高中信息技術(shù)學(xué)科計(jì)算思維培養(yǎng)的實(shí)證研究

陳興冶 王昌國(guó)

[摘? ?要] 文章以CTCL（Culture，Technology，Content，Learner）范式作為理論框架，探討如何在偏差認(rèn)知轉(zhuǎn)變過程中促進(jìn)高中學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展。文章以高中“信息技術(shù)”課程中的《網(wǎng)絡(luò)故障排查》為學(xué)習(xí)內(nèi)容，在實(shí)驗(yàn)組依據(jù)計(jì)算思維內(nèi)涵及特征，對(duì)學(xué)習(xí)者的偏差認(rèn)知進(jìn)行測(cè)查，分析其偏差認(rèn)知及形成的原因，并進(jìn)行分類;之后根據(jù)學(xué)習(xí)者的偏差認(rèn)知類型進(jìn)行面向計(jì)算思維能力提升的個(gè)性化學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)和實(shí)施，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)組學(xué)生計(jì)算思維水平顯著高于對(duì)照組學(xué)生。結(jié)果表明：針對(duì)學(xué)習(xí)者的偏差認(rèn)知，借助技術(shù)進(jìn)行個(gè)性化實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠有效促進(jìn)學(xué)習(xí)者的偏差認(rèn)知轉(zhuǎn)變，顯著提升學(xué)習(xí)者的計(jì)算思維水平。

[關(guān)鍵詞] CTCL; 計(jì)算思維; 偏差認(rèn)知; 實(shí)驗(yàn)教學(xué); 個(gè)性化學(xué)習(xí)設(shè)計(jì); 網(wǎng)絡(luò)故障排查

[中圖分類號(hào)] G434? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A

[作者簡(jiǎn)介] 陳興冶（1979—），男，上海人。中學(xué)高級(jí)教師，博士研究生，主要從事計(jì)算思維教學(xué)研究和中小學(xué)教育信息化方面的研究。E-mail：chenxy@sesedu.cn。

一、引? ?言

近年來(lái)，教育技術(shù)學(xué)領(lǐng)域研究者越來(lái)越關(guān)注如何利用技術(shù)提升認(rèn)知深度。美國(guó)Marcia Linn教授團(tuán)隊(duì)基于知識(shí)整合理論，開發(fā)了基于網(wǎng)絡(luò)的探究學(xué)習(xí)環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生利用探究學(xué)習(xí)平臺(tái)WISE進(jìn)行科學(xué)學(xué)習(xí)，在解決問題的同時(shí)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)認(rèn)知的整合與深度理解[1-2];美國(guó)David H. Jonassen教授團(tuán)隊(duì)指出，認(rèn)知的目標(biāo)是促進(jìn)有意義學(xué)習(xí)，而認(rèn)知工具或思維工具可以為學(xué)習(xí)過程提供有效的技術(shù)支持，即在有意義學(xué)習(xí)的理論基礎(chǔ)上應(yīng)用技術(shù)能提升學(xué)生的學(xué)習(xí)品質(zhì)[3-5];加拿大Marlene Scardamalia教授團(tuán)隊(duì)基于知識(shí)建構(gòu)理論，開發(fā)了知識(shí)創(chuàng)生環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生利用知識(shí)建構(gòu)平臺(tái)Knowledge Forum進(jìn)行學(xué)習(xí)，以發(fā)展學(xué)生社區(qū)內(nèi)的公共知識(shí)為目標(biāo)，提升學(xué)生知識(shí)建構(gòu)水平[6-7];臺(tái)灣學(xué)者佘曉清教授所領(lǐng)導(dǎo)的“認(rèn)知與科學(xué)學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)室”，長(zhǎng)期致力于科學(xué)概念轉(zhuǎn)變和數(shù)字化學(xué)習(xí)的研究，探索如何綜合運(yùn)用學(xué)習(xí)心理和技術(shù)以改善物理、化學(xué)、生物等課程中的具體內(nèi)容的學(xué)習(xí)過程與效果[8-10];大陸學(xué)者李克東教授、徐曉東教授、崔光佐教授等領(lǐng)銜的學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)也從不同角度開展了一些基于學(xué)習(xí)者特征的技術(shù)如何促進(jìn)學(xué)科教學(xué)效果的研究[11-13]。學(xué)習(xí)是發(fā)生在真實(shí)情境中的學(xué)生、學(xué)習(xí)內(nèi)容和技術(shù)之間的深度互動(dòng)過程，因此，無(wú)論是技術(shù)提升認(rèn)知深度的研究，還是關(guān)涉學(xué)習(xí)者其他方面的技術(shù)增強(qiáng)學(xué)習(xí)的研究，均應(yīng)綜合考慮多維因素[14]。

