DOI: https://doi.org/10.3389/fpsyg.2026.1742317
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41694009
تاريخ النشر: 2026-01-29
المؤلف: Jin Su Jeong وآخرون
الموضوع الرئيسي: تعليم وتعلم البرمجة
نظرة عامة
تستكشف هذه الورقة البحثية دمج التفكير الحاسوبي (CT) في تدريب معلمي الرياضيات قبل الخدمة من خلال تدخل منظم يستخدم تقنية micro:bit. معترفًا بأن CT مهارة حيوية في القرن الحادي والعشرين، تهدف الدراسة إلى تعزيز استعداد المعلمين لدعم الطلاب في المرحلة K-12 في هذا المجال. شمل التدخل تسلسلًا من ست خطوات قدمت مفاهيم CT المتعلقة بالقابلية للقسمة، وتقدمت من خلال البرمجة البصرية باستخدام الكتل وترميز بايثون، وانتهت ببناء آلة حاسبة فعلية لتحديد العوامل والمقسومات. شارك عينة من 228 معلمًا قبل الخدمة في هذه الدراسة ما قبل التجريبية، التي قيمت التغيرات في المعرفة الذاتية بمحتوى CT، والمواقف، والعواطف.
تشير النتائج إلى تحسينات ذات دلالة إحصائية في المعرفة الذاتية بمحتوى CT لدى المشاركين والمواقف الإيجابية تجاه حل المشكلات والتفكير الخوارزمي. بينما زادت المشاعر الإيجابية، ظلت المشاعر السلبية مثل الإحباط والملل دون تغيير. تشير هذه النتائج إلى أن الانخراط في مهام الحوسبة المادية يمكن أن يعزز ثقة معلمي ما قبل الخدمة في معرفتهم بـ CT ويعزز الاتجاهات الإنتاجية نحو دمج CT في بيداغوجيا الرياضيات. ومع ذلك، تعترف الدراسة بالقيود، بما في ذلك عدم وجود مجموعة ضابطة والاعتماد على مقاييس ذاتية، وتؤكد على الحاجة إلى نهج منهجي لدمج أنشطة CT في المناهج الدراسية لتعظيم الفوائد ومعالجة التحديات.
مقدمة
تؤكد مقدمة الورقة البحثية على أهمية التفكير الحاسوبي (CT) كمهارة حيوية في القرن الحادي والعشرين، الضرورية لحل المشكلات عبر مجالات مختلفة، وخاصة في التعليم K-12. تسلط الضوء على الاعتراف المتزايد بـ CT في السياسات التعليمية، مثل إطار الكفاءة الرقمية الأوروبي، الذي يبرز دمجه في المناهج الدراسية الابتدائية والثانوية. تحدد الورقة الحاجة إلى مزيد من البحث حول كيفية تعزيز CT للتفكير والتعلم الرياضيين، فضلاً عن ضرورة أن يمتلك المعلمون معرفة قوية بمحتوى CT لتعزيز هذه الكفاءات بشكل فعال لدى الطلاب.
تناقش المقدمة أيضًا دور أجهزة الحوسبة المادية، وخاصة micro:bit، في تعزيز التعليم الرياضي من خلال جعل التعلم أكثر جذبًا وسهولة. تشير إلى أن الأطر البيداغوجية الحالية يمكن أن تسهل دمج CT في التعليم الرياضي، مما يعمق الفهم المفاهيمي لدى الطلاب. ومع ذلك، تشير إلى أن معرفة معلمي ما قبل الخدمة بمحتوى CT لا تزال غير كافية، مما قد يعيق قدرتهم على التدريس بشكل فعال. تهدف الدراسة إلى استكشاف تأثير نشاط قائم على micro:bit على المعرفة الذاتية بمحتوى CT، والمواقف، والعواطف لدى معلمي ما قبل الخدمة، مسترشدًا بأسئلة بحث محددة بشأن التحسينات المحتملة في الثقة، والموقف، والاستجابات العاطفية المتعلقة بتعليم الرياضيات في K-12.
