无屏幕编程教育的兴起、目标与实践*——基于社交媒体研究法（SMR）的Twitter大数据分析

罗文蔚 陈蕙若 刘天娥 Ilene R.Berson

（1.湖北文理学院 教育学院，湖北襄阳 441053；2.南佛罗里达大学 教育学院，南佛罗里达坦帕 33620）

数字化时代，教育工作者已经越来越认识到有必要引导学生积极融入这个编码无处不在的世界。编程教育也由此获得了迅猛的发展，并被广泛运用于各领域[1]。当前，在各级各类教育中引入编程和数字素养课程，已是大势所趋。普通的编程语言教育，哪怕是难度较低、趣味性较高、以游戏为载体的可视化编程语言教育（例如，Scratch），其施教对象也更加适合高年级的学习者。对于低年级的学习者而言，使用编程语言学习难度较大，且难以实施[2]。

目前，多数编程语言教育产品是通过让学习者与电子屏幕互动的方式，来学习编程语言，而过早接触电子屏幕，对年幼且视力还在发育阶段的学习者来说，并非是理想的学习途径[3]。针对这一问题，以有形编程为主导的无屏幕编程产品应运而生。

一、无屏幕编程教育的兴起与价值

伴随着编程语言和编程情境的发展演进，无屏幕编程教育随着TUI 的出现而诞生，其与有屏幕编程教育一起，共同丰富了编程教育的内容。

（一）基于编程技术的无屏幕编程教育发展回溯

无屏幕编程技术的发展，孕育了无屏幕编程教育的诞生。无屏幕编程技术的发展，主要体现在编程语言和编程情境的发展历程。在个人电脑发明之前，Seymour Papert 与Marvin Minsky 带领的团队，于1968年开发出了世界上第一款适合多年龄段学习者的编程语言——Logo[4]。Logo 的设计结合了建构主义和认知发展阶段理论[5]，利用“海龟画图”的方式帮助学习者进入程序编写和项目设计的程序情境，在学习数学和逻辑思维的基础上，探索微观世界，建构技术融入学习的自我认知框架[6]。Logo 的最初版本，并不是基于计算机环境，而是通过“海龟”地面机器人，将编程概念带入物理世界，从而使学习者更容易接受并与之互动。编程技术的发展历程，如图1所示。

图1 编程技术的发展历程

20世纪80年代，随着个人计算机的日益盛行，Papert 及其团队研发了logo 计算机版，即 “屏幕乌龟”[7]。计算机与人的交流，实现了编程教育上的人机交互（Human Computer Interaction，HCI），这种基于HCI 的编程教育实践被称为计算机编程（Computer Programming）教育，也是基于屏幕的编程语言教育。

然而，基于计算机的编程，存在着一些抽象性概念，需要学习者具备相当水平的抽象思维能力。绝大多数学习者尤其是年幼的学习者，并不具备使用传统编程语言编写程序的能力。为了让低年级学习者也能拥有学习计算机编程技术的机会，有形技术（Tangible Technology）支持下的有形编程（Tangible Programming）应运而生[8]。但编程教育的挑战不仅仅在于语言，还包括用户界面[9]。

为构建适合无屏幕环境的编程用户界面，1995年，Fitzmaurice 及其团队率先提出了可抓取界面（Graspable Interface）的概念，即用可抓取的手柄操纵数字对象[10]，构成了“有形用户界面”（Tangible User Interface，TUI）的前身。两年后，HiroshiIshii 在有形技术的基础上，正式提出了TUI，旨在使用有形的物体来表示数字逻辑内容，并由此衍生出无屏幕编程教育的全系列技术支持[11]，这是无屏幕编程教育的第三阶段。编程定向语言、TUI 和有形技术的发展，为无屏幕编程教育的技术发展奠定了基础。

（二）现有编程教育的设备类型

由无屏幕编程教育发展历程可以看出，无屏幕编程和有屏幕编程有着千丝万缕的联系。现阶段编程教育围绕着有屏幕编程和无屏幕编程两类展开；不同类型的编程设备，会带来不同的教育模式。为了更清晰的理解无屏幕编程设备，就需要了解这两者之间的联系与界限，本研究对国际上现有的编程设备进行了归类示例（如表1所示）。有屏幕编程设备分为纯屏幕编程设备和混合编程设备，纯屏幕编程设备一般自带屏幕;而混合编程设备则常常搭配PC、笔记本电脑、平板以及手机来实施编程教育。

