可視化編程能有效促進(jìn)K12學(xué)生的發(fā)展嗎

陳鵬　王曉　楊姝　陳曉怡　楊東

摘要：編程被全球多個(gè)國家納入基礎(chǔ)教育課程，可視化編程工具因其具有操作直觀、封裝簡(jiǎn)化等特點(diǎn)，已成為中小學(xué)開展編程教育的重要方式。然而學(xué)界對(duì)可視化編程能否有效促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展，尚未形成一致的結(jié)論。通過對(duì)近十年SSCI期刊39項(xiàng)實(shí)驗(yàn)和準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)行元分析發(fā)現(xiàn)：（1）可視化編程對(duì)K12學(xué)生在認(rèn)知、行為能力、情感態(tài)度三個(gè)層面都有促進(jìn)作用，且對(duì)認(rèn)知的影響最大，其次是情感態(tài)度層面；（2）可視化編程在小學(xué)階段的作用效果更為顯著；（3）中等規(guī)模的可視化編程教學(xué)活動(dòng)對(duì)學(xué)生認(rèn)知層面的影響最佳，小規(guī)?？梢暬幊探虒W(xué)活動(dòng)對(duì)學(xué)生行為能力層面的影響更突出；（4）不同時(shí)長(zhǎng)的可視化編程教學(xué)活動(dòng)都對(duì)學(xué)生發(fā)展有積極促進(jìn)作用，但作用效果無顯著差異。未來開展可視化編程教學(xué)與實(shí)踐，可將信息科技課程內(nèi)容與其他學(xué)科結(jié)合，綜合工具自身的特點(diǎn)以及學(xué)生不同年齡階段的發(fā)展特征來設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動(dòng)，并在實(shí)施時(shí)采用多樣化的教學(xué)策略，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)投入和學(xué)習(xí)效果。

關(guān)鍵詞：編程教育；可視化編程；K12學(xué)生；學(xué)生發(fā)展；元分析

中圖分類號(hào)：G434? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1009-5195（2023）04-0102-11? doi10.3969/j.issn.1009-5195.2023.04.012

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基金項(xiàng)目：北京市教育委員會(huì)科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目“基于學(xué)習(xí)分析技術(shù)的計(jì)算思維生成過程和評(píng)價(jià)模型研究”（KM202310028004）；首都師范大學(xué)教育學(xué)院開放課題“基于學(xué)習(xí)過程分析的計(jì)算思維水平預(yù)測(cè)研究”。

作者簡(jiǎn)介：陳鵬，博士，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，碩士生導(dǎo)師，首都師范大學(xué)教育學(xué)院（北京 100048）；王曉，碩士研究生，首都師范大學(xué)教育學(xué)院（北京 100048）；楊姝、陳曉怡，碩士研究生，首都師范大學(xué)教師教育學(xué)院（北京 100048）；楊東，博士，講師，北京師范大學(xué)未來教育學(xué)院（廣東珠海 519087）。

為應(yīng)對(duì)人工智能的迅速發(fā)展，加快建設(shè)創(chuàng)新型國家和世界科技強(qiáng)國，國務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》提出“實(shí)施全民智能教育項(xiàng)目，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育”（中華人民共和國中央人民政府，2017）。與此同時(shí)，《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022版）》將計(jì)算思維列為信息科技課程要培養(yǎng)的核心素養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)通過課程學(xué)習(xí)讓學(xué)生初步具備解決問題的能力，發(fā)展計(jì)算思維（中華人民共和國教育部，2022）?？梢暬幊坦ぞ咭蚱洳僮髦庇^、封裝簡(jiǎn)化，降低了代碼語句編寫的難度、規(guī)避了繁瑣的語法調(diào)試環(huán)節(jié)，能夠有效激發(fā)學(xué)生編程學(xué)習(xí)的興趣，更聚焦于計(jì)算思維培養(yǎng)和能力的發(fā)展（郁曉華等，2017），成為中小學(xué)開展編程教育的重要方式。目前，Scratch、App Inventor、Alice等可視化編程工具，以及與之結(jié)合的教育機(jī)器人在國內(nèi)外中小學(xué)得到廣泛的運(yùn)用（陳鵬等，2018）。有研究指出，基于可視化編程開展教學(xué)活動(dòng)，學(xué)生在計(jì)算思維（Noh et al.，2020）、問題解決能力（Yilmaz Ince et al.，2021）、創(chuàng)新能力等方面都能得到發(fā)展。但也有研究認(rèn)為，可視化編程存在一定的局限性，并不能促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的提升以及能力的發(fā)展?？梢姡翱梢暬幊淌欠裼欣趯W(xué)生發(fā)展”這一問題在學(xué)界尚未達(dá)成一致的結(jié)論。本研究擬采用元分析（Meta-Analysis）的方法，梳理國際上基于可視化編程開展的實(shí)驗(yàn)和準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究，同時(shí)以學(xué)段、樣本規(guī)模及實(shí)驗(yàn)周期為調(diào)節(jié)變量分析其對(duì)學(xué)生發(fā)展的作用，為編程教育的研究與實(shí)踐提供可行性參考。

一、文獻(xiàn)綜述

編程是人們解決問題的一種思路和方法，主要指人類將要解決的問題以計(jì)算機(jī)能理解的方式輸入計(jì)算機(jī)，讓其根據(jù)人的指令完成并實(shí)現(xiàn)某特定任務(wù)的過程。近些年，隨著信息技術(shù)對(duì)人類生活、生產(chǎn)的影響日益加深，編程教育成為發(fā)展學(xué)生計(jì)算思維、問題解決能力、創(chuàng)造力等的重要途徑（張進(jìn)寶，2019）。然而基于文本的編程工具（如Python、Java）因其過于復(fù)雜的程序語法會(huì)降低學(xué)生編程學(xué)習(xí)的熱情和信心，不適宜初學(xué)者，尤其是低齡學(xué)習(xí)者（Kinnunen et al.，2006；Topalli et al.，2018）。可視化編程工具（也稱基于塊的可視化編程工具），如常見的Scratch、App Inventor、Alice等，能通過拖動(dòng)可視化塊和設(shè)置參數(shù)的方式構(gòu)建程序（Chao，2016）。它們簡(jiǎn)單、直觀的操作界面，容易上手且極具趣味性，能夠大大降低編程學(xué)習(xí)過程中語法操作的難度，滿足初學(xué)者“低門檻、高天花板”的編程需求（張進(jìn)寶，2019；Mladenovi? et al.，2018）。目前越來越多的國家和地區(qū)在計(jì)算機(jī)科學(xué)教育中運(yùn)用可視化編程工具，并通過實(shí)證研究來探究其對(duì)學(xué)生發(fā)展的影響，然而相關(guān)研究的結(jié)論并不一致。

