儿童Scratch课程研究现状、热点及前沿趋势分析
郭威 张雯霏
摘要：21世纪以来，我国儿童Scratch课程有了显著的发展。为进一步了解其变化趋势和发展动态，文章运用CiteSpace软件对近十年来CNKI收录的相关文献进行科学的知识图谱分析，对儿童Scratch课程的研究进行了可视化。通过对其演变进程进行梳理和概括，进而指出该领域目前的研究现状及热点，以期为后续研究提供借鉴和思考。
关键词：Scratch课程;儿童;CiteSpace;可视化分析
中图分类号：G433 ? ? ? ?文献标志码：A ? ? ? ? ?文章编号：1673-8454（2020）04-0033-06
一、研究背景
2018年3月，李克强总理在《政府工作报告》中四次提及“人工智能”，并特别指出要“加强新一代人工智能研发应用”“发展智能产业”。[1]2019年2月，中共中央、国务院印发的《中国教育现代化2035》中要求到2035年，我国要总体实现教育现代化，迈入教育强国行列，推动我国成为学习大国、人力资源强国和人才强国，为到本世纪中叶建成富强民主文明和谐美丽的社会主义现代化强国奠定坚实基础。[2]
伴随着国家人工智能相关政策的出台，越来越多的家长将培养目标集中在提高孩子未来的科技竞争力上。作为儿童综合能力培养重要途径的少儿编程课程，也迎来了全新的发展契机。随着教育全球化的不断发展与演变，各国对于儿童所学课程的选择也日新月异。作为专为儿童创设开发的计算机编程语言，Scratch课程是一款开源的儿童编程工具，其不仅是编程的入门软件，也是培养儿童创造性思维的工具。
Scratch课程是由美国麻省理工学院媒体实验室的“终身幼儿园小组”设计研发的。[3]Scratch课程将复杂的编程过程变得就像搭积木一样简单，带领无数儿童敲开了编程设计的大门。同时Scratch课程在建构主义的指导下内涵越来越丰富，被成千上万的儿童用来制作和分享动画、游戏、互动艺术，已成为训练儿童逻辑思维教育的一个典范。因此，通过了解Scratch课程的经典思想理论，梳理Scratch课程的发展脉络，探究Scratch课程的前沿热点和未来发展趋势，可以为Scratch课程教学培训和Scratch编程教育的研究现状和未来研究方向提供参考和借鉴，具有十分重要的意义。
本文借助CNKI数据库和CiteSpace软件的可视化技术以及文献计量学的研究方法，希望能够较为客观地反映我国儿童Scratch课程研究的基本情况和发展历程，以期为后续儿童Scratch课程的研究提供参考。
二、数据来源及研究工具
1.数据来源及处理
本研究的数据是基于CNKI数据库，并且使用“Scratch课程”“Scratch编程”等核心词语作为关键词进行检索。通过检索和下载2009-2019年间儿童Scratch教育领域相关文献，删除非学术性质的文献，甄选获得有效文献数据277篇。检索完毕后，将检索出来的文献以RefWorks格式导出，之后进行格式转换并把格式转换完成的文献导入CiteSpace軟件中。随后根据研究所需，将儿童Scratch课程的科学知识图谱绘制出来。
2.研究工具简介
CiteSpace是一款文献可视化分析软件，也是一款极具特色、代表性、经典的可视化分析工具。2004年，美国德雷塞尔大学计算机与情报学教授陈超美用Java语言开发研制的CiteSpace软件可以清晰直观地在科学文献中识别现实领域发展的新动态、新趋势，并且使用方便，与数据库资源接口完善。由于是通过可视化的手段来呈现科学知识的结构、规律和分布情况，因此也将通过此软件分析得到的图像称为“科学知识图谱”。[4]
三、研究思路
首先，通过搜索文献保存数据，以“Scratch课程”“Scratch编程”和“Scratch语言”作为主题检索项，选择时间为2009-2019年，并对检索结果去重、整理，删除卷首语、书评、非学术性论文等条目及不相关条目，最终得到结果277条。