表1 编程设备类型统计表

由于技术领域对基于有形技术的TUI 的助推，促成了现今众多无屏幕设备的产生和发展。无屏幕设备可以分为编程机器人和纯有形设备，纯有形设备较为简单，包括一些简单的操控模块，如，贴纸、木块等指令模块构建的TUI 界面；一般来说，编程机器人除了具有纯有形设备的指令模块，还具有控制台、行动机器人、机器动物和行动木块（Cubetto），它是基于纯有形设备的进化版。由于编程机器人比纯有形设备含有更多的元素，因而更富有趣味性，更容易引起学习者的喜爱及开发者的兴趣。

随着机器人教育技术研究的不断深入，无屏幕编程设备也在不断升级换代，例如，Bee-Bot Robot是完全的无屏幕编程设备，而Bee-Bot Robot 的升级版Blue-Bot Robot 则增加了蓝牙接入功能，可以使用基于APP 的技术进行有屏幕编程（例如，使用iPad 进行辅助）。由于它的主要功能仍基于无屏幕，本文中并没有将升级版归类到混合编程设备。

（三）无屏幕编程教育的内涵与研究现状

关于无屏幕编程教育的表述，国际上并没有统一的学术定论，多以Screen-free coding education[12]，Unplugged programming education[13]，Programmable toys’learning[14]，Coding toys’learning[15]表述，即基于TUI，在没有屏幕支持的情况下，通过物理活动和有形设备，来实现编程的教育[16]。

无屏幕编程教育也是编程教育，与有屏幕编程教育有着共通之处。其不仅仅是学习编写代码，也包括分析情况，确定关键组件，对数据和流程进行分析，以及通过创造性思维去创建或优化程序的教育[17]。学习者参与编程教育的过程，实质上是锻炼编程思维的过程。在教育环境中，编程活动常与其他活动一起，通过各类知识构建设备，让学习者参与到创造性的解决问题的活动中[18]。对编程逻辑语言的学习，促进了学习者认知接受能力的发展，对促进学习者计算思维起到了举足轻重的作用[19-20]。同时，不管是无屏幕编程教育还是有屏幕编程教育，其技术的运用并不局限于正式的学校教育环境，也包括非正式的教育环境（包括家庭教育和社会教育等）[21]。

无屏幕编程教育具有自身的独特性。首先，近年来，大众对于PC、笔记本电脑、平板电脑、手机等带屏幕编程设备，对学生尤其是低龄幼儿和青少年视力影响的担忧不绝于耳，而无屏幕编程设备则有效地解决了这一问题。鉴于“零屏幕时间”的优势，它目前已被扩展应用到K-12年龄段的学生。其次，无屏幕编程教育通过有形技术（Tangible Technology），不仅能够帮助学习者学习编程知识，还能在与真实物理环境的交互过程中，帮助学习者创造性的认识世界。TUI 倡导学习者在物理空间的编程活动，让无屏幕编程活动更具象化，从而能够更好地帮助学习者接触和理解编程知识，实现人与编程信息之间的可读性互动[22]。友好的物理设备帮助学习者在还不具备完善抽象思维能力的时候，理解编程思维。最后，无屏幕编程教育的实施，依赖于对有形世界的操控（例如，编程贴纸、卡片、木块等）以及物理行为交互[23]。编程贴纸、卡片等设计环节，旨在用游戏元素修改或丰富学习环境，并进一步影响其学习结果。与有屏幕编程教育相较而言，无屏幕编程教育以一种更富想象力和趣味性的方式，实现了编程教育[24]。

当前，国际上对无屏幕编程教育的研究仍处于起步阶段。相对完善的无屏幕编程设备，比如，Cubetto 等编程机器人，近些年才逐步产生。部分国家或教育机构大多进行的是针对某一种无屏幕编程设备的小规模试点使用研究，例如，美国和澳大利亚使用Cubetto 的课堂实例开展对比研究[25]；Sullivan 通过KIBO robotics 开展计算思维培养研究[26]等。通过大规模数据分析，来探索三个以上无屏幕设备的教育实践研究更是少之又少。毕竟对于新技术而言，单个设备的小范围使用（常见现状是一个教室几个编程设备，学生挨个使用），其结果难以产生普适性。因此，需要一个基于大数据的研究，来探索无屏幕编程教育实践的普遍特征。