一部分研究肯定了可視化編程的積極作用，認(rèn)為其能夠促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知、能力、情感態(tài)度等方面的發(fā)展。例如認(rèn)知方面，Rodriguez-Martinez 等（2020）在六年級(jí)開展可視化編程活動(dòng)與數(shù)學(xué)任務(wù)相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)利用Scratch完成數(shù)學(xué)任務(wù)有利于發(fā)展學(xué)生的數(shù)學(xué)思想和計(jì)算思維；Aksit等（2020）在中學(xué)課堂中通過基于塊的編程活動(dòng)引入計(jì)算思維概念和模型構(gòu)建內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)可視化編程對(duì)物理概念學(xué)習(xí)具有促進(jìn)作用。能力方面，張景（2022）、Yilmaz Ince等（2021）認(rèn)為可視化編程活動(dòng)能夠發(fā)展學(xué)生的批判性思維、問題解決能力、創(chuàng)造力等。Noh 等（2020）針對(duì)小學(xué)五、六年級(jí)開展了為期11周的實(shí)驗(yàn)研究，論證了結(jié)合可視化編程和機(jī)器人可以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力。Erümit（2020）通過實(shí)驗(yàn)研究證明了基于Scratch開展融合數(shù)學(xué)的教學(xué)游戲?qū)W(xué)生解決問題的算法思維、反思思維都有積極的影響。情感態(tài)度方面，研究者在實(shí)驗(yàn)或準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究中，通過前后測(cè)發(fā)現(xiàn)，可視化編程工具對(duì)學(xué)生編程學(xué)習(xí)的態(tài)度（Erümit，2020）、自我效能感（?zmutlu et al.，2021）和學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)（Hsiao et al.，2022）等均具有積極影響。

也有研究者發(fā)現(xiàn)可視化編程存在著一定的局限性，其對(duì)學(xué)生思維和能力的提升效果不顯著。例如：Lewis（2010）的研究指出，對(duì)于有信息知識(shí)背景的學(xué)生而言，可視化編程工具無法為其帶來專業(yè)感，較難提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效能。Garlick等（2010）對(duì)比學(xué)生使用Alice編程和傳統(tǒng)文本編程的學(xué)習(xí)效果，發(fā)現(xiàn)前者在測(cè)試和編程任務(wù)上的得分均低于后者。Kalelio?lu 等（2014）在小學(xué)開展Scratch教學(xué)后發(fā)現(xiàn)學(xué)生的問題解決能力沒有顯著提升，學(xué)生對(duì)可視化編程存在消極態(tài)度。郁曉華等（2017）在中小學(xué)開展App Inventor教學(xué)實(shí)踐后發(fā)現(xiàn)，學(xué)生抽象思維、邏輯思維成績(jī)下降，且解決問題的系統(tǒng)化能力未得到顯著提升。

還有一些研究者認(rèn)為，可視化編程的教學(xué)效果不能一概而論，它可能會(huì)受到學(xué)段、班級(jí)人數(shù)、學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)等研究設(shè)計(jì)和教學(xué)設(shè)計(jì)的影響（Chen et al.，2018；Hu et al.，2021）。例如，Atmatzidou等（2016）面向初中、高職學(xué)生開展可視化編程活動(dòng)后，發(fā)現(xiàn)不同年齡段學(xué)生在計(jì)算思維技能的部分維度上有著顯著差異。Fidai等（2020）在Scratch編程活動(dòng)中發(fā)現(xiàn)不同學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)對(duì)學(xué)生計(jì)算思維的提升有顯著影響。王靖等（2022）在小學(xué)三、四年級(jí)開展三輪Scratch編程教學(xué)研究后發(fā)現(xiàn)，在第一、二輪研究中學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)業(yè)成績(jī)、計(jì)算思維水平均沒有顯著提升，而在第三輪中出現(xiàn)顯著提升。該結(jié)果表明對(duì)于低齡學(xué)習(xí)者，可視化編程學(xué)習(xí)可能需要經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間才會(huì)表現(xiàn)出明顯的促進(jìn)作用。崔凱麗（2021）通過準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，以技術(shù)操作為目標(biāo)的可視化編程教學(xué)對(duì)小學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展未見顯著的影響，而以計(jì)算思維培養(yǎng)為目標(biāo)的教學(xué)則會(huì)產(chǎn)生顯著效果。

綜上所述，可視化編程對(duì)學(xué)生發(fā)展是否有顯著的促進(jìn)作用，學(xué)界并沒有形成一致的結(jié)論?；诖耍狙芯恳試HSSCI期刊文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)和準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究成果為對(duì)象，采用元分析方法探索可視化編程對(duì)K12學(xué)生發(fā)展的影響。具體的研究問題為：（1）可視化編程能否促進(jìn)學(xué)生（認(rèn)知、行為能力、情感態(tài)度等層面）的發(fā)展，具體效果如何？（2）哪些因素（研究學(xué)段、樣本規(guī)模、實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)）會(huì)影響學(xué)生的發(fā)展？在認(rèn)知、行為能力、情感態(tài)度方面的影響是否有不同？

二、研究方法與過程

1.研究方法

元分析是對(duì)特定主題下已有的研究結(jié)果，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)進(jìn)行再分析的研究方法（Glass，1976）。作為一種量化研究方法，元分析方法能夠得到一些更具有普適性和可行性的結(jié)論，近年來逐漸被眾多領(lǐng)域認(rèn)可和使用，教育領(lǐng)域中的研究者們也用它來分析教與學(xué)的有效性問題（楊九民等，2022；Chauhan，2017）。本研究采用元分析方法，以標(biāo)準(zhǔn)化平均差（Standardized Mean Difference，SMD）作為效應(yīng)量，運(yùn)用Revman 5.4對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)和準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)的研究數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，評(píng)估可視化編程對(duì)K12學(xué)生發(fā)展的影響。

2.研究過程

（1）文獻(xiàn)檢索

研究設(shè)定Web of Science數(shù)據(jù)庫中“SSCI期刊”為檢索范圍，時(shí)間跨度為2013—2022年，以“Programing”“Scratch”“Visual Programming” “Alice or App Inventor”“ScratchJr”為關(guān)鍵詞進(jìn)行主題檢索。通過匯總檢索結(jié)果并將重復(fù)文獻(xiàn)刪除，得到356篇文獻(xiàn)。

（2）文獻(xiàn)篩選

為探索可視化編程對(duì)K12學(xué)生發(fā)展的影響，研究制定如下文獻(xiàn)篩選標(biāo)準(zhǔn)：（1）文獻(xiàn)中的工具必須是可視化編程工具（如Scratch、ScratchJr、Alice、App Inventor等）；（2）文獻(xiàn)研究對(duì)象范圍包括學(xué)前、小學(xué)、初中和高中，排除大學(xué)及以上階段的研究；（3）文獻(xiàn)為可視化編程環(huán)境中開展的實(shí)驗(yàn)或準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究，并進(jìn)行了前后測(cè)，或者實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的比較；（4）文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)分析部分有可計(jì)算效應(yīng)量的信息。具體的篩選過程如圖 1所示。

根據(jù)上述篩選標(biāo)準(zhǔn)和過程，總共得到39項(xiàng)符合要求的獨(dú)立研究被納入此次元分析。由于部分獨(dú)立研究包括多個(gè)效應(yīng)量，最終共得到145個(gè)可用于元分析的效應(yīng)量。

