學(xué)習(xí)支架類型對不同元認(rèn)知水平學(xué)學(xué)習(xí)成績和計算思維的影響研究

摘要：本研究旨在探討學(xué)習(xí)支架類型對不同元認(rèn)知水平學(xué)生學(xué)習(xí)成績和計算思維的影響。溫州市某小學(xué)四年級83名學(xué)生參與了為期六周的實驗，被分配至實驗1班（n=41）和實驗2班（n=42）。實驗1班的學(xué)生采用反思型學(xué)習(xí)支架進(jìn)行干預(yù)，實驗2班的學(xué)生則采用支持型學(xué)習(xí)支架進(jìn)行干預(yù)。實驗結(jié)果表明，在計算思維和元認(rèn)知傾向方面，學(xué)習(xí)支架類型與元認(rèn)知水平具有交互作用。對于低元認(rèn)知水平學(xué)生而言，支持型學(xué)習(xí)支架比反思型學(xué)習(xí)支架更有利于提升他們的計算思維傾向和元認(rèn)知傾向。然而，學(xué)習(xí)支架類型和個體元認(rèn)知水平之間的交互對學(xué)習(xí)成績沒有顯著影響。

關(guān)鍵詞：計算思維；學(xué)習(xí)支架；元認(rèn)知

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 論文編號：1674-2117（2024）14-0021-06

引言

隨著數(shù)字化時代的到來，計算思維被認(rèn)為是21世紀(jì)青少年的一項重要思維技能。[1]計算思維指的是利用計算機科學(xué)的基本概念來解決問題、設(shè)計系統(tǒng)和理解人類行為的一系列思維活動。[2]計算思維強調(diào)通過對任務(wù)的抽象和分解，將復(fù)雜的任務(wù)逐步自動化。然而，在實際執(zhí)行任務(wù)時，學(xué)生往往難以將龐大而復(fù)雜的問題拆分為若干個更易處理的小問題，這種困難影響了他們成功解決問題的能力。[3]研究表明，如果沒有適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)，學(xué)生在發(fā)展計算思維技能方面面臨著重大挑戰(zhàn)。[4]因此，研究者認(rèn)為可以給學(xué)習(xí)者提供學(xué)習(xí)支架，幫助學(xué)習(xí)者將高難度任務(wù)分解。[5]

研究證明，不同的學(xué)習(xí)支架類型對學(xué)生的影響是不相同的[6]，近期有更多的研究比較了不同學(xué)習(xí)支架類型的優(yōu)勢。[7]支持型學(xué)習(xí)支架能夠指導(dǎo)學(xué)習(xí)者考慮什么以及如何將想法聯(lián)系起來，反思型學(xué)習(xí)支架通過元認(rèn)知問題幫助學(xué)習(xí)者澄清他們的反思過程。[8]許多研究都報道了學(xué)習(xí)支架可以提高學(xué)習(xí)者解決問題的能力，并對學(xué)習(xí)成就產(chǎn)生積極影響。[9]然而，他們并未證明對不同學(xué)生而言哪種學(xué)習(xí)支架類型最為有效。

此外，研究表明，由于學(xué)生元認(rèn)知水平不同，學(xué)生的解決問題的能力有所差異，從而會影響到學(xué)習(xí)效果。[10]元認(rèn)知水平高的學(xué)生解決問題的能力會更高，而元認(rèn)知水平低的學(xué)生在問題解決活動中可能更需要幫助。因此，針對不同元認(rèn)知水平的學(xué)生應(yīng)該提供不同的學(xué)習(xí)支架。[8]綜上所述，本研究旨在探討學(xué)習(xí)支架類型對不同元認(rèn)知水平的學(xué)生的影響差異。研究問題如下：

①學(xué)習(xí)支架類型對不同元認(rèn)知水平學(xué)生的學(xué)習(xí)成績是否有影響？②學(xué)習(xí)支架類型對不同元認(rèn)知水平學(xué)生的計算思維傾向是否有影響？③學(xué)習(xí)支架類型對不同元認(rèn)知水平學(xué)生的元認(rèn)知傾向是否有影響？

研究方法

1.研究對象

本實驗選擇了溫州市某小學(xué)四年級的83名學(xué)生，他們的平均年齡為11～12歲，被分配至兩個班。其中一個班為實驗1班（n=41），另一個班為實驗2班（n=42）。學(xué)生信息均做匿名處理。

