乐高训练是否能激发学生解决逻辑问题的能力？外文翻译资料

乐高训练是否能激发学生解决逻辑问题的能力？

原文作者 Jouml;rgen Lindh ^a,*, Thomas Holgersson ^b

单位^a Informatics, Jouml;nkouml;ping International Business School, Gjuterigatan 5, P.O. Box 1026, S-551 11 Jouml;nkouml;ping, Sweden

^b Economics, Jouml;nkouml;ping International Business School, Gjuterigatan 5, P.O. Box 1026, S-551 11 Jouml;nkouml;ping, Sweden

摘要：

本研究旨在探讨为期一年内机器人玩具(LEGO)训练对学童表现的影响。潜在的教育学观点是建构主义理论，该理论主要思想是通过主动学习在学生的头脑中构建知识。

调查分两步进行。治疗前为第一步，治疗后为第二步。对于这两种情况，我们都构建并包含了对照组。这些数据是从两个不同年龄段的不同学生，不同的班级，不同的学校，和瑞典不同的地方获悉的。我们已经调查了在学校活动中加入LEGO训练的方法是否会改善采用过程，以及学生在数学和技术方面的表现是否会更好。我们的零假设表明，LEGO机器人对学生解决数学和逻辑问题的能力没有正面或负面的影响。通过单因素方差分析检验，零假设被接受。然而，当对小学生进行方差分析时，在某些情况下零假设被排斥。这表明，LEGO培训可能对某些学生群体有用。此外，还对相关测度进行了假设检验，验证了该理论。总体而言，统计分析表明，LEGO整体效应不明显，但对学生分组有显著的正向效应。总之，我们发现这些结果足够有价值，进而去进行更大规模的实验。

学生们在LEGO训练的方法上有不同的学习风格。教师作为知识和技能的传递者，在处理与这类技术有关的问题时起着至关重要的作用。教师必须能够支持学生，并使他们理解更深层次的乐高集团教育部（LEGO Dacta）材料。

关键词：机器人玩具;解决问题;建构主义

1.介绍

本研究项目名为“教学情境中的可编程建筑材料”，旨在研究LEGO Dacta材料在瑞典中部地区一些学校的应用所带来的教学效果。为此，我们进行了两组研究来进行比较。其中一个被称为对照组(CG)，由没有使用LEGO Dacta进行实验的学校组成，另一个被称为实验组(EG)，由使用LEGO Dacta提案和技术材料进行教学的学校代表。LEGO教育部门是LEGO集团的一部分，多年来一直为学校开发和生产教育材料。ROBOLAB/LEGO头脑风暴学校-以下简称LEGO头脑风暴学校-结合了最新的机器人和测量技术与传统力学。

这个起点是一个名为INFOESCUELA的前项目，这是1996年在秘鲁开始的一个试点项目(Iturrizaga, 2000)。它是由秘鲁教育部发起的，目的是通过使用LEGO Dacta材料向小学介绍技术。在1996年至1998年的三年期间，该项目扩大到秘鲁全国130所学校。总的来说，秘鲁项目的结果显示，来自实验组的学生因为使用了LEGO Dacta材料成功地完成了他们的学校活动。在参考案例中，EG组在数学、技术、西班牙语和眼手协调测试中的成绩比CG组要好。这项代表秘鲁的一个不同的学校环境的研究结果是如此令人鼓舞，以至于LEGO Dacta对于在瑞典研究使用他们的产品的影响十分有兴趣。

我们意识到秘鲁和瑞典的学校环境有许多不同之处，特别是瑞典学校环境中更为复杂的评价过程。在秘鲁，很有可能找到从未接触过电脑的控制组学生。由于瑞典整体的技术水平较高，我们不能指望找到完全没有电脑经验的学生，因为大多数孩子在很小的时候就接触到电脑，在他们的家庭和社区的其他地方。秘鲁的研究项目在这方面的性质比较简单，其结果不容易应用于其他情况，换言之，瑞典的情况会更加敏感。

Gustafsson和Lindh(2001)发现大多数学生认为使用可编程的乐高教学材料很有趣。他们的研究被包括在“原子和比特组成的建筑工具包”(CAB)项目中，涉及一到三年级的学生使用可编程的乐高工具。然而，问题是LEGO头脑风暴对于学校来说在技术领域是否是一个有用的工具，它是否也适用于义务学校稍微大一点的女孩和男孩。这项研究关注的是11-12岁和15-16岁的学生。而且重点不是态度，而是与解决问题相关的研究。我们的研究问题是:乐高训练是否会改善孩子的接受过程，孩子们在学校的表现是否会更好，尤其是在数学和技术方面?