二、社交媒体研究法的内涵、特点及挑战

（一）SMR 的内涵

20世纪初，“社交媒体研究法”（Social Media Research Methodology，SMR）随着初级的社交媒体通讯形式（Usenet，CMC 等）的出现而产生，但这种研究方法的广泛运用，却是近十年的事。随着Web 2.0网站和社交媒体平台（Facebook、Twitter、Instagram、Foursquare、Vkontakte、微博、抖音等）的急速发展，人们的日常交流方式也发生了翻天覆地的变化。在此背景下，一批跨领域、跨学科的研究者，对SMR 进行了广泛而深入的探索、实践和总结[27]。

社交媒体在当今社会信息生态系统中占据着举足轻重的地位，它不仅可以反应用户（大众）对特定事物的观点，也可以强化和改变用户（公众）的观点，被视为影响舆论的关键渠道[28]。社交媒体由各种用户驱动的平台组成，目的在于促进热点内容的传播、对话的创建以及广泛的交流，其本质上是由大众创造并为大众服务的数字空间。社交媒体为大众提供了一个可在不同场域（例如，个人、专业、经济、政治和社会等）进行交互和联网的环境[29]。其代表了一种以虚拟平台为基础的“理想的学习环境”，发展出一种“新的参与式文化”[30]，降低了用户交流的时空限制，并允许用户围绕感兴趣的主题进行协作，鼓励共享和点对点学习，使参与者能够从集体智慧中受益[31]。

所谓的社交媒体研究法（SMR），即分析社交媒体数据以进行定量或定性研究的过程，目的是通过使用设备和数据，观察网络内容和信息，以了解受众和主题的关系，分析主题相关的趋势和见解[32]。SMR 可以收集的数据量非常广泛，其典型数据包括用户信息、用户群组、事件、回复、时间线、影响、关系、情感、网络、交互信息等，数据类型也非常多样化，包括文本数据、视频数据、音频数据、地理空间数据、关系数据（转发数据、评论数据、超链接数据、点赞数据），等等。

（二）SMR 的研究流程

事实上，SMR 并不是定量或定性研究的替代品，而是基于使用和分析社交媒体数据的一种新的研究范式，它可以使用单一定量研究或单一定性研究或混合研究。定量研究多用于描述统计、关系分析（通过关注数、回复数、转发数、评论数以及用户数据等进行社会网络分析）、相关性分析、回归分析、地理信息系统GIS（Geographical Information Systems）分析，或者综合利用各项数据进行预测建模分析。SMR中常用的定性研究方法，主要包括主动/被动民族志研究、图形视频数据分析（Graphical Media Analysis）、聚类分析（群体研究）、主题分析、情绪分析等。由于社交媒体数据常常表现为大数据，这给大样本的定量分析维度带来了天然的优势。因此，最常用的是将定性分析融入到定量数据分析处理中的混合分析[33]。本文即采用该混合分析方法，研究流程如图2所示。该图直观鲜明地展现了典型的SMR 研究流程与传统研究方法的区别。

（三）SMR 的特点与挑战

由图2可见，SMR 不同于一般意义上的问卷调查研究法。第一，从根本上改变了数据的收集渠道，每时每刻都会有无数人自发在社交媒体上进行数据更新，研究者不需要像传统研究那样通过发放问卷、访谈来获得研究数据。第二，能使用多种研究设备辅助进行大数据研究，并随着技术的发展，同步提升研究设备和研究效率。比如，Rython 程序、COSMO 等数据抓取分析设备；MAXQDA、QDAMiner、ATLAS.ti、Qualrus、NVivo 等内容分析（Content Analysis）软件；NodeXL 等社会网络分析（Network Analysis）软件。第三，能创造性地开展一些传统研究法无法进行的研究，例如，利用社交网络显示的地理位置，探索相关位置对主题的关系和贡献的GIS 分析；利用关系数据进行社会网络关系分析，利用数据算法对社会影响力（Social Influence Computing）进行研究等。第四，由于可以同时采集多主题的数据，SMR 可以不局限于单一的学科研究，可组建跨学科、跨领域的团队开展课题研究。实际上，SMR 的代表人物经常是以团队形式出现，并具有跨学科的特性。例如，擅长情感分析和自然语言处理技术的Victoria L.Rubin，专注SMR在社会、政治和文化方面研究的Mélanie Millette，专注于Twitter 数据研究的Luke Sloan，专注用户互动和社交媒体影响的Anabel Quan-Haase，以及专注于教育话语分析的Alexandra Georgakopoulou 等。

