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基于新课标的中小学生计算思维量表构建研究

电化教育研究 2024年第3期45卷 90-98页

作者：张屹陈邓康付卫东刘金芳林裕如丁双婷华中师范大学人工智能教育学部湖北武汉430079

对学生计算思维的培养已成为数字时代的核心议题,科学、精准的评价则是培养学生计算思维能力的基础。然而,针对义务教育阶段学生的计算思维测评,目前国内尚无依托相关课程标准制定的本土化的、权威的量表。为此,研究首次依托《义务教育... 详细信息

对学生计算思维的培养已成为数字时代的核心议题,科学、精准的评价则是培养学生计算思维能力的基础。然而,针对义务教育阶段学生的计算思维测评,目前国内尚无依托相关课程标准制定的本土化的、权威的量表。为此,研究首次依托《义务教育信息科技课程标准(2022年版)》(以下简称“新课标”)中的计算思维定义及培养要求,共以12920名(N1=1029,N2=1458,N3=10433)小学生和初中生为研究样本,运用收敛混合方法构建一个面向我国教育实际的、经严格论证的中小学生计算思维量表。结果显示:经过两轮的收敛混合分析,修改后的计算思维量表共包含5个因子及15个题项,具有良好的内容效度;经过大样本实证检验分析,量表具有良好的信效度,且具有跨性别、年级和地区测量等值性,可以用来测量中小学生的计算思维水平。

关键词：新课标计算思维量表收敛混合方法大样本实证调研义务教育

人工智能课程中概念支架与程序支架对学生计算思维的影响研究

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远程教育杂志 2024年第5期42卷 102-112页

作者：张屹林裕如杨玉芹任旭高智敏华中师范大学人工智能教育学部湖北武汉430079

探究不同类型支架对计算思维培养的作用有助于为学生提供更科学有效的教学支持。研究设计了概念支架和程序支架,采用准实验研究法,将63名小学三年级学生分为两组,进行了为期6周的教学实验。通过认知网络和滞后序列分析等方法,探索了这... 详细信息

探究不同类型支架对计算思维培养的作用有助于为学生提供更科学有效的教学支持。研究设计了概念支架和程序支架,采用准实验研究法,将63名小学三年级学生分为两组,进行了为期6周的教学实验。通过认知网络和滞后序列分析等方法,探索了这两种支架对小学生计算思维发展的影响。在计算思维的认知网络结构方面,研究发现概念支架组主要关注抽象与调试要素,而程序支架组涉及的计算思维要素更为丰富,分解、调试与迭代三者紧密相连。在计算思维要素的转换路径方面,概念支架组展现出“分解→抽象→调试”和“算法→迭代→算法”两条显著路径,而程序支架组则形成了从分解问题到迭代优化的完整路径。研究结果不仅深入揭示了概念支架和程序支架在促进小学生计算思维发展中的不同作用,还为致力于小学阶段人工智能课程设计的研究者与实践者提供了宝贵的参考。

关键词：计算思维人工智能课程支架策略基础教育

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发展新质教育:基础教育数智化转型的新路向

现代远程教育研究 2024年第4期36卷 3-13,30页

作者：祝智庭李天宇张屹华东师范大学开放教育学院上海200062 华中师范大学人工智能教育学部湖北武汉430079 乌鲁木齐八一中学新疆乌鲁木齐830002

新质生产力的发展催生了对新质人才的迫切需求,要求基础教育通过创新性提升实现对具备新质素养后备人才的培养。新质素养涵盖持久学习兴趣与数智增强的学习力、共同主体性与协同创造技能、人文素养与科技伦理融合力、探究志趣与跨学科... 详细信息

新质生产力的发展催生了对新质人才的迫切需求,要求基础教育通过创新性提升实现对具备新质素养后备人才的培养。新质素养涵盖持久学习兴趣与数智增强的学习力、共同主体性与协同创造技能、人文素养与科技伦理融合力、探究志趣与跨学科学习力、创想思维与未来适应技能、全球视野与跨文化理解力等六大要素,呈现出进阶式发展的特点。面向新质素养培育,应突出以人为本、创新驱动、科技融合、全球视野和道德指引的价值取向发展新质教育,在教育理念上彰显优质公平与可持续性,在教育目标上聚焦全人发展与社会责任,在教学方略上遵循学为中心与能力本位,在学习内容上强调跨学科与多样性,在学习评价上坚持综合性与多元化,在教育技术上注重融合性与数智化,在教育服务上凸显个性化与适应性,进而构建有助于新质素养发展、教育主体重塑、融创策略创新、数智技术赋能和敏捷创变发生的教育综合体系。在数智化转型赋能新质教育的实践中,应当以跨界融合为作用点,通过融创教育激发原始创新;以需求牵引为实践线,采用设计思维驱动的教学设计;以虚实映射为平行面,建设数字孪生支持的混合式环境;以跨域互联为生态体,促进基于CPSS架构的个性化学习。

