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计算思维走向2.0|学习支架类型对不同元认知水平学生学习成绩和计算思维的影响研究

当数据变得越来越重要，AI已经成为一个新的计算思维教育起点。在此关键节点上，《中国信息技术教育》杂志特设专刊，呈现了第八届APSEC计算思维与STEM教育国际会议（CTE-STEM2024）的优异成果，旨在全面展现各学段的教师对计算思维的理解、研究和做法，并让读者真正可借鉴、可操作。

本研究旨在探讨学习支架类型对不同元认知水平学生学习成绩和计算思维的影响。温州市某小学四年级83名学生参与了为期六周的实验，被分配至实验1班（n=41）和实验2班（n=42）。实验1班的学生采用反思型学习支架进行干预，实验2班的学生则采用支持型学习支架进行干预。

实验结果表明，在计算思维和元认知倾向方面，学习支架类型与元认知水平具有交互作用。对于低元认知水平学生而言，支持型学习支架比反思型学习支架更有利于提升他们的计算思维倾向和元认知倾向。然而，学习支架类型和个体元认知水平之间的交互对学习成绩没有显著影响。

●引言

随着数字化时代的到来，计算思维被认为是21世纪青少年的一项重要思维技能。计算思维指的是利用计算机科学的基本概念来解决问题、设计系统和理解人类行为的一系列思维活动。计算思维强调通过对任务的抽象和分解，将复杂的任务逐步自动化。

然而，在实际执行任务时，学生往往难以将庞大而复杂的问题拆分为若干个更易处理的小问题，这种困难影响了他们成功解决问题的能力。研究表明，如果没有适当的指导，学生在发展计算思维技能方面面临着重大挑战。因此，研究者认为可以给学习者提供学习支架，帮助学习者将高难度任务分解。

研究证明，不同的学习支架类型对学生的影响是不相同的，近期有更多的研究比较了不同学习支架类型的优势。支持型学习支架能够指导学习者考虑什么以及如何将想法联系起来，反思型学习支架通过元认知问题帮助学习者澄清他们的反思过程。

许多研究都报道了学习支架可以提高学习者解决问题的能力，并对学习成就产生积极影响。然而，他们并未证明对不同学生而言哪种学习支架类型最为有效。此外，研究表明，由于学生元认知水平不同，学生的解决问题的能力有所差异，从而会影响到学习效果。元认知水平高的学生解决问题的能力会更高，而元认知水平低的学生在问题解决活动中可能更需要帮助。

因此，针对不同元认知水平的学生应该提供不同的学习支架。综上所述，本研究旨在探讨学习支架类型对不同元认知水平的学生的影响差异。

研究问题如下：①学习支架类型对不同元认知水平学生的学习成绩是否有影响？②学习支架类型对不同元认知水平学生的计算思维倾向是否有影响？③学习支架类型对不同元认知水平学生的元认知倾向是否有影响？

●研究方法

01

研究对象

本实验选择了温州市某小学四年级的83名学生，他们的平均年龄为11～12岁，被分配至两个班。其中一个班为实验1班（n=41），另一个班为实验2班（n=42）。学生信息均做匿名处理。

在实验班级内部，通过收集实验对象元认知倾向问卷数据进行处理，根据元认知水平的高和低将实验对象各分为两组。两个班由同一位教师授课，学习时间与课程内容相同。

02

研究背景

本实验选取了浙江省义务教育教科书四年级信息技术教材中的部分内容作为主要的学习内容。在实验过程中，支持型学习支架以提示和视觉材料的形式呈现，提供课堂知识内容和学习者需要接受的指导。

反思型学习支架由探索性问题、暗示、总结等部分组成，为学习者提供了元认知问题，帮助他们回顾学习内容和反思学习过程。

在为期四周的学习过程中，指导者没有提供额外的支持来控制实验。每次在完成支架的设计后，都交由具有4年教学经验的实验学校的教师进行检阅和修改。

03

研究工具

本研究采用的测量工具包括学习成绩前后测、计算思维倾向问卷和元认知倾向问卷。其中，学习成绩的前后测由笔者结合学生所学知识自主出题，试卷完成后由该领域专家和经验丰富的信息技术教师共同检阅通过，难度适合四年级学生的水平。前后测都包含10道选择题。每套题目中都含有两个反向思维题，每题10分，共计100分。前后测试题的组成结构大致相同，且难度相差不大。

计算思维倾向问卷改编自Huang,Y.和Zheng,X.开发的量表。它由6道题目组成，采用5点李克特量表评分方案（非常同意、同意、一般、不同意、非常不同意）。问卷的Cronbachsalpha值为0.763。

元认知倾向问卷改编自Lai,C.-L.和Hwang,G.-J.开发的量表，包含5个条目，其Cronbachsalpha值为0.757。问卷采用5点李克特量表进行评分，分值从1至5，依次代表“完全不同意”“不同意”“中立”“同意”和“完全同意”。

04

实验流程

本实验共持续六周，每周一课时，每次课45分钟。在第一周，学生需要完成前测和前问卷。从第二周至第五周，教师授课