（3）特征值編碼

除了對(duì)納入文獻(xiàn)的基本信息進(jìn)行提取之外，本研究還對(duì)39項(xiàng)研究做特征值編碼。編碼由兩位研究生背對(duì)背獨(dú)立進(jìn)行，Cohen Kappa系數(shù)為0.88，表明編碼結(jié)果可信。編碼的內(nèi)容包括研究學(xué)段、樣本規(guī)模、實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)、研究的作用效果等。綜合來看，此次元分析的39項(xiàng)研究，橫跨K12所有學(xué)段，并以小學(xué)階段的研究最多（N＝26）。因?qū)W前僅有1項(xiàng)研究，將其納入到小學(xué)階段一起分析。實(shí)驗(yàn)樣本規(guī)模在11～244人之間，其中30～50人的區(qū)間最多（N＝15）。實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)短的有1周，長(zhǎng)則達(dá)到5個(gè)月，其中以8周以上的最多（N＝15）。詳細(xì)編碼結(jié)果如表 1所示。

通過對(duì)研究作用效果的特征值編碼進(jìn)行提取分析，39項(xiàng)研究中共得到13個(gè)作用效果。根據(jù)布魯姆的目標(biāo)分類原理，本研究將所得到的13個(gè)作用效果分別歸類到認(rèn)知、行為能力、情感態(tài)度三個(gè)維度中進(jìn)行下一步元分析，以探索可視化編程對(duì)K12學(xué)生發(fā)展的影響。其中，認(rèn)知維度涵蓋學(xué)生對(duì)計(jì)算思維概念與知識(shí)的獲得，以及所涉及學(xué)科的學(xué)業(yè)成績(jī)；行為能力維度主要包括學(xué)生在編程活動(dòng)中行為技能的提升，如算法設(shè)計(jì)能力、編程及數(shù)據(jù)處理能力、創(chuàng)造力、批判思維能力、協(xié)作能力、問題解決能力以及反思能力；情感態(tài)度維度主要是指學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、態(tài)度動(dòng)機(jī)、價(jià)值認(rèn)可、信心與效能感。

三、研究結(jié)果與分析

1.發(fā)表偏倚檢驗(yàn)

為了避免研究者、審稿者及編輯在篩選論文時(shí)帶來的偏差（楊揚(yáng)等，2002）影響到納入文獻(xiàn)的代表性，在元分析前首先需進(jìn)行發(fā)表偏倚檢驗(yàn)。本研究選用漏斗圖和失安全系數(shù)來檢驗(yàn)發(fā)表偏倚。漏斗圖（見圖 2）顯示納入分析的145個(gè)效應(yīng)量相對(duì)均勻且對(duì)稱地分布在平均效應(yīng)量的兩側(cè)，但也有小部分落在了斜線外，說明研究之間可能具有異質(zhì)性。根據(jù)Rosenthal（1979）提出的失安全系數(shù)計(jì)算方法（Nfs0.05＝（∑Z/1.645）2-k，其中∑Z為每個(gè)研究效應(yīng)量的和，k為納入分析的研究個(gè)數(shù)），計(jì)算得到本研究中的失安全系數(shù)為91021.21，遠(yuǎn)大于5k＋10 （k為納入分析的研究個(gè)數(shù)）的容許水平。該結(jié)果表明未發(fā)表的效應(yīng)值對(duì)本次元分析結(jié)果影響較小，納入的研究不存在發(fā)表偏倚。

2.異質(zhì)性檢驗(yàn)

異質(zhì)性檢驗(yàn)的目的是評(píng)估各研究之間是否具有可合并性。異質(zhì)性通常因不同研究所采用的不同的研究方法、研究設(shè)計(jì)而致，需要通過異質(zhì)性檢驗(yàn)來判斷。本研究異質(zhì)性檢驗(yàn)結(jié)果I2＝84%（見表 2），根據(jù)Higgins的標(biāo)準(zhǔn)（Higgins et al，2003）表明，可視化編程對(duì)學(xué)生發(fā)展的作用可能受學(xué)段、樣本量、實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)等諸多因素的影響。

3.可視化編程對(duì)學(xué)生發(fā)展的效應(yīng)檢驗(yàn)

本研究采用Cohens d標(biāo)準(zhǔn)（Cohen，1992）作為統(tǒng)計(jì)合并效應(yīng)量的指標(biāo)。當(dāng)效應(yīng)量小于0.2時(shí)，說明存在輕度影響；處于0.2～0.8時(shí)，存在中度影響；大于0.8時(shí)，存在高度影響。本研究的合并效應(yīng)量SMD為0.68，置信區(qū)間為0.61～0.77，合并效應(yīng)量Z＝17.05（p＜0.001），達(dá)到統(tǒng)計(jì)顯著水平，表明可視化編程能夠促進(jìn)中小學(xué)生發(fā)展。

研究從認(rèn)知、行為能力和情感態(tài)度三個(gè)維度進(jìn)一步分析了可視化編程對(duì)K12學(xué)生的影響，結(jié)果如表 3所示。認(rèn)知層面，可視化編程的作用效應(yīng)量SMD＝0.86（p＜0.001），達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的顯著水平，表明可視化編程對(duì)中小學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展具有顯著促進(jìn)作用。具體來看，其對(duì)計(jì)算思維的效應(yīng)量為SMD＝0.83（p＜0.001），對(duì)學(xué)業(yè)成績(jī)的效應(yīng)量為SMD＝0.95（p＜0.001），作用效果都十分顯著。行為能力層面，合并效應(yīng)量SMD＝0.41（p＜0.001），表明可視化編程對(duì)學(xué)生行為能力發(fā)展具有顯著的中等作用效果。其中，其對(duì)算法設(shè)計(jì)能力（SMD＝0.93，p＜0.001）存在顯著影響，對(duì)完成活動(dòng)任務(wù)過程中的創(chuàng)新創(chuàng)造能力（SMD＝0.44，p＜0.001）、編程及數(shù)據(jù)處理能力（SMD＝0.41，p＜0.001）、批判思維（SMD＝0.41，p＜0.001）、問題解決能力（SMD＝0.37，p＜0.01）存在中度影響，但是對(duì)學(xué)生的協(xié)作能力（SMD＝0.24，p＞0.05）、反思能力（SMD＝0.23，p＞0.05）作用效果不顯著，即可視化編程對(duì)學(xué)生的協(xié)作以及反思能力等的促進(jìn)作用還有待提高。這一結(jié)果也可能是由于面向?qū)W生反思能力的研究數(shù)量不足造成的。因此在這些維度上進(jìn)行更多的應(yīng)用探索，是后續(xù)研究的重點(diǎn)之一。情感態(tài)度層面，可視化編程對(duì)學(xué)生發(fā)展的合并效應(yīng)量SMD＝0.71（p＜0.001），具有顯著的中等作用效果。它能夠顯著積極地提升學(xué)生學(xué)習(xí)的價(jià)值認(rèn)可（SMD＝0.92，p＜0.001）、信心與效能感（SMD＝0.85，p＜0.001），但對(duì)學(xué)習(xí)興趣（SMD＝0.70，p＜0.001）、態(tài)度動(dòng)機(jī)（SMD＝0.43，p＜0.05）的作用效果中等。

