编译：朱琳 东南大学脑与学习科学系
导师：姜飞月
作者：Veenman, K；Tolboom, JLJ；van Beekum, O
【摘要】：计算思维是当今一项受欢迎的学生技能，然而，对这项技能的评估是一个有争议的问题。这项试点研究考察了计算思维和逻辑思维是否相关，我们调查了机器人课程对14岁荷兰学生的影响，该课程涉及逻辑思维和计算思维。35名学生接受了预先测试，以评估他们的逻辑思维，并对他们的逻辑思考和计算思维进行了事后测试，干预组（N=11）在测试前后进行了机器人课程。这项研究的结果表明，计算思维和逻辑思维之间存在显著的正相关，这项样本量很小的研究没有显示机器人课程对逻辑或计算思维的影响。
【关键词】： 计算思维测试（CTT）、机器人、逻辑思维测试（TOLT）、测量与分析、科学、技术、工程和数学（STEM）
01. 介绍
自Wing通过Papert重新激活了计算思维（CT）的开创性结构以来，关于CT的确切性质及其所包含的能力进行了大量的学术讨论。在这项研究中，我们调查了计算思维测试（CTT）衡量的计算思维是否与逻辑思维测试（TOLT）衡量的逻辑思维相关。由于TOLT仍然被认为是学生逻辑思维的有效和可靠的衡量标准，我们表示，CTT和TOLT之间的正相关将证实CTT的科学价值。
我们对机器人教育进行了干预。在一个准实验设计中，对于前测试和后测试，我们使用TOLT和CTT来确定学习增益，并将这些学习增益一方面通过TOLT测量，另一方面通过CTT测量。这样，我们能够确定CTT（一套新学习目标的新工具）是否与TOLT（一种公认的逻辑思维工具，计算思维的先决条件）一致。我们在荷兰教育系统的两个不同的教育水平上进行测试。
02. 理论框架
在未来几年，荷兰以及世界其他地方不断增长的数字产业将需要越来越多训练有素的信息和通信技术（ICT）员工。1993年，Papert表示机器人在提高学生的科学学习方面具有巨大潜力。在这项研究中，选择了两种技能进行调查：解决问题和计算思维，这是发展信息和通信技术知识所必需的密切相关的技能。关于CT的研究仪器仍在建设中，因此，发现了另一种更广泛的技能：逻辑思维。
在荷兰，高中有三个层次：（1）学前职业教育（VMBO；约占学生人口的50%），（2）高等普通中等教育（HAVO；约占30%），以及（3）大学前教育（VWO；约占20%）。在VMBO组中，从学术角度来看，还有四个级别，最高的是MAVO。通常，毕业后，大多数MAVO学生进入中等职业教育（MBO），HAVO学生进入应用科学大学（HBO），VWO学生进入古典大学（WO）（图1）。
本研究的主要研究问题是：Leaphy机器人课程对MAVO和VWO学生的逻辑思维能力有何影响？此外，它将调查逻辑和计算思维技能之间是否存在相关性。
03. 方法
共有35名参与者参与了这项研究，学生是从荷兰中部阿默斯福的一所高中招收的，这两个小组都是通过电子邮件招募的。MAVO和VWO的一半学生表示，他们可以学习机器人课程，并在课程结束时收到他们的机器人（大约价值：35欧元），另一半的人被提供了一张15欧元的礼品卡，以参加对照组。排除率为23%，参与者被排除在外，因为他们没有出现在测试后，并且测试结果不完整。由于通信问题和时间限制，无法测试MAVO对照组，参与者的特征见表1。
该测试衡量逻辑思维的五个方面：控制变量、比例推理、组合推理、概率推理和相关推理。测试由十个问题组成，每个问题都包含一个答案和答案的理由。在这项研究中，参与者学习了Leaphy机器人课程，学生们按照自己的节奏学习课程。他们必须自己登记每节课，然后，学生们被要求完成作业，并被告知他们可以互相协商，老师可以在场回答任何问题或帮助完成作业。
干预组由自愿参加机器人课程的学生组成，他们收到了一封关于课程的电子邮件，可以选择两个时间段进行该组的预测试，学生从TOLT前开始，然后是问卷调查，预测试后，他们遵循了课程，4周后进行后期测试，学生进来之后被要求填写后TOLT，然后是CTT。当他们完成两项测试后，他们可以把机器人带回家。
对照组由注册并收到15欧元礼品卡的学生组成，他们被预先测试了一瞬间，从TOLT前开始，然后是问卷调查，两周后进行了后期测试，后期测试从后期TOLT开始，然后是CTT。当他们完成两项测试时，他们收到了礼品卡，在实验过程中，对照组的学生遵循常规课程。
所有结果均使用IBM SPSS Statistics 24进行分析，每当违反球度假设时，对每个方差A使用Greenhouse–Geisser检验。
04. 结果
根据假设，时间（测试前和测试后）和小组（干预或控制）会产生交互作用。MAVO学生在学习了Leaphy机器人课程后，在TOLT测试中的成绩未能支持差异，这与假设不符。VWO学生的结果不能支持时间（前后）或互动（时间与群体）的影响，这些结果也不符合假设。然而，鉴于小样本量和接近0.05的p值，可以预期较大样本量会产生干预效应。此外，对于MAVO和VWO学生，没有发现时间效应（TOLT前和TOLT后）。一种可能的解释是，干预期太短，学生没有足够的时间来完成和理解每个编程问题。TOLT测试的两个版本都是可靠的。
对于MAVO和VWO组，假设干预组的CTT得分高于对照组，不幸的是，本研究未纳入MAVO对照组，结果未能支持VWO干预组和VWO对照组之间的差异，这与假设不符。一种可能的解释是，大多数控制组以前有编程经验，由于这项研究调查了编程的影响，这可能会影响结果。CTT上的一个注释是发现了Cronbachα，可靠性测试表明CTT可靠性较差（α=0.512），包含10个项目的原始CTT显示出0.785的Cronbachα，两个α之间的差异表明，原始土耳其版本中的各个项目比荷兰版本的不同问题更相关。此外，为了便于测试前和测试后，建议设计两种版本的CTT。
据假设，TOLT分数和CTT分数相关，结果没有显示出显著的相关性，这与假设不符。然而，当检测到异常值并从数据集中删除时，相关性确实变得显著，皮尔逊相关系数为0.59，斯皮尔曼相关系数为0.48，这符合假设。
假设VWO干预组在TOLT测试中的得分高于MAVO干预组，结果表明，在进行干预之前，VWO学生的平均TOLT分数高于MAVO学生，这符合假设。
对于参加机器人课程的学生，还假设VWO学生在CTT上的得分高于MAVO学生，结果表明，VWO学生的CTT得分显著高于MAVO学生，这符合假设。
05. 结论Greater Snow
这项研究未能证实Leaphy机器人课程提高了14岁荷兰MAVO和VWO学生的逻辑和计算思维的假设。然而，研究发现，VWO学生在逻辑思维和计算思维方面都优于MAVO学生，更重要的是，发现了逻辑思维和计算思维之间的相关性，如TOLT和CTT的得分所示。这意味着CTT是测量CT的可靠方法，假设需要逻辑思维来进行计算。然而，这项研究的样本量很小，而且存在一些局限性，考虑到这种积极但不显著的影响，有可能通过更大的样本量和对混杂因素的更多控制，可以证明Leaphy机器人课程在CT方面的积极影响。
本文是Veenman, K；Tolboom, JLJ；van Beekum, O学者于2022年发表在FRONTIERS IN EDUCATION的论文。
DOI: 10.3389/feduc.2022.956901
转自：“百研工坊”微信公众号
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