在實驗班級內(nèi)部，通過收集實驗對象元認(rèn)知傾向問卷數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)元認(rèn)知水平的高和低將實驗對象各分為兩組。兩個班由同一位教師授課，學(xué)習(xí)時間與課程內(nèi)容相同。

2.研究背景

本實驗選取了浙江省義務(wù)教育教科書四年級信息技術(shù)教材中的部分內(nèi)容作為主要的學(xué)習(xí)內(nèi)容。在實驗過程中，支持型學(xué)習(xí)支架以提示和視覺材料的形式呈現(xiàn)，提供課堂知識內(nèi)容和學(xué)習(xí)者需要接受的指導(dǎo)。反思型學(xué)習(xí)支架由探索性問題、暗示、總結(jié)等部分組成，為學(xué)習(xí)者提供了元認(rèn)知問題，幫助他們回顧學(xué)習(xí)內(nèi)容和反思學(xué)習(xí)過程。在為期四周的學(xué)習(xí)過程中，指導(dǎo)者沒有提供額外的支持來控制實驗。每次在完成支架的設(shè)計后，都交由具有4年教學(xué)經(jīng)驗的實驗學(xué)校的教師進(jìn)行檢閱和修改。

3.研究工具

本研究采用的測量工具包括學(xué)習(xí)成績前后測、計算思維傾向問卷和元認(rèn)知傾向問卷。其中，學(xué)習(xí)成績的前后測由筆者結(jié)合學(xué)生所學(xué)知識自主出題，試卷完成后由該領(lǐng)域?qū)＜液徒?jīng)驗豐富的信息技術(shù)教師共同檢閱通過，難度適合四年級學(xué)生的水平。前后測都包含10道選擇題。每套題目中都含有兩個反向思維題，每題10分，共計100分。前后測試題的組成結(jié)構(gòu)大致相同，且難度相差不大。

計算思維傾向問卷改編自Huang，Y.和Zheng，X.開發(fā)的量表。[11]它由6道題目組成，采用5點李克特量表評分方案（非常同意、同意、一般、不同意、非常不同意）。問卷的Cronbach's alpha值為0.763。

元認(rèn)知傾向問卷改編自Lai，C.-L.和Hwang，G.-J.開發(fā)的量表[12]，包含5個條目，其Cronbach's alpha值為0.757。問卷采用5點李克特量表進(jìn)行評分，分值從1至5，依次代表“完全不同意”“不同意”“中立”“同意”和“完全同意”。

4.實驗流程

本實驗共持續(xù)六周，每周一課時，每次課45分鐘。在第一周，學(xué)生需要完成前測和前問卷。從第二周至第五周，教師授課，其中，實驗1班的學(xué)生采用反思型學(xué)習(xí)支架進(jìn)行干預(yù)，實驗2班的學(xué)生則采用支持型學(xué)習(xí)支架進(jìn)行干預(yù)。在第六周，學(xué)生完成后測知識測驗，并填寫后測問卷。安排如圖1所示。

5.數(shù)據(jù)分析方法

在本次實驗研究中，收集了以下幾種數(shù)據(jù)：前后測學(xué)習(xí)成績、前后測計算思維傾向以及前后測元認(rèn)知傾向。

為了區(qū)分不同元認(rèn)知水平的學(xué)生，根據(jù)前問卷的元認(rèn)知傾向評分，將學(xué)生分為高元認(rèn)知組和低元認(rèn)知組。實驗1班得分高于中位數(shù)（3.8）為元認(rèn)知水平高，低于的為元認(rèn)知水平低；實驗2班得分高于中位數(shù)（4.0）為元認(rèn)知水平高，低于的為元認(rèn)知水平低。

在剔除了異常情況的數(shù)據(jù)之后，收集到了實驗1班高元認(rèn)知水平組16個樣本量，低元認(rèn)知組14個樣本量，1組總計樣本量為30個；實驗2班高元認(rèn)知水平組15個樣本量，低元認(rèn)知組15個樣本量，2組總計樣本量為30個。兩組共計樣本量為60個。實驗對象情況如表1所示。

數(shù)據(jù)分析

1.學(xué)習(xí)成績

為了了解學(xué)習(xí)支架類型和元認(rèn)知水平對學(xué)生學(xué)習(xí)成績的影響，筆者采用了雙因素協(xié)方差的數(shù)據(jù)分析方法。將學(xué)生的前測成績作為協(xié)變量，消除學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)活動前原有知識水平的差異。自變量為學(xué)習(xí)支架類型和元認(rèn)知水平，因變量為學(xué)生的學(xué)習(xí)成績。

