ACM通信

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处于十字路口的编码

米切尔·雷斯尼克、娜塔莉·鲁斯克著
ACM通信，2020年11月，第63卷第11期，120-127页
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编码在学校的教育应用正处于一个十字路口。

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关键的见解

我们正处于一个极具机遇的时刻。十年前，我们的研究小组写了一篇文章通信标题是“Scratch:面向所有人的编程”。¹⁵当时，我们的字幕很有抱负。现在，它正在成为现实。学校系统和政策制定者正在接受这样一种观念:编码可以而且应该适合所有人。从智利到英国，从南非到日本，许多国家都在向所有学生介绍编程。

我们也处在一个面临巨大挑战的时刻。在许多地方，编码的引入削弱了它的潜力和前景。如果我们不仔细考虑引入编码的教育策略和教学方法，就会有很大的失望和反弹的风险。

在过去的十年中，我们已经看到，将编程经验传播给世界各地数百万儿童是可能的。但我们也看到，传播教育价值和方法要困难得多——这是未来十年的巨大挑战。

编码在教育中的扩展是由新型编程接口(特别是基于块的编码)所催化的¹)，大量支持计算机科学教育的非营利项目(如Code。org、CSforAll和Code Club)，以及越来越多的可编程设备，这些设备拓宽了学生编码的范围(如micro:bit、^20.机器人套件,⁹还有可编程玩具²³)．

我们在Scratch上的工作(图1)既促进了这一更大的趋势，也从中受益。2002年，当我们开始开发Scratch编程语言和在线社区时，我们的目标不仅仅是帮助孩子们学习编程。我们有更广泛的教育使命。我们想给所有来自不同背景的孩子提供机会，让他们学会创造性地思考、系统地推理和协作。在当今快速变化的世界中，这些技能对每个人都是必不可少的，而不仅仅是那些计划成为工程师和计算机专业人士的人。这些技能在生活的各个方面都很有价值，不仅对工作上的成功，而且对个人成就和公民参与也很有价值。¹³

图1。2020年6月Scratch网站。

Scratch的使用在世界范围内迅速增长:在过去的一年里，超过2000万的年轻人创建了Scratch项目(图2)．Scratch最初主要用于家庭和非正式的学习环境，¹¹但在学校的使用已经扩大到所有Scratch活动的一半以上。在世界各地，年轻人正在以各种各样的方式使用Scratch。例如:

图2。Scratch在线社区中共享的项目。

• 来自多个国家的中学生创建了Scratch项目，阐述他们对技术创新将如何在2050年前改变社会的愿景;
• 成千上万的年轻人创作了反对种族主义的Scratch动画，支持“黑人的命也是命”运动;
• 墨西哥的一名小学老师将Scratch软件整合到一个关于蝴蝶的科学单元中，学生们根据对真实蝴蝶的观察，制作蝴蝶生命周期的动画和蝴蝶运动的机器人模型;
• 来自世界各地的学生创建了一个名为#ProtectOurEarth的工作室，他们在这里分享了数百个突出气候变化相关问题的项目，其中包括一个游戏，你可以引导北极熊穿过融化的北极冰盖。

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机遇与挑战

在创建和分享这样的项目的过程中，学生们不仅仅是在学习编码，他们是在为学习编码。他们不仅在学习重要的数学和计算概念，还在加深对其他学科思想的理解，发展广泛的解决问题、设计、协作和沟通技能。^7，16

不幸的是，在许多教育环境中，编码以更有限和约束的方式引入，因此学生没有机会体验编码的全部概念和表达能力。以下是一些挑战:

• 通常情况下，学校通过教授与计算相关的词汇的定义来向学生介绍计算机科学，而没有为他们提供在有意义的活动背景下学习和应用计算概念和实践的机会。例如，一些学区通过教授“算法”一词的定义和硬件和软件的区别来向小学生介绍计算，而不是通过计算活动让学生积极学习，如编写动画故事或为机器人编程跳舞。
• 通常情况下，编码是通过告诉所有学生复制完全相同的代码来引入的，而不是鼓励他们进行实验、创建原型和调试。在Scratch网站上，我们曾经看到30个相同的项目同时被共享。起初，我们认为项目的重复是网站的一个问题，但后来我们注意到每个项目都有不同的用户名，我们意识到这些项目都来自一个教室，30个学生遵循相同的指导，用相同的图像和相同的代码制作相同的项目。虽然这种课堂活动可能会向学生介绍编码的基本机制，但它并没有提供创造性思维和解决问题的机会。
• 通常情况下，学校只分配很短的时间来学习编程。在这有限的时间内，学生可能会学到一些基本的术语和概念，但他们没有机会将这些想法以一种有意义的方式加以运用，因此不太可能将这些想法应用到其他语境和其他学科中。在编程被分配了更多时间的情况下，课程经常迫使教师和学生从一种编码工具转换到另一种，而不是提供足够的时间来学习一个工具来设计项目、解决问题和交流想法。一个大规模的项目每周向四年级学生介绍一个小时的Scratch，然后突然转向另一种编码语言。在老师和学生表达了不满之后，课程被修改了。
• 研究人员和教育工作者经常采用自动化评估工具，这些工具只通过分析代码来评估学生编程项目，而不考虑项目目标、内容、设计、界面、可用性或文档。例如，许多人正在使用在线Scratch评估工具，该工具会给学生一个“计算思维得分”，其假设是，拥有更多类型的编程块的代码表明具有更高级的计算思维。这种形式的评估没有考虑到学生的程序的目的是什么，它在多大程度上实现了学生的目标，代码是否按预期工作，人们是否能够与它进行交互，或者学生的思维如何在一系列项目中发展。我们认为在其他研究和评估方法中有更大的潜力，例如那些记录和分析教师的促进实践和学生的学习轨迹的方法。^6，8

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在我们的研究中，我们已经看到，当学生有机会创建自己的项目和表达自己的想法时，编码是如何成为最激励和最有意义的。

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为了实现编码计划的承诺和潜力，需要在编码如何在世界各地的教育系统中付诸实践方面做出重大改变。

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计算流畅性

在大多数教育编码计划中，有一个认识，即目标应该比教授特定的编程技术更广泛。许多教育计划都是围绕着发展计算思维也就是说，帮助学生学习计算机科学的概念和策略，这些概念和策略可以用于在广泛的学科和环境中解决问题。²²

计算思维当然是一个有价值的目标，但许多项目过于狭隘地把重点放在脱离上下文教授概念或向学生提供只有一个正确答案的问题上。在我们的研究中，我们已经看到，当学生有机会创建自己的项目和表达自己的想法时，编码是如何成为最激励和最有意义的。¹⁸通过这些经历，孩子们发展成为计算创造者和计算思考者。我们用这个短语计算流畅性描述这种使用计算技术有效和创造性地交流思想的能力。

我们关于计算流畅性的想法一直受到教育计划和研究的悠久传统的启发，这些教育计划和研究专注于让学生学习写作。尽管大多数学生长大后不会成为职业记者或小说家，但有一个强烈的共识是，所有的学生都应该学习写作。通过写作，学生们发展了组织、表达和分享思想的能力——他们开始以不同的方式看待自己。巴西教育家和活动家保罗·弗莱雷(Paulo Freire)领导的扫盲运动不仅是为了帮助人们找到工作，也是为了帮助人们认识到“他们可以创造和改造自己”。⁵

我们在编码方面也看到了同样的潜力。大多数学生不会追求成为专业程序员或计算机科学家的职业，但提高编程的流利性对每个人都是有价值的。当学生们用代码创作自己的故事、游戏和动画时，他们开始将自己视为创造者，对自己创造事物的能力和用新技术表达自己的能力发展出信心和自豪。

一些提倡计算思维的人低估了编码的价值。他们认为，还有许多其他方法可以培养计算思维技能。但我们发现，编码对于学生参与计算概念、实践和观点是一种特别有效的方式。²当学生编写他们自己的项目时，他们会在有意义的环境中遇到概念和解决问题的策略，因此知识嵌入了丰富的关联网络中。因此，学生能够更好地在新的情况下获取和应用知识。