其次，将数据导入CiteSpace进行相关调整之后绘制图谱。运行软件时，时间跨度选择2009-2019年，时间切片为1，节点类型选择为关键词，TOP N%设置为TOP 10%，意为每年中出现频率较高及前10%的关键词可进入知识图谱绘制。调整可视化知识图谱时，选择阈值为5，即只有至少出现5次的关键词才能在图谱中以文字标出，最终生成了包含58个关键词节点和161条关键词连线的关键词共现知识网络图。
最后，识别图谱获取信息并对有效信息进行分析，总结图表中的普遍现象、阶段性规律及爆发点，并分析其成因，对于稳定趋势中的突变现象进行着重分析。
四、研究现状分析
1.论文的数量分布
基于CNKI数据库的期刊论文和研究生论文都是学术研究的重要成果，对儿童Scratch课程论文数量及变化趋势的研究可以较为直观地发现此领域的研究热点和趋势。笔者按年份统计了近十年来相关研究的论文发表数量，具体如图1所示。
从图1整体来看，儿童Scratch课程研究发文量有波动上升的趋势，说明该领域近十年来的研究处于上升期，学界对于儿童Scratch课程的研究不断拓宽加深，并且热度不断上升。具体来看可以将Scratch课程论文发展分为两个阶段：2009-2013年为萌芽阶段，2014年至今为爆发阶段。
（1）萌芽阶段（2009-2013年）
研究者对于Scratch课程的研究处于起步阶段，每年发表的论文数小于20篇，数量较小但是在波动上升。自2009年陈捷在《电脑知识与技术》期刊上发表《Scratch语言简介及应用》之后，逐渐有学者注意到Scratch课程的价值并着手研究。2010、2011年均未搜索到有关Scratch课程的论文，2012年仅检索到两篇文献，分别是上海复旦大学凌秋虹发表的《Scratch在小学信息技术课堂中的应用与实践》和西南大学王晓霞发表的硕士论文《网络环境下Scratch在中学程序设计教学中的应用研究》。
（2）爆发阶段（2014年至今）
2014年开始，每年发表论文的数量有了明显提升，处于爆发期，是第一阶段发表文章数量的5到10倍。2014年至今，随着人工智能领域的战略意义不断凸显，国家对编程领域愈发关切，对于儿童编程更是给予高度重视。国务院2017年印发的《新一代人工智能发展规划》中要求在中小学设置人工智能课程，逐步推广编程教育，对于该领域的研究具有极大的推动作用。2019年3月，教育部办公厅印发《2019年教育信息化和网络安全工作要点》，其中明确透露将在2019年启动中小学生信息素养测评，并推动在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育，也将编制《中国智能教育发展方案》。换言之，编程将正式成为我国中小学生的日常课程。该文件的发布极大地推动了Scratch课程的发展和研究。
此外，有更多的学者认识到编程教育对于提高儿童对多学科学习能力的独特意义。Scratch在学校和社会机构的应用也越来越广泛，市场作为“看不见的手”不断推动其普及发展。相关研究在合力下逐渐形成潮流，发展势头迅猛，折射出研究者对于儿童Scratch课程领域的研究不断深入和扩展。
2.文献资源类型分布
如图2所示，检索到的文献资源类型可以分为期刊、硕博士论文、会议论文。笔者发现近十年来会议类文献只有5篇，约占总数的2%，说明我国举行的Scratch课程学术会议较少，导致会议类论文也相对较少;硕博士论文占总数的18%，其中博士论文只有1篇，说明高层次研究人员对于儿童Scratch课程研究的关注度相对较低。
此外，从已有的数据来看，儿童Scratch课程相关研究成果主要集中在期刊论文。这说明儿童编程教育的一线教师对于Scratch课程的关注度普遍高于高校研究人员。
3.作者分布
在CiteSpace软件中，将作者设置为分析对象。设置阈值为5，可得出我国Scratch课程的作者分布情况（见图3）。从中可见，以马倩、李建英、吴俊杰、马南南等为代表的作者发文量较高。此外一些作者之间虽然有连线和节点，但是并不突出，研究者间的关联度较低，作者间形成的结合体较少。这说明Scratch课程相关领域的研究没有形成系统的研究课题或研究团体。在所形成的研究合作体中，大多以校内合作为主。