雙因素協(xié)方差分析結(jié)果如表2所示，在學(xué)習(xí)成績方面，學(xué)習(xí)支架類型和元認(rèn)知水平之間不存在顯著交互作用（F=0.894，p＞0.05），說明學(xué)習(xí)支架類型和元認(rèn)知水平不會共同對學(xué)生學(xué)習(xí)成績產(chǎn)生顯著影響。此外，學(xué)習(xí)支架類型（F=1.261，p＞0.05）和元認(rèn)知水平（F=0.061，p＞0.05）對學(xué)生的學(xué)習(xí)成績也沒有顯著影響。

2.計算思維傾向

為了了解學(xué)習(xí)支架類型和元認(rèn)知水平對學(xué)生計算思維傾向發(fā)展的影響，本研究采用了雙因素協(xié)方差分析方法。

雙因素協(xié)方差結(jié)果分析如表3所示，在計算思維傾向方面，支架類型和元認(rèn)知水平之間存在顯著的交互作用（F=5.973，p＜0.05），兩者之間的交互效應(yīng)量為0.098。

進(jìn)一步分析元認(rèn)知水平對學(xué)生計算思維傾向的簡單主效應(yīng)，如表4所示。

結(jié)果表明，實驗1班（F=3.658，p＞0.05）和實驗2班（F=2.783，p＞0.05）學(xué)生的元認(rèn)知水平在計算思維傾向方面均沒有顯著性差異。

進(jìn)一步分析學(xué)習(xí)支架類型對學(xué)生計算思維傾向的簡單主效應(yīng)，如下頁表5所示。

表5為學(xué)習(xí)支架類型對學(xué)生計算思維傾向的簡單主效應(yīng)分析結(jié)果。低元認(rèn)知水平的學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中使用不同的學(xué)習(xí)支架，計算思維傾向發(fā)展有顯著性差異（F=18.527，p＜0.001，η2=0.259）。高元認(rèn)知水平的學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中使用不同的學(xué)習(xí)支架，計算思維傾向發(fā)展沒有顯著性差異（F=0.744，

p＞0.05）。結(jié)果表明，相比元認(rèn)知水平高的學(xué)生，學(xué)習(xí)支架更有利于元認(rèn)知水平低的學(xué)生。

圖2為學(xué)習(xí)支架類型與元認(rèn)知水平對學(xué)生計算思維傾向影響的交互作用圖。結(jié)果表明，采用支持型學(xué)習(xí)支架的學(xué)生比使用反思型學(xué)習(xí)支架的學(xué)生具有更高的計算思維傾向。此外，當(dāng)使用支持型學(xué)習(xí)支架時，低元認(rèn)知水平的學(xué)生的計算思維傾向發(fā)展明顯高于高元認(rèn)知水平的學(xué)生。

3.元認(rèn)知傾向

為了了解學(xué)習(xí)支架類型和元認(rèn)知水平對學(xué)生元認(rèn)知傾向發(fā)展的影響，本研究采用了雙因素協(xié)方差分析方法。雙因素協(xié)方差結(jié)果分析如表6所示，學(xué)習(xí)支架類型對學(xué)生元認(rèn)知傾向有顯著影響（F=6.782，p＜0.05），效應(yīng)量為0.11。同時，學(xué)習(xí)支架類型和元認(rèn)知水平對學(xué)生的元認(rèn)知傾向具有顯著的交互作用（F=8.545，p＜0.01），兩者之間的交互效應(yīng)量為0.134。

進(jìn)一步分析元認(rèn)知水平對學(xué)生元認(rèn)知傾向的簡單主效應(yīng)，如表7所示。實驗1班不同元認(rèn)知水平的學(xué)生在元認(rèn)知傾向上存在顯著性差異（F=5.778，p＜0.05，η2=0.108）。實驗2班不同元認(rèn)知水平的學(xué)生在元認(rèn)知傾向上沒有顯著性差異（F=0.57，p＞0.05）。結(jié)果表明，在采用反思型學(xué)習(xí)支架時，高元認(rèn)知水平的學(xué)生的元認(rèn)知傾向明顯高于低元認(rèn)知水平的學(xué)生。