然而，SMR 目前也正面临着一些挑战。一方面，SMR 是随着社交媒体的诞生而发展的，因此，该研究方法并没有建立起完备的哲学理论背景。内部构成的不同的分析模块，多延续其自有的理论基础，且多为概念框架，比如，定性分析中的内容分析多以扎根理论为基础。第二，SMR 缺乏明确且统一的标准进行信效度评估。正如一枚硬币具有两面性，SMR 最大的劣势和优势均在于，其随着技术发展带来的不确定性。SMR 是基于社交媒体交互产生的研究方法，随着社交媒体的规模和大数据处理与分析技术的发展，这种研究方法本身也会不断更新迭代。同时，也会随着技术的发展产生新的研究领域，如，当前出现的通过SMR 探究机器学习以及AI 如何加速数据收集、改进算法，来帮助机器理解和处理图像和视频数据等。随着技术的不断发展，社交媒体数据的内容和形式也在不断更迭，由此SMR 的数据获取方式、分析方式乃至研究流程本身，都可能随之改变。

图2 SMR 与传统研究方法研究流程对比图

三、研究设计

（一）研究问题

本研究基于社交媒体Twitter 的大数据，主要解决如下研究问题：（1）现阶段，国际上无屏幕编程在教育实践中的总体使用情况如何？（2）当前大众对无屏幕编程在教育实践中使用的总体态度如何？（3）现今无屏幕编程教育过程是如何实现的？并且在此教育过程中，实现了哪些教育目标？

（二）研究方法

本文主要采用国际上新兴的“社交媒体研究法”（SMR）[34]开展相关研究活动。正如前述，近年来，SMR 在教育领域的应用日益广泛，以成熟的媒体平台Twitter 为例，自2006年开始，K-12 以及高等教育从业者一直致力于探索SMR 在教育领域的运用[35]。SMR 在教育领域的运用，不仅增强了不同教育主体间的沟通、协作和参与度，探索了同步和异步等课堂活动[36]；同时，也为教师专业发展[37]提供了更灵活和个性化的服务。

（三）研究对象

在数据源的选择上，Twitter 是目前国际上最主流的社交网络媒体之一[38]，也是最适合进行实时公开交流与对话的网络平台[39]。用户可以随时分享其对新兴教育资源的看法和体验，并关注其他用户的推文[40]。鉴于Twitter 的受欢迎程度高、简洁、即时、开放、高适应性和创造独特交流机会的特征，本文选择Twitter 作为SMR 研究平台。

在样本选择上，由于无屏幕设备众多且普遍历史较短，很多设备的推文较少，且不具备代表性，例如，CoderMindZ 设备在2年半内的原创推文仅有98条。因此，在正式数据采集之前，本研究进行了数据预处理，将所有的无屏幕设备作为关键词进行Twitter 搜索，以数据量最大的四种无屏幕编程设备（Bee-Bot Robot；Blue-Bot Robot；Cubetto；KIBO Robot；Robot Turtle）作为研究样本。这四种设备均为编程机器人，可见编程机器人在无屏幕编程设备中最受用户欢迎。

（四）数据收集与处理

鉴于Twitter 平台存在的反僵尸账户机制[41]，且直接获取的实时数据仅限为七天的抽样数据，本研究为了减少Twitter 封号带来的研究偏差，通过自主编写Rython 程序，基于Twitter-API（推特应用程序接口），采集关于四种无屏幕编程设备原创推文（原推）和转发推文（转推）数据。

在采集过程中我们发现，Twitter 平台部分设备的早期数据无法完整获取，例如，Cubetto 在2018年以前的数据无法爬取。因此，本研究时间节点定为2018年1月1日至2020年6月30日，提取了推文ID 号、发布时间、作者信息、作者地理位置（部分隐藏位置无法获取）、推文文本等基本信息数据，以及点赞、转发、评论等关系信息数据。

随后，逐一删除了重复、缺失重要值以及没有正确显示在归属栏的数据，对18，313 条有效数据通过Excel 进行描述统计，统计结果如表2所示。在此基础上，根据三项平行逻辑进行数据编码，采集2018年1月1日到2020年6月30日的数据，以半年为节点进行时间编码分析；以分节点、分类对采集到的全部推文，逐句进行情感态度和立场的情感编码分析；使用NVivo 12 软件对采集到的文本内容根据词频、聚类等功能进行归纳主题编码。最后，根据扎根理论进行三级主题编码，全面分析当前无屏幕编程教育现状。