CTCL研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)具體教學(xué)問題，在問題解決取向下，在不同文化視域中將技術(shù)、學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)者相統(tǒng)合來(lái)開展研究[15]，在小學(xué)數(shù)學(xué)、初中物理、高中信息技術(shù)等學(xué)科中圍繞“概念教學(xué)”開展了促進(jìn)學(xué)生概念轉(zhuǎn)變的相關(guān)研究，取得了預(yù)期的效果。本實(shí)驗(yàn)與團(tuán)隊(duì)前期的研究稍有不同，一是選取“技能操作類”學(xué)習(xí)內(nèi)容;二是關(guān)注概念轉(zhuǎn)變及其轉(zhuǎn)變過程中學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)。

學(xué)科育人價(jià)值需要學(xué)科核心素養(yǎng)來(lái)體現(xiàn)[16]，高中信息技術(shù)的學(xué)科核心素養(yǎng)由信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任四個(gè)核心要素組成[16]。信息技術(shù)的學(xué)科內(nèi)容主要包括概念性知識(shí)與技能、原理性知識(shí)與技能、操作性知識(shí)與技能。學(xué)生在正式學(xué)習(xí)這些知識(shí)與技能前，頭腦中或多或少對(duì)將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容存在一定的認(rèn)知，而這些認(rèn)知的正確與否，將直接影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。研究表明，學(xué)習(xí)過程是知識(shí)和思維（核心素養(yǎng)）形成的過程，它們具有嚴(yán)格的內(nèi)在一致性，并借助“邏輯動(dòng)態(tài)運(yùn)行過程”有機(jī)聯(lián)系在一起[17]。映射到信息技術(shù)學(xué)科，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)原有錯(cuò)誤認(rèn)知轉(zhuǎn)變的“過程”即為該“邏輯的動(dòng)態(tài)運(yùn)行過程”，學(xué)生通過這一“過程”實(shí)現(xiàn)了學(xué)科知識(shí)和學(xué)科核心素養(yǎng)（計(jì)算思維）的內(nèi)在一致性。

二、研究設(shè)計(jì)

本研究中計(jì)算思維的定義采用與2017版高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)相吻合的計(jì)算思維五要素定義，即算法（Algorithmic）、評(píng)估（Evaluation）、分解（Decomposition）、抽象（Abstraction）、概括（Generalisation） [18]。

本研究以高中“信息技術(shù)”課程中的《網(wǎng)絡(luò)故障排查》為例，從心理學(xué)視角出發(fā)，以“偏差認(rèn)知轉(zhuǎn)變”作為中間變量，以培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生計(jì)算思維為目標(biāo)，著眼于兩個(gè)問題：（1）基于偏差認(rèn)知的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是否可以促進(jìn)學(xué)生的計(jì)算思維提升;（2）基于CTCL研究范式，如何利用相應(yīng)的技術(shù)進(jìn)行個(gè)性化資源設(shè)計(jì)與實(shí)施，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)偏差認(rèn)知轉(zhuǎn)變，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展。

（一）研究方法

本研究主要采用問卷調(diào)查法、準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)法。問卷調(diào)查法主要采用二階診斷測(cè)試工具;準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)法是指在教師、教學(xué)環(huán)境、教學(xué)實(shí)踐等研究條件基本不變的情況下，對(duì)實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組學(xué)生進(jìn)行不同的教學(xué)干預(yù)。

（二）研究對(duì)象

研究對(duì)象選取上海市S學(xué)校高一年級(jí)計(jì)算思維前測(cè)水平相當(dāng)?shù)膬蓚€(gè)班，共76名學(xué)生，其中A 班42人，為實(shí)驗(yàn)組，采用基于CTCL理論的教學(xué)方式;B 班34人，為對(duì)照組，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)方式。

