【合作型任务驱动教学模式对初中生计算思维发展研究13000字（论文）】

合作型任务驱动教学模式对初中生计算思维发展研究摘要随着信息时代的发展，我国对创新型人才的培养越来越重视。计算思维是创新思维的重要组成部分，越来越多的学校通过编程的学习来提高学生的计算思维能力。而合作学习是如今一种主流的教学策略，可以通过学生之间相互交流讨论，共同达到学习目标。本次研究在虚拟机器人编程软件的基础上开发系列课程，并提出以下两个研究方向：一是合作型任务驱动对学生计算思维能力存在什么影响，二是学习动机的高低又对学生的计算思维能力存在什么影响。本次实验将温州市南浦实验中学惠民路分校七年级两个班学生分为实验班和对照班，实验班使用合作型任务驱动的教学模式，而对照班采用普通的任务驱动教学方法，并对所有学生进行学习动机前后两次测试以及计算思维能力两次成绩测验。最后得出以下结论：在虚拟机器人编程环境下，开展合作型任务驱动的教学模式会提升学生的计算思维能力，学生的学习动机会对计算思维的培养产生显著影响。关键词虚拟机器人；学习动机；合作学习；计算思维目录169291绪论 5285211.1研究背景 5303441.2研究意义 55001.2.1理论意义 5215751.2.2实践意义 5150371.3国内外研究现状 6321201.3.1计算思维的相关综述 6265271.3.2合作学习的相关综述 751391.3.3编程教育的相关综述 820941.4研究目标 9207141.5研究问题和假设 949211.5.1研究问题 950451.5.2研究假设 1095271.6研究思路与方法 10154231.6.1研究思路 10182251.6.2研究方法 10241102理论基础 11148262.1学习动机 11112762.2建构主义理论 11203062.3布卢姆理论 1170213虚拟机器人编程环境教学设计及实践 11277833.1实验对象分析 1149663.2实验内容分析 11248203.3实验过程分析 12163123.3.1合作型任务驱动教学模式流程图 12254213.3.2非合作型任务驱动教学模式流程图 13139174实验数据处理与分析 14193164.1计算思维前测成绩分析 14190224.2描述性统计分析 1462884.3实验班和对照班作品成绩分析 15321984.4不同教学模式和学习动机对学生计算思维的影响分析 1532974.4.1教学模式对计算思维的影响 16223474.4.2学习动机对计算思维的影响 17135805总结和展望 18143985.1总结 1879285.2展望 1925721参考文献 2027755附录 22

1绪论1.1研究背景信息时代日新月异，随着5G时代的到来，计算变得无处不在。物联网、云计算、人工智能等信息技术在各行各业领域逐渐兴起，表现出强大的计算优势对人们现实生活的巨大影响。而计算思维的重要性也日益突出。2006年，计算思维的具体概念诞生了，人们开始重视计算思维能力的培养。计算思维被列入三大科学思维之一。计算思维的理论与研究越来越受重视，许多国家将培养计算思维纳入到国家的课程体系中，为了培养出更多的创新型人才。2010年7月，教育部中国高等学校计算机基础课程教学指导理事会委员会于西安举行召开的会议上正式颁布《九校联盟C9计算机基础教学发展战略联合声明》,明确了以计算思考方式作为教学目标和核心的计算机基础课程改革，2017年，高中新课标发布各学科的核心素养。指出信息技术学科包含信息意识、计算思维、数字化学习与创新和信息社会责任这四个信息素养。其中，计算思维是这样定义的：计算思维是指一个人灵活运用计算机科学方面的思维方式，在构建知识、问题解决的过程中所产生的所有思维活动[1]。而如何有效地提高学生的计算思维能力的相关研究还是较少。人工智能技术随着信息时代的发展也有着不可忽视的地位，编程作为可以衔接的未来最深层次人机交流的基础技能显得越来越重要。国家重视培养创新型人才，而能够促进人们逻辑思维能力与创新能力的编程在教育领域也显得格外重要。编程教育能够促进学生的计算思维能力，那么如何用运有效的教学策略来有效地提高学生的计算思维能力的相关研究还是比较少。编程具有一定的抽象意义，这对学生的抽象思维能力要求也很高。