编程学习与高校学生推理能力关系研究

魏 蔚 邓淼磊 刘宏月 蔡成欣

（河南工业大学信息科学与工程学院 河南·郑州 450001）

0 引言

工作场所组织和技术结构的变化越来越多，新工作场所需求和最近的教学理论将问题解决和推理技能作为课程开发的首要任务。学校学习的重点目标之一是继续学习提升一系列技能、能力和态度，这将提高一个人的理解和控制其认知过程的能力。为了有助于学习的学校环境这种情况在不断变化，新的计算技术和实践也在实施《教与学》。在过去几年中，信息和通信技术的充分性课程设置及其对学生技能的影响受到质疑。为此许多国家（如英国、美国、希腊）都在其国内引入了一项新举措课程，用计算机和计算技术取代现有的课程科学，学生逐渐学习如何编程并参与计算思考。计算思维被广泛应用用于教育，因为它综合了批判性思维和现有知识，并应用于他们能够解决数学、科学和STEM学科中的复杂问题。计算思维从广义上讲，它描述了一组思维使用计算机解决复杂问题所必需的技能，可以应用于临床许多科学。

1 现状和研究方法

认知技能是与思考和了解技能相关的技能，要求学生理解语言和数字，推理和解决问题，学习和记忆。布鲁纳定义了推理技能，即根据信息做出猜测和结论的过程分为两大类，即演绎推理和归纳推理。推理也被认为是一个分析思维和问题解决方面的关键因素。解决问题的技能现在已经成为课程的一个组成部分，许多国家的教育主题都需要学生成为成功的问题解决者。解决问题的能力应被视为社会需要学生在一个特定的环境中有效地发挥作用，高效和有效地解释新信息的能力信息将变得比一个人拥有的特定知识更重要。这是许多国家将解决问题作为他们课程中的核心能力重要任务的一个重要原因。有人认为，拥有解决问题的能力技能将帮助学生获得新知识，并为他们提供必要的技能成功进入社会、开展个人活动、适应新环境的技能面对生活困难。编程被认为是一种复杂的认知能力，有相关工作阐述了一个人是如何获得这种复合认知能力的技巧学习如何编程需要策略、计划和逻辑思维技能，因此，它为培养和运用解决问题的技能提供了一个富有成效的领域，高阶思维和元认知技能。编写计算机程序需要一定程度的解释、抽象、逻辑推理和理解修改程序的结构，并修改源代码以实现功能。它还需要解决问题、发现代码中的错误、修改与特定情况相匹配的最初想法，以及通常的无法通过理论发展的实际能力。这方面有许多相似之处上述过程与认知功能模型相结合，使计算机编程成为一种提高认知能力的活动的新的工具。此外将复合问题分解为子问题，生成完整问题的过程以及子问题的准确解决方案，并测试和重新测试问题解决方案对于正确性和效率，要求有很高的问题解决能力，以及对各种类型的问题进行分析和批判性思考的能力。使用编程的核心目标之一也就是让学生进行计算思考，并获得技能，以发展坚实的基础并通过使用分析和关键技术理解具体问题。最近在这一领域的研究表明，学生必须接受专业培训以在学习编程之前进行计算思考。本研究的主要目的是调查计算机编程的影响关于学生推理技能、问题解决技能和自我效能感的课程通过这两门学校科目的联合教学，侧重于数学问题的解决，并通过测试进行评估。这个测试由一道题组成，评估学生在特定数学教学单元中的表现。推理则通过康奈尔推理测验进行评估，而自我效能则通过学习动机策略问卷。

2 研究结果

统计分析学生对问卷的回答，使用相关软件进行统计。首先，对学生的考试前成绩和考试后成绩进行分析记录并将两个分数作为相关程序的输入。确定计算机程序设计教学与学生的数学自我效能感，采用符号秩检验。U检验用于比较由于数据不是正态分布的。确保在干预开始前，两组之间没有显著差异。检查同一组的前测和后测之间是否存在差异是显著的，我们使用Wilcoxon符号秩检验。经检验的无效假设为：“测试前的分数和测试后的分数之间没有显著差异。”因此无效假设不能拒绝。因此，前测和后测的平均分数之间的差异对于对照组，差异不显著。对于实验组，无效假设成立测试结果因为空假设被拒绝，这意味着前测分数和后测分数之间的差异得分显著。具体而言，符号秩检验表明数学教学与计算机编程并行，的确引起了一场统计上的学生自我效能感的显著变化。为了检验两组在后测中是否存在显著差异，独立t检验无法使用，因为各组的数据不是正态分布。为此因此，采用了非参数U检验。具体来说，空值被检验的假设是：实验组和对照组在后测中两项测试的分数之间没有显著差异。考虑到数值，无效假设被拒绝。具体而言，U检验表明与计算机编程课程和数学教学的并行进行，确实引起了广泛的自我效能感差异，并有统计学意义。

为调查是否教授计算机与数学结合编程对学生的学习成绩有显著的影响，我们也开发了学习问卷，旨在测量研究了学生对特定课程的学习动机、自我效能感和自我调节能力的情况。本研究使用的子部分是自我效能部分，由八个问题组成，而答案以量表表示。上述收集结果是为了回答研究问题：“与计算机编程相结合的数学教学是否会影响学生的学习？”数学自我效能感，如果是，针对这个问题达到什么程度，U检验用于比较两组和两组学生的得分，采用符号秩检验检验同一样本之间的差异组。数据表明在前测中，对照组的得分没有显著差异；而在后测中相反，分析结果存在显著差异，因此可能说明计算机编程会影响学生的自我效能感。此外，为了确定两组之间的差异是显著的，两组测试后得分的比较采用U测试。结果表明，两者之间存在显著差异这两组人得分，这意味着计算机编程的教学必须结合数学学习以影响学生的数学自我效能感。

这些发现一些之前结果非常相似，例如使用计算机工具教授数学可以提高学生的学习效率数学自我效能感。他们的研究表明在使用计算机工具时，学生的数学自我效能感显著提高而不是没有。这项研究通过添加计算机编程也可能影响学生的数学自我效能感。自我效能感在学生数学学习中起着重要作用，比如世卫组织发现，一部分的学生的成功取决于他们的自我效能。因此教师和学生使用能够提高学生自我效能感的工具非常重要，尤其是在像数学这样的学科，它被认为是一门难学的学科。

3 结论

这项研究的目的之一是强调计算机编程对推理等这些技能的总体贡献包括调查计算机编程对学生解决问题能力的作用，因此设计了一个干预课程实验，学生们在老师的帮助下开发了一个软件应用程序，与他们的数学课程有关特别是统计方面。采用问卷对学生的自我效能感进行测试，而问题解决能力则是根据学生在课堂上的表现进行测试。这项研究强调了计算机编程在数学中的重要性。考虑到本研究的所有结果，有一个结论得出的结论是，计算机编程可以为学生的认知能力提供许多好处，可以应用于许多课程的技能，而不仅仅是这一特定的计算技能课程。这表明学习计算编程可能会对培养学生的技能，这些技能可以转移到其他课程，如数学，工程和科学。我们认为，进一步的研究是必要的，计算机程序设计课程是否与适当的教学方法相结合，可能对学生解决问题的能力产生影响。在这种情况下，应该促使学生在包括计算思维的各个方面开始编程以解决真实问题。