綜合而言，可視化編程能夠促進(jìn)K12學(xué)生在認(rèn)知、行為能力和情感態(tài)度三個(gè)方面的正向發(fā)展，且對(duì)認(rèn)知層面發(fā)展的促進(jìn)作用最明顯，其次是情感態(tài)度層面。該研究結(jié)果表明，可視化編程對(duì)于學(xué)生發(fā)展的促進(jìn)作用具有多元性；在編程教育中需加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)造、批判思維、問題解決等行為能力的發(fā)展，提升學(xué)習(xí)信心與效能感、學(xué)習(xí)興趣和態(tài)度動(dòng)機(jī)。

4.不同學(xué)段學(xué)生的發(fā)展差異

目前雖然已有針對(duì)中小學(xué)全學(xué)段開展可視化編程的相關(guān)探討，但研究主要集中在小學(xué)階段。按照效應(yīng)量大小進(jìn)行排列（見表 4），可視化編程對(duì)不同學(xué)段學(xué)生整體認(rèn)知發(fā)展的影響依次是小學(xué)（SMD＝0.99，p＜0.001）、初中（SMD＝0.57，p＜0.001）、高中（SMD＝0.56，p＜0.001）。由合并效應(yīng)量檢驗(yàn)Z＝13.50（p＜0.001）、組間效應(yīng)檢驗(yàn)結(jié)果Chi2＝11.46（p＜0.01）可知：可視化編程對(duì)不同學(xué)段學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的促進(jìn)作用存在顯著差異。具體而言，其對(duì)三個(gè)學(xué)段的學(xué)生認(rèn)知發(fā)展均具有顯著的中等偏上的促進(jìn)作用，但對(duì)小學(xué)階段學(xué)生的影響最為顯著，其次是初中和高中。計(jì)算思維維度出現(xiàn)了類似的結(jié)果，即可視化編程對(duì)小學(xué)（SMD＝0.92，p＜0.001）、初中（SMD＝0.55，p＜0.001）、高中（SMD＝0.48，p＜0.01）學(xué)生的計(jì)算思維發(fā)展均具有顯著的中等偏上促進(jìn)作用，但三個(gè)學(xué)段存在顯著差異（Chi2＝7.88，p＜0.05），對(duì)小學(xué)生的影響最大，其次為初中和高中。在學(xué)業(yè)成績(jī)維度，可視化編程對(duì)小學(xué)（SMD＝1.20，p＜0.001）、初中（SMD＝0.59，p＜0.01）、高中（SMD＝0.69，p＜0.05）學(xué)生都有顯著中等偏上的促進(jìn)作用，但三者之間不存在顯著差異（Chi2＝3.91，p＞0.05）。行為能力層面，可視化編程作用效果最大的是高中（SMD＝0.65，p＜0.001）、其次為小學(xué)（SMD＝0.40，p＜0.001）、初中（SMD＝0.33，p＜0.05）。由合并效應(yīng)量檢驗(yàn)Z＝7.81（p＜0.001）、組間效應(yīng)檢驗(yàn)結(jié)果Chi2＝6.59（p＜0.05）可知：可視化編程對(duì)不同學(xué)段學(xué)生行為能力發(fā)展存在較為顯著的差異。情感態(tài)度層面，可視化編程作用效果依次是小學(xué)（SMD＝0.86，p＜0.001）、高中（SMD＝0.58，p＜0.001）、初中（SMD＝0.32，p＞0.05），合并效應(yīng)量檢驗(yàn)Z＝8.12（p＜0.001），表明可視化編程對(duì)小學(xué)、高中學(xué)生的情感態(tài)度發(fā)展有中等偏上的促進(jìn)作用，但是對(duì)初中生的促進(jìn)作用并不顯著。同時(shí)由組間效應(yīng)檢驗(yàn)結(jié)果（Chi2＝6.19，p＝0.05）可知，可視化編程對(duì)小學(xué)、初中、高中學(xué)生情感態(tài)度方面的影響不存在顯著差異。

總體而言，可視化編程能正向促進(jìn)各學(xué)段學(xué)生的個(gè)體發(fā)展，其中，對(duì)小學(xué)階段學(xué)生認(rèn)知層面的正向促進(jìn)作用最為突出，對(duì)高中生行為能力層面的效果更明顯。這一方面可能是由于可視化編程易操作但豐富性有所欠缺，提供的適合中學(xué)生高認(rèn)知水平的任務(wù)有限；另一方面高中生掌握操作更快，在問題解決過程中行為能力能得到更多鍛煉。

5.不同樣本規(guī)模的學(xué)生發(fā)展差異

為考察不同樣本規(guī)模的可視化編程活動(dòng)對(duì)學(xué)生發(fā)展的影響，本研究分析了三種不同樣本規(guī)模下可視化編程對(duì)學(xué)生認(rèn)知、行為能力、情感態(tài)度三個(gè)方面發(fā)展的促進(jìn)作用，分別是小規(guī)模（＜50人）、中規(guī)模（50～100 人）、大規(guī)模（＞100人）。如表 5所示，認(rèn)知層面，小規(guī)模（SMD＝0.92，p＜0.001）、中等規(guī)模（SMD＝1.03，p＜0.001）及大規(guī)模（SMD＝0.58，p＜0.001）樣本下可視化編程對(duì)學(xué)生認(rèn)知發(fā)展均具有顯著的中等偏上的促進(jìn)作用。組間效應(yīng)量結(jié)果（Chi2＝10.89，p＜0.01）表明，不同樣本規(guī)模下可視化編程對(duì)認(rèn)知的影響有顯著差異，具體來說：中等規(guī)模的可視化編程活動(dòng)比小規(guī)模、大規(guī)模時(shí)更能促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知發(fā)展。各規(guī)模樣本下可視化編程對(duì)學(xué)生計(jì)算思維發(fā)展的合并效應(yīng)量均為正值（Z＝11.09，p＜0.001），且達(dá)到顯著水平，表明無論多大的樣本規(guī)模，可視化編程都會(huì)對(duì)學(xué)生計(jì)算思維有中等偏上的正向影響，但是不同規(guī)模之間沒有顯著差異（Chi2＝4.58，p＞0.05）。學(xué)業(yè)成績(jī)維度，不同規(guī)模下可視化編程都對(duì)學(xué)業(yè)成績(jī)有正向促進(jìn)作用，且不同規(guī)模之間的影響作用具有顯著差異（Chi2＝7.06，p＜0.05），即中等規(guī)模（SMD＝1.30，p＜0.001）高于小規(guī)模（SMD＝0.91，p＜0.001）、大規(guī)模（SMD＝0.48，p＜0.05）。行為能力層面，不同規(guī)模樣本下可視化編程對(duì)學(xué)生均具有顯著的正向影響，且小規(guī)模（SMD＝1.01，p＜0.001）合并效應(yīng)量高于大規(guī)模（SMD＝0.42，p＜0.001）和中等規(guī)模（SMD＝0.33，p＜0.001）。組間效應(yīng)量（Chi2＝14.87，p＜0.001）表明，可視化編程對(duì)學(xué)生行為發(fā)展的影響在不同規(guī)模樣本中有顯著差異。情感態(tài)度層面，中等規(guī)模（SMD＝0.77，p＜0.001）及大規(guī)模（SMD＝0.73，p＜0.05）樣本下，可視化編程對(duì)學(xué)生發(fā)展均具有顯著的中等偏上的促進(jìn)作用，但是小規(guī)模（SMD＝0.14，p＞0.05）樣本下其對(duì)學(xué)生情感態(tài)度的影響并不顯著。組間效應(yīng)量結(jié)果（Chi2＝1.55，p＞0.05）表明，不同樣本規(guī)模對(duì)學(xué)生情感態(tài)度的影響不存在顯著差異。

