指定配對(duì)編程策略的實(shí)證研究

趙福生 劉力

摘要：隨著新課標(biāo)、新教材的實(shí)施，通過編程教育培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維受到高度關(guān)注。配對(duì)編程被認(rèn)為是課堂上一種有效的教學(xué)方式。然而，如何配對(duì)更能充分發(fā)揮其作用，鮮有研究。文章采用準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)法，通過比較控制班和實(shí)驗(yàn)班的后測(cè)成績(jī)，驗(yàn)證指定配對(duì)編程策略的效果。研究發(fā)現(xiàn)：指定配對(duì)編程模式下的中等生在編程技能上顯著提升，學(xué)困生的問題解決能力明顯提高，因此，教師的指導(dǎo)將更有針對(duì)性。

關(guān)鍵詞：指定配對(duì)編程;自由組合;編程技能;問題解決能力

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

文章編號(hào)：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(guó)發(fā)布《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》，明確將計(jì)算思維能力作為信息技術(shù)學(xué)科的核心素養(yǎng)[1]，計(jì)算思維培養(yǎng)的目的是讓學(xué)生用計(jì)算機(jī)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(xué)習(xí)是培養(yǎng)計(jì)算思維的重要載體[2]。然而，我國(guó)的編程教育整體還處于初級(jí)階段[3]，在中小學(xué)實(shí)行編程教育一直以來是一個(gè)難題，經(jīng)過大量研究，學(xué)界提出配對(duì)編程是一種有效解決方式。配對(duì)編程，也稱結(jié)對(duì)編程，是一種協(xié)作教學(xué)法，它依靠雙人使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)協(xié)作完成編程任務(wù)。國(guó)內(nèi)外很多研究表明，它不僅能提高程序設(shè)計(jì)質(zhì)量，減少錯(cuò)誤，增強(qiáng)相互溝通[4]，也是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的有效方法[5-6]。雖然配對(duì)編程的兩個(gè)人分工明確，但如何分配學(xué)生作為一組配對(duì)，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(yàn)證其效果。

1.2研究問題

根據(jù)研究目標(biāo)，本研究確定以下兩個(gè)研究問題：

①與自由組合的分組相比，采用指定分組的配對(duì)策略是否顯著提升了所有學(xué)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(duì)策略是否顯著提升了所有學(xué)生的問題解決能力？

2 研究設(shè)計(jì)

2.1研究樣本

本研究選取沈陽(yáng)某高中二年級(jí)兩個(gè)班級(jí)共80名學(xué)生作為研究樣本，每個(gè)班級(jí)40人，兩個(gè)班級(jí)一年級(jí)下學(xué)期的信息技術(shù)期末考試平均成績(jī)幾乎一樣，且無統(tǒng)計(jì)上的顯著差異。該校一年級(jí)開設(shè)新教材必修一、二，二年級(jí)上學(xué)期開設(shè)選擇性必修一。

2.2研究方法

本研究采用準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)法開展研究，A班作為控制班，自由組合配對(duì)，B班作為實(shí)驗(yàn)班，采用指定配對(duì)法。兩個(gè)班級(jí)的其他變量都是相同的，如授課教師、課時(shí)、教材、教案等。

在數(shù)據(jù)的搜集和分析方法方面，本研究主要采用統(tǒng)計(jì)分析方法來檢驗(yàn)兩個(gè)班級(jí)學(xué)生編程技能和問題解決能力方面的差異。

2.3研究假設(shè)

