高中生計(jì)算思維能力對(duì)編程學(xué)習(xí)意愿的影響研究

鄭可欣　肖冰

關(guān)鍵詞：學(xué)習(xí)意愿；計(jì)算思維；編程學(xué)習(xí)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2022）36-0149-02

1 引言

2022年聯(lián)合國(guó)教科文組織發(fā)布的《K-12人工智能課程圖譜：政府認(rèn)可的人工智能課程》報(bào)告中，人工智能基礎(chǔ)教育課程的開發(fā)框架被明確指出，其中算法和編程是使用人工智能技術(shù)的基礎(chǔ)[1]。在人工智能時(shí)代，編程學(xué)習(xí)受到了廣泛重視。目前關(guān)于中小學(xué)編程教育的研究主要集中于編程教學(xué)模式、教學(xué)策略、編程工具、教學(xué)效果等方面，對(duì)于編程學(xué)習(xí)意愿影響因素等方面的研究較少[2]。雖然學(xué)界已有編程學(xué)習(xí)能夠促進(jìn)計(jì)算思維發(fā)展的共識(shí)，但在實(shí)際編程教學(xué)中一些學(xué)生的學(xué)習(xí)意愿不高，進(jìn)而導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果不夠理想，無法達(dá)到培養(yǎng)高階思維能力——計(jì)算思維的目的。

目前對(duì)于如何培養(yǎng)計(jì)算思維的研究多聚焦于編程學(xué)習(xí)，通過Scratch、Python、C語言程序設(shè)計(jì)語言的學(xué)習(xí)，達(dá)到培養(yǎng)高階思維能力的目的。較少關(guān)注學(xué)生是否有意愿參與編程學(xué)習(xí)和學(xué)生已有的計(jì)算思維能力對(duì)編程的影響。根據(jù)期望價(jià)值理論的有關(guān)研究，當(dāng)學(xué)生認(rèn)為達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)的可能性越大，學(xué)生的學(xué)習(xí)意愿越強(qiáng)烈[3]。學(xué)生已有的計(jì)算思維能力可能會(huì)影響對(duì)掌握編程知識(shí)可能性的判斷，從而影響編程學(xué)習(xí)意愿。學(xué)習(xí)意愿直接影響學(xué)習(xí)行為，較低的學(xué)習(xí)意愿則可能導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)投入不夠，進(jìn)而影響學(xué)習(xí)效果[4]。本研究將探索學(xué)生已有計(jì)算思維能力對(duì)編程學(xué)習(xí)意愿的相關(guān)影響，促進(jìn)編程課堂高效教學(xué)。

2 關(guān)鍵概念

美國(guó)學(xué)者布倫南（Brennan）和雷斯尼克（Resnick）曾經(jīng)通過Scratch的在線社區(qū)活動(dòng)和研討會(huì)等活動(dòng)，將計(jì)算思維分解為計(jì)算概念、計(jì)算實(shí)踐與計(jì)算意識(shí)三個(gè)維度，這項(xiàng)研究成為其他學(xué)者在選擇培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維課程的重要依據(jù)[5]。計(jì)算思維的測(cè)評(píng)工具主要基于以上3個(gè)維度進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)。白雪梅和顧小清以中國(guó)學(xué)生為研究樣本，開發(fā)了K-12階段的本土化計(jì)算思維測(cè)量工具[6]。陳興冶等人開發(fā)了適合本土高中學(xué)生的計(jì)算思維評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[7]。

學(xué)習(xí)意愿指學(xué)習(xí)者完成學(xué)習(xí)任務(wù)的意愿，學(xué)習(xí)意愿的強(qiáng)烈與否和多種因素有關(guān)，如績(jī)效期望、自我效能感、社會(huì)影響等[8]。周仕河認(rèn)為學(xué)習(xí)意愿是學(xué)生在進(jìn)行學(xué)習(xí)活動(dòng)時(shí)的綜合心理狀態(tài)，能夠反映了學(xué)生對(duì)于完成學(xué)習(xí)目標(biāo)的興趣、態(tài)度和動(dòng)機(jī)程度，這種心理狀態(tài)也給教師的教學(xué)提供更多的依據(jù)[9]。

3 研究設(shè)計(jì)

3.1 研究對(duì)象

本研究以西安市某中學(xué)高一年級(jí)C語言課程為例，通過隨機(jī)抽樣，向參加課程學(xué)習(xí)的學(xué)生以問卷星的形式發(fā)放問卷，參與此次調(diào)查的學(xué)生皆為自愿參與，回收問卷172份，去除答題時(shí)間不足100秒的問卷，有效問卷166份。

3.2 問卷設(shè)計(jì)

本研究的計(jì)算思維評(píng)價(jià)量表，采用了陳興冶等人開發(fā)的本土化計(jì)算思維評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[7]，分為計(jì)算思維技能和計(jì)算思維態(tài)度兩個(gè)維度，依據(jù)二級(jí)指標(biāo)和關(guān)鍵指標(biāo)，設(shè)計(jì)了包含30個(gè)題項(xiàng)的評(píng)價(jià)量表。C語言編程學(xué)習(xí)意愿評(píng)價(jià)量表，改編自DAVIS[10]和LIN[11]等關(guān)于學(xué)習(xí)意愿的量表。問卷采用李克特五級(jí)量表，從1 到5分別代表“非常不同意”到“非常同意”。