为了解决这一问题，在推出各种可视化编程平台的同时，机器人教育兴起了。SeypourPapert针对机器人应用于课堂教学方面进行了很多研究。他觉得机器人辅助教学超越了传统的运用计算机来辅助教学的模式,通过机器人的运用，学生们就可以在课堂上创设更多的时光和空间并且可以去完善他们自身的知识结构,他们将有机会从中获得一个充分运用科学和技术的能力。他们认为我们的学生可以比较容易地接受一个机器人,因为这个机器人具有具体形象,通过其来进行调试的是一个计算机应用程序,学生们可以比较清楚地观察和看到应用程序具体的实际运行情况[2]。机器人技术将会是一种很好的辅助性编程平台。1.2研究意义1.2.1理论意义通过收集、分析学生每次课的成绩以及计算思维前后测的结果，探究不同教学模式对学生计算思维能力的影响，以及学习动机对提高学生计算思维能力的影响，从而探索提高学生的计算思维能力的信息技术教学方法。为优化教学的模式、创新教学的路径，推进编程教育教学等方面提供借鉴，对培养学生计算思维的教育教学有一定的正面价值。1.2.2实践意义本次研究将合作学习引入课堂，学生通过交流多次完善任务，培养学生分析问题、思考问题和解决问题的能力，运用适当的教学策略以及适当的教学平台帮助学生提高计算思维能力具有重要的实践意义。本研究在教育教学实践中将合作型任务驱动教学模式与编程教育相结合，提供高效的信息技术课程教学模式与经验，为信息技术教学提供参考。1.3国内外研究现状1.3.1计算思维的相关综述通过对国内外计算思维相关文献的内容分析，发现国内外的学者主要对计算思维的定义、培养策略以及评估方式这三方面进行研究。1）计算思维的定义国内外不同学者对计算思维的定义有不同的观点，主要观点如下：根据美国卡内基·梅隆大学（CMU）的周以真（JeannetteM.Wing）教授的理解，她在一篇名为ComputationalThinking的文章中提出计算思维是一种活动。它是人们通过计算机科学相关概念，解决问题、系统设计、以及用来人类活动理解的包括计算机科学范围的思维活动。这种思维活动能有效地为解决实际问题提供一定的方法，同时能更好地理解计算机运行处理信息的方法以便于进行人机交互，提高问题解决的效率[3]。国防科技大学人文社科学院的朱亚宗在《论计算思维———计算思维的科学定位、基本原理及创新路径》中提出著名的三大科学思维，计算思维就是其中之一，另外两个分别是实验思维和理论思维。计算思维虽然相对于其他两种思维来说，受到关注的时间较晚，但是随着信息时代的推进，它发挥着越来越重要的作用。在他看来，人类研究最高级、最深刻的思维方式就是计算思维[4]。美国麻省理工学院媒体实验室（MIT）终身幼儿园研究小组研发了一个计算思维三维框架，而这个框架包括三方面，分别是计算概念（例如序列，循序往复，并列进行，条件的运算符和数据）、计算实践（例如递增和迭代，检测和调节测试，二次利用和二次创造，抽象和模块化）以及计算观念（例如表达描述，关联，质疑），这三个维度与信息技术课的三维目标相呼应，计算概念与知识与技能相呼应，计算实践与过程与方法相呼应，计算观念与情感态度价值观相呼应[5]。中国科学院自动化研究所复杂系统管理与控制国家重点实验室的王飞跃教授认为，计算思维是一种解决问题的思维方式，它的抽象程度较高、算法性较强以及它的规模性较大。广义地来说，计算思维就是用定性的具体量化的形式来进行的思维过程，同时也是一种可以计量的方法；狭义地来说，计算思维就是一种驱动数据运转的思维过程[6]。美国国际教育技术协会（InternationalSocietyforTechnologyinEducation，ISTE）联合计算机科学教师协会（ComputerScienceTeachersAssociation，CSTA）给出了一个计算思维的可观察、可测量的定义：“计算思维是一种解决问题的过程，该进程中包含了六个方面的内容，分别是确定问题所在、进行分析相关数据、将具体形象抽象化、设计相关的算法、评价估计最佳方案、迁移并且解决方法”[7]。《新版普通高中信息技术课程标准》提出计算思维是一种学科的思维，它是以计算机领域的相关学科方法为基础，首先确定问题、将关键点抽象出来、再建立与之相关的结构模型、并合理整理组织数据，通过判断、总结、分析整理相关的信息资源，利用相关的算法制作出解决相关问题的方案，归纳利用计算机解决问题的方法，并将这种过程与方法运用到其他类似问题的解决中[8]。