الطرق
تستخدم الدراسة تصميمًا ما قبل تجريبي لتقييم المعرفة الذاتية بمحتوى CT، والمواقف، والعواطف المتعلقة بالتفكير الحاسوبي (CT) بين معلمي ما قبل الخدمة في مؤسسات التعليم العالي (HEIs) من خلال استخدام أنشطة قائمة على micro:bit. يهدف هذا النهج إلى تعزيز إعداد هؤلاء المعلمين لتعليم الرياضيات في K-12. تم جمع بيانات وصفية كمية لمقارنة نتائج الاختبارات السابقة واللاحقة عبر دورات أكاديمية مختلفة، وفقًا للمنهجية الموضحة من قبل ماكسويل وآخرون (2017).
بالإضافة إلى التصميم ما قبل التجريبي، تم استخدام تصميم ارتباطي لتحديد المتغيرات التنبؤية المحتملة التي تؤثر على نتائج الدراسة، كما اقترح كريسويل وكريسويل (2018). الإطار المفاهيمي الذي يوجه هذا البحث ممثل بصريًا في الشكل 1، مما يوفر نظرة عامة منظمة على العلاقات بين المتغيرات التي تم التحقيق فيها.
النتائج
تشير نتائج الدراسة إلى تأثير إيجابي كبير لمنهجية تعليمية تستخدم micro:bit على مهارات التفكير الحاسوبي لدى معلمي ما قبل الخدمة. زادت الدرجة المتوسطة لمعرفتهم العامة بالتفكير الحاسوبي (G-CTK) من 2.50 (SD = 0.66) إلى 4.71 (SD = 0.28) بعد التدخل، مع كشف اختبار t لطلبة مرتبطين عن فرق ذو دلالة إحصائية (t(226) = 32.4، p < 0.001، CI 95 = [2.06، 2.33]، d = 4.39). لوحظت تحسينات كبيرة مماثلة في الموقف العام تجاه التفكير الحاسوبي (G-CTA) والعواطف العامة المتعلقة بالتفكير الحاسوبي (G-CTE)، كما أكدت نتائج ANCOVA الأحادية، التي أظهرت اختلافات كبيرة عبر جميع المتغيرات (G-CTK: F(1,221) = 1054.4، p < 0.001؛ G-CTA: F(1,221) = 948، p < 0.001؛ G-CTE: F(1,221) = 1609.8، p < 0.001). ومن الجدير بالذكر أن العوامل الديموغرافية مثل الصف، والجنس، والعمر، والخلفية التعليمية لم تؤثر بشكل كبير على هذه النتائج. أظهر تحليل إضافي للعناصر الفردية تحسينات كبيرة قبل وبعد في مجالات محددة من التفكير الحاسوبي، مع أكبر المكاسب في التجريد (ΔM = 2.25) والتعرف على الأنماط (ΔM = 2.65) لـ G-CTK، وحل المشكلات (ΔM = 2.18) والتفكير الخوارزمي (ΔM = 2.11) لـ G-CTA. زادت المشاعر الإيجابية المتعلقة بالتفكير الحاسوبي بشكل كبير، بينما انخفضت المشاعر السلبية مثل التوتر وخيبة الأمل، مما يشير إلى تقليل محتمل في الضغط المعرفي وتعزيز تجارب التعلم. ومع ذلك، تشير الدراسة إلى وجود تأثير سقف محتمل في الدرجات العامة، مما يشير إلى الحذر في تفسير حجم هذه التغييرات. تراوحت قيم d لـ Cohen على مستوى العناصر من 0.67 إلى 0.88، مما يعزز صحة النتائج مع البقاء دون العتبة لتأثيرات السقف المحتملة.
