整合自我决定理论与认知负荷理论，以解释小学教育中计算思维的动机与认知机制

《Learning and Motivation》：Integrating self-determination and cognitive load theories to explain motivational and cognitive mechanisms of computational thinking in elementary education

　　

摘要 计算思维（CT）在初等教育中至关重要；然而，其心理和认知基础仍未得到充分探索。本研究考察了印度尼西亚小学生的自我决定需求、认知负荷、学习风格和快乐学习与 CT 之间的关系。采用定量、非实验设计，使用偏最小二乘结构方程模型（PLS-SEM）分析了来自 217 名城市和郊区 - 农村学生的数据。构念包括自主性、胜任感、关联性；内在负荷、外在负荷和关联负荷；学习风格；快乐学习；以及 CT 表现。快乐学习被建模为一个具有四个维度的二阶构念：享受、意义、社会联系和所有权。在此，它被定义为一种情境化的学习情感体验，并不等同于内在动机。胜任感和关联性与快乐学习呈正相关，而自主性与 CT 呈负相关。内在负荷与快乐学习呈负相关，关联负荷呈正相关，而外在负荷与 CT 呈负相关。行动主义者、理论家和实用主义者风格与快乐学习呈正相关，但这四种风格均与 CT 无关联。快乐学习与 CT 得分无显著关联。对 CT 的解释力和预测相关性较弱，因此 CT 的研究结果具有初步性。该模式表明，动机和情感条件主要与学生体验课程的方式有关。由于设计是横断面的，结果应被视为关联而非因果效应。

引言 计算思维（CT）已成为 21 世纪的基础能力，与问题解决和数字素养密切相关。关于初等数学课堂的回顾报告指出，CT 活动与推理相关技能的提升有关，尽管证据基础仍然有限（Nordby et al., 2022）。Tsarava 等人（2022）为初等教育提供了 CT 的认知定义，并将其定位在推理和问题解决能力中，而不是将其视为一般的成就助推器。使用离线活动、游戏化 Scratch 项目、机器人技术和图形组织器的干预研究报告了参与度的提升，在某些情况下还转移到了数学领域（Chen et al., 2024; Molina-Ayuso et al., 2023; Yang et al., 2024; Yang & Lin, 2024）。关于初等 CT 教学的回顾也描述了协作和坚持相关的益处，同时指出设计上的差异（del Olmo-Mu?oz et al., 2020, Kakavas and Ugolini, 2019）。关于儿童在这些收益中实现的心理和认知条件，知之甚少。

关于 CT 的研究越来越多地指向心理和教学因素，而不仅仅是技术指导。Jiang 等人（2024）使用结构方程模型发现，思维风格和 STEM 态度预测了 Chen 等人（2023）比较了不同学习风格画像的学习者在非编程 CT 活动中的表现，并报告了他们在表现上的差异。这两项研究都突出了个体差异的相关性。这两项研究均未建立动机需求，如自主性或关联性，也未涉及学习体验的情感质量。认知负荷在两组中也都缺失。这留下了心理需求和认知要求如何与小学校园中的 CT 学习相关的问题。

Klepsch 和 Seufert（2020）表明，认知负荷解释了教学设计如何通过平衡认知要求来影响参与度和学习成果。同样，Pacheco-Quezada 等人（2024）报告说，自我效能感、兴趣和相关的个人特征预测 CT 表现，这加强了情感和动机倾向在计算学习中的重要性的观点。Stewart 等人（2021）考察了小学课堂中的协作机器人，发现内在动机预测 CT，而感知的胜任感和享受与动机有关，而不是直接与 CT 有关。因此，他们的模型指向了一条从心理需求到 CT 的中介路径，而不是直接路径。与此一致，Boulden 等人（2021）强调了叙事中心设计的动机优势，这些设计通过将 CT 嵌入有意义的故事驱动上下文中来提高参与度。这些研究表明，认知负荷、动机和情感与 CT 相关；然而，它们是孤立地解决这些维度的。它们中没有一项在单一模型中测试了小学生的心理需求、认知负荷或多维度的快乐学习。

