元認(rèn)知策略在小學(xué)結(jié)對(duì)編程教學(xué)中的應(yīng)用研究

王洪江 代小瑞 廖曉玲 馬桂秋

（1. 華南師范大學(xué) 教育信息技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510631；2. 廣州科學(xué)城愛(ài)莎外籍人員子女學(xué)校，廣東 廣州 510700）

引言

在人工智能時(shí)代，中小學(xué)編程教育已逐漸成為世界各國(guó)政府培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的國(guó)家戰(zhàn)略，中小學(xué)校正積極開(kāi)展中小學(xué)編程教育研究與實(shí)踐活動(dòng)，充分挖掘中小學(xué)生學(xué)習(xí)編程的價(jià)值與意義。為降低學(xué)生學(xué)習(xí)編程的認(rèn)知負(fù)荷，相關(guān)學(xué)者及一線教師將結(jié)對(duì)編程的方式引入編程教學(xué)中。所謂結(jié)對(duì)編程，就是指兩位程序員合作完成編程任務(wù)，其中，一人是“駕駛員”，負(fù)責(zé)操作計(jì)算機(jī)軟件編寫(xiě)程序；另一人被稱(chēng)為“導(dǎo)航員”，負(fù)責(zé)觀察指導(dǎo)“駕駛員”的工作，發(fā)現(xiàn)編程過(guò)程中存在的問(wèn)題，為“駕駛員”提供指導(dǎo)和幫助。結(jié)對(duì)編程作為適合小學(xué)生學(xué)習(xí)編程的一種教學(xué)方式，與單獨(dú)編程相比，具有明顯優(yōu)勢(shì)，可以通過(guò)探究學(xué)習(xí)過(guò)程，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力，提高編程學(xué)習(xí)效果[1]。然而，在實(shí)際結(jié)對(duì)編程的教學(xué)中，教學(xué)效果可能受到學(xué)生的性格、文化背景、人格類(lèi)型、學(xué)習(xí)風(fēng)格、技能水平、時(shí)間管理等諸多因素的影響和制約[2]，加之學(xué)生的自控能力和學(xué)習(xí)能力較差，導(dǎo)致結(jié)對(duì)編程學(xué)習(xí)中雙方合作不緊密、學(xué)習(xí)效率低下，學(xué)習(xí)效果有待提升。

元認(rèn)知策略作為自我調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)理論中的一個(gè)重要概念，是學(xué)生對(duì)自我認(rèn)知過(guò)程和結(jié)果的有效監(jiān)視及控制的一種學(xué)習(xí)策略[3]。在學(xué)生進(jìn)行編程時(shí)，元認(rèn)知教學(xué)策略（如自我提問(wèn)、自我評(píng)價(jià)等方式）能有效培養(yǎng)學(xué)生的元認(rèn)知意識(shí)，提高學(xué)生的認(rèn)知控制能力，尤其是在程序知識(shí)的理解以及編程任務(wù)的計(jì)劃和監(jiān)控方面，效果更加明顯[4]。元認(rèn)知能力在編程學(xué)習(xí)中具有重要作用，計(jì)劃、選擇、監(jiān)控、評(píng)估和修改等元認(rèn)知能力，能夠幫助學(xué)生在結(jié)對(duì)合作過(guò)程中以批判性、邏輯性和創(chuàng)造性的方式思考問(wèn)題，提高學(xué)習(xí)者個(gè)體的編程技能[5]。然而，編程初學(xué)者元認(rèn)知能力較弱[6]，學(xué)習(xí)和運(yùn)用元認(rèn)知技能都是頗為困難的[7]，小學(xué)生更是如此。

因此，針對(duì)結(jié)對(duì)編程中學(xué)生結(jié)對(duì)行為有效性不足、過(guò)程性思維發(fā)展不足、結(jié)對(duì)過(guò)程中合作欠缺深度和元認(rèn)知能力發(fā)展有限等問(wèn)題，本研究試圖將元認(rèn)知策略融入結(jié)對(duì)編程過(guò)程中，構(gòu)建基于元認(rèn)知策略的結(jié)對(duì)編程教學(xué)模式，并開(kāi)展準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究，以期提升小學(xué)生的元認(rèn)知能力、自我控制能力及學(xué)習(xí)能力，從而優(yōu)化結(jié)對(duì)編程的合作過(guò)程，提升結(jié)對(duì)編程的教學(xué)效果。

一、基于元認(rèn)知策略的小學(xué)結(jié)對(duì)編程教學(xué)模式建構(gòu)

1.教學(xué)模式建構(gòu)依據(jù)

（1）編程教學(xué)模式

麻省理工學(xué)院圖形化編程Scratch 之父米奇·雷斯尼克（Mitch Resnick）[8]提出了創(chuàng)新思維螺旋理論，將圖形化編程學(xué)習(xí)分成了“想象—?jiǎng)?chuàng)造—游戲—分享—反思”5 個(gè)步驟，指出學(xué)生在進(jìn)行編程創(chuàng)作的時(shí)候，首先要根據(jù)學(xué)習(xí)主題和關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)形成對(duì)作品的初步構(gòu)想并且設(shè)計(jì)方案，然后實(shí)施計(jì)劃創(chuàng)造編程作品，并在分享交流的過(guò)程中進(jìn)行反思和優(yōu)化。孫立會(huì)和周丹華[9]致力于少兒編程教學(xué)的研究，以基于設(shè)計(jì)的研究為設(shè)計(jì)原則、4P 學(xué)習(xí)法為理論基礎(chǔ)，構(gòu)建了以小學(xué)科學(xué)內(nèi)容為案例的兒童編程與學(xué)科融合的教學(xué)模式，包含了定義抽象、算法設(shè)計(jì)、迭代實(shí)施和拓展延伸4個(gè)關(guān)鍵步驟。張曉東[10]在Scratch 教學(xué)中，運(yùn)用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，并基于此構(gòu)建了面向計(jì)算思維培養(yǎng)的編程教學(xué)模式，其教學(xué)環(huán)節(jié)包括“問(wèn)題提出—分析任務(wù)—思維加工—抽象建模—測(cè)試調(diào)試—內(nèi)化遷移”等。

