基于Arduino的移动机器人促进计算思维发展的实证研究：在欧洲的以问题为基础的学习中与小学生的探索

本文探讨了教育机器人通过以问题为基础的学习方法在促进小学生计算思维和解决问题能力方面的影响。本研究创建了一个框架，包括一个机器人和两个为学生和教师设计的电子书。电子书作为构建和编程一个小型基于Arduino的机器人的指南。通过与游戏化元素的结合，该模型具有三个角色的叙事，以提高学生的参与感和动机。通过启发式评估和实际测试的迭代，我们完善了初步理论框架。实证研究分为两个阶段，涉及350名学生。第一次实证测试包括来自五所欧洲学校的21名学生小组，类似于最终用户。所有任务的完成率为100%，其中73.47%的任务得到了最佳解决方案。随后，我们进行了更大规模的验证研究，涉及葡萄牙学校的329名学生。研究的第二阶段在2022-2023和2023-2024学年期间进行，分为三个研究组。结果显示问题解决活动的成功率为91.13%，其中56.99%的学生达到了最佳解决方案。应用了包括ANOVA在内的先进统计技术，以考虑组间差异并确保结果的稳健性。本研究表明，整合教育机器人和以问题为基础的学习的模型有效促进了计算思维和解决问题能力，这对于21世纪至关重要。这些发现支持将机器人纳入小学课程，并为教育工作者提供了经过验证的框架。