虽然这些研究提供了重要的见解，但它们很大程度上源自 CT 整合更为成熟的背景。在印度尼西亚，CT 直到最近才正式引入初等教育。自 2025/2026 学年起，它已被纳入编程与人工智能课程（KKA）（Herviana, 2025, Putra et al., 2025），这仍处于早期实施阶段，主要侧重于教师培训。在此之前，接触 CT 很大程度上取决于课外倡议，最著名的是自 2016 年起在印度尼西亚运行的 Bebras 挑战（Natalia & Nugraheni, 2023）。这些倡议的获取仍然不均匀；因此，小学生可能带着非常不同水平的先前接触进入 CT 任务。在本研究中，CT 使用适应印度尼西亚小学生日常背景的 Bebras 任务进行评估（Natalia & Nugraheni, 2023）。这种适应旨在减少不熟悉的文化参照对任务表现的影响，尽管我们没有直接测试这一点。这种上下文变异性是考察学生参与 CT 任务的心理和认知条件，而不仅仅是接触程度的原因之一。

尽管有了这些进展，文献仍然在三个方面是破碎的。首先，自我决定需求很少与快乐学习的多维描述一起被考察。其次，认知负荷很少在与动机和情感构念相同的研究中被建模。第三，大多数研究测试了通往 CT 的动机路径或认知路径，而不是两者。本研究通过在一个框架中结合自我决定理论（SDT）、认知负荷理论（CLT）、学习风格画像和快乐学习来填补这些空白，该框架通过 PLS-SEM 在小学生中测试。快乐学习被定位为模型中的情感中介，CT 表现是远端结果。

章节片段

快乐学习与内在动机作为独立构念 快乐学习与内在动机在本研究中相关，但不能互换。内在动机是 SDT 中的一种调节质量。它描述了一个学习者为什么参与一项任务，即因为活动本身有趣或令人满意（Ryan & Deci, 2020）。快乐学习描述了学习体验在展开时的感觉。Mehta 和 Fine（2019）以及 Nathan（2020）涵盖了四个维度：享受、意义或相关性、社会联系和所有权或

材料与方法 本研究采用定量、非实验、横断面设计，数据在单一时间点使用纸质问卷在常规课程期间收集（Creswell & Creswell, 2018）。选择这种设计是因为它捕捉了心理需求、认知负荷、学习风格和快乐学习的变化，因为它们自然地发生在真实的学校环境中，而不操纵学习环境（Fraenkel et al., 2012）。

参与者 使用 R 中的 semPower 进行的事前功效分析（α =.05, power =.80）表明最小样本量为 204（Moshagen & Bader, 2024）；通过目的抽样招募的最终 217 名学生样本超过了这一阈值。这些学生来自南苏拉威西的两所小学：一所位于望加锡的城市学校（n = 76, 35%）和一所位于邦凯普的农村学校（n = 141, 65%）。样本包括 44 名 4 年级学生（20.3%）、63 名 5 年级学生（29.0%）和 110 名 6 年级学生（50.7%）。

数据分析 数据使用 SmartPLS 4.0 进行偏最小二乘结构方程建模（PLS-SEM）分析，这适用于具有多个潜在构念的预测模型。选择 PLS-SEM 是因为它能处理非正态分布，适用于中等大小的样本，并允许同时估计测量和结构模型（Hair et al., 2022, Sarstedt et al., 2022）。分析包括（1）通过组合信度、AVE 和...评估信度和效度

数据收集工具 所有调查构念均使用五点李克特量表（1 = 非常不同意 到 5 = 非常同意）进行测量。工具是通过系统改编教育心理学和认知科学中经过验证的量表开发的，项目经过修订以反映小学数学语境。内容效度是通过两位数学教育专家进行审查建立的，他们评估每个项目的概念相关性、语言清晰度和年龄...