綜上，研究者在進(jìn)行少兒編程教學(xué)模式設(shè)計(jì)時(shí)，重視對(duì)學(xué)生自由創(chuàng)作環(huán)節(jié)的設(shè)定，這是符合少兒思維發(fā)展特點(diǎn)的。但是，當(dāng)前小學(xué)編程教學(xué)模式研究缺少了對(duì)教學(xué)對(duì)象的能力水平以及認(rèn)知特點(diǎn)的差異性考慮，在教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)上未能很好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)編程的信心和動(dòng)機(jī)，過(guò)于重視編程學(xué)習(xí)的結(jié)果，對(duì)學(xué)生編程學(xué)習(xí)思維和問(wèn)題解決能力的培養(yǎng)不夠深入。因此，本研究在進(jìn)行教學(xué)模式設(shè)計(jì)時(shí)，重點(diǎn)考慮教學(xué)對(duì)象的差異和結(jié)對(duì)編程的特點(diǎn)，以學(xué)生為中心設(shè)計(jì)問(wèn)題探究環(huán)節(jié)，從而培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，提升學(xué)生的問(wèn)題解決能力和學(xué)習(xí)能力，提高學(xué)生對(duì)編程學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

（2）理論依據(jù)

本研究將基于社會(huì)調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)理論來(lái)設(shè)計(jì)小學(xué)結(jié)對(duì)編程教學(xué)模式。社會(huì)調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)理論注重學(xué)習(xí)者之間的交流互動(dòng)過(guò)程，通過(guò)小組成員對(duì)學(xué)習(xí)活動(dòng)協(xié)商討論，對(duì)學(xué)習(xí)任務(wù)和目標(biāo)共同監(jiān)控與調(diào)節(jié)，從而在結(jié)對(duì)合作的過(guò)程中相互促進(jìn)，建構(gòu)知識(shí)體系。同時(shí)，為了有效提高學(xué)習(xí)者的自我監(jiān)控與調(diào)節(jié)能力，即元認(rèn)知能力，本研究有意識(shí)地將元認(rèn)知策略融入結(jié)對(duì)編程教學(xué)過(guò)程中，從而促使學(xué)習(xí)者之間發(fā)生有效的結(jié)對(duì)行為，產(chǎn)生深度的合作互動(dòng)過(guò)程。有學(xué)者在分析了基于計(jì)算機(jī)支持的協(xié)作學(xué)習(xí)過(guò)程后，認(rèn)為社會(huì)調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)過(guò)程可以包括七個(gè)方面，即計(jì)劃和目標(biāo)設(shè)定、時(shí)間安排、小組分工、任務(wù)監(jiān)督、內(nèi)容監(jiān)督、任務(wù)評(píng)價(jià)和內(nèi)容評(píng)價(jià)[11]。本研究中，教師作為學(xué)習(xí)任務(wù)和活動(dòng)的設(shè)計(jì)者與引導(dǎo)者，利用元認(rèn)知策略把控學(xué)習(xí)者的協(xié)作學(xué)習(xí)狀況，在社會(huì)調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)過(guò)程中的任務(wù)布置、時(shí)間安排、任務(wù)與內(nèi)容監(jiān)督等環(huán)節(jié)給予策略性指導(dǎo)和針對(duì)性干預(yù)，并設(shè)置適當(dāng)?shù)挠懻撘?guī)則，這將有助于激發(fā)學(xué)生的發(fā)散性和創(chuàng)造性思維，提高學(xué)生的合作學(xué)習(xí)效率，并逐漸培養(yǎng)學(xué)生的元認(rèn)知能力、自主學(xué)習(xí)與問(wèn)題解決能力，讓學(xué)生能夠在沒(méi)有教師監(jiān)管時(shí)也能按照教學(xué)任務(wù)和要求進(jìn)行高效地合作學(xué)習(xí)。

綜上，本研究分析和參考了已有的元認(rèn)知策略教學(xué)模式，基于社會(huì)調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)理論，并綜合編程教學(xué)實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)和啟示，從元認(rèn)知能力培養(yǎng)的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)建構(gòu)了基于元認(rèn)知策略的小學(xué)結(jié)對(duì)編程教學(xué)模式圖，將編程教學(xué)過(guò)程分成了“3 階段-6 環(huán)節(jié)”，如圖1 所示。