表2 数据采集结果

四、研究结果与分析

（一）无屏幕编程设备的传播概况

1.不同设备半年度推文的数量分析

由图3可以看出，2018年上半年总推文数量为2893 条，2020年上半年为4234 条，信息总量增长迅猛。2020年上半年在全球疫情影响下，推文总数依然能平稳增长，这说明无屏幕编程正被越来越多的人所关注。具体到四种设备的传播差异，结合表2和图3的数据我们可以看出，Robot Turtles 和Cubetto不论是原推数、转推数、点赞数，还是评论数都远超Bee-Bot、Blue-Bot 和KIBO。可见，前两者用户近两年半内在世界范围内使用率最高。

2.无屏幕编程设备使用范围分布和用户年龄特征

在GIS 分析中，由于Twitter 推文的地理位置信息由用户设定了是否显示，因此，我们在采集数据时发现，18，313 条原推中的5554 条显示了地理位置坐标。由图4可见，四种无屏幕编程在北美洲（美国，加拿大等）、南半球的澳大利亚以及新西兰等国分布较广，Robot Turtles 和Cubetto 在欧洲使用频率较高，在南亚和非洲的使用率则相对较低。由于本文没有限定所搜索的推文语言，因此，更加客观地显示了设备使用的全球范围分布。比如，虽然亚洲的分布较少，但四种设备在日本运用广泛，日文推文的比重也很大。除KIBO 外，其余三种设备在东南亚使用频率也很高。因我国用户很少登入Twitter 发布文章，所以，地图的分布中不涉及中国大陆，但在Twitter 许可使用地点的中国香港和台湾地区也有一定数量的数据。总体来看，无屏幕编程设备在全世界范围内，得到了广泛的使用和传播。

图3 四种无屏幕编程设备的信息数量走势图

图4 四种无屏幕编程设备的使用范围分布图

统计显示，学龄前儿童（3-6 岁）和小学低年级儿童是无屏幕编程设备的主要使用群体，使用率高达83%。高年级的学生群体，通常会混合使用无屏幕编程设备和有屏幕编程设备。例如，一位青少年发推文表示：When I am coding using Bee-Bot，I combine it with Scratch.

（二）公众对无屏幕编程教育的情绪倾向

为探究用户对无屏幕编程教育的态度立场，本研究基于SentiwordNet 的情感词典[42],对全部推文进行情感分析，情感节点编码（见表3）分为无情感倾向、支持（强烈支持与较为支持）以及反对（强烈反对与较为反对）。结果如图5所示，大部分推文（58%）未表达强烈的情感倾向；在表达了立场的推文中，支持的推文（38%）远超过反对的推文（4%）。可见，社会公众对于无屏幕编程教育总体持积极开放的态度。

在归类情感编码（一级和二级情感节点）的同时，本研究对每一个二级情感节点进行了三级自由节点编码（见表3）。结合表3和图5可以发现，在未表达明确立场的推文中，包含了无屏幕编程的功能介绍、无屏幕编程的资源推送以及无屏幕编程活动的教学陈述。在表达支持态度的推文中，大部分与编程设备的健康特征、趣味性强、卓著效果（比如，激发创造力，帮助某学科教学）、获得编程新技能以及商业推广有关。同时，我们发现，商业推广在每个编程设备的推文中都有出现，常为该编程设备的官方账户，并有一定范围的转推。但是商业推广的占比并不高，大约占总推文的8%。在反对的推文中，大部分涉及设备使用过程中遇到的困难和问题。强烈反对的推文为0。由此可见，无屏幕编程设备虽不完美，但公众更多对此持包容态度。

（三）无屏幕编程教育过程及目标分析

1.无屏幕编程教育分析的指标确定

为更全面地分析无屏幕编程教育的发展现状，根据扎根理论，我们对全部推文进行了三级（开放式、关联式和核心式）主题编码。

（1）开放式编码阶段。开放式编码阶段也称基于归纳式（Inclusion Approach）[43-44]编码，指通过词云等方式，从海量的推文中，对无屏幕编程教育的指标进行检索。

首先，对推文文本资料进行词云分析，以形成初始概念群。在合并原推，转推标题，转推推文的三栏文字内容后，停用无意义词，比如，代词（you，we，us，their 等）、介词（about，in，off，and 等）、动词（check，see，come，make 等）、量词（one，two，lots of 等）等，得到以名词为主的词云图（见图6）。