المناقشة
ركزت الدراسة على تعزيز معرفة معلمي ما قبل الخدمة بمحتوى التفكير الحاسوبي (CT)، والمواقف، والعواطف من خلال نشاط micro:bit المدمج في دورة الرياضيات التمهيدية الإلزامية. كانت الدورة، بعنوان “الرياضيات وطرائق تدريسها”، تهدف إلى تجهيز المعلمين المستقبليين بالمهارات اللازمة لتدريس الرياضيات بفعالية، وخاصة في مفاهيم القابلية للقسمة. شملت الدراسة 228 معلمًا قبل الخدمة، الذين شاركوا في استبيان كمي يقيم تصوراتهم قبل وبعد التدخل. كشفت النتائج عن تحسينات كبيرة في المعرفة الذاتية بمحتوى CT، حيث زادت الدرجات المتوسطة من 2.25 إلى 4.71، مما يدل على تعزيز الثقة في المفاهيم الرياضية. بالإضافة إلى ذلك، تحسنت المواقف تجاه CT بشكل كبير، مما يعكس ثقة أكبر في حل المشكلات والتفكير الخوارزمي.
تم تقييم الاستجابات العاطفية للمشاركين، مما أظهر زيادة ملحوظة في المشاعر الإيجابية بينما ظلت بعض المشاعر السلبية، مثل الإحباط والملل، دون تغيير. يشير ذلك إلى أن النهج التعليمي قد يكون قد خفف من التأثيرات الضارة بينما يعزز بيئة تعلم أكثر إيجابية. تتماشى نتائج الدراسة مع الأبحاث السابقة التي تؤكد أهمية تطوير ثقة المعلمين في التفكير الحاسوبي لتعليم K-12. ومع ذلك، تم الاعتراف بالقيود مثل غياب مجموعة ضابطة والاعتماد على مقاييس ذاتية. يدعو المؤلفون إلى دمج منهجي لأنشطة micro:bit في المناهج الدراسية، مؤكدين على الحاجة إلى دراسات طولية للتحقق من صحة هذه النتائج وتعزيز استراتيجيات التعليم في تدريس الرياضيات.
DOI: https://doi.org/10.3389/fpsyg.2026.1742317
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41694009
Publication Date: 2026-01-29
Author(s): Jin Su Jeong et al.
Primary Topic: Teaching and Learning Programming
Overview
This research paper investigates the integration of computational thinking (CT) into the training of pre-service mathematics teachers through a structured intervention utilizing micro:bit technology. Recognizing CT as a vital 21st-century skill, the study aims to enhance teachers’ preparedness to support K-12 students in this area. The intervention involved a six-step sequence that introduced CT concepts related to divisibility, progressed through visual block programming and Python coding, and culminated in the construction of a physical calculator for identifying factors and divisors. A sample of 228 pre-service teachers participated in this pre-experimental study, which assessed changes in self-perceived CT content knowledge, attitudes, and emotions.
The findings indicate statistically significant improvements in participants’ self-perceived CT content knowledge and positive attitudes towards problem-solving and algorithmic thinking. While positive emotions increased, negative emotions such as frustration and boredom remained unchanged. These results suggest that engaging in physical computing tasks can enhance pre-service teachers’ confidence in their CT knowledge and foster productive dispositions towards integrating CT into mathematics pedagogy. However, the study acknowledges limitations, including the lack of a control group and reliance on self-reported measures, and emphasizes the need for a systematic approach to integrating CT activities into curricula to maximize benefits and address challenges.
Introduction
The introduction of the research paper emphasizes the significance of computational thinking (CT) as a vital 21st-century skill, essential for problem-solving across various domains, particularly in K-12 education. It highlights the growing recognition of CT in educational policies, such as the European Digital Competence Framework, which underscores its integration into primary and secondary curricula. The paper identifies a need for further research on how CT can enhance mathematical thinking and learning, as well as the necessity for teachers to possess robust CT content knowledge to effectively foster these competencies in students.