圖1 基于元認(rèn)知策略的小學(xué)結(jié)對(duì)編程教學(xué)模式

2.教學(xué)模式內(nèi)涵

（1）編程前階段

環(huán)節(jié)一：“課前預(yù)習(xí)，自我檢測(cè)”。本環(huán)節(jié)體現(xiàn)了監(jiān)控策略的應(yīng)用。所謂監(jiān)控策略，就是指學(xué)生在認(rèn)知活動(dòng)的過(guò)程中，根據(jù)認(rèn)知目標(biāo)及時(shí)評(píng)價(jià)、反饋?zhàn)约赫J(rèn)知活動(dòng)的結(jié)果與不足。在本環(huán)節(jié)中，主要是通過(guò)學(xué)習(xí)任務(wù)單和自我提問(wèn)單來(lái)實(shí)現(xiàn)任務(wù)監(jiān)督。在課前，教師將微課教學(xué)視頻及導(dǎo)學(xué)案上傳到優(yōu)幕教學(xué)平臺(tái)，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)微課視頻，并且獨(dú)立認(rèn)真完成導(dǎo)學(xué)案對(duì)應(yīng)的學(xué)習(xí)任務(wù)單及自我提問(wèn)單，增進(jìn)學(xué)生對(duì)編程學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)內(nèi)容與編程過(guò)程的理解與認(rèn)識(shí)。

環(huán)節(jié)二：“知識(shí)遷移，案例研習(xí)”。本環(huán)節(jié)也體現(xiàn)了監(jiān)控策略的應(yīng)用，主要是通過(guò)自我提問(wèn)單來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)容監(jiān)督。教師通過(guò)提問(wèn)等方式帶領(lǐng)學(xué)生回顧上節(jié)課所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)，并根據(jù)學(xué)生預(yù)習(xí)反饋的學(xué)情數(shù)據(jù)中存在的普遍性、突出性的問(wèn)題與疑惑進(jìn)行重點(diǎn)教學(xué)，學(xué)生在聽(tīng)課的過(guò)程中理解學(xué)習(xí)本節(jié)課的知識(shí)要點(diǎn)，促進(jìn)知識(shí)內(nèi)化，消解疑慮。

環(huán)節(jié)三：“創(chuàng)設(shè)情境，思維引導(dǎo)”。本環(huán)節(jié)的監(jiān)控策略主要體現(xiàn)在教師創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境。教師創(chuàng)設(shè)合適的問(wèn)題情境來(lái)引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和注意力，幫助他們明確本節(jié)課的學(xué)習(xí)任務(wù)（計(jì)劃和目標(biāo)設(shè)定）。學(xué)生需要圍繞教學(xué)目標(biāo)和編程學(xué)習(xí)重點(diǎn)去分析問(wèn)題情境，自主探索主題，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)任務(wù)，形成對(duì)編程作品的初步構(gòu)想。

（2）編程中階段

環(huán)節(jié)四：“頭腦風(fēng)暴，制訂計(jì)劃”。此環(huán)節(jié)體現(xiàn)了計(jì)劃策略的應(yīng)用。所謂計(jì)劃策略，就是指在認(rèn)知活動(dòng)開(kāi)始前，根據(jù)認(rèn)知目標(biāo)，計(jì)劃完成目標(biāo)所涉及的過(guò)程、策略、預(yù)期結(jié)果，并預(yù)估其有效性，以減少認(rèn)知活動(dòng)的盲目性和不合理性。本研究主要是采用了思維導(dǎo)圖與流程圖作為計(jì)劃策略的實(shí)施手段。學(xué)生與結(jié)對(duì)編程的伙伴結(jié)合編程學(xué)習(xí)目標(biāo)、任務(wù)要求及作品評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，設(shè)計(jì)思維導(dǎo)圖以及流程圖，對(duì)編程任務(wù)進(jìn)行拆解，進(jìn)一步明確任務(wù)分配，為正式的程序設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備（小組分工）。教師可以根據(jù)學(xué)生的討論情況提供一定的啟發(fā)和指導(dǎo)，鼓勵(lì)學(xué)生思考與表達(dá)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與溝通能力。

環(huán)節(jié)五：“結(jié)對(duì)編程，實(shí)施計(jì)劃”。該環(huán)節(jié)能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生對(duì)監(jiān)控策略和調(diào)節(jié)策略的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。所謂調(diào)節(jié)策略，就是指學(xué)生根據(jù)對(duì)認(rèn)知活動(dòng)過(guò)程和結(jié)果的檢查，在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，及時(shí)采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施進(jìn)行及時(shí)修正和調(diào)整。過(guò)程記錄表可以讓學(xué)習(xí)者記錄計(jì)劃實(shí)施過(guò)程，較好地監(jiān)控和調(diào)節(jié)各自的學(xué)習(xí)行為。結(jié)合小學(xué)生的性格特征，本研究總結(jié)了以下幾點(diǎn)結(jié)對(duì)編程的具體要求：一是與對(duì)方分享自己的想法，平等交流，不要過(guò)于帶入自己的學(xué)習(xí)習(xí)慣；二是尊重他人，善于傾聽(tīng)，避免矛盾沖突；三是雙方要積極參與編程，與結(jié)對(duì)伙伴共同學(xué)習(xí)，共同完成學(xué)習(xí)任務(wù)，不要只依靠一個(gè)人；四是明確任務(wù)分配，及時(shí)進(jìn)行角色互換，認(rèn)真完成對(duì)應(yīng)角色的學(xué)習(xí)任務(wù)；五是遇到困難和疑問(wèn)，雙方要合力解決，積極應(yīng)對(duì)。教師根據(jù)以上5 點(diǎn)提前對(duì)結(jié)對(duì)編程的規(guī)則進(jìn)行說(shuō)明，指導(dǎo)學(xué)生實(shí)施結(jié)隊(duì)編程過(guò)程。