Scratch编程语言和在线社区是专门为支持计算流畅性开发而设计的。当然，学生需要时间来发展流利。Scratch在线社区中的许多项目都非常简单或结构糟糕，由刚开始探索编码可能性的学生创建。但当学生有必要的时间和支持来发展他们的流畅性，我们看到他们如何成长为计算思考者和计算创造者。

作为一个例子，我们想要分享一个叫做Taryn的Scratch社区成员的故事，她第一次接触Scratch是在她10岁的南非学校里。几年后，在一次科学课上，塔林用Scratch软件编写了一个交互式模拟水循环的程序，包括两个控制海洋和陆地蒸发速率的滑块。总之，Taryn为这个项目创建了十几个不同的变量(图3)．

图3。Taryn的Scratch项目建模水循环。

通过这个项目，Taryn受到启发，想要帮助其他人学习变量。她决定创建一个名为你得变量并将其分享到Scratch在线社区(图4)．正如她在项目附注中所解释的那样:“我喜欢变量!它们在编程中非常有用，如果没有它们，我的大部分项目都无法完成。然而，它们有点难以理解——这就是本教程可以帮助你的地方!”Taryn还鼓励其他人进行实验:“玩得开心，尝试变量和布尔值!你尝试的越多(失败的越多!)，你就越能理解，也就越容易使用变量让你的项目变得更棒!”

图4。Taryn关于如何使用变量的教程。

Taryn通过一系列名为颜色分，故事发生在一个反乌托邦的幻想世界中，人们要接受一项测试，以决定他们在社会中的地位(图5)．塔林参与了最初的创作颜色分与她在网络社区认识的其他5名学生合作。对于Taryn来说，这个项目是探索重要社会问题的一种方式。当我们采访塔林时，她解释说:“从小到，我肯定看到了种族隔离给我的国家和人民留下的伤疤。我真的在通过这个故事中不同的角色来探索这一点。”

图5。塔林的一个颜色分动画故事。

Taryn描述了合作在发展中扮演的重要角色颜色划分。“我这样做，是为了让其他‘刮刮乐’能够贡献自己的面孔、声音、风景和音乐。这感觉不太像我自己在做的东西，更像是我们一起做的东西，”她说。“我一直被社区中发生的这种支持、合作和分享所震撼。这也是促使我每天回到Scratch的主要原因之一。”

通过她在Scratch上的工作，Taryn改变了她学习的方式。她解释说:“我变得更有信心去尝试新事物和表达自己——也更坦然地接受冒险和犯错。”“在其他语言中，你几乎害怕出错，不敢输入错误的东西，也不敢被评判。但Scratch就像玩游戏，就像把东西扔在一起，如果它们不起作用，也没关系。能够犯错是培养创造性自信的一部分。”

对我们来说，Taryn的工作是一个例子，说明学生如何通过他们在Scratch项目上的工作，发展成为计算的创造者和计算的思考者。我们看到Scratch社区的许多其他学生都经历了类似的学习轨迹。但许多学生没有得到他们所需的机会或支持，使他们能够熟练地计算，并发展成为创造性的思考者。我们怎样才能帮助更多的学生体验计算机流畅性的乐趣和可能性?

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四项指导原则

在我们的研究小组中，我们制定了四个指导原则，以支持创造性学习和计算流畅性。我们称这些原则为创造性学习的4p:项目，激情，同伴,玩了。¹⁴

这些原则提供了一个框架来指导技术、活动、课程、社区和空间的设计，以支持编码和学习。在这里，我们通过Scratch社区的例子来探索创造性学习的4p。

项目。让学生有机会参与有意义的项目(不仅仅是谜题或解决问题的活动)，这样他们就能体验到将最初的想法转化为可以与他人分享的创作的过程。

对我们来说，以项目为导向的方式向年轻人介绍编程似乎是很自然的，这样他们就能在学习编程的过程中创造性地表达自己。但许多编程入门采用了截然不同的方法，向学生呈现一系列逻辑谜题，在这些谜题中，他们需要编程动画角色从一个位置移动到另一个位置。当学生成功解决一个难题时，他们可以继续下一个。毫无疑问，学生在解决这些谜题的过程中会学到一些有用的计算概念。但是通过解决逻辑谜题来学习编码有点像通过解决填字游戏来学习写作。这不是真正流利的方法。就像学生通过写自己的故事(而不仅仅是玩文字游戏)来提高语言的流利性一样，学生通过创建项目(而不仅仅是解决谜题)来提高编程的流利性。

