摘要：機(jī)器人教育具有豐富的教育價(jià)值，但如何實(shí)現(xiàn)其豐富的教育價(jià)值還需要深入探索。越來越多的研究者關(guān)注合作學(xué)習(xí)模式在機(jī)器人教育中的應(yīng)用。在與機(jī)器人教育密切相關(guān)的程序設(shè)計(jì)教育領(lǐng)域，兩人配對(duì)學(xué)習(xí)編程（配對(duì)編程）已經(jīng)有比較廣泛和成熟的應(yīng)用。將配對(duì)編程模式遷移于機(jī)器人教育是否具有可行性？課題組在無錫市某學(xué)校學(xué)生中開展了為期一個(gè)學(xué)期的教學(xué)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)隨機(jī)選擇3個(gè)班級(jí)，分別以駕駛員-導(dǎo)航員模式（駕導(dǎo)配對(duì)模式），軟件-硬件分配模式（軟硬配對(duì)模式）以及獨(dú)立學(xué)習(xí)三種不同的學(xué)習(xí)模式進(jìn)行機(jī)器人課程的學(xué)習(xí)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，配對(duì)學(xué)習(xí)尤其是軟硬配對(duì)學(xué)習(xí)模式在機(jī)器人教育中具有重要意義，可以促進(jìn)學(xué)生制作更優(yōu)秀的作品；但與獨(dú)立學(xué)習(xí)相比，其在學(xué)習(xí)態(tài)度和學(xué)習(xí)沉浸度方面并沒有顯著差異。而直接從程序設(shè)計(jì)領(lǐng)域遷移而來的駕導(dǎo)配對(duì)學(xué)習(xí)模式并未產(chǎn)生預(yù)期的成績(jī)，學(xué)習(xí)效果略差。機(jī)器人教育還需進(jìn)一步研究影響配對(duì)學(xué)習(xí)效果的因素和改進(jìn)辦法。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人教育；合作學(xué)習(xí)；配對(duì)編程；配對(duì)學(xué)習(xí)

一、引言

以Arduino為代表的開源軟硬件的流行，開啟了中小學(xué)機(jī)器人教育的普及之路。近五年來，中小學(xué)開源機(jī)器人課程開始在全國(guó)各地興起（鐘柏昌等，2015）。機(jī)器人教育是多學(xué)科的整合體，涉及數(shù)學(xué)、物理、美術(shù)等學(xué)科知識(shí)。理論上，機(jī)器人教育具有豐富的教育價(jià)值，能夠培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新等核心素養(yǎng)。但是，機(jī)器人教育價(jià)值的有效發(fā)揮，離不開有效教學(xué)模式、教學(xué)方法的保障。

目前，越來越多的研究者關(guān)注合作學(xué)習(xí)模式在機(jī)器人教育中的應(yīng)用（Correll et al.，2010；Cheng et al.，2013），有研究者提出項(xiàng)目學(xué)習(xí)法和競(jìng)爭(zhēng)學(xué)習(xí)模式（鐘柏昌，2016；李婷婷等，2017），其核心也涉及合作學(xué)習(xí)。就目前學(xué)界研究結(jié)果而言，合作學(xué)習(xí)模式相比獨(dú)立學(xué)習(xí)確實(shí)具有較大優(yōu)勢(shì)，但也存在不可忽視的缺點(diǎn)，如角色固化問題，小組成員只做自己擅長(zhǎng)的部分；又如“搭便車”或責(zé)任彌散問題，部分小組成員沒有責(zé)任感，導(dǎo)致小組效率低下。我們注意到，在與機(jī)器人教育密切相關(guān)的程序設(shè)計(jì)教育領(lǐng)域，兩人配對(duì)學(xué)習(xí)編程（即配對(duì)編程，Pair Programming）在國(guó)際上有比較廣泛和成熟的應(yīng)用。配對(duì)編程不再是兩人自由合作，而是具有明顯的角色分工，在任務(wù)完成過程中進(jìn)行角色互換，以避免普通合作學(xué)習(xí)模式存在的角色固化和“搭便車”問題。

但是，設(shè)計(jì)和制作機(jī)器人的過程，除涉及編程控制外，還有工程設(shè)計(jì)、硬件搭建和外形包裝等內(nèi)容，那么，將配對(duì)編程模式遷移于機(jī)器人教育是否具有可行性？抑或有其特殊性？這些問題值得深入研究。

二、文獻(xiàn)綜述

• 1.機(jī)器人教育中的合作學(xué)習(xí)