編程時(shí)，學(xué)生按照結(jié)對(duì)編程的相關(guān)要求有序地展開(kāi)學(xué)習(xí)活動(dòng)，教師則巡堂觀察，做好課堂表現(xiàn)記錄，為學(xué)生提供必要的幫助和指導(dǎo)，提醒學(xué)生及時(shí)進(jìn)行角色互換。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中要根據(jù)實(shí)際情況填寫(xiě)過(guò)程記錄表，以監(jiān)控和調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)行為。

（3）編程后階段

環(huán)節(jié)六：“作品展示，評(píng)價(jià)反思”。本環(huán)節(jié)主要融入評(píng)價(jià)策略。所謂評(píng)價(jià)策略，就是指依據(jù)明確的認(rèn)知目標(biāo)，按照一定的標(biāo)準(zhǔn)，采用科學(xué)方法，測(cè)量認(rèn)知活動(dòng)的過(guò)程和結(jié)果，并做出價(jià)值性的判斷，為認(rèn)知活動(dòng)的調(diào)整提供依據(jù)。本研究主要采用作品評(píng)價(jià)表作為媒介，來(lái)實(shí)施評(píng)價(jià)策略。評(píng)價(jià)主體以學(xué)生為主、教師為輔，評(píng)價(jià)方式是形成性評(píng)價(jià)和總結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合。學(xué)生對(duì)照共同制定的編程作品評(píng)價(jià)指標(biāo)以及課堂學(xué)習(xí)過(guò)程記錄進(jìn)行自評(píng)與互評(píng)，包括任務(wù)評(píng)價(jià)和內(nèi)容評(píng)價(jià)。教師要及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生回顧總結(jié)本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容，帶領(lǐng)學(xué)生查漏補(bǔ)缺，鞏固學(xué)習(xí)效果，根據(jù)學(xué)生能力及作品完成情況布置課外拓展作業(yè)，讓學(xué)生有目的地去探究更多知識(shí)，從而培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

二、基于元認(rèn)知策略的小學(xué)結(jié)對(duì)編程教學(xué)模式應(yīng)用效果分析

1.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

（1）實(shí)驗(yàn)對(duì)象

本研究采用準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)法。實(shí)驗(yàn)對(duì)象為某小學(xué)四年級(jí)的兩個(gè)班級(jí)，各42 人，總計(jì)84 人。兩個(gè)班的學(xué)生人數(shù)相等，男女比例大致為一比一。在學(xué)習(xí)情況方面，學(xué)生成績(jī)水平相近，對(duì)編程學(xué)習(xí)有較為濃厚的興趣，熟悉一些基本的編程知識(shí)點(diǎn)和操作；然而，在獨(dú)立完成作品創(chuàng)作、問(wèn)題解決及反思評(píng)價(jià)等更高層面的知識(shí)與能力掌握上較為欠缺，編程學(xué)習(xí)多停留在模仿教師操作和完成基本學(xué)習(xí)任務(wù)的層次。在心理特征方面，實(shí)驗(yàn)對(duì)象年齡大致在9 ～10 歲，思維具有一定的完整性和邏輯性，能夠進(jìn)行獨(dú)立的、簡(jiǎn)單的思維活動(dòng)，但是較難進(jìn)行抽象邏輯思考，需要具體實(shí)物的支持；學(xué)生更希望采用合作探究的方式來(lái)學(xué)習(xí)，擁有更多學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)和發(fā)揮空間，但學(xué)習(xí)的自主性較低，團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)和能力較差，在學(xué)習(xí)過(guò)程中需要教師引導(dǎo)和協(xié)作互助來(lái)完成學(xué)習(xí)任務(wù)。

（2）實(shí)驗(yàn)假設(shè)

本研究的實(shí)驗(yàn)變量為元認(rèn)知策略教學(xué)模式，在實(shí)驗(yàn)班進(jìn)行基于元認(rèn)知策略的結(jié)對(duì)編程教學(xué)干預(yù)，在對(duì)照班采用傳統(tǒng)的“講解—演示”的結(jié)對(duì)編程教學(xué)方式，兩個(gè)班的教學(xué)內(nèi)容、課時(shí)及教學(xué)進(jìn)度保持一致，以排除無(wú)關(guān)變量的干擾。本研究的實(shí)驗(yàn)假設(shè)為：

假設(shè)一：元認(rèn)知策略教學(xué)模式能有效提升結(jié)對(duì)編程雙方的元認(rèn)知能力；

假設(shè)二：元認(rèn)知策略教學(xué)模式能有效培養(yǎng)結(jié)對(duì)編程雙方的計(jì)算思維；

假設(shè)三：元認(rèn)知策略教學(xué)模式能有效提高結(jié)對(duì)編程雙方的學(xué)業(yè)成績(jī)；

假設(shè)四：元認(rèn)知策略教學(xué)模式能有效促進(jìn)結(jié)對(duì)編程雙方的合作行為。

（3）實(shí)驗(yàn)過(guò)程

根據(jù)學(xué)生的基本情況和學(xué)校的實(shí)際教學(xué)條件，本研究選擇圖形化編程工具“源碼編輯器”來(lái)進(jìn)行一學(xué)期的編程教學(xué)，課程教學(xué)內(nèi)容來(lái)源于編程貓社區(qū)線上教學(xué)資源——“圖形化編程啟蒙”，以及編程貓自主編輯的教材“圖形化編程入門(mén)”。教學(xué)內(nèi)容涵蓋程序設(shè)計(jì)的3 種基本結(jié)構(gòu)（順序結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)），以及在這3 種結(jié)構(gòu)中常用的編程積木塊，此外也包含了常見(jiàn)的編程知識(shí)，如變量、鏈表等，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)通過(guò)拖拽和拼接“程序積木塊”來(lái)實(shí)現(xiàn)程序邏輯，充分發(fā)揮自己的想象力和創(chuàng)造力去嘗試自己的編程作品創(chuàng)作。課程時(shí)長(zhǎng)為12 周，分為準(zhǔn)備篇、基礎(chǔ)篇、進(jìn)階篇和回顧篇。