越来越多的学校开始转向基于项目的编程方法。例如，在一所学校，四年级的学生创建了关于这本书的Scratch项目夏洛特的网而不是写传统的读书报告。在其中一个项目中，一名学生为一头猪编程，让它在场景中移动。为了让猪看得更远，学生将它编程成更小，应用了透视的艺术概念，并使用数学计算来调整猪的大小。这个项目跨越了课程，整合了语言、艺术、数学和计算机科学的想法。在其他学校，学生们设计了许多不同学科领域的项目——在历史课上创造关于古埃及的游戏，在生物学中模拟DNA复制，在语言艺术中创造俳句的动画。

对于教师来说，通过谜题来介绍编码可能更容易，谜题可以告诉学生他们是否正确地解决了问题，或者哪里出了错。管理一个基于项目的课堂可能更具挑战性，因为不同的学生将创建不同类型的项目。然而，正是这种将想法从最初的构想发展为可分享的项目的机会，使年轻人能够发展为创造性的思考者和问题解决者。¹⁴

激情。允许学生从事与他们兴趣相关的项目。他们将工作更长、更努力，并在这个过程中学到更多。

我们设计Scratch是为了支持广泛的项目和兴趣——从美术、音乐、动画到游戏、故事和模拟。我们还确保学生可以通过引入他们自己的图像和声音来定制和个性化他们的项目。

为什么这很重要?不同的孩子有不同的兴趣，来自不同的文化，以不同的方式思考。支持进入Scratch的多种途径对确保所有来自不同背景的孩子都能从事对他们来说相关且有意义的Scratch项目是很重要的。在Scratch网站上，你可以看到各种各样的项目，从互动通讯到舞蹈教程，从历史服饰游戏到音乐节拍机，无所不包。这表明Scratch正在支持那些有着广泛不同兴趣和激情的学生。类似地，在评估Scratch课程或研讨会时，我们使用项目的多样性作为成功的衡量标准——这表明孩子们正在从事他们关心的项目。

在20世纪90年代的一篇有影响力的论文中，Sherry Turkle和Seymour Papert强调，鼓励多样化的思维和编程风格对促进公平和发展更具包容性的计算机文化至关重要。²¹他们写道:

“计算机是一种表达媒介，不同的人可以用自己的方式来制作……编程方法的多样性表明，即使是最基本的计算元素，也需要平等地接受多种认识和思考方式的有效性，这是一种认识论的多元主义。”

我们经常用“多种路径，多种风格”来指代这种想法。一些学生制定详细的计划，另一些学生则进行探索和修补。有些学生喜欢讲故事，有些喜欢制作图案。有些学生喜欢动物，有些学生喜欢运动。为了确保编码面向所有人，支持这些不同的入口点和方法是很重要的。

同行。鼓励合作和分享，并帮助学生学习建立在他人工作的基础上。

当我们的研究小组在2007年推出Scratch编程语言时，我们同时也推出了Scratch在线社区。我们希望支持学习的社会性，为学生提供相互学习的机会。这个在线社区已经发展成为一个充满活力的空间，年轻人在这里相互合作，分享超过100万个项目，每个月发表超过300万条评论。

我们从Scratchers中学到在线社区对于激励玩家持续参与的重要性。¹⁸正如一位刮刮乐玩家解释的那样:“我本可以更早退出，但后来我交到了朋友……当然，我在现实生活中也有朋友，但在其他国家有和我有相同兴趣的朋友让我经常回来和他们聊天。”

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这个在线社区已经发展成为一个充满活力的空间，年轻人在这里相互合作，分享超过100万个项目，每个月发表超过300万条评论。

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年轻人谈到了Scratch在线社区对他们重要的多个原因:

• 社区提供观众当年轻人分享他们做过的项目时，他们会从社区同伴那里得到反馈、鼓励和建议。
• 社区提供灵感通过浏览网站上的其他项目，年轻人可以为自己的项目获得新的想法。
• 社区提供连接:年轻人与来自其他城市和国家的有共同兴趣的人交朋友。

正如网上社区一位年轻人所反映的:

“当我使用这个网站时，我对其他人的项目感兴趣。这就是我学习Scratch的主要方式:通过混合、分享和创造。我在这里交了很多朋友，他们为我的项目重新组合，给我评论，教我新东西。”

随着Scratch社区参与的增加，年轻人的合作方式超出了我们最初的预期。越来越多的年轻人主动在项目和活动中联系、协调和合作。Scratch网站上大约四分之一的项目都是混音项目，学生可以在现有项目中修改或添加代码。⁴一些学生组成合作小组，创造复杂的游戏和动画，没有人能够独自创造。其他学生学习了如何通过众包(crowdsourcing)来创建项目，请社区中的其他人贡献代码、图像或声音剪辑。¹⁷

几年前，一位大学物理教授告诉我们，他的孩子们已经积极参与到Scratch社区中。我们以为他会继续告诉我们他们正在学习的编码技能和计算思想。但这并不是他最感兴趣的。相反，他很高兴他的孩子们正在参与一个开放的知识建设社区。“这就像科学界一样，”他解释说。“孩子们不断地分享想法，并在彼此的工作基础上有所建树。他们正在学习科学界是如何运作的。”

玩了。创造一个环境，让学生感到安全，可以冒险，尝试新事物，进行有趣的实验。

Scratch旨在鼓励有趣的实验和修补。就像乐高积木一样，很容易将Scratch编程块组合在一起来尝试新的想法，也很容易将它们拆开来修改和迭代。只需点击一堆Scratch块，代码就会立即运行。在Scratch编程编辑器中没有错误消息。相反，许多孩子通过有趣地试验Scratch块的不同组合来学习新的编码策略，观察他们的代码运行时会发生什么，迭代地修改他们的代码，并查看其他项目中的代码。我们认为“玩”不是一种活动，而是一种态度:一种尝试、冒险和尝试新事物的意愿。

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我们深受鼓舞地看到，越来越多的教师和学校正在寻找方法，将创造性的、表达性的编码方法整合到他们的课堂实践中。

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当我们采访长期使用Scratch的人时，我们发现许多人都是通过“胡乱摆弄”Scratch而投身于编程的。¹⁶例如，一个长期使用Scratcher的人解释说，他学习变量、事件和其他编码概念“只是通过实验”。尽管通过直接指导来教授概念似乎更有效，但我们已经看到，当学生通过有趣的实验和探索来学习时，他们变得更投入，获得了更强的能动性和自信心。我们确实在Scratch网站上提供了教程，但这些教程旨在鼓励学生结合自己的想法，做出自己的变化，而不仅仅是遵循一步一步的指导。

Scratch社区指南强调尊重和友好的重要性，并明确指出Scratch“欢迎所有年龄、种族、民族、宗教、能力、性取向和性别认同的人”。¹⁹尊重的沟通和包容已经成为有经验的参与者与新人和其他人交流的准则。¹⁰一个互相尊重的社区是实现Scratch目标的必要条件。当人们感到周围都是关心和尊重他们的同伴时，他们就更有可能去玩——也就是说，去尝试新事物，去冒险，这是创造过程中必不可少的一部分。

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将4p付诸实践

从我们对过去十年全球Scratch活动的观察中，我们看到了项目、激情、同伴和玩耍在支持计算流畅性发展方面的价值。但我们也看到，在当今以标准为基础、以评估为驱动的教室的现实中，将这四项原则付诸实践并不容易。

我们深受鼓舞地看到，越来越多的教师和学校正在寻找方法，将创造性的、表达性的编码方法整合到他们的课堂实践中。例如，在华盛顿州塔科马市的一所公立高中，计算机科学老师贾莉萨·特拉普(Jaleesa Trapp)想为她的学生提供一个在对他们有意义的项目背景下学习计算概念的机会。Jaleesa注意到她的许多学生喜欢在网上观看操作视频，所以她建议他们使用Scratch创建自己的操作教程。