由图6可见，无屏幕编程教育的核心热词均与编程相关（code，programming，coding，coding toys等）；在使用年龄段上，常见词为儿童（Kids）、青少年（Teenagers）、孩子（Children）等，说明无屏幕编程的主要受众群体是有保护视力和注意力需求的儿童和青少年；编程方式以儿童主导的（Child-Directed）游戏（Playing）形式为主，强调活动的趣味性（Fun）；编程旨在教育促进学习者STEM 能力的发展，包括问题解决能力（Solve Problem）、合作能力（Communicate with Peers）、计算思维能力（Computing）、创造力（Creativity）、归纳能力（Inclusion）等。

表3 针对无屏幕编程的情感编码和节点举例

图5 无屏幕编程的立场（态度）分布

图6 Twitter 平台涉及无屏幕编程教育的热词分布

其次，在词云感知的基础上，将所有推文导入NVivo 12 中，逐字逐句阅读每条推文的文本资料（包括转推），并对文本逐个进行编码提取，形成了586个基于开放编码的初始概念群（包括词云显示的主体概念）。随后，删除少于3 个参考点数支持的概念，形成48 个初始概念节点，无屏幕编程教育的指标，将从这48 个概念节点中产生。

（2）关联式编码阶段。在开放式编码产生的初始概念节点的基础上，通过聚类分析等方式进行主题节点关联式编码，确定无屏幕编程教育的主要指标。

首先，在NVivo 12 软件中对48 个概念节点进行聚类分析，探索概念节点之间的类属关系。由于机器化的自动聚类会出现部分概念模糊和归类错误，且本文推文数据中包括多种数据语言（英文、日文、西班牙语、意大利语、德语等），NVivo 软件只能根据界面语言进行单个语言的摘除分析，聚类分析的结果是单个语种的结果，因此需要对其作进一步分析。

随后，我们逐一阅读文本（非英文语种使用软件自动翻译），以机器聚类分析结果为参照，进行从属概念的调整，最终确定了“无屏幕编程教育过程”和“无屏幕编程教育目标”两个一级节点，以及存在嵌套关系的6 个二级节点和28 个三级节点（表5所示），构成了无屏幕编程教育的主要指标结构。因考虑到文章篇幅，只对1 个二级节点和5 个三级节点进行推文举例，如表4所示。

（3）核心式编码阶段。核心式编码阶段又称为“选择性编码”或“理论式编码”[45]。此阶段在关联式编码的基础上，对现有的节点进行更高阶的系统路径分析。先对次级类属（二级节点或三级节点）进行比重分析，归纳出核心类属；再综合聚类分析的初始结构、推文内容以及节点比重（核心类属与否），对无屏幕编程教育进行系统归纳，结果如图7所示。

2.无屏幕编程教育过程及目标解析

我们着重对“无屏幕编程教育过程”和“无屏幕编程教育目标”两个一级节点下的二三级节点，进行了描述分析，具体见表5。

（1）编程过程。从海量推文内容可以看出，无屏幕编程教育由三个环节构成：学习—创建—分享。与有屏幕编程或者混合编程教育一样，在实施编程项目之前，需要对编程设备进行系统的学习，这一环节一般由教育者完成；创建环节是以游戏为载体的浸入式学习，在游戏过程中完成编程过程，具体包括五个步骤：设计编码—读编码—跑程序—反思—重编。“设计编码”在无屏幕编程过程中，一般指使用设备的“编程定向语言”（Directional Language），例如，在Cubetto 中是指绘制代表前进、后退、向左、向右、转弯的符号图，以帮助小方块按照绘制的路线前进。由于无屏幕编程的程序多是有形物理语言，例如，Cubetto 是方向路线图，因此，“读编码”（Read Code）即在Cubetto 界面将路线图和程序界面盒子的方向木块进行比对，这一步骤不可缺少。因为如果不作比对，一旦正式“跑编码”出错，就无法区分错误原因是设计图和界面不一致，还是设计图本身出错。而“反思”和“重编”则是失败情况下需要进行的步骤；分享环节是推文中常出现的环节，学习者有很高的意愿将他们的成果分享给同伴、教育者，并转发到社交媒体上。

表4 三级主题节点层次举例

图7 无屏幕编程教育过程及目标图示

表5 各级节点及描述汇总

（2）主体角色。从推文可以看出，学习者与教育者均扮演了设计者、观察者、指导者和合作者的角色，其分布比例如图8所示。学习者主要承担的是设计者和合作者的角色，而教育者则主要承担观察者和指导者的角色。推文显示，一般在编程活动初期，学习者还不熟悉编程设备时，教育者承担了设计者的角色；当学习者完全学会编程设备后，教育者则转变成观察者和指导者。从一定意义上来说，无屏幕编程设备扮演着中介作用，学习者通过不同角色的扮演，实现了对知识的理解和内化。教育者通过观察和指导，辅助并支持编程探索活动的开展。