（三）研究工具

研究工具采用二階診斷測(cè)試問卷，其編制過程為：初步篩選出測(cè)試知識(shí)點(diǎn)，編制一般二階問卷，對(duì)四個(gè)平行班進(jìn)行試測(cè)，完成后，對(duì)第二階中選擇第一階選項(xiàng)的理由經(jīng)分析后進(jìn)行分類，從而完成第二階選項(xiàng)，由此形成了二階選擇問卷。

本研究的二階選擇問卷共有4題組成，既是計(jì)算思維水平的測(cè)試，也是“網(wǎng)絡(luò)故障排查”相關(guān)知識(shí)點(diǎn)認(rèn)知偏差的測(cè)查。從計(jì)算思維測(cè)試角度看：第一題測(cè)查抽象思維，第二題測(cè)查概括思維，第三題測(cè)查算法思維，第四題測(cè)查分解、評(píng)估思維。問卷編碼賦值規(guī)則如下：正確答案及其匹配理由（下稱“基本科學(xué)”）得3分;正確答案及與其不匹配的理由得2分;錯(cuò)誤答案及其匹配理由得1分;其余得0分。

為驗(yàn)證測(cè)查問卷的信度，對(duì)S學(xué)校高一年級(jí)四個(gè)班級(jí)進(jìn)行了試測(cè)。問卷的信度統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果顯示：克隆巴赫系數(shù)為0.707>0.7，說(shuō)明該問卷信度較高。

（四）研究過程

本實(shí)驗(yàn)的研究過程分為教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)實(shí)施、教學(xué)反思三個(gè)階段，如圖1 所示。在教學(xué)設(shè)計(jì)階段，學(xué)習(xí)內(nèi)容主要為用于解決現(xiàn)實(shí)生活問題的技能操作類內(nèi)容，教學(xué)設(shè)計(jì)方面則以培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維為目標(biāo)，遵循“以學(xué)為主”的教學(xué)設(shè)計(jì);在教學(xué)實(shí)施階段，根據(jù)學(xué)生偏差認(rèn)知的類型進(jìn)行個(gè)性化學(xué)習(xí)資源、實(shí)驗(yàn)環(huán)境和學(xué)習(xí)過程的設(shè)計(jì);在教學(xué)反思階段，主要對(duì)兩組前后測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比，撰寫教學(xué)反思并提煉實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施

通過文獻(xiàn)分析、同行交流及反復(fù)研討，研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為《網(wǎng)絡(luò)故障排查》學(xué)習(xí)內(nèi)容適合的教學(xué)方式為：教師采用實(shí)驗(yàn)教學(xué)，創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境中的真實(shí)問題，讓學(xué)生在親身體驗(yàn)、自主探究中解決問題。

（一）個(gè)性化實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

針對(duì)實(shí)驗(yàn)組學(xué)生的偏差認(rèn)知及其類型，研究者設(shè)計(jì)并開發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)單和學(xué)習(xí)資源，從實(shí)驗(yàn)環(huán)境和學(xué)習(xí)過程兩個(gè)視角給不同類型的學(xué)生提供個(gè)性化實(shí)驗(yàn)方案。該方案的基礎(chǔ)是實(shí)驗(yàn)組學(xué)生的偏差認(rèn)知及其類型，核心是面向計(jì)算思維的學(xué)習(xí)資源、實(shí)驗(yàn)環(huán)境和學(xué)習(xí)過程的設(shè)計(jì)與開發(fā)。

1. 實(shí)驗(yàn)組學(xué)生的偏差認(rèn)知情況分析

通過匯總實(shí)驗(yàn)組學(xué)生測(cè)查作答情況，研究者發(fā)生學(xué)生產(chǎn)生偏差認(rèn)知的原因有：（1）將總線與連接線路等同于一個(gè)概念范疇;（2）認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是網(wǎng)絡(luò)連接的一部分;（3）認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)只有總線型一種類型、操作系統(tǒng)是軟件的統(tǒng)稱;（4）上網(wǎng)只要有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議即可。由此得出偏差認(rèn)知的類型：“性質(zhì)使然”，指未理解不同領(lǐng)域的知識(shí)，導(dǎo)致互相之間混用;“張冠李戴”，指將其他領(lǐng)域的知識(shí)直接套用到本領(lǐng)域的相關(guān)內(nèi)容上;“表未及里”，指只認(rèn)識(shí)到字面意思，未掌握事物本質(zhì);“以偏概全”，指只認(rèn)知到事物的部分特性，將其當(dāng)作事物的全部。

