不插电或插电式的编程学习：一个比较性的实验研究

不插电或插电式的编程学习：一个比较性的实验研究

　　什么软件看电视剧不要会员,炒股软件会员,洗车会员刷卡软件下载近年来，计算机编程再次出现在学校课程中，目的是为了传递知识和技能，而不再是简单的编码能力。然而，这个学科有不同的教学方式，很少有实验研究比较插电和不插电式的编程学习。本研究的目的是强调插电式或不插电式学习对学生的成绩和主观体验的影响。为此，我们设计了一个实验研究，将217名小学生分为两组，我们测量了他们对计算概念的了解、解决算法问题的能力、对教学的动机、自信心和对科学的态度。两种情况下的编程课程被设计成相似的，只有工具不同。插电组使用计算机和Scratch软件，而不插电组则使用纸质指令、图片、小雕像和身体动作。结果显示，插电组的学习成绩更好。此外，尽管两组的学习动机都略有下降，但这种下降只有在不插电的情况下才明显。性别似乎也是一个重要的因素，因为女孩表现出较低的测试后动机和较低的意愿在学校范围外继续他们的编程实践。然而，这种对动机的影响只在插电组中可以观察到，这表明教育编程软件可能有一个积极的但有性别差异的动机影响。

　　本研究的目的是研究儿童在小学毕业时如何学习编程，取决于这种学习是不插电还是插电。这项比较研究是在2021年1月和2月进行的。在五周内进行了10次45分钟的学习课程。介绍的关键编程概念是：算法、指令、循环、条件和变量。该实验与法国的课程相一致，根据该课程，4至6年级的学生必须知道如何 使用编程软件对机器人或屏幕上的人物的动作进行编程。

　　来自法国南部的217名五年级学生（113名女生）参加了该实验。班级被随机分配到两组：插电组4个班（N = 84名学生），非插电组6个班（N = 133名学生）。这两组在性别平衡方面是同质的，每组涉及4个不同的学校。在实验之前，没有学生曾经上过编程课程。我们的研究只接受普通教育情况下的学校的班级。因此，我们通过不招募 优先教育 地区的学校来控制参与者的选择。通知我们愿意参加这个实验的教师被随机分配到每个条件下（每个条件下至少有4个班，以防止两组人员之间的不平衡）。我们的研究是准实验性的：教师（和他们各自的班级）被随机分配到每组，而不是学生。10名有多年专业教学经验的教师参加了这项研究（5名女性）。教师们得到了10个编程课程，他们必须在自己的班级里实施。教师参与这项研究是自愿的。

　　在插电组中，学生们使用Scratch 3.0教育编程软件，并学习以编程块的形式操作指令。活动中只使用了电脑。没有向学生提供平板电脑、手机或其他数字设备。我们对每个班级的实验环境进行了控制，在插电组中确保这些班级有足够的电脑设备（3或4个学生一台电脑），在不插电组中我们自己提供必要的设备。

　　在不插电组中，使用了纸质说明。这些说明再现了Scratch上的编程块：编程块的文字和颜色都是一样的。在学习过程中，学生们被要求以与Scratch上的编程块相同的方式组装这些 纸质编程块，以构建他们的算法。

　　在一位专门研究数字技术和小学编程课程的教育顾问的帮助下，每个实验组进行了10次编程课程。在这一过程中发展的概念、技能和活动在两个实验条件下非常相似。两组之间唯一的主要区别是使用（或不使用）Scratch编程软件。

　　为了制作这些新的评估工具，我们有时会使用经过心理测量验证过程的现有调查问卷。我们根据我们的情况对这些测试进行了调整，必要时将其翻译成法语。

　　为了评估学习表现，我们设计了一个掌握计算概念的测试和一个算法测试。这两个测试在449名四年级到九年级（9-15岁）的学生中进行了验证。将来自不同学校级别的学生包括在内，使我们能够从具有不同编程实践水平的主体中受益。他们的编程实践水平与他们在这两个测试中的表现呈正相关（掌握计算概念测试的r=0.60；算法测试的r=0.58），表明了有效性。

　　前测和后测是在第一次和最后一次课程中进行的。在这两个阶段之间，有8节课专门用于编程教学。在前4次教学中，学生们被介绍了练习编程所需的基本计算概念，并学会了操作指令来建立编程动作和与物体（真实或虚拟）互动的算法。在最后4个教学环节中，学生必须实现一个创造性的项目。图1总结了这些课程的设计。

　　在每个实验条件下（不插电或插电），学生以小组形式工作（每组3-4名学生）。在第2、第3和第5节课结束时，用5分钟时间写下总结课堂上看到的主要元素的痕迹。这种书面记录在两种情况下都是以同样的方式收集的。

　　数据的可靠性是用麦克唐纳的ω系数计算的，并表明结果足够高（ω=0.79）。

　　在不插电组中，总分的测试前/测试后的演变并不显著，与自信心有关的分项得分的演变也不显著（一般或与编程有关）。另一方面，结果显示该组的动机明显下降（F（1，215）=6.15；P=0.014；D=0.34）。在插电组中，无论是总分还是三个不同项目类别的结果，测试前/测试后的演变都不明显。

　　在不同的测试（对科学的态度、动机和自信心、对计算概念的掌握、算法）中，男孩和女孩的总分没有明显差异。在测试前，男孩和女孩的动机水平非常接近，但测试后显示出有利于男孩的统计学上的显著差异（F（1，182）=9.06；P0.01；D=0.44）。关于另外两个项目，我们也观察到男孩在第19项（F(1, 197) = 4.54; p .05; d = 0.30）或第20项（F(1, 197) = 10.18; p .01; d = 0.46）的得分比女孩高。请注意，第20项的效应大小更大。

　　我们的研究显示，与不插电的学习相比，教育编程软件的好处。使用Scratch的学生表现出对计算概念的更好掌握和解决算法问题的更大能力。关于主观体验，似乎使用Scratch的学生更容易将动机保持在高水平。结果也证实了性别的影响，不是对学习成绩的影响，因为男孩和女孩的学习成绩相似，而是对动机和进行亲身编程活动的意愿的影响，女孩的动机和意愿较低，但只是在插电组。

　　这个实验提供了关于用于教授编程的设备的相对有效性的答案，这个问题在文献中没有得到充分的调查。在这项研究中，我们使用了一个相当大的样本，至少与以前的研究相比，这加强了我们研究结果的可靠性。然而，需要新的实验数据来证实我们的结果并进一步解释观察到的差异。随着编程学习逐渐进入（或重新进入）学校课程，有必要为教师提供严格的实证研究，说明应该如何根据既定的学习目标来教授这个科目。我们希望，我们的工作将鼓励教育专业人员认识到插入式方法的重要性，以提高学生在编程学习中的表现。

　　东南大学百研工坊：21世纪是我国创新型人才培养的关键期。东南大学百研工坊（儿童发展与教育研究所）是国内从事科学教育研究的专业团队，结合教育学、心理学、认知科学和现代信息技术，开展面向基础教育阶段的科学教育研究，包括：青少年科学教育、STEM教育、人工智能教育和科学素养评价研究，希望与广大科学教育工作者一起努力，为我国科学教育事业的发展做出贡献！