图8 推文中无屏幕编程教育主题角色比率图

（3）理论支持。推文中展现的支持编程活动过程的教学理论框架，主要包括最近发展区ZPD（Zone of Proximal Development）[46]和支架理论（Scaffolding）[47]。学习者通过多次编程试验，由试误逐步接近能力上限，实现最近发展区，这也有利于学习品质中坚持性的养成。同时，当教育者或者学习者充当指导者角色时，也为其他学习者提供完成任务的提示和线索，实现了支架理论在无屏幕编程教育中的运用。

（4）无屏幕编程教育目标。主要体现在学习者认知能力、计算思维能力和学习品质三个方面。

（5）认知能力。Krathwohl 认为，教育领域的认知能力包括“感知—理解—应用—分析—评价—创造”六个阶段[48]。推文显示，无屏幕编程教育的认知过程，与上述6 个过程（具体见表5）基本一致，由此实现学习者认知能力的提升，进而促进学习者计算思维能力和学习品质的发展。

（6）计算思维能力。推文显示，无屏幕编程教育虽然无屏幕，其核心依然是编程教育，相关研究早已表明，计算思维能力的获得是编程教育最核心的教育目标[49-51]。通过计算思维实施八个维度“算法思维、并行、效率、自动、调试、问题分解、抽象、迭代”（见表5），呈现了学习者通过编程定向语言，实现了从低阶计算思维向高阶计算思维有效提升的过程；其核心是对计算步骤与算法的操作；计算就是根据抽象形成的计算模型所定义的过程；而算法设计就是寻找一种方法控制，实现该模型的执行机制，以产生期望的效果。这八个维度由Hamilton 等于2020年提出[52]，但并不是每一个编程教育相关的实践步骤都完整体现了这八个维度，大部分的推文中体现了低阶的计算思维（如，算法思维、调试等），但高阶计算思维（如，抽象、迭代等）只在一部分的推文中得以呈现（比率见图9）。这说明现阶段实施的无屏幕编程教育，在促进高阶计算思维能力上，仍有相当大的提升空间。

图9 推文中显示的计算思维能力的比率图

（7）学习品质。推文显示，无屏幕编程教育对学习者的主动性、坚持性、创造性、灵活性和合作性等学习品质的养成具有良好促进作用。学习者的主动性（Initiative）在无屏幕编程教育中体现尤为明显，由于学习者大多是在游戏中学习，天然的趣味性会引发学习者主动投入进行学习。无屏幕编程教育学习者在面对困难和挑战时，可以通过“并行”“调试”“问题分解”等方法，不断试误。在此过程中，较好地培养了学习者的坚持性、专注力、合作意识和灵活性。

五、结语与启示

上述SMR 定量研究数据表明，近年来，推文数据持续处于上升态势，说明无屏幕编程设备虽然在现阶段仍没有大规模使用，但正被越来越多的学习者和教育者所关注。而且，GIS 分析结果也表明，无屏幕编程教育在世界范围内，得到较高的关注、使用和传播。学龄前儿童和低年级儿童是其主要的使用群体；高年级学生群体偏向于混合使用无屏幕编程设备和有屏幕编程设备。SMR 的定性情绪分析结果表明，无屏幕编程教育在世界范围内有着良好的接纳度。但大众对如何有效地将无屏幕编程设备引入到教学实践的忧虑，劝退了很多教育工作者，这是大多新兴技术的共有问题，即新技术的教育本质不是技术产品本身，而是如何将合适的教育方法融入到新兴技术引导下的环境之中。

因此，如何建构适合于无屏幕编程设备环境的教育方法，是需要广大教育者进一步探讨的问题。SMR 的定性主题分析结果表明，无屏幕编程教育对学习者的认知能力、计算思维能力和学习品质具有良好的促进作用，但其对高阶计算思维能力培养的效果，仍不如有屏幕编程教育，不过仍可以作为编程学习的初级阶段，通过算法和逻辑思维的训练，为学习者后续更深入的编程学习打下良好的基础，也有利于学习者自信心的培养。

总之，国际上基于SMR 研究法对无屏幕编程教育的实践探索，对我国无屏幕编程教育研究的开展，乃至“教育信息化2.0 行动计划”和“教育现代化2035规划”的落实，具有一定的启示作用和借鉴意义。

