中学生协作编程学习过程中论证的特点、干预及其效果研究

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随着人工智能的发展,计算思维成为每个人都要具备的一项基本技能。时代发展助推了教育变革,计算思维的培养成为教育教学研究的领域热点,初中生作为社会建设与发展的重要力量来源,其计算思维的培养显得尤为重要。计算机编程课程是计算思维培养的集中体现,算法思维作为计算思维基本思想运行的本质,使得算法学习成为编程教学中培养计算思维的核心路径。编程语言的复杂性以及初中生的认知发展不成熟,运用编程来学习算法面临诸多困难,所以教育研究者采用协作编程的策略来进行算法教学。本研究依托学生在协同论证中的思维特征,设计并实施教学干预以促进学生算法思维的形成与发展,并进一步探究了学生算法思维的发展路径。本研究以图尔敏论证理论、认知发展理论、建构主义理论以及活动理论为指导,在初中Python课堂中实施协作编程教学活动,根据学生在协同论证中的思维特征,设计并实施教学干预使学生建立一种科学、合理的协同论证规范,以促进学生算法思维的发展。本研究的主要工作包括以下四个方面:(1)分析有关编程算法和协同论证的相关文献,对图尔敏论证模式进行拓展,并应用于协同论证教学;制定基于算法学习环境的协同论证结构质量判断的框架,为理解学生的算法思维提供分析工具。(2)利用本研究制定的协同论证结构质量判断的框架对学生的论证话语进行分析,得到学生算法学习过程中的协同论证结构,根据其特点进行分类,通过对学生的编程算法程序进行量化分析,比较不同类型的协同论证结构之间的质量差异,以寻求一种科学合理的算法思维模式。(3)针对不同的协同论证结构类型设计教学干预,教师在协同论证中分层次地向学生提供教学干预,引导学生的协同论证进程,共开展三轮干预活动。(4)教学干预促进学生算法思维发展的效果分析。一是通过发放Python相关测试题以及自我效能感量表测试初中生编程概念理解和自我效能感的表现情况,二是通过分析学生在三轮学习干预中协同论证结构类型的变化,总结学生算法思维的发展路径,并探究发生该转变的内在原因。通过以上工作的开展,本研究得到以下研究成果。(1)本研究制定了基于算法学习的论证话语分析框架,既保留了协同论证元素及结构的一般特性,又能凸显学生的算法学习要素。(2)本研究通过对学生的论证话语结构进行分析,发现学生的算法思维类型表现为螺旋结构、关联结构、顺序结构以及分散结构四种,其中,螺旋结构的算法水平最高,关联结构次之,分散结构的算法水平最低。(3)本研究在算法学习的教学阶段实施教学干预,使学生的算法思维模式发生了转变,算法水平得到了提升。通过统计分析发现学生的算法思维发展有三条路径:稳定式、前进式、跳跃式。其中跳跃式发展路径又表现为三种形式:趋稳型、上升型、下沉型。通过分析三条路径类型的学生在三轮干预中协同论证结构的具体变化以及对学生的访谈,深入探究了三种发展路径产生的原因。
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