基于社会认知网络分析的学习者协作问题解决能力发展研究

协作问题解决能力是21世纪数字公民应具备的核心能力之一,但目前尚且缺乏对学习者协作问题解决能力动态发展过程的探讨,需要融合多元方法提供更细粒度的分析。以学习者在教学初期、中期、后期三个时期的在线协作会话数据为分析样本,运用认知网络分析发现,学习者协作问题解决能力呈现出由低水平向高水平发展的过程;通过社会网络分析发现,参与者呈现出网络核心和边缘两种社会角色,且社会角色随时间会动态改变;社会认知网络分析结果显示,不同社会角色学习者的协作问题解决能力发展过程具有显著差异。基于研究结果,从在线协作环境、课堂教学策略以及教师专业发展三个方面给出建议。

小学高年段学生的人工智能学习观念研究——基于图画的认知网络分析

随着人工智能基础教育的持续推进,小学高年段学生对人工智能学习萌发了更多的思考,但当前对小学高年段学生的人工智能学习观念及其与计算思维关系的研究仍不充分。因此,文章收集了285名五年级学生的现实和理想中人工智能学习的图画,采用基于图画的认知网络分析方法,将学生的图画编码为6个维度19个元素,并可视化学生的人工智能学习观念元素之间的关系结构。研究发现,小学高年段学生的人工智能学习观念现实状态偏重编程实践;小学高年段学生的人工智能学习观念理想状态偏重智能技术的体验与应用;计算思维高分组学生关注学习活动,低分组学生关注学习材料,期待参与学习活动。文章通过呈现小学高年段学生对现有人工智能学习的感知与理解,以及对未来人工智能学习的期待,旨在为推动小学人工智能教育的改革与创新提供参考。

基于图画分析的小学生人工智能学习观念横断面调查研究

小学人工智能课程的教与学在全球范围内受到高度关注,探索小学生人工智能学习观念,调查小学生对人工智能学习的理解和态度十分重要。因此,该研究收集了3到6年级共739名小学生关于人工智能学习观念的绘画作品,采用图画分析方法,将学生的绘画作品编码为5个大类40个要素,运用描述性分析、单因素方差分析及独立样本T检验等数据统计分析方法,探究小学生的人工智能学习观念整体结构及差异。研究结果显示:(1)相比低年级小学生,更多的高年级小学生表现出实践、应用等建构式学习观念;(2)小学生对于人工智能课程学习普遍持有积极情绪;(3)男生在人工智能课程中的编程行为高于女生,但积极学习情绪女生高于男生。该研究结果呈现了重要的学生视角,为推动小学人工智能教育建设与发展提供了参考。

人工智能课程中游戏化学习培养高中生计算思维实践的研究——以“挑战Alpha井字棋”为例

推动中小学人工智能教育培养学生的计算思维已成为国内外教育政策和课程标准的共同目标与要求。目前中小学人工智能课程主要关注理论知识的学习和智能技术的体验,忽视了学生思维能力的培养。文章基于输入—过程—结果(IPO)游戏化学习模型,将人工智能课程内容、游戏元素与计算思维实践要素有效融合,以设计“挑战Alpha井字棋”游戏为例,开展游戏化学习,促进高中生计算思维实践的培养。通过分析测试题、游戏设计任务、调查问卷和游戏作品探究241名高中生计算思维实践、人工智能学科知识、情感态度等方面的提升效果。研究结果表明,人工智能课程中开展游戏化学习能够显著提高高中生计算思维实践整体水平和分解、抽象、模式识别、算法、调试五个要素水平,促进人工智能学科知识,增强学习兴趣、动机、自信心,降低认知负荷。该游戏化学习设计框架适用于人工智能课程中培养学生的计算思维实践,通过运用游戏元素发展和创新人工智能课程的教与学方法。

活动理论指导下的STEM学习活动模型研究

学习活动的设计在促进学习者共同完成目标任务和满足个人过程体验两方面具有独特的作用。文章以活动理论为指导,结合学习活动设计的基本框架和STEM学习的特点,提出了活动理论指导下的STEM学习活动模型,并设计展示了"拯救土豆"课程学习活动案例对该模型进行实践应用和验证,以期为STEM学习在国内的设计及应用提供理论框架和实践参考。

教学目标导向的小学STEM校本课程研发与实施——以《小红鹰气象站的建设与运用》课程为例

学科知识的科学整合,教学内容的合理安排是研发和实施STEM校本课程要面临的重要问题。该研究运用解释结构模型分析法可视化STEM校本课程《小红鹰气象站的建设与运用》的教学目标系统,基于教学目标进行教学主题内容设计与安排、教学策略和教学评价的设计与选择,研发和实施STEM校本课程,并验证课程实施效果。研究结果表明,基于解释结构模型的教学目标结构可视化增加了STEM校本课程跨知识内容安排的科学性、合理性;参与课程实施的学生掌握了科学、数学、工程与技术等学科的知识技能;学生的计算思维等高阶思维能力得到了发展。研究为基础教育中开展时间跨度较长、学科知识较丰富的STEM校本课程提供了参考。

我国小学生计算思维量表研发与应用

随着计算思维相关研究的日益升温,全球计算思维培养呈现出“低龄化”和“跨学科”的整体发展趋势。针对目前缺乏小学阶段计算思维量表的研究现状,该研究通过对844名小学生问卷调查,综合运用探索性因素分析和验证性因素分析方法,编制了我国小学生计算思维量表;并采用多组验证性分析,检验了该量表跨性别、跨年级水平的测量等值性。研究结果显示:最终量表共包含23个测量项目,分属于创造力、批判思维、问题解决能力、算法思维、合作能力等五个维度,五个维度可以有效地聚合到计算思维二阶因子上。该量表克隆巴赫系数达0.928,各维度平均方差萃取量(AVE)在0.506—0.725之间,满足跨性别和跨年级水平的严格等值性。综合研究结果表明,该量表具有良好的信效度,可用于我国小学生群体计算思维能力评测。最后,研究对我国小学生计算思维量表进行了初步应用,结果发现:小学生计算思维能力在高、中年级水平与性别间均不存在显著差异;计算思维能力能够显著预测学生数学和语文学业成绩,且其影响存在学科差异。

基于图形化交互资源的体验学习对小学生几何学习的影响研究

课堂中引导小学生经历观察、实验、推理等体验活动,是综合提升几何素养的关键。为探讨课堂环境下体验学习的有效开展形式,提高几何教学成效,文章提出了以演示、操作、关联、发散机制为核心的基于图形化交互资源的体验学习框架。以“圆的认识”学习为例,采用准实验研究方法,以某小学六年级76名学生为研究对象,通过质性内容分析、问卷调查及访谈分析等探究了基于图形化交互资源的体验学习框架的有效性。结果表明:(1)图形化交互资源支持下的体验学习能显著提高学生几何概念掌握水平,在培养空间观念素养上较常规多媒体教学有显著优势;(2)图形化交互资源支持下的体验学习能较好地激发学生学习兴趣,对基础优良学生的领域知识价值感受有更大的促进作用;(3)图形化交互资源的应用未增加学生认知负荷。基于研究结果,建议突出图形化交互资源的动态可视化表征和多感官操作反馈,创设具有连贯性挑战的课堂体验环境,以促进核心素养培养。