1.1理论背景

支撑该项目的主要思想是坚持建构主义理论，根据该理论，知识不是简单地从教师传递到学生，而是以主动学习的形式在学生的头脑中构建(Gustafsson amp; Lindh, 2001;Harel amp; Papert, 1991)。根据建构主义理论，当学生积极地制造可以反映和与他人分享的外部工件时，他们特别有可能产生新的想法。Papert(1980)，儿童可编程教育材料领域的先驱，是建构主义教育的倡导者;即构成派。学生们使用的混凝土材料是可以由计算机编程的机器人玩具(RoboLab 2.01)。

LEGO和LOGO依赖于相同的教学原则，即使LEGO可以被视为LOGO的延伸。Papert想设计一种适合儿童的计算机语言，这种语言具有专业编程语言的力量，但对非数学初学者来说却很简单。新语言选择的名称LOGO表明，它主要是象征性的，只是次要的定量。LOGO是在二十多年的发展过程中形成的。它是一种非凡的编程语言，具有灵活性，为发现学习提供了特殊的特性。总之，LOGO，是基于两个想法;首先，学生可以通过亲身体验和发现事情来更有效地学习，另一个假设是，计算机是发现学习的完美媒介。

由于它们的可编程性和透明性，机器人和可编程序砖是当今被认为特别有趣功能的数字玩具之一。这些玩具，在先进的形式，可以给予特定的特点，如代理和身份，使他们作为活的实体，挑战我们对生活的思维方式，因为他们自己的立场在什么是有生命的和无生命的边界(Turkle, 1995)。它们的混合特性使得在物化思维和赋予事物生命之间找到一条微妙界线成为可能(Ackermann, 2000)。

控制论的施工工具,集成的物理建筑文物编程,可以鼓励开发新思维方式(Resnick,1996a, 1996 b)为新思想在生活和技术之间的关系,科学和实验工具集之间(Resnick, Berg,amp; Eisenberg,2000),机器人设计和价值观和身份之间(Bers amp; Urrea, 2000)。正如建构主义支持者所争论的那样，由于有了这些对象，许多通常被认为是成年人的特权的概念，能够处理象征性和抽象的知识，对儿童来说也变得容易理解(Resnick, 1998;Resnick et al.,1998)。

在同一时期，Marvin Minsky在新成立的麻省理工学院儿童实验室(MIT childrenrsquo;s Laboratory)鼓励孩子们学习控制一个在地板上移动的小机器人，这个机器人可以用笔记录它的运动。在Papert和Minsky看来，这是一个合乎逻辑的步骤，将控制这个机器人海龟融入LOGO，后来被一个屏幕海龟取代，但语言仍然忠于Papert的理想;它应该是学习计划、解决问题和实验等概念的工具。

Mitchel Resnick是实验室的教授和终身幼儿园研究小组的负责人，他比较了几项由研讨会参与者选择的项目，这些项目的特点是都由计算机控制的物理对象的构建，通常由LEGO积木构建(Resnick, 1991)。对Resnick来说，每个项目都有丰富的个人意义，因为它象征着每个项目负责人的一些东西，其次，这些项目之间有很大的多样性。主题的多样性通过各种各样的项目表现出来，没有一个是“典型的”。他的结论是，虽然LEGO和LOGO都鼓励开放式的建筑，但它们的使用本身并不能带来多样性。鼓励参与者在选择项目主题时忘记约束条件。

就个人样本的大小和研究的时间而言，许多项目已经完成，但大多数是小规模的。人们对这类研究提出了批评，认为它们只是故事，而不是研究。同样的情况也发生在大多数LEGO项目上。大多数小型案例研究都是在短时间比如几周或几个月内进行的。例如Erwin, Cyr, Osborne和Rogers(1998)报告了一项有趣的研究，关于如何创建教育工具让K-12学生参与各种工程项目。另一项研究，Jarvinen (1998)，报告了在技术教育中使用LEGO/LOGO学习环境的有趣但相当模糊的结果。

Becker(1987)强调了关于LOGO研究中可测试结果的重要性，他讨论了两种用于研究LOGO在课堂环境中的作用的研究方法的优缺点:处理方法和计算机批评。包括Becker(1987)在内的几位研究人员强调，在“发现”课程中使用LOGO可以产生可测量的学习的主要证据是在接近个体辅导的情况下获得的。在正常规模的课堂上，证据清楚地表明，需要直接指导从LOGO中学习的概念和技能，以及进一步的直接指导，使学生能够概括他们所学到的，以转移到其他情况。这与Papert对LOGO的发现方法的概念完全相反。Pea(1985)问:“我们从计算机中得到了什么对我们的精神功能的贡献?”计算机究竟只是认知的放大器，还是我们思想的重组者？