The introduction also discusses the role of physical computing devices, particularly the micro:bit, in enhancing mathematical education by making learning more engaging and accessible. It notes that existing pedagogical frameworks can facilitate the integration of CT into mathematics education, thereby deepening students’ conceptual understanding. However, it points out that pre-service teachers’ CT content knowledge remains insufficient, which could hinder their ability to teach effectively. The study aims to explore the impact of a micro:bit-based activity on pre-service teachers’ self-perceived CT content knowledge, attitudes, and emotions, guided by specific research questions regarding the potential improvements in confidence, attitude, and emotional responses related to K-12 mathematics education.
Methods
The study employs a pre-experimental design to assess the self-perceived content knowledge, attitudes, and emotions related to computational thinking (CT) among pre-service teachers in higher education institutions (HEIs) through the use of micro:bit-based activities. This approach aims to enhance the preparation of these educators for K-12 mathematics education. Quantitative descriptive data were collected to compare pre- and post-test results across various academic courses, following the methodology outlined by Maxwell et al. (2017).
In addition to the pre-experimental design, a correlational design was utilized to identify potential predictive variables influencing the outcomes of the study, as suggested by Creswell and Creswell (2018). The conceptual framework guiding this research is visually represented in Figure 1, providing a structured overview of the relationships between the investigated variables.
Results
The results of the study indicate a significant positive impact of an instructional methodology utilizing micro:bit on the computational thinking skills of pre-service teachers. The mean score for the General Computational Thinking Knowledge (G-CTK) increased from 2.50 (SD = 0.66) to 4.71 (SD = 0.28) post-intervention, with a paired Student’s t-test revealing a statistically significant difference (t(226) = 32.4, p < 0.001, CI 95 = [2.06, 2.33], d = 4.39). Similar significant improvements were observed in the General Computational Thinking Attitude (G-CTA) and General Computational Thinking Emotions (G-CTE), as confirmed by one-way ANCOVA results, which showed significant differences across all variables (G-CTK: F(1,221) = 1054.4, p < 0.001; G-CTA: F(1,221) = 948, p < 0.001; G-CTE: F(1,221) = 1609.8, p < 0.001). Notably, demographic factors such as grade, gender, age, and educational background did not significantly influence these outcomes. Further analysis of individual items revealed substantial pre-post improvements in specific areas of computational thinking, with the largest gains in abstraction (ΔM = 2.25) and pattern recognition (ΔM = 2.65) for G-CTK, and problem solving (ΔM = 2.18) and algorithmic thinking (ΔM = 2.11) for G-CTA. Positive emotions related to computational thinking increased significantly, while negative emotions such as nervousness and disappointment decreased, indicating a potential reduction in cognitive stress and enhancement of learning experiences. However, the study notes a possible ceiling effect in the overall scores, suggesting caution in interpreting the magnitude of these changes. Item-level Cohen's d values ranged from 0.67 to 0.88, reinforcing the validity of the findings while remaining below the threshold for potential ceiling effects.
Discussion
The research focused on enhancing pre-service teachers’ computational thinking (CT) content knowledge, attitudes, and emotions through a micro:bit activity integrated into a mandatory introductory mathematics course. The course, titled “Mathematics and its Didactics,” aimed to equip future educators with the necessary competencies to teach mathematics effectively, particularly in divisibility concepts. The study involved 228 pre-service teachers, who participated in a quantitative survey assessing their perceptions before and after the intervention. The findings revealed significant improvements in self-perceived CT content knowledge, with mean scores increasing from 2.25 to 4.71, indicating enhanced confidence in mathematical concepts. Additionally, attitudes towards CT also improved significantly, reflecting greater confidence in problem-solving and algorithmic thinking.
The emotional responses of participants were assessed, showing a notable increase in positive emotions while some negative emotions, such as frustration and boredom, remained unchanged. This suggests that the instructional approach may have effectively mitigated detrimental affect while fostering a more positive learning environment. The study’s results align with previous research emphasizing the importance of developing teachers’ confidence in computational thinking for K-12 education. However, limitations such as the absence of a control group and reliance on self-reported measures were acknowledged. The authors advocate for a systematic integration of micro:bit activities into curricula, emphasizing the need for longitudinal studies to further validate these findings and enhance educational strategies in mathematics teaching.