在機(jī)器人教育中，合作學(xué)習(xí)相較于獨(dú)立學(xué)習(xí)具有明顯的優(yōu)勢(shì)：（1）合作學(xué)習(xí)可以顯著增加學(xué)生的互動(dòng)頻率，引導(dǎo)學(xué)生積極學(xué)習(xí)并創(chuàng)造知識(shí)（Denis et al.，2001；Wainer et al.，2010）；（2）合作學(xué)習(xí)可以提高學(xué)生對(duì)機(jī)器人教育的滿意度及其在機(jī)器人操作中的自我效能感（Liu et al.，2010）；（3）合作學(xué)習(xí)有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)績(jī)效（Cheng et al.，2013；Yuen et al.，2014），以及學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的參與度（Correll et al.，2010）；（4）合作學(xué)習(xí)有助于學(xué)生更好地完成機(jī)器人搭建任務(wù)（Liu et al.，2010）。

以上大多數(shù)的研究均采用了常規(guī)的合作學(xué)習(xí)模式，即每組由3~5名學(xué)生組成。只有少數(shù)研究者關(guān)注組員數(shù)量和角色分配對(duì)學(xué)生在機(jī)器人教育中學(xué)習(xí)績(jī)效的影響。Bianco（2014）指出，組內(nèi)成員數(shù)量不超過3名是綜合考慮學(xué)生及設(shè)備安全的一種最有效的分組方法。有研究者則表示4人一組學(xué)習(xí)也具有優(yōu)勢(shì)，其中一名學(xué)生操作控制機(jī)器人，一名學(xué)生觀察指導(dǎo)，另外兩名負(fù)責(zé)電腦端的程序設(shè)計(jì)（Mosley et al.，2006）。同時(shí)，一些研究人員還提出，在合作學(xué)習(xí)中需要考慮角色分配和轉(zhuǎn)換，以避免角色固化的問題（McGoldrick et al.，2004；Liu et al.， 2010；Yuen et al.，2014）。然而，以上研究都只是提出了理論假設(shè)，并沒有提供任何來自實(shí)證研究的證據(jù)。

• 2.配對(duì)編程相關(guān)研究

配對(duì)編程是指兩個(gè)人使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)完成編程任務(wù)，一個(gè)是“駕駛員”（Driver），負(fù)責(zé)操作計(jì)算機(jī)編寫代碼；另一個(gè)通常被稱為“導(dǎo)航員”（Navigator），負(fù)責(zé)觀察“駕駛員”的工作，及時(shí)指出錯(cuò)誤并提出問題解決建議（Williams & Kessler，2000）。配對(duì)編程最早用于軟件公司的程序開發(fā)工作。研究表明，與獨(dú)立編程相比，配對(duì)編程的編程者能夠從更全面的角度進(jìn)行思考，獲得更好的程序設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)出具有更優(yōu)結(jié)構(gòu)和更高執(zhí)行效率的算法和程序代碼；同時(shí)，也能更早地發(fā)現(xiàn)程序問題，寫出錯(cuò)誤更少、質(zhì)量更高的程序代碼（Cockburn et al.，2000）。Williams（2000）的研究表明，在不同的任務(wù)和人員條件下，配對(duì)編程能將代碼錯(cuò)誤率降低約15%。

隨著配對(duì)編程思想的成熟及其在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域的滲透，配對(duì)編程成為了程序設(shè)計(jì)教育領(lǐng)域的一種合作學(xué)習(xí)模式。相關(guān)研究表明，配對(duì)編程可以顯著提高學(xué)生的編程技能和編程質(zhì)量（Williams & Kessler，2000；Cliburn，2003； Hannay et al.，2009）；還能減少初學(xué)者的沮喪感，培養(yǎng)初學(xué)者對(duì)學(xué)習(xí)編程的積極態(tài)度（Bishop-Clark et al.，2006；McDowell et al.，2006）；并進(jìn)一步提高學(xué)生溝通交流和協(xié)作學(xué)習(xí)的能力（Williams & Kessler，2000；Cliburn，2003）。設(shè)計(jì)和制作機(jī)器人的過程，除涉及硬件搭建以外，還有大量的編程控制及工程設(shè)計(jì)等內(nèi)容，因此，配對(duì)編程是機(jī)器人教育中值得借鑒與參考的一種模式?；谝陨涎芯糠治?，理論上來說，引申自配對(duì)編程的配對(duì)學(xué)習(xí)模式也是機(jī)器人教育中具有可行性的一種教學(xué)模式。但與程序設(shè)計(jì)活動(dòng)不同的是，機(jī)器人教育活動(dòng)過程中存在人-計(jì)算機(jī)、人-機(jī)器人、計(jì)算機(jī)-機(jī)器人三種交互活動(dòng)；此外，基于機(jī)器人教育的整合性，機(jī)器人課程不只有編程知識(shí)，還覆蓋了包括力學(xué)、自動(dòng)化、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)工程和人工智能等相關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)體系（Fernandez et al.，2007；Gerecke et al.，2007）。因此，機(jī)器人教育中的配對(duì)學(xué)習(xí)與配對(duì)編程有一定的差異，配對(duì)學(xué)習(xí)的有效性尚需進(jìn)一步研究和檢驗(yàn)。