本研究建立如下兩個(gè)假設(shè)：

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

2.4研究程序

本研究的程序包括三個(gè)階段：第一個(gè)階段，針對(duì)學(xué)習(xí)者的編程技能和問題解決能力進(jìn)行前測(cè)，從而確保兩個(gè)班級(jí)在編程技能和問題解決能力方面具有相同水平。此外，還對(duì)學(xué)習(xí)者進(jìn)行Python3.8 IDLE和流程圖操作的培訓(xùn)。第二個(gè)階段，開展實(shí)驗(yàn)階段。兩個(gè)班級(jí)均根據(jù)前測(cè)成績(jī)進(jìn)行排名，但是排名順序不公開，目的是比較對(duì)應(yīng)層次學(xué)生的成績(jī)，第1～10名為優(yōu)秀生，11～30名為中等生，31～40名為學(xué)困生，經(jīng)過比較，兩個(gè)班級(jí)的優(yōu)秀生、中等生和學(xué)困生的平均成績(jī)也分別相差無幾。實(shí)驗(yàn)班教師將一名優(yōu)秀生與一名學(xué)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(jì)算機(jī)自動(dòng)分配，組合的兩個(gè)人在一個(gè)學(xué)期保持一致，不改變搭檔對(duì)象。兩個(gè)班級(jí)均采用講授理論后的任務(wù)驅(qū)動(dòng)方式協(xié)作完成編程。首先，教師進(jìn)行理論授課;其次，按照配對(duì)模式完成編程任務(wù);最后，每個(gè)任務(wù)完成后，兩個(gè)班級(jí)都要進(jìn)行小組分享作品，教師總結(jié)。協(xié)作學(xué)習(xí)中，教師隨機(jī)指導(dǎo)。第三個(gè)階段，對(duì)學(xué)習(xí)者的編程技能和問題解決能力進(jìn)行后測(cè)。在測(cè)試前，讓學(xué)生熟悉測(cè)試環(huán)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(cè)試題目、輔助答題單和Python IDLE工具。

編程技能測(cè)試題目

主要測(cè)試學(xué)生對(duì)幾種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及Python基本應(yīng)用的掌握程度。前測(cè)題目主要包括三種邏輯結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單算法（如輾轉(zhuǎn)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(jié)合的方式呈現(xiàn)，沒有閱讀障礙。后測(cè)題目主要考查學(xué)生解決實(shí)際問題的編程技能。

②輔助答題單

它允許學(xué)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(jié)構(gòu)以流程圖形式描述出來。答題單上要明確回答幾個(gè)問題：（1）該任務(wù)可分解為幾個(gè)任務(wù)？（2）寫出每個(gè)任務(wù)的流程圖或偽代碼（3）每個(gè)任務(wù)用到了什么數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)？（4）每個(gè)任務(wù)用到了什么算法？

Python IDLE

IDLE是Python3.8自帶的一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境，無須另外安裝。它可以方便地創(chuàng)建、運(yùn)行和調(diào)試Python程序，是學(xué)生答題的主要工具。

3 研究結(jié)果

為了檢驗(yàn)指定分組的配對(duì)編程策略對(duì)編程技能和問題解決能力的影響，對(duì)控制班和實(shí)驗(yàn)班的總體后測(cè)成績(jī)和三種知識(shí)水平學(xué)生的成績(jī)進(jìn)行比較，統(tǒng)計(jì)方法采用平均值和獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，比較結(jié)果見表1。

3.1編程技能

編程技能測(cè)試主要衡量學(xué)習(xí)者動(dòng)手編程的操作技能，包括邏輯結(jié)構(gòu)的運(yùn)用能力，代碼的編寫調(diào)試能力，Python基礎(chǔ)知識(shí)的掌握能力等，分析數(shù)據(jù)來源于上機(jī)編程的實(shí)際分?jǐn)?shù)，比較結(jié)果見表2。

3.2問題解決能力

問題解決能力主要考查學(xué)習(xí)者對(duì)編程任務(wù)的認(rèn)知能力、抽象能力、分解能力、轉(zhuǎn)化為代碼的執(zhí)行能力等，分析的數(shù)據(jù)主要來源于輔助答題單分?jǐn)?shù)，比較結(jié)果見表3。