2. 實(shí)驗(yàn)組學(xué)生的偏差認(rèn)知類型分布情況

實(shí)驗(yàn)組學(xué)生前測(cè)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果顯示，學(xué)生的偏差認(rèn)知類型的分布情況：42名學(xué)生中“基本科學(xué)”9人，占21.4%;“性質(zhì)使然”13人，占31%;“張冠李戴”2人，占4.7%;“表未及里”13人，占31%;“以偏概全”5人，占11.9%。

3. 個(gè)性化實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

信息技術(shù)學(xué)科的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是基于學(xué)生個(gè)體感知的認(rèn)知過程，通過發(fā)現(xiàn)、驗(yàn)證、合作、體驗(yàn)等認(rèn)知環(huán)節(jié)，提升學(xué)生認(rèn)知的深度[19]。在此基礎(chǔ)上，個(gè)性化實(shí)驗(yàn)教學(xué)（Individualized Experimental Teaching）針對(duì)學(xué)生偏差認(rèn)知類型設(shè)計(jì)了四種不同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，為每位學(xué)生提供四種不同的學(xué)習(xí)資源包，其中包括微視頻、實(shí)驗(yàn)單、幫助文件等。需要說(shuō)明的是，9位“基本科學(xué)”學(xué)生作為助教（Teacher Assistant）參與到實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)中。

4. 個(gè)性化學(xué)習(xí)資源包設(shè)計(jì)

學(xué)習(xí)資源包主要包含：關(guān)于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的微視頻各一個(gè)，學(xué)生實(shí)驗(yàn)單一份，“錦囊妙計(jì)”幫助文件一個(gè)，而個(gè)性化體現(xiàn)在資源包中資源組合的個(gè)性化。

微視頻設(shè)計(jì)主要以“驚訝型策略”和“概念轉(zhuǎn)變”（Conceptual Change）的相關(guān)理論作為基礎(chǔ)?！绑@訝型策略”認(rèn)為，概念轉(zhuǎn)變的基礎(chǔ)是引發(fā)學(xué)習(xí)者產(chǎn)生與原有認(rèn)知相沖突的新認(rèn)知[20]，因此，教學(xué)中教師可以直接呈現(xiàn)反例，在學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突后，通過教學(xué)干預(yù)引導(dǎo)學(xué)習(xí)者改變?cè)瓉?lái)的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，獲取正確的知識(shí)。概念轉(zhuǎn)變需要一定條件的支撐，“概念轉(zhuǎn)變”模型指出四個(gè)必備條件為：對(duì)現(xiàn)有概念的不滿、新概念的可理解性、新概念的合理性和新概念的有效性[21]。關(guān)于糾正“網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是網(wǎng)絡(luò)連接的一部分”偏差認(rèn)知的微視頻設(shè)計(jì)見表1。

為將學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中的計(jì)算思維活動(dòng)進(jìn)行可視化，學(xué)生實(shí)驗(yàn)單中設(shè)計(jì)了三個(gè)梯度的學(xué)習(xí)任務(wù)，分別指向不同學(xué)習(xí)維度的計(jì)算思維，具體為：“成為網(wǎng)絡(luò)故障觀察行家”，主要培養(yǎng)學(xué)生的分解和抽象思維;“成為網(wǎng)絡(luò)故障分析達(dá)人”， 主要培養(yǎng)學(xué)生的算法、抽象、評(píng)估思維;“成就故障分析專家”，主要培養(yǎng)學(xué)生的概括思維。

5. 個(gè)性化學(xué)習(xí)過程的設(shè)計(jì)