三、研究目標(biāo)及研究問題

根據(jù)上述機(jī)器人教育的特點(diǎn)，我們將機(jī)器人教育中的配對(duì)學(xué)習(xí)模式分為以下兩個(gè)類別：（1）直接模仿配對(duì)編程模式形成的駕駛員-導(dǎo)航員模式（以下簡(jiǎn)稱駕導(dǎo)配對(duì)模式）。即一名學(xué)生扮演“駕駛員”，負(fù)責(zé)搭建機(jī)器人或?yàn)闄C(jī)器人編程；另一名扮演“導(dǎo)航員”，負(fù)責(zé)觀察駕駛員的工作，及時(shí)指出錯(cuò)誤并提出問題解決建議。任務(wù)完成過程中，配對(duì)雙方需要進(jìn)行兩種角色的交換。（2）鑒于機(jī)器人教育的特點(diǎn)，增加了軟件-硬件分配模式（以下簡(jiǎn)稱軟硬配對(duì)模式）。即一名學(xué)生負(fù)責(zé)電腦端程序設(shè)計(jì)的軟件操作，一名學(xué)生負(fù)責(zé)機(jī)器人搭建調(diào)整的硬件操作。任務(wù)完成過程中，配對(duì)雙方同樣需要進(jìn)行角色交換。這兩種配對(duì)學(xué)習(xí)模式的主要區(qū)別在于小組成員的角色分工不同，駕導(dǎo)配對(duì)模式將行為分離成操作和觀察指導(dǎo)兩種，而軟硬配對(duì)模式則是根據(jù)操作對(duì)象的不同，將其劃分為軟件和硬件兩種。

本研究的目標(biāo)就是要進(jìn)一步探索這兩類配對(duì)學(xué)習(xí)模式在機(jī)器人教育中的教學(xué)效果。為便于比較研究，我們將獨(dú)立學(xué)習(xí)作為參照。因此，本研究將分別比較駕導(dǎo)配對(duì)模式、軟硬配對(duì)模式、獨(dú)立學(xué)習(xí)模式三種學(xué)習(xí)模式的學(xué)生學(xué)習(xí)效果。學(xué)生學(xué)習(xí)效果的評(píng)價(jià)將主要通過學(xué)生的最終作品制作質(zhì)量、學(xué)習(xí)機(jī)器人的態(tài)度和學(xué)習(xí)沉浸度來測(cè)量。由此，我們首先需要回答三個(gè)問題：第一，三種學(xué)習(xí)模式下學(xué)生作品制作質(zhì)量是否有差異？第二，三種學(xué)習(xí)模式下學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)器人的態(tài)度是否有差異？第三，三種學(xué)習(xí)模式下學(xué)生的學(xué)習(xí)沉浸度是否有差異？

其次，本研究根據(jù)機(jī)器人教育的特點(diǎn)構(gòu)建了軟硬配對(duì)模式，與沿襲配對(duì)編程的駕導(dǎo)配對(duì)模式相比是否更加適合機(jī)器人教育？只通過上述問題還無法得到全面的答案，學(xué)生在完成項(xiàng)目過程中，其互動(dòng)行為是否有差異，將是體現(xiàn)深度合作學(xué)習(xí)的一個(gè)重要方面。從配對(duì)學(xué)習(xí)的角度而言，同伴之間角色交換頻率的差異可以作為一個(gè)衡量指標(biāo)。因此，本研究除了關(guān)注兩種配對(duì)學(xué)習(xí)模式在以上三方面的差異外，還將回答以下一個(gè)問題：在學(xué)習(xí)過程中，兩種配對(duì)學(xué)習(xí)模式下學(xué)生的角色交換頻率是否有差異？

四、研究設(shè)計(jì)