首先是马倩、李建英、张纯然组成的校内研究团体，他们的研究方向主要是Scratch课程在计算机学科中的应用以及教学模式开发。其次是王丽丽、王旭卿等为代表的由高教和一线教师组成的研究合作体，他们主要以课堂实例分析为研究方向。以上几位作者大多来自经济发达、受教育程度较高的城市，其关注领域多集中在计算思维、数学思维、教学改革、团队协作方面。回顾作者分布情况图，我们发现儿童Scratch课程研究团队少，研究范围狭窄，学术影响力较为薄弱。
五、研究热点分析
1.从内容角度来分析研究热点
关键词是对一篇文章的高度凝练和概括，能体现整篇文献的精髓，关键词可以反映出特定时期内的研究前沿和热点以及学者关注的学术话题。一段时期内涌现的高频关键词，可以被视为这一领域研究热点的表征之一。
通过形成近十年来儿童Scratch课程研究热点的科学知识图谱，整理了排名前16的关键词及中心度>0.02的关键词，发现其与儿童Scratch编程教育的主要研究方向是相对应的。根据文献计量学中幂律分布规律可知，只有极少数的关键词会被研究者广泛研究使用，大部分关键词的被使用频率较低，依据CiteSpace统计出的高频关键词见表1。从中可以发现“Scratch”与“计算思维”的中心度最高，“小学生”与“steam”中心度最低。这反映出我国对儿童Scratch课程的研究主要以理论层面为主，而关于课程发展现状方面的研究较少。
结合关键词的中心度分析，可导出相关可视化结果图。儿童Scratch课程研究的前沿热点表现如图4所示。
研究者对于Scratch课程的研究，主要集中在运用Scratch课程作为信息技术课程的教学内容，从而促进儿童综合思维能力的发展，如“计算思维”“创客教育”“信息技术”“程序设计”等。
现代教育心理学研究指出，儿童的学习过程，不仅是一个接受知识的过程，更是一个发现问题、分析问题、解决问题的过程。这个过程一方面暴露了儿童产生各种疑问、困难、障碍和矛盾的过程;另一方面也展示了儿童发展聪明才智、形成独特个性与创新成果的过程。[5]Scratch课程能让儿童终身受益的不仅仅是掌握了具象化的学科知识，更重要的是改变了他们的思维方式，提升了思维能力。
在应用Scratch语言的编程教学中，计算思维为儿童提供了一种全新的视野去观察世界。“计算思维”主要表现为：依据计算机解决问题的方法，将问题形式化;抽象问题特征，建立结构模型，对数据进行分析和组织;形成利用数字化工具自动解决问题的方案，通过迭代的方式对其优化和完善;对解决问题的方案系统化，迁移至类似问题的解决中。计算思维是一种递推思維，采用抽象和分解的方法来解决复杂问题。[6]通过Scratch课程的学习与训练，儿童可以逐渐掌握这种“计算思维”的能力，逐步具有将问题抽象化的能力。
研究者对于Scratch课程的研究焦点集中于教学设计方面，如“教学模式”“教学设计”“Scratch教学”等。通过梳理文献发现，研究者对于Scratch课程的研究日趋丰富，并逐步关注到Scratch课程的本土化和与实际教学相联系。例如：一些研究者尝试用不同的教学方法针对Scratch教学内容进行教学设计与改革，并付诸于不同年龄阶段儿童的具体教学实践当中，发挥不同学习者的主动性，在不同的教学实践过程中，不断激发儿童的创新能力和应对难题、解决难题的能力。[7]
2.从时间角度来分析研究热点
通过CiteSpace软件进行数据分析所生成的儿童Scratch课程热点关键词分布如图5所示。比较图5和图1可以发现，图5所呈现出来的关键词时间分布趋势与图1所示的年发文量的趋势大致相同，所呈现的研究发展阶段也基本相符：即萌芽阶段（2009-2013年）和爆发阶段（2014年至今）。
（1）萌芽阶段（2009-2013年）