在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，本研究設(shè)計(jì)了小學(xué)生編程學(xué)習(xí)現(xiàn)狀調(diào)查問(wèn)卷、小學(xué)生元認(rèn)知能力測(cè)試問(wèn)卷及小學(xué)生計(jì)算思維測(cè)試題等量表開(kāi)展前測(cè)調(diào)查，以了解前測(cè)學(xué)生的元認(rèn)知能力和計(jì)算思維水平，結(jié)果顯示實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的元認(rèn)知能力、計(jì)算思維水平不存在顯著性差異，符合實(shí)驗(yàn)條件。

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，本研究將基于元認(rèn)知策略的小學(xué)結(jié)對(duì)編程教學(xué)模式融入實(shí)驗(yàn)班級(jí)的教學(xué)中，依據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情況、元認(rèn)知能力和計(jì)算思維水平，針對(duì)性地采取培養(yǎng)策略促進(jìn)學(xué)生的編程思維與能力的發(fā)展，包括了元認(rèn)知策略教學(xué)模型中提出的具體教學(xué)舉措。教師在教學(xué)過(guò)程中，做好研究規(guī)劃，觀察和記錄學(xué)生表現(xiàn)，及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生，根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)和要求靈活地將元認(rèn)知策略融入結(jié)對(duì)編程教學(xué)中，從而來(lái)規(guī)避以往編程教學(xué)中存在的問(wèn)題，驗(yàn)證編程教學(xué)中元認(rèn)知策略的有效性。在對(duì)照班中，采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式開(kāi)展教學(xué)，按照以教師為中心、“講解—演示”教學(xué)方式的一般流程設(shè)計(jì)和開(kāi)展學(xué)習(xí)活動(dòng)，包含“新課導(dǎo)入、講解新知、結(jié)對(duì)編程和總結(jié)評(píng)價(jià)”4 個(gè)環(huán)節(jié)，同時(shí)保證教學(xué)時(shí)長(zhǎng)、教學(xué)內(nèi)容和項(xiàng)目作品等方面的一致性，遵循對(duì)照實(shí)驗(yàn)的相關(guān)要求。

在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，分別向?qū)嶒?yàn)班和對(duì)照班的學(xué)生發(fā)放小學(xué)生元認(rèn)知能力水平測(cè)試、小學(xué)生計(jì)算思維測(cè)試題（后測(cè)）和圖形化編程學(xué)習(xí)測(cè)試題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后測(cè)，以及對(duì)學(xué)生和教師進(jìn)行元認(rèn)知策略教學(xué)的反饋調(diào)查和訪談，檢驗(yàn)元認(rèn)知策略在結(jié)對(duì)編程中的教學(xué)效果，并對(duì)其做進(jìn)一步的優(yōu)化和改進(jìn)。

2. 數(shù)據(jù)分析

對(duì)通過(guò)問(wèn)卷收集到的元認(rèn)知能力、計(jì)算思維、學(xué)業(yè)成績(jī)等數(shù)據(jù)進(jìn)行組間和組內(nèi)分析。組間分析采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，組內(nèi)分析采用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)。分析結(jié)果如表1 和表2 所示。

表1 實(shí)驗(yàn)組-配對(duì)樣本t 檢驗(yàn)

（1）實(shí)驗(yàn)前后元認(rèn)知能力的分析

由表1 可知，在經(jīng)過(guò)教學(xué)實(shí)驗(yàn)后，實(shí)驗(yàn)班的學(xué)生的元認(rèn)知能力與實(shí)驗(yàn)前相比有顯著提升，且在元認(rèn)知能力的3 個(gè)維度（元認(rèn)知知識(shí)、元認(rèn)知體驗(yàn)、元認(rèn)知監(jiān)控）的測(cè)量結(jié)果顯示，學(xué)生的元認(rèn)知監(jiān)控能力提升幅度最大，較實(shí)驗(yàn)前增長(zhǎng)了5.833 分。說(shuō)明元認(rèn)知策略中的計(jì)劃、監(jiān)控與調(diào)節(jié)、評(píng)價(jià)等策略的教學(xué)運(yùn)用對(duì)學(xué)生的元認(rèn)知監(jiān)控能力的提升有較為直接和顯著的影響。這也間接幫助學(xué)生有效獲取元認(rèn)知知識(shí)，提高學(xué)生的元認(rèn)知體驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)編程學(xué)習(xí)的興趣和信心。

如表2 所示，在對(duì)實(shí)驗(yàn)班和對(duì)照班的元認(rèn)知能力后測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)后，其Sig.值為0.005（＜0.05），說(shuō)明二者得分存在顯示差異。