• 1.實(shí)驗(yàn)對(duì)象

為回答上述問題，我們?cè)跓o錫市梁溪區(qū)某小學(xué)五年級(jí)學(xué)生中開展了為期一個(gè)學(xué)期（2017年秋季學(xué)期）的教學(xué)實(shí)驗(yàn)。我們從6個(gè)班級(jí)中隨機(jī)選擇了3個(gè)班級(jí)，共88名學(xué)生作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，樣本人數(shù)分布見表1。根據(jù)初步調(diào)查，這些學(xué)生在2017年秋季學(xué)期開始學(xué)習(xí)機(jī)器人基礎(chǔ)課程，之前沒有學(xué)習(xí)過相關(guān)課程，不具備編程的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能。為了進(jìn)一步確保所有實(shí)驗(yàn)對(duì)象的知識(shí)儲(chǔ)備處于同一水平，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)開始前還進(jìn)行了先備知識(shí)測(cè)試（前測(cè)），單因素方差分析結(jié)果顯示，F(xiàn)（3，126）＝1.709，p＞0.05，說明3個(gè)班級(jí)在編程方面的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能沒有顯著差異。

實(shí)驗(yàn)過程中，3個(gè)班級(jí)分別以不同的學(xué)習(xí)模式進(jìn)行機(jī)器人課程的學(xué)習(xí)：

1班以軟硬配對(duì)模式進(jìn)行機(jī)器人課程的學(xué)習(xí)。在完成項(xiàng)目的過程中，兩人合作，其中1人負(fù)責(zé)機(jī)器人硬件操作，1人負(fù)責(zé)電腦端軟件操作，并根據(jù)自己需求進(jìn)行角色交換，要求在完成每個(gè)項(xiàng)目的過程中至少交換一次角色。

2班以駕導(dǎo)配對(duì)模式進(jìn)行機(jī)器人課程的學(xué)習(xí)。在完成項(xiàng)目的過程中，兩人合作，其中1人負(fù)責(zé)搭建機(jī)器人以及為機(jī)器人編程，1人負(fù)責(zé)觀察駕駛員的工作，及時(shí)指出錯(cuò)誤并提出問題解決建議，根據(jù)自己需求進(jìn)行角色交換，要求在完成每個(gè)項(xiàng)目的過程中至少交換一次角色。

3班以獨(dú)立學(xué)習(xí)的模式進(jìn)行機(jī)器人課程的學(xué)習(xí)，即一個(gè)人獨(dú)立完成項(xiàng)目。

表1 樣本分布基本信息

• 2.課時(shí)安排

教學(xué)實(shí)驗(yàn)一共持續(xù)12周。其中前兩周進(jìn)行先備知識(shí)測(cè)試以及學(xué)生分組；第3~10周學(xué)習(xí)機(jī)器人課程知識(shí)，并完成4個(gè)項(xiàng)目；第11~12周進(jìn)行任務(wù)考核，以及態(tài)度問卷調(diào)查和學(xué)習(xí)沉浸度問卷調(diào)查，任務(wù)考核和問卷填寫要求每個(gè)學(xué)生獨(dú)立完成。具體課時(shí)安排見表2。

表2 實(shí)驗(yàn)課時(shí)安排

• 3.實(shí)驗(yàn)材料

（1）mBlock機(jī)器人套件

本實(shí)驗(yàn)采用的是簡(jiǎn)單易搭建的mBot教育機(jī)器人。它是一款面向小學(xué)生，包含編程、電子和機(jī)器人知識(shí)的一體化教育機(jī)器人產(chǎn)品，圖1展示了mBot基礎(chǔ)版機(jī)器人小車。mBot小車可以通過配套的mBlock軟件（基于Scratch 2.0）、mBot手機(jī)App以及mBlockly平板App來控制。在教學(xué)過程中，教師根據(jù)學(xué)校的硬件設(shè)備條件，選擇利用積木式編程環(huán)境mBlock進(jìn)行教學(xué)，圖2是mBlock軟件操作界面。

圖1 mBot基礎(chǔ)版機(jī)器人小車

圖2 mBlock軟件操作界面

（2）配對(duì)學(xué)習(xí)手冊(cè)

為了培養(yǎng)學(xué)生的配對(duì)學(xué)習(xí)習(xí)慣，并及時(shí)記錄學(xué)生的配對(duì)學(xué)習(xí)行為，我們?cè)O(shè)計(jì)了配對(duì)學(xué)習(xí)手冊(cè)，內(nèi)容包括配對(duì)學(xué)習(xí)介紹、角色的分配準(zhǔn)則、交換準(zhǔn)則，以及配對(duì)學(xué)習(xí)角色交換記錄表（見表3）。教師會(huì)在每節(jié)課上課之前將配對(duì)學(xué)習(xí)手冊(cè)發(fā)放給每組學(xué)生，每節(jié)課結(jié)束后收回，要求學(xué)生認(rèn)真填寫角色交換記錄表，教師在每次課后仔細(xì)檢查手冊(cè)。