總的來說，中等規(guī)模人數(shù)的編程教學(xué)活動(dòng)對(duì)學(xué)生認(rèn)知層面的影響是最佳的，而過大或過小的樣本規(guī)模會(huì)降低作用效果。

6.不同實(shí)驗(yàn)周期的學(xué)生發(fā)展差異

為考察實(shí)驗(yàn)周期的長(zhǎng)短對(duì)學(xué)生發(fā)展的影響差異，本研究按照短期（4周以內(nèi)）、中期（5～8周）、長(zhǎng)期（8周以上）進(jìn)行亞組分析，結(jié)果如表 6所示。合并效應(yīng)量檢驗(yàn)的結(jié)果表明，無論實(shí)驗(yàn)周期多長(zhǎng)，可視化編程對(duì)學(xué)生認(rèn)知（Z＝15.49，p＜0.001）、行為能力（Z＝7.81，p＜0.001）、情感態(tài)度（Z＝8.12，p＜0.001）的發(fā)展都具有顯著的促進(jìn)作用。認(rèn)知層面，短期（SMD＝0.93，p＜0.001）、中期（SMD＝0.92，p＜0.001）、長(zhǎng)期（SMD＝0.73，p＜0.001）的可視化編程活動(dòng)都對(duì)學(xué)生發(fā)展有顯著的促進(jìn)作用，但是三者之間不存在顯著差異（Chi2＝3.41，p＞0.05）。具體到計(jì)算思維、學(xué)業(yè)成績(jī)維度，具有相類似的結(jié)果。同樣的，在行為能力和情感態(tài)度層面，短期、中期、長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)對(duì)學(xué)生有中等偏上的促進(jìn)作用，但三者之間也不存在顯著差異。

四、研究結(jié)論與啟示

1.研究結(jié)論

本研究運(yùn)用元分析方法對(duì)可視化編程環(huán)境下開展的39項(xiàng)研究進(jìn)行梳理與分析，從認(rèn)知、行為能力、情感態(tài)度三個(gè)方面評(píng)估可視化編程對(duì)K12學(xué)生發(fā)展的影響，并以學(xué)段、樣本規(guī)模、實(shí)驗(yàn)周期作為調(diào)節(jié)變量討論了其對(duì)學(xué)生發(fā)展的作用效果及其差異。

（1）可視化編程對(duì)學(xué)生認(rèn)知、行為能力、情感態(tài)度三個(gè)方面的發(fā)展均具有正向促進(jìn)作用

整體來說，可視化編程可以促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展。認(rèn)知方面，可視化編程不僅能提升學(xué)生對(duì)計(jì)算思維概念的理解，還有助于提高學(xué)生的學(xué)業(yè)成績(jī)；行為能力方面，除了提高學(xué)生的算法設(shè)計(jì)、編程及數(shù)據(jù)處理能力之外，可視化編程還能有效培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)造、批判思維、問題解決能力；情感態(tài)度方面，可視化編程能夠提升學(xué)生對(duì)計(jì)算思維學(xué)習(xí)的價(jià)值認(rèn)可、信心與效能感、學(xué)習(xí)興趣、態(tài)度動(dòng)機(jī)等，且情感態(tài)度上的積極作用也能正向影響學(xué)生認(rèn)知和行為能力方面的發(fā)展。

可見，可視化編程有利于學(xué)生的跨學(xué)科學(xué)習(xí)以及多元能力的培養(yǎng)。分析其原因：首先，可視化編程工具相較于傳統(tǒng)的基于文本的編程，更直觀且更易操作（Sykes，2007），不僅可以節(jié)省學(xué)生記憶復(fù)雜編程語法和調(diào)試錯(cuò)誤的時(shí)間和精力（Wang et al.，2009），還能降低學(xué)生學(xué)習(xí)編程的認(rèn)知負(fù)荷（Vasilopoulos et al.，2019），增加學(xué)生的學(xué)習(xí)信心，讓其專注于學(xué)習(xí)過程（Lindberg et al.，2019）。其次，可視化編程工具提供了多種功能設(shè)置及外部設(shè)備（如Arduino）接口，有利于學(xué)生創(chuàng)建更多交互式的游戲、動(dòng)畫等 ，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，豐富學(xué)習(xí)體驗(yàn)，讓他們?cè)谟螒蛑薪鉀Q數(shù)學(xué)、科學(xué)、語言等不同學(xué)科的學(xué)習(xí)問題（Topalli et al.，2018）；在問題解決過程中，還可以幫助學(xué)生理解更深層次的概念知識(shí)，發(fā)展學(xué)生的算法設(shè)計(jì)、批判思維、創(chuàng)新創(chuàng)造、問題解決等多元能力。未來不僅可以在信息科技學(xué)科內(nèi)，也可以擴(kuò)展到其他學(xué)科中，探索如何更好地綜合跨學(xué)科知識(shí)設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，運(yùn)用可視化編程工具培養(yǎng)學(xué)生多元知識(shí)和行為能力。

（2）可視化編程對(duì)學(xué)生認(rèn)知、行為能力、情感態(tài)度發(fā)展的促進(jìn)作用受學(xué)段、樣本規(guī)模、實(shí)驗(yàn)周期等調(diào)節(jié)變量的影響

從學(xué)段來看，首先，可視化編程對(duì)小學(xué)、初中、高中學(xué)生整體的認(rèn)知發(fā)展具有顯著的促進(jìn)作用，且對(duì)小學(xué)生的作用效果最為顯著，其次是初中生、高中生。組間效應(yīng)顯示，可視化編程在不同學(xué)段對(duì)計(jì)算思維的促進(jìn)作用存在顯著差異，效果由大到小分別為小學(xué)、初中、高中；但對(duì)不同學(xué)段學(xué)生的學(xué)業(yè)成績(jī)的促進(jìn)作用不存在顯著差異。這可能是由于編程教育主要聚焦在計(jì)算思維的培養(yǎng)上，其他學(xué)科知識(shí)融入以基礎(chǔ)知識(shí)為主，三個(gè)學(xué)段之間知識(shí)的難度層次差異不大。其次，可視化編程對(duì)小學(xué)生、高中生的情感態(tài)度提升有較強(qiáng)的促進(jìn)作用，但對(duì)初中生的促進(jìn)作用并不顯著；在行為能力方面的影響也存在相類似的結(jié)果，對(duì)初中生的促進(jìn)作用低于小學(xué)生和高中生。分析其原因，可能是由于可視化編程工具的直觀和易操作性，基于其開展的學(xué)習(xí)活動(dòng)對(duì)小學(xué)生是有趣且愉快的，但是對(duì)于初中生來說有些過于簡(jiǎn)單了（Cheung et al.，2009），無法提供符合其需求的復(fù)雜的、具有挑戰(zhàn)性的活動(dòng)與任務(wù)（Hu et al.，2021）。而在高中階段，將可視化編程與其他學(xué)科知識(shí)相結(jié)合（Zha et al.，2020），能夠緩解學(xué)習(xí)壓力，促進(jìn)學(xué)習(xí)投入。未來研究可以更多關(guān)注如何設(shè)計(jì)符合中學(xué)生認(rèn)知能力和學(xué)習(xí)水平的活動(dòng)，探索可視化編程工具和文本編程工具相結(jié)合的編程教學(xué)。

