作者：朱琳 东南大学脑与学习科学系，儿童发展与教育研究所
研究生导师：姜飞月
【摘要】：多项研究调查了编码教学对一些认知过程的影响，取得了有希望的结果。基于这一背景，本研究评估了计算思维干预对学龄儿童执行功能的影响。这项研究采用了受试者之间的实验设计，包括前后测量和对照组。测量仪器为BANFE-2电池。实验组参加了为期8周的干预，在干预中，他们被教导使用micro:bit设备和MakeCode编程环境进行编码。研究结果显示，迁移对学生的执行功能有显著的影响。
【关键词】：计算思维，编码，执行功能，教育干预
介绍
壹
计算思维（CT）是指通过计算解决问题时所涉及的一组认知过程。CT中以标准化方式识别的步骤包括抽象、分解、建模、算法设计、执行和校正，编程和编码是CT中涉及的过程。学习CT是指开发一种解决问题的方法，其最终目标是提供一种在计算机上编程的解决方案。
人们越来越有兴趣在K-12教育中引入CT原理，以此作为发展逻辑思维、解决问题和创造性设计过程的机会。其他研究调查了CT涉及的认知过程，他们发现数学思维、语言处理、注意力等过程之间有着密切的联系。
另一个研究领域专注于研究编程学习如何促进高级心理功能的发展。在这方面，一些系统综述收集了与本文提到的主题相关的研究，并检查了此类研究中证明的转移效应。作者发现，CT的学习对改善某些认知过程有着至关重要的作用，尤其是在数学思维、批判性思维、创造力、元认知和推理方面。
这些结果与其他研究一致，这些研究发现CT教学对学习成绩，特别是数学成绩和一些认知过程，如视觉空间推理、言语推理、数字技能、排序技能、流动智力和创造性思维，都有重要影响。
最近的一些研究对执行功能感兴趣，如抑制、计划和工作记忆。执行功能是指大脑前额叶皮层进行的认知过程，与意识活动和元认知的组织有关；换句话说，它们是那些允许组织、编程、调节、灵活和验证心理活动和行为的东西，尤其是以目标为导向的。
总之，已经发现了学习编码和CT的发展如何有助于加强儿童的认知和神经发育的证据。然而，尽管有这些发现和这一主题的相关性，但对该主题的研究仍然很少。特别是，很少有研究评估CT教学对执行功能的影响。通过这项研究，我们建议调查CT教育计划对学龄儿童EFs的影响，这项工作旨在为具有更大影响的随机临床试验提供初步投入。
CT：定义和范围
贰
哥伦比亚一所小学的35名10至11岁的儿童参加了这项研究。由外部教师将他们随机分配到实验组（N=17）或对照组（N=13）进行研究。本研究采用了受试者之间的实验设计，包括前测和后测测量以及对照组。该研究符合《赫尔辛基宣言》的所有伦理方面，并得到了马尼萨莱斯自治大学生物伦理委员会的批准（第124号法案，2021年9月29日）。此外，同意参与研究的参与者及其家人签署了知情同意书。
对于前后测量，选择了执行功能和额叶的BANFE-2神经心理学组。电池有多种与执行功能和前额叶相关的认知过程：Stroop测试、“Iowa”卡片测试、迷宫、河内塔、威斯康星卡片分类测试、语义分类的生成、谚语的理解和选择、元记忆曲线、动词的生成、自指、连续减法，顺序视觉空间和言语工作记忆。
组成电池的所有测试在科学文献中都有广泛的背景，并且是特定领域的，由临床研究和功能性神经影像学研究确定。因此，它的应用保证了不同群体之间结果的推广和比较。试验结果表明，应用程序之间的一致性为0.80，具有较高的可靠性指标。实证研究也广泛支持每项测试的一致性和结构有效性。尽管每个测试都可以单独解释，但本研究采用了全局性能指数。
实验组接受的干预包括一个为期八周的CT程序，每周两次，每次约120分钟，在学校的电脑室进行。对照组继续正常接受计算机课程。
在最初的五周里，信息技术和通信部制定了“儿童方案”项目的会议。在过去的三周里，研究人员设计了一些项目，让孩子们必须通过计算解决问题。干预中使用的设备是计算机和微位微处理器（一种由英国广播公司设计的小型可编程卡，集成了许多传感器）。每节课都包括插电和不插电的活动；对于最后这些，孩子们通过MakeCode平台学习了用块语言编程，后来在micro:bit设备中验证了他们的执行情况（表1）。