表3 配對(duì)學(xué)習(xí)角色交換記錄表(軟硬配對(duì)模式）

五、研究方法及工具

為探索配對(duì)學(xué)習(xí)模式在小學(xué)機(jī)器人教育中的有效性，本研究設(shè)定教學(xué)干預(yù)措施——學(xué)習(xí)模式為自變量，作品制作質(zhì)量、學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)沉浸度為因變量，分別經(jīng)由作品制作測(cè)試、學(xué)習(xí)態(tài)度問卷調(diào)查、學(xué)習(xí)沉浸度問卷調(diào)查獲得分?jǐn)?shù)，如圖3所示。

圖3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)流程圖

先備知識(shí)測(cè)試包含了7個(gè)選擇題，其中前三題調(diào)查學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)背景，例如，一個(gè)問題是：“你以前參加過機(jī)器人競(jìng)賽嗎？A.是，B.否”。后面四題則是編程常識(shí)和程序設(shè)計(jì)題目，數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，即使少部分學(xué)生有參加過機(jī)器人競(jìng)賽的經(jīng)歷，但編程基礎(chǔ)和技能不存在顯著差異，所有實(shí)驗(yàn)對(duì)象的編程基礎(chǔ)和技能起點(diǎn)相似，這保證了實(shí)驗(yàn)的有效性。

學(xué)習(xí)態(tài)度問卷用來調(diào)查學(xué)生接受一學(xué)期的機(jī)器人課程學(xué)習(xí)之后對(duì)機(jī)器人搭建和機(jī)器人編程的自信心、享受度以及價(jià)值觀上的認(rèn)可度。問卷采用的是5點(diǎn)李克特量表，即答案范圍從非常同意到非常不同意分為5個(gè)水平。學(xué)習(xí)態(tài)度問卷中自信心、享受度和價(jià)值觀三維度問題的劃分見表4，量表來源和信度詳見表5。

表4 機(jī)器人態(tài)度問卷

表5　量表的來源和信度

學(xué)習(xí)沉浸度問卷旨在調(diào)查學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)過程中的投入程度，為5點(diǎn)李克特量表。學(xué)習(xí)沉浸度主要體現(xiàn)在行為沉浸度、情緒沉浸度和認(rèn)知沉浸度三方面。其中，行為沉浸度主要關(guān)注學(xué)生在課堂中的努力程度、注意力和任務(wù)參與度；情緒沉浸度則是調(diào)查學(xué)生的情感參與和認(rèn)可程度，包括積極和消極的情緒；認(rèn)知沉浸度是調(diào)查學(xué)生為解決學(xué)習(xí)難題使用的策略，認(rèn)可掌握目標(biāo)的學(xué)生更有可能使用深層次的策略。量表來源和信度詳見表5。表6顯示了學(xué)習(xí)沉浸度問卷中行為沉浸度、情緒沉浸度和認(rèn)知沉浸度三維度上的具體問題。

表6 學(xué)習(xí)沉浸度問卷

作品制作測(cè)試是在機(jī)器人課程學(xué)習(xí)結(jié)束之后進(jìn)行，每個(gè)學(xué)生獨(dú)立完成，以評(píng)估學(xué)生的機(jī)器人搭建能力和編程能力。筆者和專業(yè)一線教師共同商議，并結(jié)合課程內(nèi)容和學(xué)生知識(shí)掌握程度，設(shè)計(jì)了作品制作測(cè)試題（作品測(cè)試任務(wù)單）：小車走一個(gè)完整的圓之后實(shí)現(xiàn)躲避障礙物；根據(jù)需要選擇傳感器，并正確組裝在小車上。任務(wù)單中還指定了輪子轉(zhuǎn)速，并提供了部分提示。最后根據(jù)學(xué)生提交的程序代碼和小車的搭建質(zhì)量，由專業(yè)教師打分，總分20分。

六、研究結(jié)果

• 1.作品制作成績(jī)

第一個(gè)研究問題是探索三種學(xué)習(xí)模式下學(xué)生的作品制作質(zhì)量是否有差異。為此，我們以學(xué)習(xí)模式為自變量，作品制作測(cè)試成績(jī)?yōu)橐蜃兞?，進(jìn)行了單因素方差分析。數(shù)據(jù)顯示三種學(xué)習(xí)模式下學(xué)生的作品制作質(zhì)量沒有明顯差異，F(xiàn)（2，85）＝0.10，p＞0.05。但從三個(gè)班級(jí)成績(jī)的平均分（見表7）中可以看出，使用軟硬配對(duì)模式班級(jí)的平均分要略高于其他兩個(gè)班級(jí)。

