赵福生 刘力

摘要：随着新课标、新教材的实施，通过编程教育培养学生的计算思维受到高度关注。配对编程被认为是课堂上一种有效的教学方式。然而，如何配对更能充分发挥其作用，鲜有研究。文章采用准实验法，通过比较控制班和实验班的后测成绩，验证指定配对编程策略的效果。研究发现：指定配对编程模式下的中等生在编程技能上显著提升，学困生的问题解决能力明显提高，因此，教师的指导将更有针对性。

关键词：指定配对编程;自由组合;编程技能;问题解决能力

中图分类号：G642        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）35-0172-03

The Empirical Research on the Designated Pairing Programming Strategy

ZHAO Fu-sheng， LIU Li

（College of Teacher Education， Shenyang Normal University， Shenyang 110034，China）

Abstract： With the implementation of new curriculum standards and new teaching materials， the great attention has been attracted on cultivating computing thinking through programming education. Pairing programming is considered to be an effective teaching method in the classroom. However， there is little research on how to match to give its full role. The quasi experimental method is adopted to verify the effect of the designated pairing programming strategy by comparing the post-test results of the control class and the experimental class. The study found that： under the designated paired programming mode， the middle level students have significantly improved their programming skills and the problem-solving ability of weak-learners. Therefore， the teacher's guidance will be more targeted.

Key words： designated pairing programming; free pairing; programming skills; problem-solving ability

1 引言

1.1研究背景

2017年，我國发布《普通高中信息技术课程标准》，明确将计算思维能力作为信息技术学科的核心素养[1]，计算思维培养的目的是让学生用计算机的思维方式去解决问题，提高问题解决的逻辑思维能力，而编程学习是培养计算思维的重要载体[2]。然而，我国的编程教育整体还处于初级阶段[3]，在中小学实行编程教育一直以来是一个难题，经过大量研究，学界提出配对编程是一种有效解决方式。配对编程，也称结对编程，是一种协作教学法，它依靠双人使用一台计算机协作完成编程任务。国内外很多研究表明，它不仅能提高程序设计质量，减少错误，增强相互沟通[4]，也是培养学生计算思维的有效方法[5-6]。虽然配对编程的两个人分工明确，但如何分配学生作为一组配对，是自由组合还是指定搭配，并没有类似研究，因此，本研究力图探索一种分配方式并验证其效果。

1.2研究问题

根据研究目标，本研究确定以下两个研究问题：

①与自由组合的分组相比，采用指定分组的配对策略是否显著提升了所有学生的编程技能？

②与自由组合的分组相比，采用指定分组的配对策略是否显著提升了所有学生的问题解决能力？

2 研究设计

2.1研究样本

本研究选取沈阳某高中二年级两个班级共80名学生作为研究样本，每个班级40人，两个班级一年级下学期的信息技术期末考试平均成绩几乎一样，且无统计上的显著差异。该校一年级开设新教材必修一、二，二年级上学期开设选择性必修一。

2.2研究方法

本研究采用准实验法开展研究，A班作为控制班，自由组合配对，B班作为实验班，采用指定配对法。两个班级的其他变量都是相同的，如授课教师、课时、教材、教案等。

在数据的搜集和分析方法方面，本研究主要采用统计分析方法来检验两个班级学生编程技能和问题解决能力方面的差异。

2.3研究假设

本研究建立如下两个假设：

（1）与自由组合的分组相比，采用指定分组的配对策略显著提升了部分学生的编程技能;

（2）与自由组合的分组相比，采用指定分组的配对策略显著提升了部分学生的问题解决能力;

2.4研究程序

本研究的程序包括三个阶段：第一个阶段，针对学习者的编程技能和问题解决能力进行前测，从而确保两个班级在编程技能和问题解决能力方面具有相同水平。此外，还对学习者进行Python3.8 IDLE和流程图操作的培训。第二个阶段，开展实验阶段。两个班级均根据前测成绩进行排名，但是排名顺序不公开，目的是比较对应层次学生的成绩，第1～10名为优秀生，11～30名为中等生，31～40名为学困生，经过比较，两个班级的优秀生、中等生和学困生的平均成绩也分别相差无几。实验班教师将一名优秀生与一名学困生组合，偏上中等生和偏下中等生组合。此过程由教师编写一段代码用计算机自动分配，组合的两个人在一个学期保持一致，不改变搭档对象。两个班级均采用讲授理论后的任务驱动方式协作完成编程。首先，教师进行理论授课;其次，按照配对模式完成编程任务;最后，每个任务完成后，两个班级都要进行小组分享作品，教师总结。协作学习中，教师随机指导。第三个阶段，对学习者的编程技能和问题解决能力进行后测。在测试前，让学生熟悉测试环境及工具的使用，清楚辅助答题单的使用。

2.5研究工具

本研究采用的研究工具主要包括编程技能测试题目、辅助答题单和Python IDLE工具。

编程技能测试题目

主要测试学生对几种数据结构及Python基本应用的掌握程度。前测题目主要包括三种逻辑结构，简单算法（如辗转相除法）和Python基本操作三大模块。题目以Python代码、文本和图片相结合的方式呈现，没有阅读障碍。后测题目主要考查学生解决实际问题的编程技能。

②辅助答题单

它允许学生在敲代码前，将解答思路以文本或伪代码形式描述出来，将代码逻辑结构以流程图形式描述出来。答题单上要明确回答几个问题：（1）该任务可分解为几个任务？（2）写出每个任务的流程图或伪代码（3）每个任务用到了什么数据结构？（4）每个任务用到了什么算法？