綜上，元認(rèn)知策略教學(xué)模式對(duì)學(xué)生元認(rèn)知能力有正向的顯著影響，假設(shè)一得到有效檢驗(yàn)。

（2）實(shí)驗(yàn)前后計(jì)算思維的分析

由表1 可知，實(shí)驗(yàn)班的學(xué)生的計(jì)算思維測(cè)試成績(jī)的均值在教學(xué)干預(yù)后提高了6.429 分，經(jīng)過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)組進(jìn)行配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，其Sig.值為0.000，小于0.05，說(shuō)明經(jīng)過(guò)元認(rèn)知相關(guān)訓(xùn)練后，學(xué)生的計(jì)算思維有了顯著的提升。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)班以及對(duì)照班的后測(cè)成績(jī)的獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)的Sig.值為0.025（＜0.05），說(shuō)明實(shí)驗(yàn)班和對(duì)照班的學(xué)生的計(jì)算思維成績(jī)?cè)诮虒W(xué)實(shí)驗(yàn)后存在顯著的差異，元認(rèn)知策略教學(xué)模式在結(jié)對(duì)編程中的應(yīng)用能有效提升學(xué)生的計(jì)算思維水平，假設(shè)二得到有效檢驗(yàn)。

（3）實(shí)驗(yàn)前后學(xué)業(yè)成績(jī)的分析

為了了解在不同的教學(xué)模式下開(kāi)展編程教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)對(duì)學(xué)生的編程學(xué)習(xí)效果的影響，在教學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)學(xué)生進(jìn)行編程學(xué)習(xí)評(píng)估測(cè)試，滿分100 分。由表2 可知，在后測(cè)的編程學(xué)習(xí)測(cè)試中兩個(gè)班級(jí)出現(xiàn)了顯著差異，實(shí)驗(yàn)班的學(xué)業(yè)成績(jī)要明顯優(yōu)于對(duì)照班。并且從實(shí)驗(yàn)班學(xué)生的編程作品分析可以看出，在基于元認(rèn)知教學(xué)策略開(kāi)展結(jié)對(duì)編程教學(xué)中，學(xué)生的編程作品代碼質(zhì)量更高，學(xué)生對(duì)編程知識(shí)的理解更加深入和透徹，編程操作能力更強(qiáng)。概言之，實(shí)驗(yàn)班的學(xué)生的編程學(xué)習(xí)測(cè)試成績(jī)及編程作品質(zhì)量總體上要優(yōu)于應(yīng)用傳統(tǒng)教學(xué)模式開(kāi)展結(jié)對(duì)編程教學(xué)的對(duì)照班。

綜上，元認(rèn)知策略教學(xué)模式能有效促進(jìn)結(jié)對(duì)編程雙方的學(xué)業(yè)成績(jī)，假設(shè)三得到有效檢驗(yàn)。

（4）實(shí)驗(yàn)前后合作行為的隨堂觀察分析和訪談分析

本研究對(duì)學(xué)生的過(guò)程記錄表以及指導(dǎo)教師的隨堂觀察結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)采用元認(rèn)知策略教學(xué)的實(shí)驗(yàn)班學(xué)生在結(jié)對(duì)合作過(guò)程中的表現(xiàn)要明顯優(yōu)于對(duì)照班的學(xué)生，實(shí)驗(yàn)班學(xué)生任務(wù)分工明確、學(xué)習(xí)投入度和效率更高，結(jié)對(duì)合作更加緊密。實(shí)驗(yàn)班的學(xué)生因?yàn)樵诰幊谭桨冈O(shè)計(jì)環(huán)節(jié)對(duì)要完成的編程作品有更加清晰和具體的任務(wù)分工，所以在合作過(guò)程中會(huì)更加有意識(shí)地去承擔(dān)各自的角色職責(zé)。在編程過(guò)程中，學(xué)生會(huì)相互監(jiān)督、提醒和幫助，積極參與到學(xué)習(xí)活動(dòng)中，形成共同努力完成編程作品的合作意識(shí)，有效地避免了結(jié)對(duì)中一方“搭便車(chē)”的現(xiàn)象，因而實(shí)驗(yàn)班學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中學(xué)習(xí)紀(jì)律和氛圍更好，完成學(xué)習(xí)任務(wù)的效率更高。對(duì)照班的學(xué)生采用的是傳統(tǒng)的“講授—演示”的結(jié)對(duì)編程教學(xué)模式，編程學(xué)習(xí)過(guò)程是以教師為主體的，這導(dǎo)致學(xué)生在編程學(xué)習(xí)活動(dòng)中的參與度較低。同時(shí)，由于沒(méi)有元認(rèn)知策略的指導(dǎo)，學(xué)生在結(jié)對(duì)編程的過(guò)程中存在一些問(wèn)題，如學(xué)生會(huì)因?yàn)橄敕ú煌覜](méi)能達(dá)成統(tǒng)一認(rèn)識(shí)而爭(zhēng)論，氣氛不夠和諧，最終導(dǎo)致雙方各自行事，放棄結(jié)對(duì)合作；或者其中能力較弱的一方被能力強(qiáng)的另一方主導(dǎo)，被主導(dǎo)方學(xué)習(xí)的參與度不高，出現(xiàn)“搭便車(chē)”的情況。

