編程學(xué)習(xí)與高校學(xué)生推理能力關(guān)系研究

魏 蔚 鄧淼磊 劉宏月 蔡成欣

（河南工業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 河南·鄭州 450001）

0 引言

工作場所組織和技術(shù)結(jié)構(gòu)的變化越來越多，新工作場所需求和最近的教學(xué)理論將問題解決和推理技能作為課程開發(fā)的首要任務(wù)。學(xué)校學(xué)習(xí)的重點目標(biāo)之一是繼續(xù)學(xué)習(xí)提升一系列技能、能力和態(tài)度，這將提高一個人的理解和控制其認(rèn)知過程的能力。為了有助于學(xué)習(xí)的學(xué)校環(huán)境這種情況在不斷變化，新的計算技術(shù)和實踐也在實施《教與學(xué)》。在過去幾年中，信息和通信技術(shù)的充分性課程設(shè)置及其對學(xué)生技能的影響受到質(zhì)疑。為此許多國家（如英國、美國、希臘）都在其國內(nèi)引入了一項新舉措課程，用計算機和計算技術(shù)取代現(xiàn)有的課程科學(xué)，學(xué)生逐漸學(xué)習(xí)如何編程并參與計算思考。計算思維被廣泛應(yīng)用用于教育，因為它綜合了批判性思維和現(xiàn)有知識，并應(yīng)用于他們能夠解決數(shù)學(xué)、科學(xué)和STEM學(xué)科中的復(fù)雜問題。計算思維從廣義上講，它描述了一組思維使用計算機解決復(fù)雜問題所必需的技能，可以應(yīng)用于臨床許多科學(xué)。

1 現(xiàn)狀和研究方法

認(rèn)知技能是與思考和了解技能相關(guān)的技能，要求學(xué)生理解語言和數(shù)字，推理和解決問題，學(xué)習(xí)和記憶。布魯納定義了推理技能，即根據(jù)信息做出猜測和結(jié)論的過程分為兩大類，即演繹推理和歸納推理。推理也被認(rèn)為是一個分析思維和問題解決方面的關(guān)鍵因素。解決問題的技能現(xiàn)在已經(jīng)成為課程的一個組成部分，許多國家的教育主題都需要學(xué)生成為成功的問題解決者。解決問題的能力應(yīng)被視為社會需要學(xué)生在一個特定的環(huán)境中有效地發(fā)揮作用，高效和有效地解釋新信息的能力信息將變得比一個人擁有的特定知識更重要。這是許多國家將解決問題作為他們課程中的核心能力重要任務(wù)的一個重要原因。有人認(rèn)為，擁有解決問題的能力技能將幫助學(xué)生獲得新知識，并為他們提供必要的技能成功進(jìn)入社會、開展個人活動、適應(yīng)新環(huán)境的技能面對生活困難。編程被認(rèn)為是一種復(fù)雜的認(rèn)知能力，有相關(guān)工作闡述了一個人是如何獲得這種復(fù)合認(rèn)知能力的技巧學(xué)習(xí)如何編程需要策略、計劃和邏輯思維技能，因此，它為培養(yǎng)和運用解決問題的技能提供了一個富有成效的領(lǐng)域，高階思維和元認(rèn)知技能。編寫計算機程序需要一定程度的解釋、抽象、邏輯推理和理解修改程序的結(jié)構(gòu)，并修改源代碼以實現(xiàn)功能。它還需要解決問題、發(fā)現(xiàn)代碼中的錯誤、修改與特定情況相匹配的最初想法，以及通常的無法通過理論發(fā)展的實際能力。這方面有許多相似之處上述過程與認(rèn)知功能模型相結(jié)合，使計算機編程成為一種提高認(rèn)知能力的活動的新的工具。此外將復(fù)合問題分解為子問題，生成完整問題的過程以及子問題的準(zhǔn)確解決方案，并測試和重新測試問題解決方案對于正確性和效率，要求有很高的問題解決能力，以及對各種類型的問題進(jìn)行分析和批判性思考的能力。使用編程的核心目標(biāo)之一也就是讓學(xué)生進(jìn)行計算思考，并獲得技能，以發(fā)展堅實的基礎(chǔ)并通過使用分析和關(guān)鍵技術(shù)理解具體問題。最近在這一領(lǐng)域的研究表明，學(xué)生必須接受專業(yè)培訓(xùn)以在學(xué)習(xí)編程之前進(jìn)行計算思考。本研究的主要目的是調(diào)查計算機編程的影響關(guān)于學(xué)生推理技能、問題解決技能和自我效能感的課程通過這兩門學(xué)校科目的聯(lián)合教學(xué)，側(cè)重于數(shù)學(xué)問題的解決，并通過測試進(jìn)行評估。這個測試由一道題組成，評估學(xué)生在特定數(shù)學(xué)教學(xué)單元中的表現(xiàn)。推理則通過康奈爾推理測驗進(jìn)行評估，而自我效能則通過學(xué)習(xí)動機策略問卷。