2）计算思维的培养：为了促进学习者的计算思维能力的培养，学者们提出了各自的见解。复旦大学软件学院的徐迎晓[9]等人为研究生选择了结合跨学科通识课程，设计了多种形式的针对跨学科课堂进行的计算思考练习，通过设计进行了统一练习，让各个专业的学习者都能通过融合本身的专业知识而获得其中一方面的计算思维的训练，能够让学习者深入掌握不同方面的计算思维。在跨越式学科课堂上进行系统的计算思考练习也更加有利于各个学科的碰撞与相互启迪，帮助他们掌握了计算思考的本质和沟通性。上海师范大学的赵兰兰[10]开发Scratch图形化编程的校本课程，Scratch是一款面向孩子们的可视化编程软件，学习者无须死记硬背代码公式，而是用手推着积木代码板块的方法,就能够轻易地学会编程。将计算思维运用到Scratch编程教学中，让学习者在编写、搭建程序的过程中提高他们的计算思维能力。四川省可视化计算与虚拟现实重点实验室的牟琴[11]教授提出可以通过“轻游戏”的方法来培养学习者的计算思维能力，“轻游戏”是如今一种寓教于乐的重要形式，它会融合教育的功能，将实现课堂教学的目标思路融于游戏中。教学人员可以运用“轻游戏”课程的功能与游戏特征,实现了提升课堂教学的效率，解决了计算机语言学科的课堂教学过于枯燥、乏味的问题，从而实现了培养学习者的计算思考能力。LyeSY和KohJHL[12]以建构主义为理论基础，鼓励学生积极主动搭建程序。在搭建程序的过程中，学生并不是自主探究，而是在教师有意义的指导下进行搭建，一步步完成程序的设计。Hui

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H和Umar

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N[13]以认知主义为理论基础进行研究，通过帮助学生把新的编程知识与原有的旧知识相结合起来，从而促进学生对编程的学习，达到培养学生计算思维能力的目的。尽管各位学者提出的见解各不相同，但是也有共同的思路：首先要重视计算思维教育，其次要将计算思维教育与学习者的学习思路相结合，从学习者的角度去思考，去设计，同时建成结构化的计算思维教育体系，帮助指导教学实施，将计算思维融入到信息技术的教学中，使用跨学科的方法将计算思维相关知识与学习者所学的专业知识的学习相融。最后应该重视教师的计算思维能力的发展以及计算思维的教学环境的建设。3）计算思维评估方式：A.F.Hadwin[14]等人提出用量表来计算思维的水平，将计算思维的评价分为五个维度，分别是：创作性、算法思维、批判的思维、解决问题方式以及建立合作关系。并对该五个维度的量表测试了信度与效度，得到了验证。Brennan和Resnick[15]根据学生的程序作品设计步骤，提出了计算思维三个维度的评估标准，通过访谈的方法，展开以下三方面的讨论：项目的动机，项目创作过程以及预期和反思。本研究所采用的评估计算思维维度主要参考的是Brennan和Resnick（2012）提出的三维框架中的计算概念、计算实践和计算观念。这三个维度有利于融入实际的研究评价中。1.3.2合作学习的相关综述1984年，David

DeVries提出小组游戏竞赛法，将游戏融入到小组合作中，在小组合作的过程中，运用游戏激发学生兴趣，通过良性的竞争，提高学生的积极性[16]。1989年，美国的John-sonW.&JohnsonT.对合作学习进行五个方面的分析与研究：分析和归纳了合作、竞争以及个体化的学习研究；提出了有关合作学习的内涵与其中所需要素及其基本元素的有关理论方法；通过系统性的实践研究去检验这一理论的真实性；按照协同学习中的有关理论制定的具体教学战略；在北美各国的学校中,搭建并维护着教育发展的系统网，并实施长期的合作学习的策略以及程序[17]。1989年，Slavin,R.E.提出小组成绩分工法（STAD），他将小组的成绩看作一个整体，他认为小组中任意一个成员的成绩都会影响整个小组的成绩，因此需要激励小组中每个成员的学习积极性，促进小组合作的学习。同时他还提出了三要素说，他认为，大多数的小组合作学习模式都应该有三个核心的要素，分别为各个小组的目标，个人责任和均等成功。