在科技强国的政策指引下，特别是人工智能领域的兴起，对于儿童Scratch课程的研究开始涌现并不断增加。这一时期主要涉及到的关键词是“Scratch”“信息素养”等。虽然整个时期对儿童Scratch课程这一领域的研究论文有一定数量，但整体来看相对性的研究热点形成较少，整个萌芽阶段出现的关键词较少。折射出在这一阶段，对于儿童Scratch课程的研究大多停留在对软件的研究，较少与我国编程教育发展的实际问题相结合。直到2013年5月，上海黄浦区教育局发起的“Scratch Day China”主题活动掀起了国内学者对于Scratch课程的研究热潮，也证明了Scratch已经在我国落地生根，并开始得到适龄儿童家长的认可，国内Scratch课程市场初具规模。
（2）爆发阶段（2014年至今）
随着人工智能领域的高速发展，特别是2016年教育部发布《教育信息化“十三五”规划”》后，全国多所高校新增大数据、人工智能领域专业，[8]大数据、人工智能将成为发展重心。大学专业新增趋势背后是科技发展和产业发展中产生的新兴职业人才紧缺问题。其中不论是“人工智能”还是“大数据”的发展，都需要“编程”等的推动和相关人才的不断输出，这也促使儿童编程方面的研究进入新阶段。
同时，儿童Scratch课程研究的浪潮开始不断涌现。这一时期儿童Scratch课程主要涉及到的关键词是“计算思维”“教学模式”等，研究重点不再是Scratch软件本身。研究者在对于Scratch有初步的认知并在实践过后，把视野逐渐放在了儿童编程的本质：培养儿童创新解难能力，促进儿童多元智力发展，提高儿童多学科学习能力。并开始不断将理论研究与实践教学相联系，尝试解决一些儿童信息技术教学中的困境，如学习者的自主学习能力差、创新能力薄弱、跨学科学习的综合能力欠缺、师生互动有效性较低等方面。
以师生互动为例，在有限的学习时间内，课堂上的“控制与开放”是一对矛盾，如何处理这对矛盾，涉及到对学习体验互动关系维度的理解。在这一阶段，研究者运用儿童编程所提出来的科学的理论和方法来培养儿童编程，并不断进行深入分析。《儿童编程学习体验研究》提出，在编程学习活动中，以兴趣为核心的学习动力系统需要多方面的支持，这些支持涉及学习机会的创造、活动主题适切性、学习共同体建构、资源的可得性等方面。[9]
六、问题与展望
1.Scratch课程研究中存在的问题
纵观中国儿童Scratch课程近十年来的发展，其研究已经取得了一些进展与成果，对我国儿童编程教育的发展有一定的积极影响与促进作用。但通过上述分析发现，Scratch课程还缺乏深入研究与拓展，相较于国外Scratch课程研究发展相对滞后，需要通过深度探索课程教学模式，长期实践积累来发展完善，并需根据Scratch教学特质进行各种创新实践。[10]
通过对年度论文发表数量的分析，发现自2014年以来儿童Scratch课程研究呈现越来越热的趋势。对关键词进行识别分析时发现“Scratch”“计算思维”“创客教育”“信息技术”“教学模式”“教学设计”是高频关键词。但目前致力于儿童Scratch课程研究的作者较少，并且我国儿童Scratch课程研究呈现部分集中、整体分散的现象，研究者之间互引关系较弱，学术交流有待加强。
2.Scratch课程研究展望
随着社会经济的发展和人们对于教育的意义持续探讨，儿童编程教育也有了新发展，面临着新问题。因而，对儿童Scratch课程的研究虽然处于整体上升的阶段，但仍有新的挑战：
（1）对Scratch课程的理论研究仍需不断深入
基于STEAM教育的儿童Scratch课程有着科学的儿童观，对于儿童编程有着较為系统的认识，对我国儿童编程教育的发展具有指导意义。在已发表的文章中不乏对于Scratch软件的研究、基于Scratch软件的各类校本课程开发、Scratch与其他硬件结合等研究，但是在Scratch课程相关理论方面还未形成一个较为统一的认知和理论体系，有关Scratch课程的研究内容和方向仍相对离散。当前世界各国都越来越重视人工智能领域的发展，人工智能已成为国民经济的重要增长点和社会经济持续发展的战略依托。因此完善Scratch课程的相关理论研究迫在眉睫，并应不断将Scratch课程的理论研究与主流教育理论接轨，丰富其理论内涵，扩展其领域外延，促使Scratch课程成为儿童编程课程实践的强大支撑。