對(duì)樣本規(guī)模的分析顯示，可視化編程能夠促進(jìn)不同樣本規(guī)模學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展，但不同規(guī)模下其對(duì)計(jì)算思維的影響不存在顯著差異，對(duì)學(xué)業(yè)成績(jī)的影響存在顯著差異，且在中等規(guī)模樣本上的作用更為顯著。行為能力方面，小規(guī)模的教學(xué)效果要顯著高于大規(guī)模和中等規(guī)模。小規(guī)模教學(xué)時(shí)，學(xué)生分配到的學(xué)習(xí)資源增加，同時(shí)教師也便于管理和控制教學(xué)節(jié)奏，有助于學(xué)習(xí)活動(dòng)的開展。但另一方面，大規(guī)模教學(xué)也有其優(yōu)勢(shì)，如學(xué)生人數(shù)的增加有利于課堂中學(xué)生合作氛圍的形成（Sun et al.，2021）。因此，未來可探索適合不同規(guī)模的教學(xué)策略和模式。

從實(shí)驗(yàn)周期來看，無論實(shí)驗(yàn)周期多長(zhǎng)，可視化編程對(duì)學(xué)生認(rèn)知、行為能力、情感態(tài)度的發(fā)展都具有積極顯著的促進(jìn)作用，但是這種正向的影響在短、中、長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)之間不存在顯著差異。換個(gè)角度來說，可視化編程工具有著抽象分析、模塊分解、自動(dòng)化編程、編程調(diào)試等相對(duì)固定的步驟（Li et al.，2022），因此學(xué)生能在短時(shí)間內(nèi)了解并掌握計(jì)算思維技能，并完成相應(yīng)的任務(wù)挑戰(zhàn)。

2.研究啟示

綜合來看，元分析結(jié)果肯定了可視化編程對(duì)學(xué)生認(rèn)知、行為能力、情感態(tài)度方面的發(fā)展具有積極促進(jìn)作用，但這種作用效果會(huì)受到學(xué)習(xí)者、學(xué)習(xí)情境等外在因素的影響，因此開展可視化編程教學(xué)與實(shí)踐時(shí)，應(yīng)綜合考慮多方要素。

（1）跨學(xué)科綜合化設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生多元能力

教育要消除各學(xué)科知識(shí)之間的孤立狀態(tài)（懷特海，2016），學(xué)科整合與融合是教育面向社會(huì)發(fā)展的必然。《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》將“信息技術(shù)”課程更改為“信息科技”課程，將過去關(guān)注操作、強(qiáng)調(diào)知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)的技術(shù)導(dǎo)向，轉(zhuǎn)變?yōu)槿绾握J(rèn)識(shí)與理解世界，培養(yǎng)學(xué)生解決真實(shí)世界問題的知識(shí)運(yùn)用能力、批判性思維、創(chuàng)新創(chuàng)造能力等?？梢暬幊虒?duì)于學(xué)生計(jì)算思維、學(xué)業(yè)成績(jī)都有顯著的積極作用。編程課程與其他學(xué)科內(nèi)容相結(jié)合，在提升學(xué)生計(jì)算思維的基礎(chǔ)上，還能促進(jìn)其他學(xué)科知識(shí)的學(xué)習(xí)（Barr et al.，2011；Swaid，2015）。因此，可以將信息科技課程內(nèi)容與其他相關(guān)學(xué)科進(jìn)行跨學(xué)科的綜合化設(shè)計(jì)，關(guān)注知識(shí)的交叉與動(dòng)態(tài)變化，幫助學(xué)生在復(fù)雜的學(xué)習(xí)環(huán)境中理解計(jì)算思維，通過計(jì)算思維技能和多元能力的發(fā)展來應(yīng)對(duì)其他學(xué)科問題的挑戰(zhàn)。

（2）結(jié)合工具特點(diǎn)設(shè)計(jì)，適應(yīng)不同階段學(xué)生的發(fā)展特征

可視化編程對(duì)不同學(xué)段學(xué)生的認(rèn)知、行為能力、情感態(tài)度的作用效果不同，因此編程教育應(yīng)結(jié)合工具自身的特點(diǎn)以及學(xué)生不同年齡階段的發(fā)展特征，綜合設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動(dòng)。思維是在知識(shí)不斷獲取過程中養(yǎng)成的，是學(xué)習(xí)者認(rèn)知發(fā)展變化的結(jié)果。作為編程教育聚焦培養(yǎng)的計(jì)算思維，它的發(fā)展是循序漸進(jìn)的過程。孫立會(huì)等（2020）根據(jù)皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展階段理論提出兒童計(jì)算思維的發(fā)展包括前計(jì)算思維階段、計(jì)算思維準(zhǔn)備階段、計(jì)算思維形成階段和計(jì)算思維發(fā)展階段四個(gè)階段；并提出宜在前計(jì)算思維階段采用實(shí)物感知和實(shí)體操作，準(zhǔn)備階段采用“不插電”活動(dòng)，形成階段基于可視化編程發(fā)展計(jì)算思維，發(fā)展階段以紙筆編程解決高度邏輯化的問題等。Del Olmo-Mu?oz等（2020）發(fā)現(xiàn)，相較于只采用基于可視化編程工具的“插電”活動(dòng)而言，將“不插電”活動(dòng)與 “插電”活動(dòng)相結(jié)合更能夠有效地發(fā)展小學(xué)生的計(jì)算思維技能；“不插電”活動(dòng)為后續(xù)的“插電”活動(dòng)奠定了基礎(chǔ)（Saxena et al.，2020）?；谥袑W(xué)生對(duì)復(fù)雜的、挑戰(zhàn)性任務(wù)的需求，將可視化編程工具與基于文本編程相結(jié)合，會(huì)更有利于促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展（Costa et al.，2017）。因此，研究者需綜合考慮不同工具的特點(diǎn)以及學(xué)生不同階段的發(fā)展特征，設(shè)計(jì)課程及活動(dòng)，以更好地促進(jìn)學(xué)生發(fā)展。

