促进学生计算思维的STEM教育活动开发_研究生_问题_进行(如何提高学生的计算能力思维导图)
编译：刘俊杰 东南大学脑与学习科学系
研究生导师：柏毅、夏小俊
作者：pichet srisangngam、chaiyos dechsura
【关键词】：计算思维、stem教育
01
引言
为了促进经济和社会发展，提高公民的数字能力刻不容缓。因此，需要在所有教育水平上提高科学、数学和技术的教育质量。尤其是使用计算思维解决问题的过程，它有助于考虑如何使用以及需要什么信息，各种数据之间如何相互关联。这在应对21世纪迅速变化以及来自互联网的大数据浪潮中至关重要。培养计算思维的准则之一是根据stem教育方法组织学习活动，让学生编写计算机程序。在该研究中使用5e指导模式并结合工程设计来制定教案和学习活动，该学习模式结合了科学探究的5个特点和工程设计的核心思想。学习活动的重点是根据科学、数学和工程设计过程的知识开发计算机程序，以获得解决实际生活中问题的过程，具体如图1所示。
图1 根据stem教育的学习活动概念以发展计算思维
02
研究方法
该研究采用混合研究方法，通过定性研究方法来解释定量研究结果。首先，根据stem教学活动的指导原则来研究和开发学习活动，用于发展学生的计算思维。然后，根据高中生的计算思维技能研究学习活动的效果。
2.1
研究小组
该研究小组是phranakhon si ayutthaya省的高中生，在2019年学年的第一学期学习计算课程的30名学生，通过目的性抽样方法取样。教学活动总计12周，每周教授两节课程。
2.2
研究工具
课程计划和学习活动参考stem教育指南进行设计，共有6种课程计划和学习活动，scratch编程、animate动画、visakha bucha day、python编程、coordinates和robot builder。这些课程计划和学习活动由5位专家进行了检查。一致性系数（ioc）值在0.60-1.00之间。
以及用于检验学习效果的计算思维测试。研究人员根据brebas国际挑战赛的试题开发了一项计算思维测试。king mongkut的技术ladkrabang研究所，由5位专家进行了检查，其难度指数（p）在0.20-0.80，分辨力指数（r）在0.20以上。
03
研究结果
为了验证本研究假设，即stem学习活动可以发展学生的计算思维。收集了学生参与学习活动之前和之后的数据， 然后，通过统计t检验样本分析数据，结果如表i所示（p < 0.05）。
表1 学生参加学习活动前后的计算思维平均得分
a）解构。当学习者在visakha bucha day的故事中进行了研究活动时，学生通过对知识的理解，将问题分解。学生使用scratch程序来创建诸如出生场所、启蒙之类的场景，并为每个精灵（sprite）编写一个脚本来执行这个故事。
c）抽象，当学习者根据visakha bucha day的故事开展学习活动时。大多数学生都对抽象有了一定的知识和理解。
d）算法。当学习者根据visakha bucha day的故事进行了学习活动时。大多数学生都有知识、能够理解并且能够创建算法来解决问题。
04
讨论
从以往的计算课程问题来看，研究人员发现学生的计算思维能力是很不令人满意的。当要求学生写下他们学到的东西时，大多数学生在课堂上写下他们所做的事情，而不是分解问题、找到问题模式、应用抽象并使用算法解决问题。因此，我们基于stem教育开发学习活动，以提高参与课程的高中生的计算思维。研究结果表明，根据stem教育方法的学习活动提高了学生的计算思维技能。这与chaya-karn kirirat和passakorn ruangrong等人的研究结果一致，这些发现可以让学生通过编写程序来开发计算思维。因此，学生了解如何解决计算机问题以及发展学生的逻辑和解决问题技能，这鼓励学生发展思维技能和过程，这些技能和过程可用于有效地解决日常生活中的问题。此外，学生可以与同学和老师交流知识，通过讨论和写作每周的日记进行反思。此外，老师应鼓励、支持和建议学生独自解决问题，老师必须试图改变学生的观点和态度。听取学生的意见，支持和促进学生通过工程设计、计算机程序开发来发展计算思维，并提出问题来激发学生的计算思维，这些都是当前所面临的重要挑战。
然而，一些计算机语言对学生的计算思维产生了影响。研究人员发现，使用python进行动画机器人
的学习活动并没有很好地支持计算思维发展。因为python语法对于学生来说太复杂了。在活动过程中，学生更专注于如何正确编写程序，而不是计算思维。因此，必须仔细考虑选择适合学习者学习活动和教育水平的计算机语言。
05
结论
本文是由pichet srisangngam、chaiyos dechsura学者于2020年发表于international stem education conference (istem-ed 2020)的论文。
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