（2）从不同层面加快我国Scratch课程的发展步伐
近年来，很多学者倾向于Scratch课程与其他课程资源的整合，以及对学生能力培养等方面的研究，但其理论研究方向仍然需要不断突破创新。Scratch课程在我国越来越受到重视，其研究广度及深度都在逐年递增，儿童编程课程的研究意义不断凸显。但在国内，无论是教育行政部门、学者还是一线教师，都对Scratch课程在促进学生多元智能发展和提高多学科学习能力等方面的重要性认识不够深入，Scratch课程的教育潜能还远未被发掘。[11]
从国外的经验来看，政府对于儿童编程的政策与资金支持，成为该行业迅速发展的主要驱动因素。2000年，以色列将编程纳入高等学校的必修科目，同时要求学生从小学一年级开始就要学习编程。2013年，时任英国首相的卡梅伦宣布对全国中小学教学大纲进行改革，并要求于2014年开始使用。大纲中规定将“计算科学”列为基础必修课程。目前英国教育体系确保了100%覆盖儿童编程学习。[12]
我国目前并没有将编程或儿童编程课程纳入学校必修课程，更难以达到100%覆盖率。儿童编程课程发展明显落后于发达国家，且东部沿海城市发展明显优于西部地区。可见，当地教育文化情境、教育政策等都会制约儿童接触编程课程的机会。在理论与实踐融合的过程中，即使在美国、日本等发达国家，想要运用编程改革课程教学也是极具挑战的。这种挑战不仅来自于教师的主观参与意愿，还来自于学校管理层的行政支持。所以无论是教育行政部门、行业协会，还是学校和培训机构，都应在重视理论研究的基础上更多地结合教育现状将Scratch课程本土化，并推动其纵深发展。
（3）拓宽研究视野，展现研究新面貌
研究者对于儿童Scratch课程研究的年龄阶段大多停留在青少年，针对3-6岁儿童Scratch课程体系的理论研究相对较少。由于实践教学研究的缺乏，我国儿童Scratch课程培训机构在蓬勃发展的同时，也面临着诸多亟待解决的问题，比如师资力量不足、服务体系不完善、课程内容同质化等众多方面都亟需科学的理论指导。
虽有不同学者对儿童学习编程的年龄提出了质疑，但近代人工智能先驱之一西蒙·派珀特（Seymour Papert）的理论可以对这种质疑给予很好的答案。他提出了“高天花板”“低地板”和“宽墙”的编程教育理念，即学习者应能立即轻松地创建东西，并随着时间的推移保持兴趣，同时允许学生跨越多种学习风格，创建越来越复杂的项目，从而促进学生编程认知和兴趣的发展。在此过程中，儿童编程经验和技能也会随着编程工具一起成长。Scratch的程序块编程模式正好吻合西蒙·派珀特的教育理念，可以有效降低编程的难度，丰富儿童编程的方式，让儿童更早地接触编程及其所蕴含的核心思维模式。[13]我国研究者需要增强儿童Scratch课程与其他教育领域和教育理论的联系与结合，从而推动研究视野的拓展。
参考文献：
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[2]中共中央 国务院印发《中国教育现代化2035》[J].中国电子教育，2019（2）：5.
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[12]2018年上海艾瑞市场咨询有限公司编写组.中国少儿编程行业研究报告[A].见：艾瑞咨询系列研究报告（2018年第10期）[C].上海：上海艾瑞市场咨询有限公司，2018：106-139.
[13]孙立会，周丹华.国际儿童编程教育研究现状与行动路径[J].开放教育研究，2019（2）：23-35.
（编辑：李晓萍）