表7 三種學(xué)習(xí)模式下學(xué)生作品制作成績(jī)的平均值

• 2.學(xué)習(xí)態(tài)度差異

為了調(diào)查三種學(xué)習(xí)模式下學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)器人的態(tài)度是否有差異，我們進(jìn)行了多元方差分析。其中，三種學(xué)習(xí)模式為固定因子，學(xué)習(xí)態(tài)度的三個(gè)維度為因變量。多元方差分析結(jié)果顯示，Wilks’ Λ＝0.847，p＜0.05，表明學(xué)習(xí)模式對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)器人課程的態(tài)度產(chǎn)生了顯著不同的影響。

要找出具體差異，需對(duì)學(xué)習(xí)態(tài)度中的每個(gè)維度進(jìn)行單因素方差分析。在自信心、享受度和價(jià)值觀三方面，方差同質(zhì)性檢驗(yàn)的F值均不顯著，p＞0.05，可進(jìn)行方差分析。單因素方差分析結(jié)果顯示，不同學(xué)習(xí)模式下的學(xué)生在自信心和享受度上都存在顯著差異，p＜0.05，而在價(jià)值觀上無顯著差異，p＞0.05。對(duì)存在顯著差異的自信心和享受度兩個(gè)維度分別采用SNK事后檢驗(yàn)法進(jìn)行兩兩比較，統(tǒng)計(jì)結(jié)果（見表8和表9）表明，獨(dú)立學(xué)習(xí)模式下學(xué)生的自信心明顯高于駕導(dǎo)配對(duì)模式下的學(xué)生，而軟硬配對(duì)模式下的學(xué)生的自信心處于兩者之間；獨(dú)立學(xué)習(xí)模式下學(xué)生的享受度明顯高于兩種配對(duì)學(xué)習(xí)模式，兩種配對(duì)模式下學(xué)生的享受度沒有顯著差異。

表8 學(xué)習(xí)態(tài)度中自信心SNK檢驗(yàn)法

表9學(xué)習(xí)態(tài)度中享受度SNK檢驗(yàn)法

• 3.學(xué)習(xí)沉浸度差異

第三個(gè)研究問題是探究三種學(xué)習(xí)模式下學(xué)生的學(xué)習(xí)沉浸度是否存在差異。學(xué)習(xí)沉浸度分為三個(gè)維度，即行為、情緒和認(rèn)知。我們首先進(jìn)行了多元方差分析，將三種學(xué)習(xí)模式作為固定因子，學(xué)習(xí)沉浸度的三維度作為因變量。數(shù)據(jù)顯示，Wilks’Λ＝0.846，p＜0.05，表明三種不同的學(xué)習(xí)模式對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)器人課程的沉浸度產(chǎn)生了顯著不同的影響。

在行為沉浸度方面，Levene檢驗(yàn)結(jié)果為F＝1.456，p＞0.05，說明方差差異未達(dá)顯著，可進(jìn)行方差分析。單因素方差分析結(jié)果顯示p＜0.05，隨后采用SNK事后檢驗(yàn)法進(jìn)行兩兩比較，統(tǒng)計(jì)結(jié)果（見表10）表明，獨(dú)立學(xué)習(xí)模式和軟硬配對(duì)模式下的學(xué)生行為沉浸度明顯高于駕導(dǎo)配對(duì)模式下的學(xué)生，而獨(dú)立學(xué)習(xí)模式和軟硬配對(duì)模式下的學(xué)生行為沉浸度基本沒有差異。在情緒和認(rèn)知沉浸度方面，方差同質(zhì)性檢驗(yàn)結(jié)果p值分別是0.038和0.037，雖然違反方差同質(zhì)性假定，但方差分析模型較為穩(wěn)定，情況并不嚴(yán)重，不需要進(jìn)行校正操作（吳明隆，2010）。對(duì)情緒和認(rèn)知沉浸度分別進(jìn)行單因素方差分析，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，學(xué)生在情緒沉浸度上存在明顯差異，p＜0.05；SNK事后檢驗(yàn)法的結(jié)果（見表11）表明，獨(dú)立學(xué)習(xí)模式下的學(xué)生情緒沉浸度要顯著高于駕導(dǎo)配對(duì)模式下的學(xué)生，而軟硬配對(duì)模式處于兩者之間。學(xué)生在認(rèn)知沉浸度上并沒有顯著差異，p＞0.05。這些統(tǒng)計(jì)結(jié)果與上述學(xué)習(xí)態(tài)度的統(tǒng)計(jì)結(jié)果基本一致。從學(xué)生的訪談中可以發(fā)現(xiàn)，學(xué)生雖然喜歡合作學(xué)習(xí)，但是也表示和搭檔存在意見分歧的時(shí)候會(huì)覺得麻煩，這在一定程度上降低了他們?cè)趯W(xué)習(xí)過程中的享受度和情緒沉浸度。