小组的目标就是所有的小组成员达到了共同的目标，它是每位成员自我学习的动力，小组成员们通过这种内在的动力来团结一致，彼此之间进行交流和帮助。个体责任是指小组内的每个成员都清楚各自的责任，小组的成员在责任感的作用下来掌握教师所教授的知识与技能。均等的成功机会是指教师需要对任何能力水平的学生进行认可[18]。2002年，王坦提出互动观、目标观、师生观、形式观、情境观、评价观，并解释和探讨合作学习相关的理解和概念。认为合作学习的基本形式是异质分组，它的评价标准是小组成员的总体成绩，他同时也指出，小组合作学习系统地利用了教学动态变量之间的相互作用，进而推动各组成员的学习，使小组成员共同达成教学目标[19]。2005年，IngoEilks提出拼图式合作学习，它的的基本原理是通过分配给每个学生不同的任务，每个组内的学生完成各自的任务，从而整合达到合作学习的效果。在这个过程中，学生是两个不同的组的成员，分别是原属小组和拼图小组。首先，班级的学生先被分配到“原属小组”里，各组成员均被作为“专家”派往一部分进行学习和研究。然后把原来所有的隶属小组全部拆了出来，如同一张块地拼图，将他们和其余的负责做好相同课程主题的学生一起构建成新小组。随后,这些团队转型为“专家小组”。当学生加入了拼图之后的小组后，学生就可以参加到小组内，来讨论自己所要求的那些物品和被分配给他们的材料，便于更全面更深刻地理解。讨论完后，学生再回到当初的“原属小组”中，把他们刚才的研究讨论的成果分享交流给组内的成员，与此同时做成讲授类的报告。最后，教师为了让整体学生掌握情况大体相同，会在小组之间或班级中举办一些综合活动[20]。1.3.3编程教育的相关综述1.编程教育平台美国的Scratch编程平台主要是通过学习者拖放图形化的代码块，将代码块进行组装，从而实现程序的设计。这种软件不会出现语法错误，能够适当减轻学习者的心理负担，让学习者能够专注与程序设计的思路，而不是专注语言的技术性。Scratch是一种教育性的编程语言，他针对的学习对象广泛，允许经验少，接触代码不多的学习者使用，该平台可以通过拖动代码块来控制图像和音乐来尝试计算机编程的设计。这个软件是由来自麻省理工学院媒体实验室的MitchelResnick主导开发的。在Scratch软件中，所有的元素都可以导入到一个新的舞台上，包括图形、对象、声音和脚本。通过新的方式进行组合，使学习者能够快速获得结果，感受编程的乐趣，并且受到鼓励而有动力进行下一步的尝试。Scratch由可视化编程语言和基于社区的web界面两个模块组成。在Mind+中，使用者只需要拖动代码积木，然后拼接相连，就会形成完整的代码，该平台可以支持Python语言、C语言以及C++语言，对使用的的对象也比较友好，使用对象的范围也比较广，能够满足学校的学生编程以及编程比赛的项目创造。编程猫是一种可视化编程平台，使用年龄段为4-16岁的孩子，它的主要的功能在于可以在线编程，能够实时根据积木的拖动展示编程的结果。学习者在使用该软件后，可以在该软件的在线平台创作出相应的游戏、动画甚至软件等有创造性的程序，同时该软件使用起来比较方便，能通俗易懂，容易上手。虚拟机器人课堂是借助单台电脑,运用虚拟仿真技术来构造虚拟机器人的模型,并且采用可视化编程等方式来控制机器人实现在虚拟情况下所有工作和完成的各项任务。汤悦（2014）认为萝卜圈虚拟机器人是一类仿真水平极高的机器人，它给学习者设置了3D情景，学生们可以从多个不同的角度来搭建机器人，学生们也可以亲身体验到机器人发生的改变，提升了学习者的创造性和操作精神。萝卜圈虚拟机器人给出了许多活跃的场景，小组可以合作完成，能够提高学生的团队合作能力。萝卜圈虚拟机器人的教学改变了教学模式，将原来的传统教学模式变为问题探究模式，帮助学生提高逻辑思维能力[21]。编程方式I.协作编程协作结对编程[22]（CollaborativePairProgramming）是指由两个程序人员共同操作，在相同的算法里进行设计以及编码，将个体的活动改成了协作结对。在编程时通常会扮演两个角色，分别是驾驶员和领航人。其中，驾驶员可以用手机控制电脑的键盘与鼠标，来编写源代码；领航人员负责执行审核程序的工作，主要是为了设计和代码方面的更正与建议，更好地有助于驾驶员制定和规划。