如表8所示，高元認(rèn)知水平的學(xué)生在使用不同的學(xué)習(xí)支架時，元認(rèn)知傾向沒有顯著差異（F=0.11，p＞0.05）。然而，低元認(rèn)知水平的學(xué)生在使用不同的學(xué)習(xí)支架時，元認(rèn)知傾向存在顯著差異（F=12.548，p＜0.05，η2=0.213）。結(jié)果表明，對于低元認(rèn)知水平的學(xué)生來說，使用支持型學(xué)習(xí)支架比使用反思型學(xué)習(xí)支架對提高元認(rèn)知傾向更有效。

圖3為學(xué)習(xí)支架類型與元認(rèn)知水平對學(xué)生元認(rèn)知傾向影響的交互作用圖。結(jié)果表明，使用支持型學(xué)習(xí)支架的學(xué)生比使用反思型學(xué)習(xí)支架的學(xué)生有更高的元認(rèn)知傾向。此外，支持型學(xué)習(xí)支架更有利于低元認(rèn)知水平的學(xué)生提高他們的元認(rèn)知傾向。

討論與結(jié)論

本研究考察了學(xué)習(xí)支架類型對不同元認(rèn)知水平學(xué)生的學(xué)習(xí)成績、計算思維傾向和元認(rèn)知傾向的影響。實驗結(jié)果表明，在計算思維傾向和元認(rèn)知傾向方面，學(xué)習(xí)支架類型與元認(rèn)知水平具有交互作用。對于低元認(rèn)知水平學(xué)生而言，支持型學(xué)習(xí)支架比反思型學(xué)習(xí)支架更有利于提升他們的計算思維傾向和元認(rèn)知傾向。然而，學(xué)習(xí)支架類型和個體元認(rèn)知水平之間的交互對學(xué)習(xí)成績沒有顯著影響。

在學(xué)習(xí)成績方面，根據(jù)研究結(jié)果，學(xué)習(xí)成績并未受到支架類型、元認(rèn)知水平以及這兩者相互作用的影響。這種現(xiàn)象可能源于實驗持續(xù)時間較短和教學(xué)課時不足，這限制了支架對學(xué)生學(xué)習(xí)干預(yù)的效果。

在計算思維傾向的發(fā)展上，分析結(jié)果顯示，支架類型與元認(rèn)知水平之間存在顯著的相互作用。具體來說，接受支持型學(xué)習(xí)支架的學(xué)生展現(xiàn)出比使用反思型學(xué)習(xí)支架的學(xué)生更強烈的計算思維傾向。以往研究發(fā)現(xiàn)，在空間能力自我效能方面，支持型學(xué)習(xí)支架比反思型學(xué)習(xí)支架更有效，這與本研究的發(fā)現(xiàn)相呼應(yīng)。[6]因此可以推斷，支持型學(xué)習(xí)支架對于促進(jìn)學(xué)生計算思維傾向的發(fā)展起到了更為關(guān)鍵的作用。

在元認(rèn)知傾向方面，研究結(jié)果揭示，支架類型與元認(rèn)知水平具有顯著的交互作用。這表明通過使用學(xué)習(xí)支架可以有效地促進(jìn)學(xué)生元認(rèn)知思維的提升。因此，學(xué)習(xí)支架可以成為學(xué)生促進(jìn)元認(rèn)知活動的有效策略，通過提供解釋性問題，在學(xué)習(xí)過程中誘導(dǎo)計劃、監(jiān)控和評估，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)特定領(lǐng)域的知識。[13]另外，進(jìn)一步的比較分析發(fā)現(xiàn)，相較于反思型學(xué)習(xí)支架，支持型學(xué)習(xí)支架更能促進(jìn)學(xué)生元認(rèn)知傾向的發(fā)展，尤其是在低元認(rèn)知水平的學(xué)生群體中，其元認(rèn)知傾向的提高更為明顯。學(xué)者Jeon，H.J.在研究中發(fā)現(xiàn)，學(xué)習(xí)支架通過使學(xué)生專注于重要信息來促進(jìn)元認(rèn)知思維，低元認(rèn)知組的學(xué)生在接受關(guān)于支持型的支架時表現(xiàn)更好，這與本文研究發(fā)現(xiàn)相符。[14]

當(dāng)然，本研究也存在一些局限性。首先，本研究的樣本總量較小，這可能導(dǎo)致實驗結(jié)果代表性弱，后續(xù)研究可以擴(kuò)大樣本量。其次，本實驗的實驗周期較短，對于習(xí)慣傳統(tǒng)模式教學(xué)的學(xué)生來說，支架的干預(yù)作用并不明顯，從而使某些方面的實驗結(jié)果并不顯著。建議未來的研究者考慮延長實驗時間，以增強支架對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的干預(yù)效果。

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