测量模型 基于表 3 中显示的可靠性和有效性分析，大多数构念表现出足够的内部一致性和收敛效度。组合信度值范围为 0.746 到 0.868，所有 AVE 得分均超过 0.50 阈值，表明可接受的构念信度和效度（Hair et al., 2022）。HTMT 值通常低于 0.90 截断值，这支持了区分效度（Henseler et al., 2015）。因此，用于测量...

讨论 本研究考察了自我决定需求、认知负荷和学习风格如何与快乐学习和计算思维（CT）在小学生中相关。结果清晰地分为情感层面和表现层面。胜任感和关联性与快乐学习呈正相关，而自主性没有。在认知负荷维度中，内在负荷与快乐学习呈负相关，关联负荷呈正相关。行动主义者、理论家和...

快乐学习及其对计算思维的有限影响 快乐学习与 CT 无显著直接关联。这一结果应结合此处使用的构念定义来解读。快乐学习被测量为具有四个维度的情境化情感体验，而不是内在动机。报告动机对 CT 影响的研究，如 Stewart 等人（2021），建模的是内在动机，而不是对课程的情感评估。因此，目前的无效结果并不与那项工作相矛盾。它反而表明...

实践启示 鉴于对 CT 的解释力较弱，这些发现建议了初等 CT 教育的几个方向，此处作为 tentative 提供。为了加强学生的胜任感，教师可以设计分步骤的 CT 任务，其中每个阶段都建立在之前的阶段之上，在每一步提供具体的反馈，而不仅仅是在任务完成时。当学生体验小到频繁的成功后，他们对自己能力的信念就会增长，这维持了在更具挑战性问题中的参与度。

结论 本研究考察了自我决定需求、认知负荷和学习风格如何与快乐学习和计算思维（CT）在小学生中相关。胜任感和关联性与快乐学习呈正相关，而自主性与 CT 呈负相关。认知负荷维度发挥了不同的作用：内在负荷与快乐学习呈负相关，关联负荷呈正相关，而外在负荷与...呈负相关

局限性 本研究有几个局限性。首先，数据是在单一时间点收集的；因此，横断面设计阻止了对因果关系的声明，观察到的关联不应被视为方向性的证据。其次，依赖自我报告的措施可能引入了共同方法偏差。第三，样本来自印度尼西亚的两个地区，这限制了普遍性。第四，学生先前对 CT 的接触未经正式控制，并且可能...

CRediT 作者贡献声明 Rahmat Muh.：撰写 – 初稿，软件，资源，项目管理，方法论，概念化。Andi Yunarni Yusri：撰写 – 回顾与编辑，撰写 – 初稿，验证，监督，方法论，资金获取，概念化。Nurul Mukhlisah Abdal：撰写 – 初稿，资源，项目管理，方法论，调查。Sopi Paris：撰写 – 初稿，资源，项目管理，方法论，调查，概念化。

伦理声明 已获所有参与者或其法定代表书面知情同意，参与研究并发布文章。已遵守参与者的隐私权。

本研究在研究进行地的相关法律、监管框架和指南下执行。本研究获得马塔帕 STKIP 研究与发展中心（LP2M）批准。（批准号 055/SK-Etik/LPPM-STKIPAM/VIII/2025）

资金 这项工作由印度尼西亚高等教育、科学和技术部研究与社区服务司通过 2025 常规基础研究资助（Penelitian Fundamental Reguler 2025）支持，根据法令第 0419/C3/DT.05.00/2025 号和研究合同第 130/C3/DT.05.00/PL/2025 号。

利益冲突声明 作者声明他们没有利益冲突。

安迪·尤纳尔尼·尤斯里|拉赫马特·穆赫|索皮·帕里斯|努尔·穆赫利萨·阿卜达尔|维拉万·塞蒂亚拉卡萨