不同的潜在选择，并对学生的意义创造和互动施加了不同的限制。
根据Lye和Koh的说法，CT包括对诸如代码、序列和循环等计算概念的理解和知识，在这个例子中进行了实践:学生形成和转换多模态编程。由于可视化编程，或称块式编程，是基于类似于具有预定义功能的拼图的构建块，并按顺序组合在一起，所以年幼的孩子也可以编程。旗帜是老师在设置/初级转换单元中表示为重要的东西，当学生编程时无法让程序工作，他们尝试形成和转换，或者用计算概念表达，解构和分解，试图找到错误。这意味着他们在学习设计序列中来回走动，或者在第一个和第二个转换单元中做圆周运动，对自己的学习和表现进行元反思，试图发现错误并学习更多。学习的迹象在这里表现出来，因为他们的新知识在新的情况下转化形成在平板电脑上，而不是白板上。
在这个有限的课堂案例研究中，性别差异是显而易见的，女孩倾向于长期设计，而男孩则更快地完成作业和项目，然后继续下一个作业——这一点在与老师的访谈中得到了证实。一些研究没有性别差异，但通常认为女孩更喜欢叙事编码。需要对性别和编程进行更多的研究。有一种风险是，女孩在编程中感到不那么受欢迎，不那么被包容，不那么安全。从学习的角度来看，这意味着一些孩子可能比其他孩子更有归属感，最终会学到更多东西。目前，世界各地都在积极努力对抗这种情况，希望早期在教育中引入CT和编程将减少这种不平等。帕尔默的研究强调了教师期望对学生学习动机和学习能力的重要性。她的研究表明，性别可以影响学生的自我效能感。
3.3. 二次转化单元——学习、元反思与讨论
老师通过表扬所有学生的表现来进行干预，给予项目充分的关注。讨论和元反思的教学设计此时在教室的白板上进行。
制作表象是一个深思熟虑的设计问题。学生的学习与他们多模态的表现有关。它不关注在学生的头脑中发现什么——“内在的迹象”;相反，我们看到的是“外部迹象”。在这个例子中，通过他们有动机的手势可以发现，例如，他们在使用旗帜和他们的新知识形成或编码重复，而不是使用相同的命令多次。这些都是明确学习迹象的例子。
在编程中，遵循指导是很重要的，这在老师的反馈中很清楚。这是一种学习活动，在同学和老师的支持下，学生应该尝试、失败、调试、再尝试，直到他们学会为止。这是这群学生第一次编程，老师非常支持，在课间休息前给了反馈，这可能解释了为什么缺乏重要的讨论，比如哪里出了问题，如何纠正，以及下次应该尝试什么。
3.4. 二次转化单元——态度、学习和元反思
本课题是混合学科和混合方法的研究课题。视频人种学与焦点小组、实地记录、访谈以及问卷调查相结合。
两所项目学校的所有学生(约1500名学生)每年都要填写一份调查问卷。在这几节CT/编程课程结束后，本组孩子和两所项目学校的其他一年级学生被要求在线回答问卷，选择与自己感受相对应的表情符号。表情符号被用来表达回应选项，因为这个年龄的孩子可能不太擅长阅读。在大多数问题中，用一致的回答来支持陈述是很有效的。然而，“编程很难”这句话可能会引起偏见，因为回答与提示的情绪相反。
问卷包括一些陈述，如“编程很有趣”，“我通常在业余时间编程”，“编程很难”。如果相应的陈述是正确的，那么前两个问题很容易用一个快乐的表情符号来回答，但是用一个快乐的表情符号来回答“编程很难”可能会令人困惑。
与本文相关的三个语句的结果如表所示:
早期的研究表明，自我效能感会影响学习，在编程方面可能存在性别差异，因为男孩认为自己在编程方面比女孩更舒服、更有知识。在我们非常有限的问卷调查中，54%的男孩认为自己擅长编程，而女孩只有38%。然而，这与他们实际的编程技能相比是远远不够的。
根据之前的相关研究，学生对编程的态度和自我是他们进行计算思考和学习的可能性的基线。在这项研究中，大约一半的学生认为自己擅长编程，而三分之一的学生认为自己相当熟练。只有少数学生觉得自己不熟练。
这可能与五分之四的学生认为编程很有趣有关，超过一半的学生敦促学校增加编程。早期的研究认为并表明，早期引入CT可以使学生对编程产生积极的态度。这些学生很可能在学前班就有编程经验，因为许多瑞典学前班都有编程课程。即使这是他们第一次在学校编程和使用ScratchJr，他们可能以前就这样做过。有一种可能性是，编程课应该让学生们更有挑战性，因为只有五分之一的学生说他们认为编程很难(这是一个有限的案例研究，问卷问题可能不够可靠)。
4.讨论
这个小规模的实证案例研究的结果表明，在学校第一次接触编程的孩子对编程有积极的态度，他们有很高的自我效能。他们的知识通常在与同龄人和老师的社会交往中表现出来。
学习的迹象体现在经验例子中，当新知识应用于新情况时——学生们将他们在循环时间中学习和讨论过的指令转化为平板电脑屏幕上的可视化编程块的编程语言。他们的学习标志总是多模态的，经常出现在学生之间和学生与老师之间的社会互动中。学习的迹象可以在孩子们关于他们日常生活环境的问题中看到在介绍中，在他们回答他们认为他们从电视节目中学到了什么，在他们自己的ScratchJr程序及其结构中，在他们的演讲中包括计算概念，如“重复”，在他们设计角色时选择颜色和形状，还有，当他们从对方手中抢过平板电脑，开始编程时，他们表现得很自我。
5.结论
这个小规模的实证案例研究的结果表明，在学校第一次接触编程的孩子对编程有积极的态度，他们有很高的自我效能。他们的知识通常在与同龄人和老师的社会交往中表现出来。
本文是Susanne Kjällander, Linda Mannila, Anna Akerfeldt，Fredrik Heintz Susanne学者于2021年发表于Education Sciences（教育科学）的论文。
DOI：10.3390/educsci11020080
转自：“百研工坊”微信公众号
如有侵权，请联系本站删除！