學(xué)生的學(xué)習(xí)過程主要包括：（1）教師在準(zhǔn)備教室布置實(shí)驗(yàn)的具體要求，學(xué)生通過完成實(shí)驗(yàn)單第一部分“成為網(wǎng)絡(luò)故障觀察行家”中“日常網(wǎng)絡(luò)故障匯總”的內(nèi)容;（2）學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，找到對(duì)應(yīng)學(xué)號(hào)的實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī);（3）教師及助教巡視，學(xué)生根據(jù)所提供的學(xué)習(xí)資源（或向教師及助教求助）來(lái)完成實(shí)驗(yàn);（4）實(shí)驗(yàn)完成后，學(xué)生分析、概括并完成實(shí)驗(yàn)單第二部分“成為網(wǎng)絡(luò)故障分析達(dá)人”中“網(wǎng)絡(luò)故障排查的方法”的內(nèi)容;（5）交流分享，小結(jié)實(shí)驗(yàn)過程;（6）學(xué)生通過完成實(shí)驗(yàn)單第三部分“成就故障分析專家”中“一般計(jì)算機(jī)故障問題”的內(nèi)容;（7）總結(jié)。

學(xué)習(xí)過程的個(gè)性化主要體現(xiàn)在教師提供了個(gè)性化的實(shí)驗(yàn)環(huán)境、學(xué)習(xí)資源及學(xué)習(xí)路徑。個(gè)性化實(shí)驗(yàn)過程中，每位學(xué)生在獲取新知識(shí)的過程中，與之前偏差認(rèn)知產(chǎn)生了認(rèn)知沖突，教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)現(xiàn)有資源和所學(xué)新知識(shí)來(lái)解決問題，進(jìn)而表明新概念的有效性，實(shí)現(xiàn)了偏差認(rèn)知的轉(zhuǎn)變及計(jì)算思維的提升。

（二）實(shí)驗(yàn)的實(shí)施

在前測(cè)完成一周后，根據(jù)教學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)施教學(xué)。實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的教學(xué)時(shí)間均為80分鐘（兩課時(shí)）。兩組均由同一名教師授課，講授內(nèi)容所覆蓋的知識(shí)點(diǎn)相同，主要包括硬件和軟件故障診斷、排查、解決的方法與技能。

兩組學(xué)生在教學(xué)結(jié)束后馬上完成計(jì)算思維能力后測(cè)問卷，時(shí)間為20分鐘，以了解實(shí)驗(yàn)完成后兩組學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展?fàn)顩r。

四、研究結(jié)果

課堂觀察發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)組除9人擔(dān)任助教外，剩下33人中有31人成功完成網(wǎng)絡(luò)故障的排查，實(shí)驗(yàn)完成率為93.9%。實(shí)驗(yàn)結(jié)束，參照對(duì)照組的做法，對(duì)實(shí)驗(yàn)組所有學(xué)生進(jìn)行了后測(cè)，發(fā)出問卷42份，收到問卷42份，回收率100%，其中有效問卷42份，有效率100%。

（一）兩組前后測(cè)數(shù)據(jù)分析

將實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的前測(cè)成績(jī)進(jìn)行對(duì)比分析，兩組均值相差7.16分（見表2），獨(dú)立樣本t 檢驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)Sig（=0.202）>0.05，表明兩組數(shù)據(jù)無(wú)顯著差異，說(shuō)明在實(shí)驗(yàn)開始之前，兩組學(xué)生的計(jì)算思維水平基本相同。

實(shí)驗(yàn)組后測(cè)成績(jī)均值比對(duì)照組高出25.33分，對(duì)兩組學(xué)生的后測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，見表3，Sig（=0.000）<0.05，表明兩組數(shù)據(jù)存在顯著差異，說(shuō)明采用個(gè)性化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的學(xué)生，計(jì)算思維發(fā)展水平優(yōu)于采用常規(guī)教學(xué)的對(duì)照組學(xué)生。

（二）對(duì)照組前后測(cè)與實(shí)驗(yàn)組前后測(cè)成績(jī)分析

從兩組的前后測(cè)數(shù)據(jù)的配對(duì)樣本t檢驗(yàn)（見表4）的結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，對(duì)照組Sig（=0.671）>0.05，表明前后測(cè)數(shù)據(jù)不存在顯著性差異，表示對(duì)照組計(jì)算思維發(fā)展水平無(wú)顯著提升;實(shí)驗(yàn)組Sig（=0.000）<0.05，表明前后測(cè)數(shù)據(jù)存在顯著性差異，表示實(shí)驗(yàn)組計(jì)算思維發(fā)展水平顯著提升。