这种方法主要是根据Dillenbourg所提出的四个条件来制定的，提供了一种新型的培养计算思维能力的方案，弥补了常规结对编程的缺陷，在过去几年研究中有所证实：协同结对编程大大降低了学生认知能力的负担；通过一个个共享的开发环境，合作伙伴之间进行了持续的沉浸式参与，不断反馈和评价，提升了相互整体意识以及代码集成。根据Dillenbourg的相关看法，为了最大化地提高学生的学习的互动能力以及学习的兴趣，相关的协作模式必须具有以下四个要素：1）设置最初的条件；2）在场景中规划协作约定；3）利用媒介的相互作用搭建框架的创作性合作；4）对协作合作的监测和管理。II.可视化编程1968年，在麻省理工学院[23]（MIT）的人工智能研究室首次提出了LOGO语言。这种语言是美国国家科学基金会为了促进学生开展“绘图”研究,让学生们通过“绘图”来了解和学习编程2007年，Scratch引进,被中小学列为信息技术专业课程。它集成了图片、声音、外观等编程组块，能高效地设计出能交互的游戏、动画等程序；它不仅包含了普遍的设计和应用程序所需要的基本概念，而且也是引进了现代编程技术所需要的面向对象、事务、并行计算等概念，学习者也可以利用Scratch的学习来为其他专门编程语言打下基础[24]。郁晓华等人研究发现，使用AppInventor这款可视化的编程工具，可以培养学生的计算和思维技巧，AppInventor它就是一个由谷歌公司研制的在线可视化编程工具软件，用户只需要通过图像化积木型的拖拽组件，便可以轻松完成Android移动软件开发[25]。1.4研究目标针对如何提高学生计算思维能力的问题，针对机器人教育中存在的不足之处，提供解决的思路，将合作型任务驱动教学模式融入课程中，将合作学习与编程课程相结合，展开了研究。在开展研究前整理思路，设计合作学习的方案流程，搭建教学框架，再根据理论流程应用于实践并进行检验，探索出提高学生计算思维能力的有效教学方法，为编程教学领域提供新的教学方法。1.5研究问题和假设1.5.1研究问题1.学生们计算思维能力基础如何？2.合作型任务驱动教学模式对培养初中生的计算思维能力有怎样的影响？3.教师如何开展合作学习？4.学习动机对培养初中生的计算思维能力有怎样的影响？5.合作学习与学习动机能否共同提高初中生计算思维？1.5.2研究假设1.学生们计算思维能力基础水平基本一致2.在合作型任务驱动教学中，学生的计算思维能力提升幅度更大3.学习动机较高的学生比学习动机较低的学生计算思维能力提升幅度更大4.合作学习与学习动机可以共同提高初中生计算思维能力1.6研究思路与方法1.6.1研究思路1.6.2研究方法1.文献研究法主要指收集、区分、选择国内外的有关合作型任务驱动教学模式和计算思维发展的相关文献和书籍，了解合作型任务驱动教学模式和计算思维有关的理论，并且了解相关的研究现状，找到合适的切入点为后期的实验研究做准备。2.访谈法抽取实验班的3名学生进行访谈，调查教学模式对学生计算思维能力发展的影响。3.问卷调查法使用信度较高的问卷对学生的计算思维能力进行深入调查，检测实验效果。4.准实验研究法采用独立样本T检验方法进行实验班和对照班之间的比较，衡量是否为同质班，检验学习者的学习动机的程度是否会影响计算思维能力的提升，以及学习者在不同的教学模式下计算思维能力是否具有显著性差异。采用描述性统计分析法分析自变量对计算思维能力的具体影响。2理论基础2.1学习动机皮连生[26]提出了学习动机是指引起和保护个体学习活动，并促使学生获得自我学习的内在动力。学习与求知对于人类来说是一种基础性的需要，也是对于人类社会发展过程中的一种高级成长需要。在一定的条件下，它就会具备了引起学习者兴趣的学习动机从而使其产生。陕西师范大学的王有智[27]教授把学习动机的具体特点划分为习得性和内隐性；导向性和价值性；偏向性和差异性；持久性和可变性。并且指出了一个构成大学生的学习动机基本要素是由各种原因决定的，比如主观因素和客观因素产生的，表现为内在动机和外部动机，本次实验所采用到的动机的特征包括动机的强度和主观性。2.2建构主义理论皮亚杰是建构主义最早提出者之一，他认为知识首先不是来自主体本身，其次不是来源于客体，而是通过主体和客体的相互影响而获得的。在知识观方面,在知识观上，建构主义强调知识具有动态性，是随着学习者的认识而变化的[28]。