另外，本研究還針對(duì)學(xué)生的合作情況做了訪談，主要包括以下問(wèn)題：“在上過(guò)老師的課之后，你會(huì)更加愿意和同學(xué)合作來(lái)解決問(wèn)題嗎？會(huì)更好地與同學(xué)相處嗎？在結(jié)對(duì)編程的過(guò)程中，你能明確自己和同伴的角色和職責(zé)嗎？你認(rèn)同你和同學(xué)都很重要嗎？”訪談結(jié)果表明，學(xué)生認(rèn)為在結(jié)對(duì)編程中有了學(xué)習(xí)任務(wù)單和觀察記錄表，可以幫助他們更好地實(shí)施角色互換，明確不同角色的任務(wù)分配；同時(shí)，同伴的幫助能夠使他們更快地發(fā)現(xiàn)編程上的失誤，并和同伴共同解決，這讓學(xué)生充分體驗(yàn)到結(jié)對(duì)中彼此角色的重要性，從而更加主動(dòng)地深度參與協(xié)作過(guò)程。

綜上，元認(rèn)知策略教學(xué)模式能有效促進(jìn)結(jié)對(duì)編程雙方的合作行為，假設(shè)四得到有效檢驗(yàn)。

（5）實(shí)驗(yàn)過(guò)程元認(rèn)知策略使用情況分析

為了解元認(rèn)知策略在學(xué)生結(jié)對(duì)編程過(guò)程中如何具體發(fā)揮調(diào)控作用，本研究對(duì)實(shí)驗(yàn)班學(xué)生進(jìn)行了元認(rèn)知策略應(yīng)用的反饋調(diào)查，以研究計(jì)劃、監(jiān)控調(diào)節(jié)和反思評(píng)價(jià)三種策略對(duì)學(xué)生結(jié)對(duì)編程活動(dòng)的影響。如表3 所示，學(xué)生在計(jì)劃策略、監(jiān)控調(diào)節(jié)策略以及評(píng)價(jià)反思策略三方面的平均得分均大于3，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)班學(xué)生對(duì)元認(rèn)知策略教學(xué)應(yīng)用的反饋基本上是“同意”及以上，認(rèn)為元認(rèn)知策略對(duì)結(jié)對(duì)編程學(xué)習(xí)活動(dòng)具有一定的調(diào)節(jié)指導(dǎo)和提升促進(jìn)作用，有利于學(xué)生的結(jié)對(duì)編程學(xué)習(xí)。其中，學(xué)生對(duì)監(jiān)控調(diào)節(jié)策略的認(rèn)可度最高，認(rèn)為該策略能讓學(xué)生更加明確學(xué)習(xí)重點(diǎn)、促進(jìn)結(jié)對(duì)合作、關(guān)注問(wèn)題解決以及作品優(yōu)化提升，這也與元認(rèn)知能力后測(cè)中學(xué)生的元認(rèn)知監(jiān)控能力提升最高的結(jié)果一致，驗(yàn)證了本研究提出的元認(rèn)知策略能有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)結(jié)對(duì)編程過(guò)程中存在的合作不夠深入以及學(xué)習(xí)效率低下等不足。

表3 元認(rèn)知策略使用的滿意度分析

三、總結(jié)與討論

本研究首先將元認(rèn)知理論融入小學(xué)的結(jié)對(duì)編程教學(xué)中，建構(gòu)了基于元認(rèn)知策略的小學(xué)結(jié)對(duì)編程教學(xué)模式；其次采用準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究方法，將完善后的教學(xué)模式應(yīng)用到教學(xué)中，驗(yàn)證了該教學(xué)模式的可行性和有效性；最后通過(guò)數(shù)據(jù)采集與分析，發(fā)現(xiàn)該教學(xué)模式的實(shí)施顯著提高了學(xué)生的元認(rèn)知能力、計(jì)算思維、學(xué)業(yè)成績(jī)、課程表現(xiàn)。

1.元認(rèn)知能力

結(jié)對(duì)編程被認(rèn)為是增加元認(rèn)知活動(dòng)和提高解決問(wèn)題能力的有效方法，學(xué)生們通過(guò)與搭檔的交流來(lái)解決問(wèn)題，一起檢測(cè)和糾正錯(cuò)誤，互相幫助學(xué)習(xí)代碼調(diào)試的過(guò)程。周迎春[12]認(rèn)為組內(nèi)成員討論有助于學(xué)習(xí)者反思自身觀點(diǎn)，從而有利于學(xué)習(xí)者自我監(jiān)控、調(diào)節(jié)，這也有利于學(xué)生元認(rèn)知能力的培養(yǎng)。由此可猜測(cè)，在本研究提出的教學(xué)模式中，“結(jié)對(duì)合作，編程調(diào)試”以及過(guò)程記錄表的使用有利于提高學(xué)生的元認(rèn)知監(jiān)控和元認(rèn)知調(diào)節(jié)，從而提高元認(rèn)知能力。另外，有研究指出，教學(xué)中的作品展示和評(píng)價(jià)也有助于提高元認(rèn)知能力[13]。由此可推測(cè)，本研究提出的教學(xué)模式中“作品展示，評(píng)價(jià)反思”及作品評(píng)價(jià)表的使用有利于提高學(xué)生的元認(rèn)知能力。