（三）兩組前后測(cè)計(jì)算思維“五要素”成績(jī)分析

為研究計(jì)算思維“五要素”發(fā)展水平是否存在差異，將兩組前后測(cè)成績(jī)根據(jù)問卷對(duì)應(yīng)的計(jì)算思維 “五要素”（其中一題對(duì)應(yīng)兩個(gè)要素）進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)分析。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，兩組學(xué)生的計(jì)算思維 “五要素”發(fā)展水平是不平衡的（見表5）。其中，實(shí)驗(yàn)組前后“算法”思維提升幅度最大;對(duì)照組中“抽象”“概括”思維出現(xiàn)減幅;實(shí)驗(yàn)組中，“分解”“評(píng)估”思維提升幅度最小，“抽象”思維提升幅度接近“算法”思維的提升幅度，“概括”思維平均成績(jī)接近“算法”思維的平均成績(jī)。結(jié)果說(shuō)明，較對(duì)照組而言，實(shí)驗(yàn)組學(xué)生的“抽象”“概括”思維的平均成績(jī)提升幅度最大，此結(jié)果與學(xué)生實(shí)驗(yàn)單中“成為網(wǎng)絡(luò)故障觀察行家”（培養(yǎng)抽象思維）和“成就故障分析專家”（培養(yǎng)概括思維）兩部分內(nèi)容學(xué)生完成質(zhì)量較為一致。

（四）實(shí)驗(yàn)組偏差認(rèn)知學(xué)生的轉(zhuǎn)變情況及其與計(jì)算思維前后測(cè)的相關(guān)分析

實(shí)驗(yàn)組經(jīng)過實(shí)驗(yàn)教學(xué)后，原來(lái)33位偏差認(rèn)知學(xué)生中的40%（13人）實(shí)現(xiàn)了認(rèn)知轉(zhuǎn)變，除“以偏概全”人數(shù)增加3人，其他三種偏差類型人數(shù)均明顯減少。根據(jù)表5數(shù)據(jù)可知，實(shí)驗(yàn)組學(xué)生后測(cè)計(jì)算思維水平顯著提高，由此說(shuō)明偏差認(rèn)知的轉(zhuǎn)變較大程度上促進(jìn)了學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展。進(jìn)一步數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，“表未及里”類型中還未實(shí)現(xiàn)偏差認(rèn)知轉(zhuǎn)變的學(xué)生（7人），其計(jì)算思維水平較低（33.32分），即實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)這部分學(xué)生的學(xué)習(xí)效果并不明顯;“以偏概全”的偏差人數(shù)由原來(lái)5人增加到8人，但是學(xué)生整體計(jì)算思維水平較高（71.89分），經(jīng)過對(duì)該類型中學(xué)生問卷答題情況逐一分析發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生這種情況的原因是“以偏概全”與“基本科學(xué)”的分類標(biāo)準(zhǔn)較為接近，導(dǎo)致在實(shí)際分類過程中存在誤差。

五、研究結(jié)論

（一）關(guān)注學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)內(nèi)容之間的關(guān)系是偏差認(rèn)知轉(zhuǎn)變的基礎(chǔ)

數(shù)據(jù)結(jié)果表明，78.6%的學(xué)生對(duì)“網(wǎng)絡(luò)故障排查”所涉及的知識(shí)或技能存在偏差認(rèn)知。教師從學(xué)習(xí)者和學(xué)習(xí)內(nèi)容兩個(gè)維度對(duì)這些偏差認(rèn)知形成的原因進(jìn)行深入分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)偏差認(rèn)知可分類。這與尹相杰等人的研究發(fā)現(xiàn)相一致，即前概念是可以分類的，并且充分地關(guān)注學(xué)生，精準(zhǔn)把握學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的認(rèn)知（C-L）是十分必要的[22]。因此，綜合考慮學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)內(nèi)容，根據(jù)偏差認(rèn)知類型設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)資源，是偏差認(rèn)知轉(zhuǎn)變的基礎(chǔ)，也是促進(jìn)學(xué)生有效學(xué)習(xí)的起點(diǎn)。