Python IDLE

IDLE是Python3.8自带的一个集成开发环境，无须另外安装。它可以方便地创建、运行和调试Python程序，是学生答题的主要工具。

3 研究结果

为了检验指定分组的配对编程策略对编程技能和问题解决能力的影响，对控制班和实验班的总体后测成绩和三种知识水平学生的成绩进行比较，统计方法采用平均值和独立样本t检验，比较结果见表1。

3.1编程技能

编程技能测试主要衡量学习者动手编程的操作技能，包括逻辑结构的运用能力，代码的编写调试能力，Python基础知识的掌握能力等，分析数据来源于上机编程的实际分数，比较结果见表2。

3.2问题解决能力

问题解决能力主要考查学习者对编程任务的认知能力、抽象能力、分解能力、转化为代码的执行能力等，分析的数据主要来源于辅助答题单分数，比较结果见表3。

4 讨论

4.1中等生编程技能提高的原因

实验班中等学生在编程技能中表现更为优异，笔者深入分析原因，在于这部分学生的基础知识储备比较充足，水平差异不大，在协作学习过程中，互为“支架”，互相取长补短，填补了知识漏洞，从而帮助学生巩固技能。通过将后测题目细分并分析得分情况看，在编程语法、数据类型的操作等基础知识的识记与运用上，中等生与优秀生的表现趋于相同，但是在问题解决能力上没有明显进步。已有研究表明，中等生与优秀生之间的差距缘于逻辑推理能力方面[7]。

4.2学困生问题解决能力提高的原因

实验班的学困生在问题解决能力上与控制班学生有显著差异，深入分析原因，发现学困生通过“密接”优秀生，对问题的分析能力从模仿到迁移再到内化发生转变。“具身认知”理论认为，环境、身体、认知之间是不可分离，相互嵌套的[8]。行为能够影响思维，复制行为也就可以复制思维[9]。但是学困生的编程技能并未提高，平均分还稍低于控制班，笔者分析原因有二：一是在优秀生和学困生的协作中，对任务的综合辨析能力可以“传递”，但是编程技能需要学困生反复、主动的练习才能提高;二是在编程技能上，学困生与中等生的差距小于学困生与优秀生的差距，所以中等生对学困生的帮助更大，反之，优秀生的水平超过了学困生的最近发展区，可能会出现支架与最近发展区的失衡[10]。

4.3在指定配对策略中教师的指导倾向

根据实验结果，在指定配对协作学习的课堂上，教师的指导应更有针对性。在解决有难度的任务时，着重指导中等生小组，培养他们的综合分析能力;在解决一般任务时，多关注“优秀生-学困生”小组中的学困生，及时发现他们在编程技能上的缺陷并提供帮助。在评价和小组任务展示时，多给中等生和学困生机会。

5 结语

本研究经过一个学期的实证研究，探索了指定配对分组策略对于高中生在编程技能和问题解决能力方面的影响。实验数据表明，采用指定配对分组策略能够显著提升中等生的编程技能和学困生的问题解决能力。本研究也存在两方面的不足：第一，由于研究条件所限，研究样本量较小，未来研究将进一步扩大样本，并在不同学校开展实证研究，进一步验证指定分组配对策略的效果。第二，本研究只针对高中二年级学生，未来将选择其他研究对象进一步探索。

经过本研究的探索，笔者建议采用指定配对分组的策略，在合作学习中，教师的指导要有针对性，及时发现学生的问题并给予帮助，缩小优秀生、中等生和学困生之间的差距，促进共同进步，从而促使学习者更加热爱编程，提升计算思维和创新意识。

参考文献：

[1] 中华人民共和国教育部.普通高中信息技术课程标准[M].北京：人民教育出版社，2018.

[2] 孙立会，王晓倩.计算思维培养阶段划分与教授策略探讨——基于皮亚杰认知发展阶段论[J].中国电化教育，2020（3）：32-41.

[3] 李阳.计算思维导向的跨学科儿童编程教育模式研究——基于芬兰儿童编程教育的经验与启示[J].现代教育技术，2020，30（6）：19-25.

[4] 魏妮妮，宋翌.结对编程在程序设计基础课程实验教学中的研究与实践[J].实验技术与管理，2013，30（12）：163-165.

[5] Denner J，Werner L，Campe S，et al.Pair Programming：Under What Conditions Is It Advantageous for Middle School Students？ [J].Journal of Research on Technology in Education，2014（3）：277-296.

[6] Zhong B ，Wang Q，Chen J. The Impact of Social Factors on Pair Programming in A Primary School[J]. Computers in Human Behavior， 2016：423-431.

[7] 张军翎.中小学生的逻辑推理能力、元认知及注意力水平与学业成绩的比较[J].心理科学，2008（3）：707-710.

[8] 卢国庆，刘清堂，郑清，等.智能教室中环境感知及自我效能感对个体认知投入的影响研究[J].远程教育杂志，2021，39（3）：84-93.

[9] 刘锦宏，宋明珍，张玲颖，等.VR沉浸式阅读效果及其影响因素研究[J].出版科学，2020，28（3）：29-35.

[10] 张冬梅，路海东.知识反转效应及其教学启示[J].教育发展研究，2015，35（12）：40-45.

【通聯编辑：王力】