指定配對編程策略的實證研究

趙福生 劉力

摘要：隨著新課標、新教材的實施，通過編程教育培養學生的計算思維受到高度關注。配對編程被認為是課堂上一種有效的教學方式。然而，如何配對更能充分發揮其作用，鮮有研究。文章采用準實驗法，通過比較控制班和實驗班的后測成績，驗證指定配對編程策略的效果。研究發現：指定配對編程模式下的中等生在編程技能上顯著提升，學困生的問題解決能力明顯提高，因此，教師的指導將更有針對性。

關鍵詞：指定配對編程;自由組合;編程技能;問題解決能力

中圖分類號：G642 ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）35-0172-03

The Empirical Research on the Designated Pairing Programming Strategy

ZHAO Fu-sheng， LIU Li

（College of Teacher Education， Shenyang Normal University， Shenyang 110034，China）

Abstract： With the implementation of new curriculum standards and new teaching materials， the great attention has been attracted on cultivating computing thinking through programming education. Pairing programming is considered to be an effective teaching method in the classroom. However， there is little research on how to match to give its full role. The quasi experimental method is adopted to verify the effect of the designated pairing programming strategy by comparing the post-test results of the control class and the experimental class. The study found that： under the designated paired programming mode， the middle level students have significantly improved their programming skills and the problem-solving ability of weak-learners. Therefore， the teacher's guidance will be more targeted.

Key words： designated pairing programming; free pairing; programming skills; problem-solving ability

1 引言

1.1研究背景

2017年，我國發布《普通高中信息技術課程標準》，明確將計算思維能力作為信息技術學科的核心素養[1]，計算思維培養的目的是讓學生用計算機的思維方式去解決問題，提高問題解決的邏輯思維能力，而編程學習是培養計算思維的重要載體[2]。然而，我國的編程教育整體還處于初級階段[3]，在中小學實行編程教育一直以來是一個難題，經過大量研究，學界提出配對編程是一種有效解決方式。配對編程，也稱結對編程，是一種協作教學法，它依靠雙人使用一臺計算機協作完成編程任務。國內外很多研究表明，它不僅能提高程序設計質量，減少錯誤，增強相互溝通[4]，也是培養學生計算思維的有效方法[5-6]。雖然配對編程的兩個人分工明確，但如何分配學生作為一組配對，是自由組合還是指定搭配，并沒有類似研究，因此，本研究力圖探索一種分配方式并驗證其效果。

1.2研究問題

根據研究目標，本研究確定以下兩個研究問題：

①與自由組合的分組相比，采用指定分組的配對策略是否顯著提升了所有學生的編程技能？

②與自由組合的分組相比，采用指定分組的配對策略是否顯著提升了所有學生的問題解決能力？

2 研究設計

2.1研究樣本

本研究選取沈陽某高中二年級兩個班級共80名學生作為研究樣本，每個班級40人，兩個班級一年級下學期的信息技術期末考試平均成績幾乎一樣，且無統計上的顯著差異。該校一年級開設新教材必修一、二，二年級上學期開設選擇性必修一。

2.2研究方法

本研究采用準實驗法開展研究，A班作為控制班，自由組合配對，B班作為實驗班，采用指定配對法。兩個班級的其他變量都是相同的，如授課教師、課時、教材、教案等。

在數據的搜集和分析方法方面，本研究主要采用統計分析方法來檢驗兩個班級學生編程技能和問題解決能力方面的差異。

2.3研究假設

本研究建立如下兩個假設：

（1）與自由組合的分組相比，采用指定分組的配對策略顯著提升了部分學生的編程技能;

（2）與自由組合的分組相比，采用指定分組的配對策略顯著提升了部分學生的問題解決能力;

2.4研究程序

本研究的程序包括三個階段：第一個階段，針對學習者的編程技能和問題解決能力進行前測，從而確保兩個班級在編程技能和問題解決能力方面具有相同水平。此外，還對學習者進行Python3.8 IDLE和流程圖操作的培訓。第二個階段，開展實驗階段。兩個班級均根據前測成績進行排名，但是排名順序不公開，目的是比較對應層次學生的成績，第1～10名為優秀生，11～30名為中等生，31～40名為學困生，經過比較，兩個班級的優秀生、中等生和學困生的平均成績也分別相差無幾。實驗班教師將一名優秀生與一名學困生組合，偏上中等生和偏下中等生組合。此過程由教師編寫一段代碼用計算機自動分配，組合的兩個人在一個學期保持一致，不改變搭檔對象。兩個班級均采用講授理論后的任務驅動方式協作完成編程。首先，教師進行理論授課;其次，按照配對模式完成編程任務;最后，每個任務完成后，兩個班級都要進行小組分享作品，教師總結。協作學習中，教師隨機指導。第三個階段，對學習者的編程技能和問題解決能力進行后測。在測試前，讓學生熟悉測試環境及工具的使用，清楚輔助答題單的使用。