表10  行為沉浸度SNK檢驗(yàn)法

表11情緒沉浸度SNK檢驗(yàn)法

• 4.兩種配對(duì)學(xué)習(xí)模式之間角色交換頻率差異

第四個(gè)研究問題旨在探究?jī)煞N配對(duì)學(xué)習(xí)模式中學(xué)生的角色交換頻率是否存在差異。為此，我們計(jì)算了每次完成項(xiàng)目過程中的角色交換次數(shù)。如圖4所示，兩種配對(duì)學(xué)習(xí)模式下角色交換的頻率變化趨勢(shì)都是隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而降低，沒有顯著差別。這一情況與課堂觀察和學(xué)生訪談相符合。有學(xué)生表示：“一開始交換得很多，因?yàn)閷?duì)這種角色分配比較感興趣，而且總想自己來做；后來換得比較少，基本上只交換一次或者兩次；而且如果不是教師強(qiáng)制要求交換，自己不想交換角色?！边€有學(xué)生表示：一開始學(xué)習(xí)機(jī)器人課程比較興奮，后來知道自己哪些會(huì)哪些不會(huì)，只有合作伙伴不會(huì)而自己會(huì)的時(shí)候才會(huì)主動(dòng)提出交換。整體而言，學(xué)生的角色交換會(huì)隨著合作時(shí)間的推移而變得更加默契和理性。

圖4 兩種配對(duì)模式的角色交換次數(shù)

七、結(jié)果討論

配對(duì)編程在程序設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)上所產(chǎn)生的積極效果得到了大部分研究者的肯定，但是這一種新型的學(xué)習(xí)模式，目前只在程序教育領(lǐng)域應(yīng)用，機(jī)器人教育領(lǐng)域還未有研究者嘗試。本研究嘗試將配對(duì)編程遷移到機(jī)器人教育中，并根據(jù)機(jī)器人教育活動(dòng)的特點(diǎn)，構(gòu)建了駕導(dǎo)配對(duì)模式和軟硬配對(duì)模式。研究結(jié)果表明軟硬配對(duì)模式下的學(xué)生具有一定優(yōu)勢(shì)，比駕導(dǎo)配對(duì)和獨(dú)立學(xué)習(xí)模式下的學(xué)生表現(xiàn)更好一些，而直接從程序設(shè)計(jì)領(lǐng)域遷移而來的駕導(dǎo)配對(duì)學(xué)習(xí)模式效果略差。

在早期的研究中，研究者就發(fā)現(xiàn)團(tuán)體在各種學(xué)習(xí)任務(wù)中的表現(xiàn)優(yōu)于個(gè)人（Hill，1982）。機(jī)器人教育和程序設(shè)計(jì)教育中的眾多研究也證實(shí)了這一觀點(diǎn)（Williams，Kessler & Cunningham et al.，2000；Denis et al.，2001；Hannay et al.，2009；Yuen et al.，2014）。然而，這些研究關(guān)注的是團(tuán)體學(xué)習(xí)表現(xiàn)與個(gè)人學(xué)習(xí)表現(xiàn)的差距，而不是每個(gè)學(xué)生之間的學(xué)習(xí)績(jī)效差異。本研究對(duì)比了每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)，盡管配對(duì)學(xué)習(xí)模式對(duì)學(xué)生成績(jī)的影響并沒有顯著高于獨(dú)立學(xué)習(xí)，但鑒于配對(duì)學(xué)習(xí)模式下的每個(gè)學(xué)生經(jīng)歷了配對(duì)合作的學(xué)習(xí)過程，有利于其合作精神的培養(yǎng)，且在每個(gè)學(xué)生獨(dú)立完成的作品制作測(cè)試過程中也獲得了不俗的表現(xiàn)（學(xué)生得分略高于獨(dú)立學(xué)習(xí)模式）。從這個(gè)角度而言，配對(duì)學(xué)習(xí)模式具有較重要的教育價(jià)值。