Moore和Ray(1999)主张在计算机实验中使用更高级的正式统计方法来进行敏感性和性能分析。例如，他们建议在彻底调查分析中采用多元方法。我们的研究项目旨在将不同的方法结合在一个更广泛的一年的研究。

1.2项目概况

为了得到一个公平的比较，我们希望两组群体在教育、社会和人口统计特征上是相同的。不同的教育测试会被应用到不同群体中。例如：在招募“实验班”时，我们的目标是与瑞典中部不同地理区域的学校以及中小城市和大城市的学校实现平衡分配。我们的目标是让四年级和八年级的班级比例相等。班级规模在17到43名学生之间变化。

该项目在瑞典中部有12个不同学校的“实验班”参与。学校共有学生322人，其中五年级(12-13岁)学生193人，九年级（15-16岁）学生129人。有12个“控制组”。总共有374名学生，分布在五年级的169名学生和九年级的205名学生中。从2002年4月至2003年4月，为期12个月，每周训练时间约2小时。所以博览会的时间大约是一年。

LEGO材料，即施工工具包，包括一个机械装配系统，一组传感器和执行器，一个中央控制单元(可编程砖)，一个编程环境，即一台计算机和软件，工作指令和手册。可编程序砖是该套件最引人注目的组件:它为所有的LEGO结构提供控制和动力。当实验班使用LEGO材料时，学生们分组合作，一般是3-4个学生，我们称之为工作小组。这些小组在使用LEGO材料时没有遵循特定的教学大纲。这项工作是相当适应每个普通学校的活动和当地的先决条件。为了确保课程以类似的方式开始，老师们被要求以同样的任务开始。

研究计划中规定，学生每个月应该用LEGO材料学习8个小时。这个水平是为了确保学生们有相似的前提条件。按照计划，研究人员应该在这段时间出来访问实验组，以跟踪研究工作的进展情况以及在这段时间内最终发生了什么变化。我们体会到，学校的课堂已经用不同的方式解决了实际问题。不同的学校对房间的物理条件各不相同。有些学校的房间可以永久保存LEGO材料，而其他学校在每次使用乐高材料之前都会挑选材料。有些学生不得不在特殊的电脑室里工作，其他的班级需要到其他的学校教室去使用电脑，而其他的班级在他们的普通教室里只有几台电脑，他们过去常常用这些电脑来为学生们制造的机器人编程。

在一些班级，特别是在八年级，教师已经能够把工作融入到他们数学或技术方面的普通教学中，这在四年级并不常见，那里的乐高工作更像是远离学校生活的一部分。参与该项目的教师已经学会如何处理乐高集团教育部材料，为他们的学生准备高度复杂的问题。

1.3项目中使用的方法

在这个项目研究中，我们采用了定性和定量的研究方法

1.4定性的方法

本项目采用的定性方法有观察法、访谈法和询问法。每个参与项目的老师都必须记录他们的LEGO课程;课堂上进行了哪些活动，学生们是如何学习的，他们面临着什么样的问题等等。对于参与这个项目的教师和研究人员来说，最重要的任务是通过详细描述孩子们的认知过程和概念，尽可能全面地记录和报告研究实验过程和结果。通过这种方式，收集的信息应该能够理解儿童如何行动、思考和接受新挑战，以及他们如何寻求和找到问题的解决方案。数据收集的目的是为了连续不断地创造出一幅儿童发展的画面知识。教师作为知识和技能的传递者的作用对于应付现有技术的缺点是至关重要的。教师们还把记录孩子们的活动作为日常工作的一部分。该文档以各种形式制作，如文本、图像、视频等。

通过反思和解释出现在与孩子相关的工作的成人的议题，考虑到“理论”是可行的,虽然初步行动是孩子们在他们的实验开发与乐高头脑风暴和随后的版本的施工设备。我们的目标是在孩子们和建筑工具包之间发生了什么，以及情况是如何发展中收集描述性和叙述性的元素。因此，该文件被视为一个反应和细化的过程，使我们能够从孩子们那里获得乐高积木的演变要求。

提交的文件被归档并保存起来，以便对研究结果进行后续分析。研究人员定期访问项目学校。访问期间，他们与学生进行了面谈，并对工作进行了观察。这些采访被录下来以供日后分析。这样做的目的是能够跟踪工作小组在项目期间的成就，并了解他们对LEGO材料的态度/感受。我们也可以分析他们谈论材料的方式和他们对LEGO概

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