2 研究結(jié)果

統(tǒng)計分析學(xué)生對問卷的回答，使用相關(guān)軟件進(jìn)行統(tǒng)計。首先，對學(xué)生的考試前成績和考試后成績進(jìn)行分析記錄并將兩個分?jǐn)?shù)作為相關(guān)程序的輸入。確定計算機程序設(shè)計教學(xué)與學(xué)生的數(shù)學(xué)自我效能感，采用符號秩檢驗。U檢驗用于比較由于數(shù)據(jù)不是正態(tài)分布的。確保在干預(yù)開始前，兩組之間沒有顯著差異。檢查同一組的前測和后測之間是否存在差異是顯著的，我們使用Wilcoxon符號秩檢驗。經(jīng)檢驗的無效假設(shè)為：“測試前的分?jǐn)?shù)和測試后的分?jǐn)?shù)之間沒有顯著差異。”因此無效假設(shè)不能拒絕。因此，前測和后測的平均分?jǐn)?shù)之間的差異對于對照組，差異不顯著。對于實驗組，無效假設(shè)成立測試結(jié)果因為空假設(shè)被拒絕，這意味著前測分?jǐn)?shù)和后測分?jǐn)?shù)之間的差異得分顯著。具體而言，符號秩檢驗表明數(shù)學(xué)教學(xué)與計算機編程并行，的確引起了一場統(tǒng)計上的學(xué)生自我效能感的顯著變化。為了檢驗兩組在后測中是否存在顯著差異，獨立t檢驗無法使用，因為各組的數(shù)據(jù)不是正態(tài)分布。為此因此，采用了非參數(shù)U檢驗。具體來說，空值被檢驗的假設(shè)是：實驗組和對照組在后測中兩項測試的分?jǐn)?shù)之間沒有顯著差異。考慮到數(shù)值，無效假設(shè)被拒絕。具體而言，U檢驗表明與計算機編程課程和數(shù)學(xué)教學(xué)的并行進(jìn)行，確實引起了廣泛的自我效能感差異，并有統(tǒng)計學(xué)意義。

為調(diào)查是否教授計算機與數(shù)學(xué)結(jié)合編程對學(xué)生的學(xué)習(xí)成績有顯著的影響，我們也開發(fā)了學(xué)習(xí)問卷，旨在測量研究了學(xué)生對特定課程的學(xué)習(xí)動機、自我效能感和自我調(diào)節(jié)能力的情況。本研究使用的子部分是自我效能部分，由八個問題組成，而答案以量表表示。上述收集結(jié)果是為了回答研究問題：“與計算機編程相結(jié)合的數(shù)學(xué)教學(xué)是否會影響學(xué)生的學(xué)習(xí)？”數(shù)學(xué)自我效能感，如果是，針對這個問題達(dá)到什么程度，U檢驗用于比較兩組和兩組學(xué)生的得分，采用符號秩檢驗檢驗同一樣本之間的差異組。數(shù)據(jù)表明在前測中，對照組的得分沒有顯著差異；而在后測中相反，分析結(jié)果存在顯著差異，因此可能說明計算機編程會影響學(xué)生的自我效能感。此外，為了確定兩組之間的差異是顯著的，兩組測試后得分的比較采用U測試。結(jié)果表明，兩者之間存在顯著差異這兩組人得分，這意味著計算機編程的教學(xué)必須結(jié)合數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)以影響學(xué)生的數(shù)學(xué)自我效能感。

這些發(fā)現(xiàn)一些之前結(jié)果非常相似，例如使用計算機工具教授數(shù)學(xué)可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率數(shù)學(xué)自我效能感。他們的研究表明在使用計算機工具時，學(xué)生的數(shù)學(xué)自我效能感顯著提高而不是沒有。這項研究通過添加計算機編程也可能影響學(xué)生的數(shù)學(xué)自我效能感。自我效能感在學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中起著重要作用，比如世衛(wèi)組織發(fā)現(xiàn)，一部分的學(xué)生的成功取決于他們的自我效能。因此教師和學(xué)生使用能夠提高學(xué)生自我效能感的工具非常重要，尤其是在像數(shù)學(xué)這樣的學(xué)科，它被認(rèn)為是一門難學(xué)的學(xué)科。

3 結(jié)論

這項研究的目的之一是強調(diào)計算機編程對推理等這些技能的總體貢獻(xiàn)包括調(diào)查計算機編程對學(xué)生解決問題能力的作用，因此設(shè)計了一個干預(yù)課程實驗，學(xué)生們在老師的幫助下開發(fā)了一個軟件應(yīng)用程序，與他們的數(shù)學(xué)課程有關(guān)特別是統(tǒng)計方面。采用問卷對學(xué)生的自我效能感進(jìn)行測試，而問題解決能力則是根據(jù)學(xué)生在課堂上的表現(xiàn)進(jìn)行測試。這項研究強調(diào)了計算機編程在數(shù)學(xué)中的重要性。考慮到本研究的所有結(jié)果，有一個結(jié)論得出的結(jié)論是，計算機編程可以為學(xué)生的認(rèn)知能力提供許多好處，可以應(yīng)用于許多課程的技能，而不僅僅是這一特定的計算技能課程。這表明學(xué)習(xí)計算編程可能會對培養(yǎng)學(xué)生的技能，這些技能可以轉(zhuǎn)移到其他課程，如數(shù)學(xué)，工程和科學(xué)。我們認(rèn)為，進(jìn)一步的研究是必要的，計算機程序設(shè)計課程是否與適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法相結(jié)合，可能對學(xué)生解決問題的能力產(chǎn)生影響。在這種情況下，應(yīng)該促使學(xué)生在包括計算思維的各個方面開始編程以解決真實問題。