表1 为期数周的干预计划
叁
结果
研究的描述性统计数据显示，对照组和实验组的平均年龄相似。表2显示了所获得分数的平均值和标准偏差。
表2 分组描述性统计
注：SD：标准偏差；T1：预测试得分；T2：测试后得分
我们应用了重复测量的方差分析（ANOV A RM）。重复测量的主体内因素是前测和后测；受试者因素是实验组和对照组之间的差异。由于样本量（N=30），我们选择ω2的水平来评估影响大小。Levene检验假设的验证证实了方差分析RM检验在前测F（1,28）=2.18 p=.150和后测F（1，28）=1.86 p=.184中应用的方差相等、得分正态性和同方差性。
该测试意味着两组的前测和后测之间的增加，但实验组的增加更大（图1）。尽管EFs的总体表现始于实验组的前测，得分低于对照组，但该组在后测中表现出更高的表现。尽管组F（1,28）=0,77 p=，388 ω2=，00之间没有全局差异，但前测和后测之间存在显著的全局差异，具有非常大的效应大小F（1，28）=85,15 p<.001 ω2=0,24，并且具有中等效应大小的显著差异，与测试时间和组F（1,28）=18,11 p<，0.001 ω2=0,06之间的相互作用有关。总之，干预似乎导致了BANFE-2电池组总分的中度到重度变化。
图1.各组性能和标准误差的平均值
讨论
四
前测和后测结果显示，与未参与干预的同龄和情境组相比，实验组在与EFs和前额叶皮层相关的任务中的表现显著提高。在进行统计更正时，这些差异得到了维持，表明干预措施对全球执行职能的表现产生了中等到较大的影响。这些发现表明，使用micro:bit微处理器开发的为期8周的CT干预可能会对与执行功能和前额叶功能相关的认知过程产生积极影响。
这些结果与Robertson的研究一致，Robertson发现了EFs与CT相关的创造性编程和调试过程之间的关系。作者发现，用Scratch块中的编程语言进行CT干预对10至12岁儿童EFs的总体发展有显著影响。这项研究使用了高管BRIEF-2的行为评定量表，这是一项基于成年人行为报告的神经心理学测试。然而，在我们的研究中，实施了BANFE-2测试组，该测试组由基于受试者执行的经典神经心理学任务组成。尽管使用的主要衡量标准类型不同，但两项研究都同意所研究的两个变量、计算思维和EFs之间的关系。
这些发现也与其他研究的结果相似，这些研究评估了CT干预对某些特定EF的影响，并用经典的神经心理学任务进行了评估，如抑制控制、工作记忆和计划。然而，这些研究大多是在学龄前人群中进行的。
关于干预，该计划的优势之一是结合了相关和不相关的活动；这个练习有利于孩子们学习高抽象水平的概念；另一方面，将微型钻头用于计步器、指南针和湿度计等项目，使学生认识到编码在解决日常生活中的问题方面的有用性。
总结
五
该干预计划旨在为10至11岁的在校儿童教授块语言的CT和编程，结果表明，该干预计划对他们执行功能和前额叶皮层的整体发展产生了中等至较大的影响。
该研究的局限性之一是小样本（N=30）以及分配和评估人员的盲目性。然而，在这项试点试验中获得的结果表明，通过符合随机临床试验方案的研究来复制这项研究的相关性。对于未来的研究，建议在前测和后测中都包括一项评估儿童CT的措施。还建议延长干预的持续时间，并将合作学习的原则纳入活动的设计中。
查阅原文：Robledo-Castro, C ; Castillo-Ossa, LF ; Hederich-Martinez, C METHODOLOGIES AND INTELLIGENT SYSTEMS FOR TECHNOLOGY ENHANCED LEARNING。
Doi: 10.1007/978-3-031-20617-7_2
转自：“百研工坊”微信公众号
如有侵权，请联系本站删除！