在學(xué)習(xí)機(jī)器人的態(tài)度方面，駕導(dǎo)配對(duì)模式下學(xué)生的自信心明顯低于獨(dú)立學(xué)習(xí)模式和軟硬配對(duì)模式，而獨(dú)立學(xué)習(xí)模式和軟硬配對(duì)模式中的學(xué)生在自信心方面沒有顯著差別；另外，三種學(xué)習(xí)模式中學(xué)生的情緒沉浸度的差異與學(xué)習(xí)態(tài)度中自信心的差異一致。這些結(jié)論與配對(duì)編程模式對(duì)初學(xué)者學(xué)習(xí)積極性的顯著提升有所不同（Bishop-Clark et al.，2006；McDowell et al.，2006）。差異的產(chǎn)生可能與機(jī)器人教育活動(dòng)自身特點(diǎn)有關(guān)。程序設(shè)計(jì)只存在兩個(gè)交互對(duì)象，即學(xué)習(xí)者和計(jì)算機(jī)；而機(jī)器人教育活動(dòng)存在學(xué)習(xí)者、機(jī)器人和計(jì)算機(jī)三個(gè)交互對(duì)象。完成課堂項(xiàng)目過程中的“駕駛員”需要負(fù)責(zé)機(jī)器人和計(jì)算機(jī)，需要較多的操作；“導(dǎo)航員”也需要同時(shí)觀察機(jī)器人和計(jì)算機(jī)并指導(dǎo)兩類問題。有學(xué)生在訪談中表示，自己一個(gè)人同時(shí)負(fù)責(zé)機(jī)器人和計(jì)算機(jī)會(huì)手忙腳亂，而導(dǎo)航員有時(shí)并不能起到指導(dǎo)作用。學(xué)生在課堂中不能從容有序地完成項(xiàng)目，情緒受到影響，而學(xué)生的情緒是影響其學(xué)習(xí)自信心的一個(gè)重要因素（Van Passel et al.，2013）。

學(xué)習(xí)態(tài)度中的享受度也存在差異：獨(dú)立學(xué)習(xí)模式下學(xué)生的享受度明顯高于駕導(dǎo)配對(duì)模式和軟硬配對(duì)模式。值得關(guān)注的是，學(xué)生的行為沉浸度的差異也極為相似：相比駕導(dǎo)配對(duì)模式，獨(dú)立學(xué)習(xí)模式和軟硬配對(duì)模式下的學(xué)生行為沉浸度更高。我們根據(jù)課堂觀察和訪談，分析可能存在以下兩個(gè)原因：首先，配對(duì)學(xué)習(xí)本質(zhì)是合作學(xué)習(xí)，兩人合作過程中無法避免意見分歧。有獨(dú)立學(xué)習(xí)模式下的學(xué)生表示：“配對(duì)學(xué)習(xí)是比獨(dú)立學(xué)習(xí)好，但是我更喜歡獨(dú)立學(xué)習(xí)。因?yàn)閮蓚€(gè)人意見不一樣時(shí)會(huì)很麻煩，自己一個(gè)人想怎么做就怎么做?！逼浯危瑱C(jī)器人套件對(duì)小學(xué)生的吸引力是巨大的，獨(dú)立學(xué)習(xí)的學(xué)生自己擁有一套器材，在學(xué)習(xí)過程中可以不斷調(diào)試；而配對(duì)模式下的學(xué)生需要與搭檔共享一套器材，分配調(diào)試機(jī)器人小車的時(shí)間，尤其是在學(xué)期前期階段，合作成員之間默契程度不夠，存在爭(zhēng)奪調(diào)試機(jī)器人小車的問題。組內(nèi)不和諧的合作環(huán)境同時(shí)也影響小學(xué)生的積極性與興趣度，而興趣與沉浸度呈正相關(guān)關(guān)系（Sun et al.，2012）。

兩種配對(duì)學(xué)習(xí)模式在角色交換頻率上的逐步下降，表明配對(duì)學(xué)習(xí)模式確實(shí)有利于培養(yǎng)學(xué)生的合作精神和技巧，有利于培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成合作解決問題的意識(shí)和能力。

整體而言，盡管本研究結(jié)論并沒有“一邊倒”地支持配對(duì)學(xué)習(xí)模式，但在一定程度上表明配對(duì)學(xué)習(xí)尤其是軟硬配對(duì)模式具有較為重要的教育潛力，值得在今后的機(jī)器人教育研究與實(shí)踐中做進(jìn)一步探索，特別是需要找到更多影響配對(duì)學(xué)習(xí)效果的因素和改進(jìn)的辦法。例如，本研究中采用的是半自由交換，即學(xué)生在完成一個(gè)項(xiàng)目過程中根據(jù)需要自由交換角色，教師不固定交換次數(shù)和時(shí)間，但要求至少交換一次。此時(shí)會(huì)出現(xiàn)角色交換過度和過少兩種極端。這就需要教師注意培養(yǎng)學(xué)生的理性的轉(zhuǎn)換意識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生在配對(duì)過程中真正根據(jù)需要進(jìn)行角色轉(zhuǎn)換。如果引導(dǎo)不到位，必然影響配對(duì)學(xué)習(xí)的效果。（原發(fā)表于《現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究》2018年3期）

本文轉(zhuǎn)自微信公眾號(hào)“MOOC”，作者鐘柏昌、王艷霞。文章為作者獨(dú)立觀點(diǎn)，不代表芥末堆立場(chǎng)。