面向计算思维培养的知识整合学习环境（CT-KILE）设计与实践

【摘要】：伴随着人工智能时代的到来,关于计算思维的研究成为21世纪的重要议题。如何培养学生的计算思维受到教育界的关注,计算思维的培养不仅需要教学内容和教学策略的设计,更需要有效学习环境的支持。研究面向计算思维培养的学习环境,既有助于增进对计算思维学习本质的认识,也能对如何在数字化学习环境中改进计算思维教学的现实问题有所启示。因此,本研究旨在充分利用网络环境的优势,以知识整合为理论支持,聚焦面向计算思维培养的知识整合学习环境的设计、开发与实践,并探讨该学习环境对学生计算思维的影响。同时,通过滞后序列分析,分析在该学习环境下高计算思维(HCT)学生和低计算思维(LCT)学生的行为表现模式及差异,并分析其产生差异的原因。首先,对国内外关于计算思维的相关研究进行系统综述,确定现有研究的现状和不足,为本研究的研究问题和研究内容提供依据;然后,依据知识整合框架的使科学易于理解、使思维看得见、帮助学生向他人学习、促进自主和终身学习四个原则,设计并实现面向计算思维培养的知识整合学习环境;最后,通过两个教学案例的实践教学,检验所开发学习环境的有效性,从计算思维水平、学习行为、行为模式三个方面探究学生在该学习环境下的表现和差异,从学生对学习环境的满意度和学生访谈两个方面获得更多学生对学习环境的态度和想法。初步研究表明:面向计算思维培养的知识整合学习环境有效地提高了学生的计算思维水平。高计算思维(HCT)和低计算思维(LCT)学生在“我的作品”和“他人作品”模块的学习行为具有相似性,而在“范例学习”和“创作接力”模块相似和差异行为并存。相比于高计算思维(HCT)学生,低计算思维(LCT)学生倾向于使用多种方式来弥补他们对计算概念掌握不足的弱点。此外,低计算思维(LCT)学生表现出比高计算思维(HCT)学生更多的学习行为,可以说明学生的学习行为受计算思维水平的影响,通过数字化学习环境对学生提供更多的学习支持可以帮助学生计算思维水平的提升。