4 討論

4.1中等生編程技能提高的原因

實(shí)驗(yàn)班中等學(xué)生在編程技能中表現(xiàn)更為優(yōu)異，筆者深入分析原因，在于這部分學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備比較充足，水平差異不大，在協(xié)作學(xué)習(xí)過程中，互為“支架”，互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，填補(bǔ)了知識(shí)漏洞，從而幫助學(xué)生鞏固技能。通過將后測(cè)題目細(xì)分并分析得分情況看，在編程語法、數(shù)據(jù)類型的操作等基礎(chǔ)知識(shí)的識(shí)記與運(yùn)用上，中等生與優(yōu)秀生的表現(xiàn)趨于相同，但是在問題解決能力上沒有明顯進(jìn)步。已有研究表明，中等生與優(yōu)秀生之間的差距緣于邏輯推理能力方面[7]。

4.2學(xué)困生問題解決能力提高的原因

實(shí)驗(yàn)班的學(xué)困生在問題解決能力上與控制班學(xué)生有顯著差異，深入分析原因，發(fā)現(xiàn)學(xué)困生通過“密接”優(yōu)秀生，對(duì)問題的分析能力從模仿到遷移再到內(nèi)化發(fā)生轉(zhuǎn)變?！熬呱碚J(rèn)知”理論認(rèn)為，環(huán)境、身體、認(rèn)知之間是不可分離，相互嵌套的[8]。行為能夠影響思維，復(fù)制行為也就可以復(fù)制思維[9]。但是學(xué)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(yōu)秀生和學(xué)困生的協(xié)作中，對(duì)任務(wù)的綜合辨析能力可以“傳遞”，但是編程技能需要學(xué)困生反復(fù)、主動(dòng)的練習(xí)才能提高;二是在編程技能上，學(xué)困生與中等生的差距小于學(xué)困生與優(yōu)秀生的差距，所以中等生對(duì)學(xué)困生的幫助更大，反之，優(yōu)秀生的水平超過了學(xué)困生的最近發(fā)展區(qū)，可能會(huì)出現(xiàn)支架與最近發(fā)展區(qū)的失衡[10]。

4.3在指定配對(duì)策略中教師的指導(dǎo)傾向

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在指定配對(duì)協(xié)作學(xué)習(xí)的課堂上，教師的指導(dǎo)應(yīng)更有針對(duì)性。在解決有難度的任務(wù)時(shí)，著重指導(dǎo)中等生小組，培養(yǎng)他們的綜合分析能力;在解決一般任務(wù)時(shí)，多關(guān)注“優(yōu)秀生-學(xué)困生”小組中的學(xué)困生，及時(shí)發(fā)現(xiàn)他們?cè)诰幊碳寄苌系娜毕莶⑻峁椭?。在評(píng)價(jià)和小組任務(wù)展示時(shí)，多給中等生和學(xué)困生機(jī)會(huì)。

5 結(jié)語

本研究經(jīng)過一個(gè)學(xué)期的實(shí)證研究，探索了指定配對(duì)分組策略對(duì)于高中生在編程技能和問題解決能力方面的影響。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，采用指定配對(duì)分組策略能夠顯著提升中等生的編程技能和學(xué)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(jìn)一步擴(kuò)大樣本，并在不同學(xué)校開展實(shí)證研究，進(jìn)一步驗(yàn)證指定分組配對(duì)策略的效果。第二，本研究只針對(duì)高中二年級(jí)學(xué)生，未來將選擇其他研究對(duì)象進(jìn)一步探索。

經(jīng)過本研究的探索，筆者建議采用指定配對(duì)分組的策略，在合作學(xué)習(xí)中，教師的指導(dǎo)要有針對(duì)性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生的問題并給予幫助，縮小優(yōu)秀生、中等生和學(xué)困生之間的差距，促進(jìn)共同進(jìn)步，從而促使學(xué)習(xí)者更加熱愛編程，提升計(jì)算思維和創(chuàng)新意識(shí)。

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【通聯(lián)編輯：王力】