（一）正确理解无屏幕编程教育的作用

无屏幕编程教育的实践运用，不应该走技术决定论范式。技术决定论主张“技术本身是社会实践成功的必要条件”[53]，具体在教育教学活动中，技术决定论将无屏幕编程设备内设的模块，视为引发学习者学习行为的刺激条件，认为幼儿学习行为的产生和认知发展等，皆源自于有形技术的支持。这种观点将学习者与无屏幕编程设备之间的关系简化成了单向互动，忽略了学习者主观能动性的发挥及教师在教育教学活动中的主导作用。

研究结果表明：无屏幕编程教育具有可以广泛发挥学习者主观能动性的特点。在教育信息化迅猛发展的今天，教育技术无疑是撬动教育教学改革的有力杠杆，技术已成为提高教育教学效果的有力工具，但技术终究不能成为决定教育质量的唯一要素。因此，无屏幕编程教育的核心问题，应当是相关的教育理论、课程、教学形式、教学方法和教学评价等；而有形技术本身，应当是技术辅助教学，而不是技术推崇者的唯技术论。

现阶段，我国无屏幕编程教育还属于小范围尝试的新生事物，需要谨防一些教育及培训机构，借助无屏幕编程教育的新颖性作为特色夸大宣传，而事实上对无屏幕编程教育及相关教学活动设计几乎没有研究。同时，由于国际上对无屏幕编程教育的研究，也仍处于起步阶段，这也意味着未来我国无屏幕编程教育，仍有后来居上的机会和可能。

（二）加强无屏幕编程技术的研发

伴随人工智能掀起的新一轮革命浪潮，有形技术迎来了发展高峰期，出现了文中数据量最大的四种无屏幕编程设备。但受限于TUI，目前还处于初级发展阶段，并没有得以大规模的使用。在程序设计和使用环境设计上仍需进一步发展，对于如何将人工智能融入到编程学习，也对产品设计者提出了更高的要求。事实上，在目前的技术条件下，学习者通过无屏幕编程，更多学会的是编程逻辑和基础计算思维，并不能代替有屏幕编程的学习，实现高阶计算思维能力的突破。为此，需要加强无屏幕编程关键技术的研发，尤其是考虑加入可穿戴设备的技术升级。未来，基于TUI 的无屏幕编程设备的可运用场景和级别的可能性将得到拓展，并有可能逐步实现HCI 的大部分功能，以促进无屏幕编程教育的发展。

（三）探索适合无屏幕编程的教法

无屏幕编程技术尚在发展中，我们在继续完善技术的同时，还需要对现有的教学方式进行总结反思，对未来可能实施的教法，进行更多的探索性研究。情绪分析结果显示，很大一部分的消极情绪，来源于使用者在运用无屏幕编程进行教学活动时所存在的困难、问题和顾虑。因此，如何将无屏幕编程技术有效融入现有学习，并使学习者乐于开展无屏幕编程学习，有待于我们进一步探索。为有效缓解教育者（家长或老师）对新兴技术的质疑和不良情绪，学校应组织相关人员开展针对无屏幕编程教育的教研活动，不断提升教师的相关专业素养。

（四）重视发展基于SMR 的技术研究

SMR 为国际新兴研究方法，有利于类似无屏幕编程这类新兴技术的研究。因为新技术大多还未得到大规模推广，因此，只能做小规模的用户实验，无法进行大规模（乃至跨国）的实践研究。而SMR 研究可以收集世界范围内，所有使用过该新设备的用户数据，并可以使用多种研究方法，从各个角度进行分析。本文基于SMR 对无屏幕编程教育进行了初步研究，后续可以根据现有Twitter 数据进行深入的定性分析，以检测该教育模式的适应性；也可以进行大数据的量化分析，比如，对现有的无屏幕编程数据进行预测建模并验证，以探索预测模型和解释模型之间的差异。

由于无屏幕编程设备具有强大的兼容性，因此，也可以进行跨学科SMR 研究。比如，对现有的模式进行用户检验，以探索商业用户和教育用户的分布、关系等社会问题；再通过后续深入定性、定量的跨学科研究，形成关于无屏幕编程教育的系列SMR 研究课题。同时，由于SMR 研究本身收集的是用户已经公开发表到网络平台上的数据，可有效规避其他研究方法可能出现的数据伦理风险。我们预期，今后基于SMR 的技术研究，将会成为主要研究范式之一。