本实验中编程的概念性知识在一定条件下可以转化为编程的程序性知识，从而体现了知识的动态性。在学习观上，新知识在获得是以就知识为基础的，新的知识和旧的知识之间相互影响作用。在虚拟机器人的编程的课堂中，新知识与生活中的例子相互结合，相互联系，让学生调用之前所学的编程知识，在原有的编程基础上融入新知识，并逐步提升，加大编程课程的难度。在教学观上，建构主义提倡教师为学生学习创造良好的情境。在本实验中引用生活中的例子，创设有效的情境，有利于学生更好地理解和接受编程。2.3布卢姆理论1956年，布鲁姆[29]发表了教育认知目标的相关研究，该分类模式是一种继承至今的经典目标学分类模式。布卢姆把教育目标划分为三个领域：认知领域、情感领域和动作技能领域。他又把学生所处的认知范围划分为六个范畴，分别是：知道、领悟、应用、分析、综合、评估。本研究根据布卢姆认知分类目标将计算思维三个维度相结合。在教学目标确定、教学知识分类以及教学评价的过程中，都分为认知领域、情感领域和动作技能领域。其中教学评价将六个类别分别融入到各个测试题目中。3虚拟机器人编程环境教学设计及实践3.1实验对象分析本次研究对象为温州市南浦实验中学惠民路分校的七年级两个班的学生，分别为7（24）班和7（26）班。其中7（24）班为对照班，人数为30，7（26）班为实验班，人数为30。学生们个体差异比较大，基础水平有分层，学生年龄均在12至15之间，他们已经具有逻辑思维和抽象思维，但是整体水平不高，对编程的理解较为困难，需要借助形象的学习内容来理解。本次研究的课程借助虚拟机器人平台，通过完成不同的任务来促进学生能力的提升。3.2实验内容分析本次实验探究不同教学模式（合作型任务驱动教学模式和传统任务驱动教学模式）和不同学习动机水平是否会交互影响学生的计算思维能力。对照班采用传统任务驱动教学法进行教学，实验班采用小组合作型任务驱动教学法进行教学。在实验的前期由于教学的内容是初级虚拟机器人编程平台入门的相关知识，不适用于合作学习，所以统一采用传统任务驱动教学法教学，在后半学期开始实施不同的教学模式。本次实验历时8周，40分钟为一个课时。本次共发放四份问卷，其中包括计算思维前后测试和学习动机前后测试。在学习虚拟机器人编程的基础知识之前，使用30分钟对学生的计算思维能力进行测试，学生独立完成并统一上交。教学基本内容分为小车前进、后退、左转、右转、循迹踢球。3.3实验过程分析对照班使用传统的任务驱动教学模式，在布置任务后，学生自主探究在教师的指导下完成最终任务。实验班使用合作型任务驱动教学模式，经过小组第一次研讨，完成初步的流程图，在教师指导后，经过第二次研讨，完善流程图，并根据流程图在虚拟机器人的平台上完成程序设计。合作型任务驱动教学法以回顾知识，导入新课——分析问题，教师讲授——合作探究，任务驱动——总结评价，拓展提升这几个环节进行课件的设计，实现教学设计内在的逻辑统一性。非合作型任务东东教学法以回顾知识，导入新课——分析问题，教师讲授——自主探究，任务驱动——总结评价，拓展提升这几个环节进行课件的设计，实现内在逻辑的统一性。3.3.1合作型任务驱动教学模式流程图3.3.2非合作型任务驱动教学模式流程图

4实验数据处理与分析4.1计算思维前测成绩分析在实验开始之前，为了确保数据的有效性，对两个班级的计算思维前测进行独立样本T检验，结果如表4-1所示。由表4-1可知，在独立样本T检验中，p值为0.064，大于0.05，数据证明两个班级计算思维前测的成绩没有显著性差异，属于同质班，可以当作本研究的实验对象。表4-1实验班和对照班计算思维前测独立样本T检验班级Nt值p值对照班30-1.8910.064实验班304.2描述性统计分析本次研究在实验前后，分别对实验班和对照班的学生进行计算思维能力测试以及学习动机的测试，两个班的总体成绩图表4-2-1所示。从表4-2-1可以看出，在虚拟机器人的编程环境下，总体学生平均的学习动机值有所提升，学生计算思维测试值也有提升。表4-2-1全体学生学习动机前后测、计算思维能力成绩前后测描述统计N最小值最大值均值标准偏差动机前测60168065.7014.156动机后测60168067.2014.107计算思维前测60187652.1313.951计算思维后测60209455.3018.168有效个案数60对照班的计算思维能力测试结果及动机测试结果如表4-2-2，从表中可以看出，对照班的计算思维后测成绩有所提高，学习动机值有所降低。