学生们创造了各种各样的项目:如何钩针编织，如何使用3D打印机，以及如何制作视频游戏等等。学生们设计他们的项目是为了让不同能力的用户能够访问它们。为了创建他们的项目，学生需要研究他们的主题，开发原型教程，与其他学生测试他们的原型，修改他们的项目，最后向朋友和家人展示他们的项目，并在网上与更广泛的观众分享。

这次活动很好地符合4p原则，因为学生们是基于自己的热情，在与同龄人的合作中，以一种有趣的精神进行项目。但是这项活动也很好地符合计算机科学和工程标准，因为它涉及到计算机程序的迭代设计、测试、调试和改进。^3.，12通过完成项目，学生们了解了重要的计算概念和实践(例如使用控制结构和提高可用性)。

Jaleesa还想要一种对学生有意义的评估方法。因此，在他们开始设计之前，她要求学生们帮助制定一个评估项目的标准。他们首先确定了教程视频的特点，并共同决定哪些标准是最重要的，应该包括在“规则栏”中。通过对评估标准的贡献，学生们形成了对目标的共同理解，并致力于实现这些目标。

Jaleesa指出，许多计算机科学项目根据学生在项目中使用多少不同的编程块来评估他们。Jaleesa担心，关注这个指标可能会导致学生简单地添加编程块来满足需求，而不理解不同块的目的。相反，Jaleesa班上的学生以一种真实的方式使用各种各样的编程模块。因为学生们正在设计如何支持可访问性的项目，他们自然需要协调多个事件，合并多种类型的媒体，并响应不同类型的用户输入。

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下一个十年

我们正处于一个机遇和挑战并存的时刻。即使新技术已经流入学校，新的编码计划已经被采用，大多数教育机构的核心结构基本上没有改变。如果新技术和新的编码计划要实现它们的承诺，我们必须打破教育系统中的结构性障碍。

我们需要打破学科间的障碍，为学生提供参与整合科学、艺术、工程和设计的项目的机会。我们需要打破跨越年龄的障碍，让各个年龄层的人互相学习。我们需要打破跨越空间的障碍，将学校、社区中心和家庭的活动联系起来。我们需要打破跨越时间的障碍，使孩子们能够在数周或数月的时间里从事基于兴趣的项目，而不是将项目挤进一个课时或课程单元的限制中。

打破这些结构性障碍是困难的。这需要人们改变对教育和学习的看法。人们不应该把教育看成是一种传递信息的方式，而应该看成是一种支持学生探索、实验和表达自我的方式，这样学生才能培养在当今快速变化的世界中蓬勃发展所需的创造力、协作能力和沟通能力。

这些结构和心态的改变需要许多地方、许多层次的许多人的努力。已经有老师、学校，甚至整个学区都在实施新的、创造性的编程和学习方法。我们需要在这些例子的基础上支持更广泛的变革。任何单独的政策、个别的学校或个别的技术都不能凭一己之力带来改变。我们需要一场运动，让教育生态系统各个部分的人——教育者、管理者、研究人员、课程开发人员、工具开发人员和政策制定者——以新的方式思考编码，以新的方式思考学习。

我们正处在一个十字路口。十年后，我们希望我们可以回顾并报告这十年的教育变革。在这十年中，学校为学生提供了他们所需的时间、空间、支持和鼓励，使他们能够熟练掌握新技术，从而帮助塑造明天的社会。

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致谢

许多人都为Scratch的设计、开发和支持做出了贡献，特别是麻省理工学院媒体实验室的终身幼儿园小组和Scratch基金会的Scratch团队的成员。我们感谢美国国家科学基金会支持Scratch的初步研究和开发，也感谢西格尔家族捐赠基金、乐高基金会和其他支持者使Scratch能够免费提供给全世界的年轻人和教育工作者。

数字观看作者在独家报道中讨论这项工作通信视频。//www.eqigeno.com/videos/coding-at-a-crossroads

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