关键词：基础教育新质教育新质素养新质生产力教育数智化转型

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

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现代教育技术 2024年第8期34卷 90-100页

作者：高晗蕊张屹王康王莹赵苏楠从相淼华中师范大学人工智能教育学部湖北武汉430079 武汉市教育科学研究院湖北武汉430070 华中师范大学附属小学湖北武汉430079

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... 详细信息

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。

关键词：小学高年段人工智能学习观念计算思维认知网络分析图画分析

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

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电化教育研究 2022年第9期43卷 63-72页

作者：张屹马静思周平红刘金芳王康高晗蕊彭景华中师范大学人工智能教育学部湖北武汉430079 华中师范大学第一附属中学湖北武汉430079

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... 详细信息

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。

关键词：计算思维实践游戏化学习人工智能课程高中生

基础教育阶段学生计算思维影响因素及作用机制——基于人工智能课程的实证研究

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数字教育 2023年第6期9卷 38-46页

作者：乔婧怡张屹马静思华中师范大学人工智能教育学部湖北武汉430079

计算思维是人工智能时代人才必备的重要素养,基础教育阶段人工智能课程的全面推行给计算思维的培育带来了新的契机。以现有文献研究为基础,选取某市4所人工智能试点校学生开展半结构化访谈,采用扎根理论提炼学生计算思维的影响因素,同... 详细信息

计算思维是人工智能时代人才必备的重要素养,基础教育阶段人工智能课程的全面推行给计算思维的培育带来了新的契机。以现有文献研究为基础,选取某市4所人工智能试点校学生开展半结构化访谈,采用扎根理论提炼学生计算思维的影响因素,同时利用解释结构模型对影响因素进行层级分析,探究计算思维影响因素的构成及作用机制。为检验模型适切性,研究以五、六年级学生为样本来源,实施问卷调查,采用结构方程模型检验理论模型,确立影响因素间关联与层级关系。研究结果表明,教师教学是影响计算思维发展的根本因素,能力基础、思维风格和认知负荷是影响计算思维发展的间接因素,自我效能感与学习心态直接影响计算思维的发展。

关键词：计算思维影响因素解释结构模型结构方程模型人工智能教育

同伴互评支持的结对编程对学习者计算思维的影响研究

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电化教育研究 2023年第11期44卷 105-112页

作者：周平红桑雪梅张屹林裕如程悦洪佳钰华中师范大学人工智能教育学部湖北武汉430079

同伴互动是实现学习者深度学习与计算思维能力提升的关键环节,但计算思维的抽象性与内隐性特征阻碍了计算思维各能力维度共现关系与动态演化趋势的外化表征。为此,文章提出了同伴互评支持的结对编程模式,并在高校综合性课程中开展教育实... 详细信息

同伴互动是实现学习者深度学习与计算思维能力提升的关键环节,但计算思维的抽象性与内隐性特征阻碍了计算思维各能力维度共现关系与动态演化趋势的外化表征。为此,文章提出了同伴互评支持的结对编程模式,并在高校综合性课程中开展教育实践,利用认知网络分析(ENA)可视化呈现能力水平高—高、高—低和低—低三种结对方式下学习者计算思维认知网络结构模型的差异。研究结果表明:同伴互评与结对编程模式的融合创新有助于学习者计算思维的提升与知识的双向迁移;在线同伴互评中,组内互评关注计算思维的概念,组间互评侧重于实践和观念;高—高组的同伴互评聚焦宏观图形认知,低—低组则倾向局部代码编写;随着同伴互评的深入,三组的认知网络质心移动轨迹转趋一致。研究将同伴互评机制与结对编程教学模式有机融合,为高等教育体系中职前教师的计算思维从教准备度的培养提供理论指导与经验参考。

关键词：计算思维结对编程同伴互评认知网络分析

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

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中国电化教育 2023年第7期 99-108页

作者：高晗蕊张屹王康周平红李佳晶吕立立华中师范大学人工智能教育学部湖北武汉430079 武汉市教育科学研究院湖北武汉430070 武汉市武昌区教育局电教中心湖北武汉430061

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... 详细信息

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。

关键词：小学生人工智能学习观念图画分析