可以得出在虚拟机器人编程环境下，能够促进学生的计算思维能力的发展。实验班的计算思维能力测试结果及动机测试结果如表4-2-3。从表中可以看出，实验班的计算思维后测成绩以及学习动机测试成绩都有所提高，且实验组的学习动机高于对照组的学习动机。通过对比表4-2-2和表4-2-3，可以看到实验班的学生计算思维测试的平均成绩进步更加明显，并且平均动机提升更多一点。表4-2-2对照班学习动机前后测、计算思维能力成绩前后测描述性统计资料N最小值最大值均值标准偏差动机前测30168065.6715.493动机后测30168065.0315.834计算思维前测30187348.8014.703计算思维后测30208649.1017.197有效个案数30表4-2-3实验班学习动机前后测、计算思维能力成绩前后测描述性统计资料N最小值最大值均值标准偏差动机前测30488065.7312.948动机后测30488069.3712.019计算思维前测30247655.4712.522计算思维后测30249461.5017.212有效个案数304.3实验班和对照班作品成绩分析在实验过程中，每节课学生完成的作品虚拟机器人的系统都会自动打分。将实验班与对照班的五次成绩平均分进行分析，如图4-3-1所示。图4-3-1教学过程中实验班对照班五次成绩平均分从图4-3-1纵向来看，实验班的成绩总体上要高于对照班，而且，无论是哪一次的成绩，实验班的成绩都好于对照班，说明实验班的教学效果总体好于对照班。其中，实验班与对照班第四次和第五次的成绩差异要显著一点，说明不同的教学策略效果在相对复杂的课程知识中体现得更明显。从横向来看，无论是实验班还是对照班，每一次的成绩都比上一次的成绩高，且第五次的成绩最高。说明教学效果显著。4.4不同教学模式和学习动机对学生计算思维的影响分析为探究不同教学模式和不同学习动机对学生计算思维能力是否具有交互性影响，计算思维能力后测的数据进行分析，结果如表4-4-1和表4-4-2所示，通过交互性分析，可以看出，p=0.127>0.05,说明教学模式的不同和学习动机水平的高低两者因素无交互性影响，以下分别对学习动机与教学模式进行单独分析。表4-4-1误差方差的莱文等同性检验因变量:计算思维后测F自由度1自由度2显著性1.51924350.127检验“各个组中的因变量误差方差相等”这一原假设。a.设计：截距+合作与非合作+学习动机前测+学习动机前测*合作与非合作表4-4-2主体间效应检验因变量:计算思维后测源III类平方和自由度均方F显著性偏Eta平方修正模型11728.711a24488.6962.2080.0160.602截距92752.921192752.921419.1060.0000.923教学模式514.6581514.6582.3250.1360.062学习动机前测9213.74820460.6872.0820.0280.543学习动机前测*教学模式173.826357.9420.2620.8520.022误差7745.88935221.311总计202960.00060修正后总计19474.600594.4.1教学模式对计算思维的影响表4-4-3教学模式对计算思维的影响分析莱文方差等同性检验平均值等同性t检验F显著性t自由度Sig.（双尾）平均值差值标准误差差值差值95%置信区间下限上限计算思维后测假定等方差0.0030.956-2.791580.007-12.4004.442-21.292-3.508不假定等方差-2.79158.0000.007-12.4004.442-21.292-3.508计算概念后测假定等方差0.1010.752-3.231580.002-3.1000.959-5.020-1.180不假定等方差-3.23157.6050.002-3.1000.959-5.021-1.179计算实践后测假定等方差7.8200.007-2.020580.048-4.0672.013-8.096-0.037不假定等方差-2.02049.4470.049-4.0672.013-8.111-0.023计算观念后测假定等方差0.1100.741-2.024580.048-5.2332.585-10.408-0.058不假定等方差-2.02456.1480.048-5.2332.585-10.412-0.055通过独立样本T检验的结果如表4-4-3可以看出，合作型任务驱动教学模式学生的计算思维影响显著p=0.007<0.05，也就是表明，在虚拟机器人编程环境下，教学模式的不同对学生计算思维的提高有显著性影响，且合作型任务驱动教学模式对学生提高计算思维能力有显著性影响。