（3）探索多樣化教學(xué)策略，應(yīng)對(duì)班級(jí)規(guī)模影響

可視化編程對(duì)不同樣本規(guī)模的學(xué)生發(fā)展都有著顯著的中等偏上的促進(jìn)作用，且在中等規(guī)模實(shí)踐中對(duì)認(rèn)知發(fā)展的作用效果最顯著，在小規(guī)模樣本中對(duì)行為能力的影響最顯著。小規(guī)模授課，教師能有更多時(shí)間給予學(xué)生所需要的關(guān)注（Betts et al.，1999），也能根據(jù)不同需求開展適應(yīng)性教育（Houtveen et al.，1999）。但也有研究指出，縮小班級(jí)規(guī)模在小學(xué)階段最有效，且這種效果會(huì)受到干預(yù)時(shí)長(zhǎng)的影響（Biddle et al.，2002）。小規(guī)模授課并不能解決所有的教育問題，學(xué)生數(shù)量只對(duì)成績(jī)有間接影響，教學(xué)規(guī)模與學(xué)習(xí)效果之間的作用還受到學(xué)科、學(xué)生先前知識(shí)、教師的滿意度和積極性的影響（Filges et al.，2015）。因此，面對(duì)存在不同教學(xué)規(guī)模的教育現(xiàn)實(shí)，為保障可視化編程教學(xué)的作用效果，教師可探索更適切、個(gè)性化的教學(xué)內(nèi)容，采用多樣化的教學(xué)策略，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)投入和學(xué)習(xí)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1][英]懷特海（2016）.教育的目的[M].靳玉樂，劉富利.北京：中國輕工業(yè)出版社：8.

[2]陳鵬，黃榮懷，梁躍等（2018）.如何培養(yǎng)計(jì)算思維——基于2006—2016年研究文獻(xiàn)及最新國際會(huì)議論文[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，（1）：98-112.

[3]崔凱麗（2021）.基于可視化編程的小學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)效果研究[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古師范大學(xué)：3.

[4]孫立會(huì)，王曉倩（2020）.計(jì)算思維培養(yǎng)階段劃分與教授策略探討——基于皮亞杰認(rèn)知發(fā)展階段論[J].中國電化教育，（3）：32-41.

[5]王靖，馬志強(qiáng)，劉亞琴等（2022）.面向計(jì)算思維的可視化編程活動(dòng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，（9）：55-63.

[6]楊九民，楊文蝶，陳輝等（2022）.教學(xué)視頻中的教師手勢(shì)起作用了嗎？——基于2000—2021年40篇實(shí)驗(yàn)和準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究的元分析[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，34（1）：92-103.

[7]楊揚(yáng)，沈志超，靳純橋（2002）.發(fā)表偏倚的原因、后果與預(yù)防研究[J].編輯學(xué)報(bào)，（3）：170-172.

[8]郁曉華，肖敏，王美玲等（2017）.基于可視化編程的計(jì)算思維培養(yǎng)模式研究——兼論信息技術(shù)課堂中計(jì)算思維的培養(yǎng)[J].遠(yuǎn)程教育雜志，35（6）：12-20.

[9]張進(jìn)寶（2019）.計(jì)算思維教育：概念演變與面臨的挑戰(zhàn)[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，31（6）：89-101.

[10]張景（2022）.面向創(chuàng)客教育的小學(xué)Scratch游戲編程項(xiàng)目式學(xué)習(xí)研究[D].武漢：華中師范大學(xué)：40.

[11]中華人民共和國教育部（2022）.教育部關(guān)于印發(fā)義務(wù)教育課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）的通知[EB/OL].[2022-08-20].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A26/s8001/202204/t20220420_619921.html.

[12]中華人民共和國中央人民政府（2017）.國務(wù)院關(guān)于印發(fā)新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知[EB/OL]. [2022-08-20].http：//www.gov.cn/zhengce/content/2017-07/20/content_5211996.htm.

[13]Aksit， O.， & Wiebe， E. N. （2020）. Exploring Force and Motion Concepts in Middle Grades Using Computational Modeling： A Classroom Intervention Study[J]. Journal of Science Education and Technology， 29（1）：65-82.

[14]Atmatzidou， S.， & Demetriadis， S. （2016）. Advancing StudentsComputational Thinking Skills Through Educational Robotics： A Study on Age and Gender Relevant Differences[J]. Robotics and Autonomous Systems， 75 （Part B）：661-670.

[15]Barr， V.， & Stephenson， C. （2011）. Bringing Computational Thinking to K-12： What Is Involved and What Is the Role of the Computer Science Education Community？[J]. ACM Inroads， 2（1）：48-54.

[16]Betts， J. R.， & Shkolnik， J. L. （1999）. The Behavioral Effects of Variations in Class Size： The Case of Math Teachers[J]. Educational Evaluation and Policy Analysis， 21（2）：193-213.

[17]Biddle， B. J.， & Berliner， D. C. （2002）. Small Class Size and Its Effects[J]. Educational Leadership， 59（5）：12-23.

[18]Chao， P. Y. （2016）. Exploring Students Computational Practice， Design and Performance of Problem-Solving Through a Visual Programming Environment[J]. Computers & Education， 95：202-215.

[19]Chauhan， S. （2017）. A Meta-Analysis of the Impact of Technology on Learning Effectiveness of Elementary Students[J]. Computers & Education， 105：14-30.

[20]Chen， J.， Wang， M.， & Kirschner， P. A. et al. （2018）. The Role of Collaboration， Computer Use， Learning Environments， and Supporting Strategies in CSCL： A Meta-Analysis[J]. Review of Educational Research， 88（6）：799-843.

[21]Cheung， J. C. Y.， Ngai， G.， & Chan， S. C. F. et al. （2009）. Filling the Gap in Programming Instruction： A Text-Enhanced Graphical Programming Environment for Junior High Students[J]. ACM SIGCSE Bulletin， 41（1）：276-280.

[22]Cohen， J. （1992）. A Power Primer[J]. Psychological Bulletin， 112：155-159.

[23]Costa， J. M.， & Miranda， G. L. （2017）. Relation Between Alice Software and Programming Learning： A Systematic Review of the Literature and Meta-Analysis[J]. British Journal of Educational Technology， 48（6）：1464-1474.

[24]Del Olmo-Mu?oz， J.， Cózar-Gutiérrez， R.， & González-

Calero， J. A. （2020）. Computational Thinking Through Unplugged Activities in Early Years of Primary Education[J]. Computers & Education， 150：103832.

[25]Erümit， A. K. （2020）. Effects of Different Teaching Approaches on Programming Skills[J]. Education and Information Technologies， 25（2）：1013-1037.

[26]Fidai， A.， Capraro， M. M.， & Capraro， R. M. （2020）. “Scratch”-ing Computational Thinking with Arduino： A Meta-Analysis[J]. Thinking Skills and Creativity， 38：100726.

[27]Filges， T.， Sonne-Schmidt， C. S.， & Nielsen， B. C. V. （2015）. Small Class Sizes for Improving Student Achievement in Primary and Secondary Schools： A Systematic Review[J]. Campbell Systematic Reviews， 11（1）：1-41.