2.計(jì)算思維

本研究發(fā)現(xiàn)基于元認(rèn)知理論的結(jié)對(duì)編程有利于提高計(jì)算思維，這與一些學(xué)者的研究結(jié)果相一致。有研究認(rèn)為，學(xué)生的認(rèn)知水平與計(jì)算思維有著緊密聯(lián)系，提高學(xué)生的計(jì)算思維有助于學(xué)生在更為復(fù)雜的認(rèn)知活動(dòng)中產(chǎn)生更多的認(rèn)知行為和思考活動(dòng)，而結(jié)對(duì)編程能幫助學(xué)生從簡(jiǎn)單的認(rèn)知任務(wù)和思維活動(dòng)開(kāi)始，讓小學(xué)生在結(jié)對(duì)合作的過(guò)程進(jìn)行計(jì)算思維的聯(lián)動(dòng)與交互，從而培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)編程的實(shí)踐能力[14]。在本研究中，結(jié)合元認(rèn)知策略和結(jié)對(duì)編程的教學(xué)方式對(duì)學(xué)生的計(jì)算思維有積極影響。

3.學(xué)業(yè)成績(jī)

本研究發(fā)現(xiàn)將元認(rèn)知理論融入結(jié)對(duì)編程教學(xué)有利于提高學(xué)生的學(xué)業(yè)成績(jī)，與一些學(xué)者提出的觀點(diǎn)一致。陳濤等人[15]在C語(yǔ)言課程教學(xué)實(shí)踐中倡導(dǎo)活用結(jié)對(duì)編程，引導(dǎo)學(xué)生共同進(jìn)步。這種方法激發(fā)了學(xué)生的編程興趣，并且能夠提高學(xué)生的編程能力。而且，結(jié)對(duì)編程能夠有效減少代碼出現(xiàn)錯(cuò)誤的頻率[16]，提高學(xué)習(xí)效率[17]。

4.合作行為

本研究對(duì)學(xué)生的課程記錄表、教師的隨堂記錄結(jié)果以及訪談進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)采用元認(rèn)知策略開(kāi)展結(jié)對(duì)編程的實(shí)驗(yàn)組在結(jié)對(duì)合作方面表現(xiàn)更好。首先，在配對(duì)編程過(guò)程中，學(xué)生可以互相幫助、共享信息，通過(guò)不斷糾正程序中的錯(cuò)誤來(lái)解決問(wèn)題，快速且高質(zhì)量地完成給定的活動(dòng)任務(wù)，從而可以有效地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力、溝通能力與團(tuán)隊(duì)合作能力[18]，有助于提高學(xué)生的編程問(wèn)題解決能力。其次，元認(rèn)知策略的融入更有利于學(xué)生開(kāi)展合作和發(fā)展能力，在結(jié)對(duì)編程中引入元認(rèn)知提問(wèn)單有利于在結(jié)對(duì)編程中指導(dǎo)學(xué)生的思維[19]。在訪談中，學(xué)生表示教學(xué)中思維導(dǎo)圖、觀察記錄表等元認(rèn)知策略的使用，讓他們的編程思路、各自角色定位以及合作方式更加清晰，編程時(shí)也更有興趣和參與積極性。

四、應(yīng)用與局限

本研究的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值：本研究立足于當(dāng)前社會(huì)對(duì)少兒編程教育的重視，結(jié)合現(xiàn)階段已有的中小學(xué)編程教學(xué)的相關(guān)教學(xué)模式、教學(xué)資源和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，在相關(guān)教學(xué)理論和原則的指導(dǎo)下，創(chuàng)新性地把元認(rèn)知策略引入結(jié)隊(duì)編程教學(xué)領(lǐng)域，構(gòu)建了基于元認(rèn)知策略的“3 階段—6環(huán)節(jié)”結(jié)對(duì)編程教學(xué)模式。隨著教學(xué)環(huán)節(jié)的推進(jìn)，根據(jù)不同環(huán)節(jié)的任務(wù)目標(biāo)設(shè)計(jì)了具體的元認(rèn)知策略教學(xué)材料，體現(xiàn)元認(rèn)知能力培養(yǎng)的針對(duì)性，并提供了相關(guān)教學(xué)案例做參考。經(jīng)過(guò)一個(gè)學(xué)期的教學(xué)實(shí)驗(yàn)研究，證明了該模式能解決現(xiàn)階段中小學(xué)結(jié)對(duì)編程教學(xué)在課程目標(biāo)和教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，提高學(xué)生的元認(rèn)知能力和計(jì)算思維能力，促進(jìn)編程學(xué)業(yè)成績(jī)和合作程度，具有一定的理論研究和實(shí)踐參考價(jià)值。

受研究者自身的知識(shí)水平、科研能力以及實(shí)驗(yàn)開(kāi)展的時(shí)間、實(shí)施條件等主客觀因素的影響，本研究還存在一些局限，主要體現(xiàn)在：（1）本研究的樣本數(shù)量較少，僅有實(shí)驗(yàn)班和對(duì)照班各42 人，從實(shí)驗(yàn)規(guī)格上講，實(shí)驗(yàn)人數(shù)較少，缺少代表性和說(shuō)服力，需要增加樣本容量來(lái)提高論證力度，以及進(jìn)一步驗(yàn)證本研究構(gòu)建的教學(xué)模式在不同學(xué)校、不同年級(jí)之間的適用性。（2）由于教學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)僅為一學(xué)期，時(shí)間較短，編程課的課時(shí)有限，不能在編程教學(xué)實(shí)踐中融入更多的編程知識(shí)，且學(xué)生的元認(rèn)知能力以及計(jì)算思維培養(yǎng)的影響因素較多且較為復(fù)雜，因此還需要進(jìn)一步排除其他變量的干擾來(lái)驗(yàn)證本研究提出的元認(rèn)知策略教學(xué)模式的有效性。