2.5研究工具

本研究采用的研究工具主要包括編程技能測試題目、輔助答題單和Python IDLE工具。

編程技能測試題目

主要測試學生對幾種數據結構及Python基本應用的掌握程度。前測題目主要包括三種邏輯結構，簡單算法（如輾轉相除法）和Python基本操作三大模塊。題目以Python代碼、文本和圖片相結合的方式呈現，沒有閱讀障礙。后測題目主要考查學生解決實際問題的編程技能。

②輔助答題單

它允許學生在敲代碼前，將解答思路以文本或偽代碼形式描述出來，將代碼邏輯結構以流程圖形式描述出來。答題單上要明確回答幾個問題：（1）該任務可分解為幾個任務？（2）寫出每個任務的流程圖或偽代碼（3）每個任務用到了什么數據結構？（4）每個任務用到了什么算法？

Python IDLE

IDLE是Python3.8自帶的一個集成開發環境，無須另外安裝。它可以方便地創建、運行和調試Python程序，是學生答題的主要工具。

3 研究結果

為了檢驗指定分組的配對編程策略對編程技能和問題解決能力的影響，對控制班和實驗班的總體后測成績和三種知識水平學生的成績進行比較，統計方法采用平均值和獨立樣本t檢驗，比較結果見表1。

3.1編程技能

編程技能測試主要衡量學習者動手編程的操作技能，包括邏輯結構的運用能力，代碼的編寫調試能力，Python基礎知識的掌握能力等，分析數據來源于上機編程的實際分數，比較結果見表2。

3.2問題解決能力

問題解決能力主要考查學習者對編程任務的認知能力、抽象能力、分解能力、轉化為代碼的執行能力等，分析的數據主要來源于輔助答題單分數，比較結果見表3。

4 討論

4.1中等生編程技能提高的原因

實驗班中等學生在編程技能中表現更為優異，筆者深入分析原因，在于這部分學生的基礎知識儲備比較充足，水平差異不大，在協作學習過程中，互為“支架”，互相取長補短，填補了知識漏洞，從而幫助學生鞏固技能。通過將后測題目細分并分析得分情況看，在編程語法、數據類型的操作等基礎知識的識記與運用上，中等生與優秀生的表現趨于相同，但是在問題解決能力上沒有明顯進步。已有研究表明，中等生與優秀生之間的差距緣于邏輯推理能力方面[7]。

4.2學困生問題解決能力提高的原因

實驗班的學困生在問題解決能力上與控制班學生有顯著差異，深入分析原因，發現學困生通過“密接”優秀生，對問題的分析能力從模仿到遷移再到內化發生轉變。“具身認知”理論認為，環境、身體、認知之間是不可分離，相互嵌套的[8]。行為能夠影響思維，復制行為也就可以復制思維[9]。但是學困生的編程技能并未提高，平均分還稍低于控制班，筆者分析原因有二：一是在優秀生和學困生的協作中，對任務的綜合辨析能力可以“傳遞”，但是編程技能需要學困生反復、主動的練習才能提高;二是在編程技能上，學困生與中等生的差距小于學困生與優秀生的差距，所以中等生對學困生的幫助更大，反之，優秀生的水平超過了學困生的最近發展區，可能會出現支架與最近發展區的失衡[10]。

4.3在指定配對策略中教師的指導傾向

根據實驗結果，在指定配對協作學習的課堂上，教師的指導應更有針對性。在解決有難度的任務時，著重指導中等生小組，培養他們的綜合分析能力;在解決一般任務時，多關注“優秀生-學困生”小組中的學困生，及時發現他們在編程技能上的缺陷并提供幫助。在評價和小組任務展示時，多給中等生和學困生機會。

5 結語

本研究經過一個學期的實證研究，探索了指定配對分組策略對于高中生在編程技能和問題解決能力方面的影響。實驗數據表明，采用指定配對分組策略能夠顯著提升中等生的編程技能和學困生的問題解決能力。本研究也存在兩方面的不足：第一，由于研究條件所限，研究樣本量較小，未來研究將進一步擴大樣本，并在不同學校開展實證研究，進一步驗證指定分組配對策略的效果。第二，本研究只針對高中二年級學生，未來將選擇其他研究對象進一步探索。

經過本研究的探索，筆者建議采用指定配對分組的策略，在合作學習中，教師的指導要有針對性，及時發現學生的問題并給予幫助，縮小優秀生、中等生和學困生之間的差距，促進共同進步，從而促使學習者更加熱愛編程，提升計算思維和創新意識。

參考文獻：

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[8] 盧國慶，劉清堂，鄭清，等.智能教室中環境感知及自我效能感對個體認知投入的影響研究[J].遠程教育雜志，2021，39（3）：84-93.

[9] 劉錦宏，宋明珍，張玲穎，等.VR沉浸式閱讀效果及其影響因素研究[J].出版科學，2020，28（3）：29-35.

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【通聯編輯：王力】