[28]Garlick， R.， & Cankaya， E. C. （2010）. Using Alice in CS1： A Quantitative Experiment[C]// Fifteenth Annual Conference on Innovation and Technology in Computer Science Education， Ankara：165-168.

[29]Glass， G. V. （1976）. Primary， Secondary， and Meta-Analysis of Research[J]. Educational Researcher， 5（10）：3-8.

[30]Higgins， J. P. T.， Thompson， S. G.， & Deeks， J. J. et al. （2003）. Measuring Inconsistency in Meta-Analyses[J]. British Medical Journal， 327（1）：557-560.

[31]Houtveen， A. A. M.， Booij， N.， & de Jong， R. et al. （1999）. Adaptive Instruction and Pupil Achievement[J]. School Effectiveness and School Improvement， 10（2）：172-192.

[32]Hsiao， H. S.， Lin， Y. W.， & Lin， K. Y. et al. （2022）. Using Robot-Based Practices to Develop an Activity that Incorporated the 6E Model to Improve Elementary School StudentsLearning Performances[J]. Interactive Learning Environments， 30（1）：85-99.

[33]Hu， Y.， Chen， C. H.， & Su， C. Y. （2021）. Exploring the Effectiveness and Moderators of Block-Based Visual Programming on Student Learning： A Meta-Analysis[J]. Journal of Educational Computing Research， 58（8）：1467-1493.

[34]Kalelio?lu， F.， & Gülbahar， Y. （2014）. The Effects of Teaching Programming via Scratch on Problem Solving Skills： A Discussion from LearnersPerspective[J]. Informatics in Education， 13（1）：33-50.

[35]Kinnunen， P.， & Malmi， L. （2006）. Why Students Drop Out CS1 Course？ [C] //Proceedings of the Second International Workshop on Computing Education Research. Association for Computing Machinery， New York：97-108.

[36]Lewis， C. M. （2010）. How Programming Environment Shapes Perception， Learning and Goals： Logo vs Scratch [C]// Proceedings of the 41st ACM Technical Symposium on Computer Science Education， Milwaukee：10-13.

[37]Li， F.， Wang， X.， & He， X. et al. （2022）. The Effectiveness of Unplugged Activities and Programming Exercises in Computational Thinking Education： A Meta-Analysis[J]. Education and Information Technologies， 27：7993-8013.

[38]Lindberg， R. S. N.， Laine， T. H.， & Haaranen， L. （2019）. Gamifying Programming Education in K-12： A Review of Programming Curricula in Seven Countries and Programming Games[J]. British Journal of Educational Technology， 50（4）：1979-1995.

[39]Mladenovi?， M.， Boljat， I.， & ?anko， ?. （2018）. Comparing Loops Misconceptions in Block-Based and Text-Based Programming Languages at the K-12 Level[J]. Education and Information Technologies， 23（4）：1483-1500.

[40]Noh， J.， & Lee， J. （2020）. Effects of Robotics Programming on the Computational Thinking and Creativity of Elementary School Students[J]. Educational Technology Research and Development， 68（1）：463-484.

[41]?zmutlu， M.， Atay， D.， & Erdo?an， B. （2021）. Collaboration and Engagement Based Coding Training to Enhance Childrens Computational Thinking Self-Efficacy[J]. Thinking Skills and Creativity， 40：100833.

[42]Rodriguez-Martinez， J. A.， Gonzalez-Calero， J. A.， & Saez-Lopez， J. M. （2020）. Computational Thinking and Mathematics Using Scratch： An Experiment with Sixth-grade Students[J]. Interactive Learning Environments， 28（3）：316-327.

[43]Rosenthal， R. （1979）. The File Drawer Problem and Tolerance for Null Results[J]. Psychological Bulletin， 86：638-641.

[44]Saxena， A.， Lo， C. K.， & Hew， K. F. et al. （2020）. Designing Unplugged and Plugged Activities to Cultivate Computational Thinking： An Exploratory Study in Early Childhood Education[J]. The Asia-Pacific Education Researcher， 29（1）：55-66.

[45]Sun， L.， Guo， Z.， & Hu， L. （2021）. Educational Games Promote the Development of StudentsComputational Thinking： A Meta-Analytic Review[J]. Interactive Learning Environments， 5：1-15.

[46]Swaid， S. I. （2015）. Bringing Computational Thinking to STEM Education[J]. Procedia Manufacturing， 3：3657-3662.

[47]Sykes， E. R. （2007）. Determining the Effectiveness of the 3D Alice Programming Environment at the Computer Science I Level[J]. Journal of Educational Computing Research， 36（2）：223-244.

[48]Topalli， D.， & Cagiltay， N. E. （2018）. Improving Programming Skills in Engineering Education Through Problem-Based Game Projects with Scratch[J]. Computers & Education， 120：64-74.

[49]Vasilopoulos， I. V.， & Van Schaik， P. （2019）. Koios： Design， Development， and Evaluation of an Educational Visual Tool for Greek Novice Programmers[J]. Journal of Educational Computing Research， 57（5）：1227-1259.

[50]Wang， T. C.， Mei， W. H.， & Lin， S. L. et al. （2009）. Teaching Programming Concepts to High School Students with Alice[C]// Proceedings of the 39th IEEE Frontiers in Education Conference， San Antonio：1-6.

[51]Yilmaz Ince， E.， & Koc， M. （2021）. The Consequences of Robotics Programming Education on Computational Thinking Skills： An Intervention of the Young Engineers Workshop （YEW） [J]. Computer Applications in Engineering Education， 29（1）：191-208.

[52]Zha， S.， Morrow， D. A. L.， & Curtis， J. et al. （2020）. Learning Culture and Computational Thinking in a Spanish Course： A Development Model[J]. Journal of Educational Computing Research， 59（5）：844-869.

收稿日期 2022-09-14責(zé)任編輯 汪燕

Can Visual Programming Improve the Development of K12 Student？

—A Meta-Analysis of 39 Experiments and Quasi-Experiments Studies from SSCI Journals in the Past Decade

CHEN Peng， WANG Xiao， YANG Shu， CHEN Xiaoyi， YANG Dong

Abstract： Programming education has been incorporated into the basic education curriculum in many countries. Visual programming tools is the main tool for K12 programming education because of their features such as intuitive operation and simplified packaging. However， there is a debate about whether visual programming could improve student development or not. The study conducted a meta-analysis based on 39 experiments and quasi-experimental studies published in SSCI journals. The results show as follows. Visual programming has positive effects on K12 student at the cognitive， behavioral and affective levels， and the effect of the cognitive level is the most prominent， followed by the affective level; The effect of visual programming on student development is more significant at the elementary school level; The medium sample teaching activities have the best influence on the cognitive level of students， and the small size sample activities were more prominent at the behavioral level; Visual programming teaching activities with different duration all have a positive effect on the development of students， but there is no significant difference in the effect. In the future， visual programming teaching and practice can integrate information technology curriculum content with other disciplines， synthesize the characteristics of the tools and the students at different ages， comprehensively design learning activities， and adopt diversified teaching strategies to improve students learning engagement and learning effect.

Keywords： Programming Education; Visual Programming; K12 Student; Student Development; Meta-Analysis