根据Brennan和Resnick的相关理念，可将计算思维分为三个维度，分别是计算概念，计算实践以及计算观念。可以从表7中看出，计算概念的后测成绩p=0.002<0.05，实验班和对照班的计算概念维度有显著性差异；计算实践的后测成绩p=0.048<0.05，实验班和对照班的计算实践维度有显著性差异；计算观念的后测成绩p=0.048<0.05，实验班和对照班的计算观念维度有显著性差异，由此可以得出，在虚拟机器人编程环境下，合作型任务驱动教学模式对学生提高计算思维能力的各个维度都有显著性影响。4.4.2学习动机对计算思维的影响使用单因素方差分析，比较学习动机高低对计算思维能力的影响。从表4-4-4方差齐性检验中，发现P=0.086>0.05,说明方差是齐的，可以使用单因素方差分析法。通过分析表4-4-5，单因素方差分析的结果看，不同学习动机水平的学生，他们的计算思维能力上存在显著的差异，学生们的学习动机水平对后测的影响显著p=0.017<0.05,不同的学习动机的学生在计算思维后测上存在显著性差异。也就是表明，在虚拟机器人编程环境下，学习动机对学生的计算思维能力有显著性的影响。高学习动机能够促进学生计算思维能力的发展。表4-4-4方差齐性检验莱文统计自由度1自由度2显著性TE基于平均值1.9438390.081基于中位数1.5478390.173基于中位数并具有调整后自由度1.547831.8320.180基于剪除后平均值1.9088390.086表4-4-5ANOVA平方和自由度均方F显著性组间10332.95620516.6482.2040.017组内9141.64439234.401总计19474.600595总结和展望5.1总结本研究针对提出的五个问题进行实验，并得出以下结论：结论一：学生们计算思维基础水平基本一致，通过对前测的独立样本T检验，可以发现实验班与对照班属于同质班。结论二：在虚拟机器人编程环境下，开展合作型任务驱动教学模式对计算思维能力的培养产生显著影响。学生在合作学习过程中，与小组其他成员产生思想的碰撞与交流，同时实验结果也表明实验班计算思维能力提升的幅度更大。本次实验带给了我们一些启发，再开展信息技术课堂活动的过程中，可以适当使用合作型任务驱动的教学模式来进行。结论三：实验班中通过小组反复研讨开展合作型学习，将基础水平好的学生与基础水平差的学生分在一组，减少了后进生的紧张感，增强了学生团队协作的责任感，提高了整体学生的学习效率。在合作型任务驱动教学的过程中，出现了跨组合作，两个小组的成员相互帮助，共同完成任务，而且完成得更加出色。结论四：在虚拟机器人编程环境下，学生的学习动机会影响学生的计算思维能力。学习动机水平较高的学生计算思维能力提升的幅度较大。通过与学生的访谈了解到，学生对课程的学习从开始的被动接受变为主动学习，随着学习动机的提高，学生的学习成绩越好，同时计算思维能力也越高。结论五：在虚拟机器人编程环境下，合作学习和学生的学习动机共同影响学生的计算思维能力的提升，在合作学习模式的实验班中，通过访谈发现学习动机水平高的学生学习成绩更好，通过问卷发现，那些学生的计算思维能力提升幅度更大。本次的实验过程中还存在一些问题。在40分钟的信息技术课堂中，如何有效地安排时间，开展小组合作学习并能有效掌控是一个难题。同时，实验的周期较短，课时较少，实验的样本容量较小，代表性较低。在教学过程中，由于教师本身的原因，难以将理论充分运用到实践的过程中，使理论充分体现。5.2展望如今，计算思维的培养已经纳入课程标准中。如何调动学生们的学习兴趣，如何有效地提升学生的计算思维能力是我们需要解决的问题，各种教学方法和教学策略需要我们区探究。若今后如有机会继续深入研究，定要百尺竿头更进一步。

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