（二）偏差認(rèn)知轉(zhuǎn)變的過程也是計(jì)算思維發(fā)展的過程

知識(shí)、思維和價(jià)值三個(gè)層面的因素形成了素養(yǎng)，三個(gè)層面有機(jī)整合在一起，就能促進(jìn)學(xué)生全面而和諧的發(fā)展[23]。學(xué)科知識(shí)、學(xué)科思維和學(xué)科價(jià)值三個(gè)層面的有機(jī)整合形成了學(xué)科核心素養(yǎng)，因此，作為信息技術(shù)學(xué)科思維的計(jì)算思維的發(fā)展離不開本體性知識(shí)的學(xué)習(xí)。研究結(jié)果顯示，偏差認(rèn)知學(xué)生中的40%實(shí)現(xiàn)了偏差認(rèn)知的完全轉(zhuǎn)變，90%學(xué)生的計(jì)算思維得到了發(fā)展。由此證明，實(shí)現(xiàn)偏差認(rèn)知的轉(zhuǎn)變是有效學(xué)習(xí)學(xué)科知識(shí)的基礎(chǔ)，偏差認(rèn)知轉(zhuǎn)變與計(jì)算思維發(fā)展正相關(guān)。相關(guān)研究表明，偏差認(rèn)知轉(zhuǎn)變的條件之一是對(duì)原有認(rèn)知的不滿[21]，更進(jìn)一步的研究表明，“引發(fā)認(rèn)知沖突”成為偏差認(rèn)知轉(zhuǎn)變的傳統(tǒng)方法。這些觀點(diǎn)也與趙國(guó)慶等的研究結(jié)論相一致，趙國(guó)慶在其研究中表明，認(rèn)知沖突是思維發(fā)展的起點(diǎn)，也是思維發(fā)展的必要條件[24]。因此，知識(shí)、思維在學(xué)生偏差認(rèn)知轉(zhuǎn)變這一“過程”中得以發(fā)生、升華，即“引發(fā)認(rèn)知沖突”并促使學(xué)生偏差認(rèn)知轉(zhuǎn)變的過程就是計(jì)算思維發(fā)展的過程。

（三）個(gè)性化學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)可以有效促進(jìn)計(jì)算思維的發(fā)展

本研究表明，對(duì)照組學(xué)生的計(jì)算思維發(fā)展水平?jīng)]有顯著性變化，實(shí)驗(yàn)組學(xué)生的計(jì)算思維水平有顯著性變化。由此推斷，計(jì)算思維水平不會(huì)因?qū)W習(xí)者個(gè)體自然認(rèn)知的發(fā)展而發(fā)展，而個(gè)性化實(shí)驗(yàn)環(huán)境、學(xué)習(xí)資源包和學(xué)習(xí)過程的設(shè)計(jì)，更接近學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的本質(zhì)需求，促使學(xué)生更加主動(dòng)地學(xué)習(xí)、更加自主地建構(gòu)知識(shí)，因此，學(xué)生計(jì)算思維得到發(fā)展。這也與林崇德等的研究結(jié)論相似：學(xué)習(xí)是一個(gè)積極主動(dòng)建構(gòu)的過程，學(xué)生積極主動(dòng)的思考，促進(jìn)了學(xué)生思維結(jié)構(gòu)的發(fā)展[25]。

（四）技術(shù)應(yīng)著眼于學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)內(nèi)容的差異性和發(fā)展性

研究結(jié)果表明，仍有個(gè)別學(xué)生的計(jì)算思維沒有得到發(fā)展或提升，說(shuō)明以實(shí)驗(yàn)教學(xué)為主的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)對(duì)于個(gè)別學(xué)生在促進(jìn)計(jì)算思維方面是無(wú)效的。即個(gè)性化實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)大部分學(xué)生的計(jì)算思維發(fā)展是有效的，但不一定適合所有學(xué)生及學(xué)習(xí)內(nèi)容的需求。這與CTCL理論的觀點(diǎn)相一致：技術(shù)的運(yùn)用要適應(yīng)于學(xué)習(xí)者的狀況以及學(xué)習(xí)內(nèi)容，使它們相互間達(dá)到最好的融合狀態(tài)，以達(dá)到改善學(xué)習(xí)的效果[26]。因此，教學(xué)實(shí)踐中，教師不應(yīng)為了使用技術(shù)而使用技術(shù)，而是要充分關(guān)注由學(xué)習(xí)者構(gòu)成的共同體的發(fā)展性以及學(xué)習(xí)者、學(xué)習(xí)內(nèi)容的個(gè)體差異性，方能真正體現(xiàn)技術(shù)帶來(lái)的系統(tǒng)優(yōu)化的根本價(jià)值所在[26]。

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