4 研究結(jié)果分析

4.1 信效度分析

本研究采用Cronbach α系數(shù)對(duì)問卷中的數(shù)據(jù)進(jìn)行信度分析，使用KMO和Bartlett檢驗(yàn)進(jìn)行效度檢驗(yàn)，分析結(jié)果如表1所示，由表中可以看出，測(cè)量的變量“計(jì)算思維”和“學(xué)習(xí)意愿”的信度系數(shù)Cronbach α值均大于0.9，說明本研究中問卷信度較高。問卷效度分析結(jié)果中，兩個(gè)變量的KMO值均大于0.9，Bartlett 檢驗(yàn)的p 值均小于0.05，通過Bartlett 檢驗(yàn)，說明本問卷的效度較高。

4.2 描述性統(tǒng)計(jì)

通過對(duì)樣本數(shù)據(jù)的描述性分析，如表2所示。樣本中學(xué)生計(jì)算思維的中位值在4.45，平均值為4.276，學(xué)習(xí)意愿的中位值為4.2，平均值為4.090。其中有63位同學(xué)的計(jì)算思維能力得分為5，在樣本中的比例為37.95%，計(jì)算思維得分低于3（包含3）的學(xué)生比例為9.64%。有47位同學(xué)的學(xué)習(xí)意愿值為5，在樣本中的比例為28.31%，學(xué)習(xí)意愿低于3（包含3）的學(xué)生比例為13%。從數(shù)據(jù)中可以看出，該樣本中大部分學(xué)生具有較高的計(jì)算思維能力和比較強(qiáng)烈的編程學(xué)習(xí)意愿，但仍有學(xué)生的計(jì)算思維能力沒有在以往的課程中得到鍛煉，小部分學(xué)生的編程學(xué)習(xí)意愿不強(qiáng)。

4.3 相關(guān)性分析

對(duì)學(xué)習(xí)意愿與計(jì)算思維兩個(gè)變量進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，由于樣本量大于50，故采用K-S檢驗(yàn)，結(jié)果如表3 所示，學(xué)習(xí)意愿與計(jì)算思維均呈現(xiàn)出顯著性（p<0.05），意味著學(xué)習(xí)意愿、計(jì)算思維均不具有正態(tài)性特質(zhì)。但兩者峰度的絕對(duì)值小于10并且偏度絕對(duì)值小于3，則說明數(shù)據(jù)盡管不是絕對(duì)正態(tài)，基本可接受為正態(tài)分布。

為探究計(jì)算思維能力與C語言學(xué)習(xí)意愿的相關(guān)性，由于數(shù)據(jù)不具有絕對(duì)的正態(tài)性特質(zhì)，本研究分別采用了Spearman 和Pearson 驗(yàn)證兩者的相關(guān)關(guān)系，如表4和表5所示。在使用Spearman 相關(guān)系數(shù)計(jì)算時(shí)，學(xué)習(xí)意愿和計(jì)算思維之間的相關(guān)系數(shù)值為0.858，并呈現(xiàn)出0.01水平的顯著性，而使用Pearson 相關(guān)系數(shù)時(shí)，學(xué)習(xí)意愿和計(jì)算思維之間的相關(guān)系數(shù)值為0.870，并且呈現(xiàn)出0.01水平的顯著性。兩者皆可說明學(xué)習(xí)意愿和計(jì)算思維能力之間有著顯著的正相關(guān)關(guān)系。

將計(jì)算思維作為自變量，將學(xué)習(xí)意愿作為因變量進(jìn)行線性回歸分析，分析結(jié)果如表6所示，模型公式為：學(xué)習(xí)意愿=0.153 + 0.921*計(jì)算思維，模型R2 值為0.756，意味著計(jì)算思維可以解釋學(xué)習(xí)意愿的75.6%變化原因。VIF 值小于5模型無共線性。對(duì)模型進(jìn)行F檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)模型通過F 檢驗(yàn)（F=509.056，p=0.000<0.05），即計(jì)算思維一定會(huì)對(duì)學(xué)習(xí)意愿產(chǎn)生影響。計(jì)算思維的回歸系數(shù)值為0.921（t=22.562，p=0.000<0.01），說明計(jì)算思維會(huì)對(duì)學(xué)習(xí)意愿產(chǎn)生顯著的正向影響關(guān)系。

5 結(jié)論與建議

本研究基于西安市某中學(xué)高一學(xué)生C語言編程學(xué)習(xí)意愿的調(diào)查數(shù)據(jù)，對(duì)中學(xué)生計(jì)算思維能力與編程學(xué)習(xí)意愿進(jìn)行相關(guān)性分析，探索學(xué)生已有的計(jì)算思維能力對(duì)編程學(xué)習(xí)意愿的影響。本研究發(fā)現(xiàn)學(xué)生編程學(xué)習(xí)意愿的強(qiáng)烈程度與學(xué)生已有的計(jì)算思維能力具有顯著的正相關(guān)關(guān)系，且學(xué)生已有的計(jì)算思維能力會(huì)對(duì)編程學(xué)習(xí)愿意產(chǎn)生顯著正向的影響。

因此編程課程雖然能夠培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，但對(duì)于計(jì)算思維的培養(yǎng)不應(yīng)完全依賴于編程課程，因?qū)W生已有的計(jì)算思維能力會(huì)影響學(xué)習(xí)意愿。同時(shí)在中學(xué)開展編程課程前，需要充分考慮學(xué)生的計(jì)算思維能力水平和學(xué)習(xí)意愿，對(duì)于學(xué)習(xí)意愿較低的學(xué)生，不僅僅需要教師設(shè)計(jì)能夠激發(fā)學(xué)習(xí)興趣的教學(xué)活動(dòng)，更需要教師采取專項(xiàng)訓(xùn)練或其他課程的學(xué)習(xí)來培養(yǎng)計(jì)算思維能力。