Enhancing programming learning in elementary school students through pair programming scripts based on productive failure theory

doi:10.1007/s10639-026-14109-7

2026-07-25

PRE

Jing Wang *

Hui Li

DOI：10.1007/s10639-026-14109-7

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摘要

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当前小学编程教育面临严峻挑战：学生频繁遭遇算法失败，但缺乏从这些困境中提取有意义见解的问题解决能力和高效协作技能。为解决这一问题，本研究从理论上整合了“生产性失败”（Productive Failure, PF）理论——一种关于从失败中学习的开创性框架——与协作脚本理论。我们开发了并完善了嵌入平台的结对编程脚本，以培养小学学生在认知困境中所需的“社会情感支持环境”。我们开展了一项小规模、探索性的基于设计的研究（Design-Based Research, DBR），涵盖三个迭代周期。参与者为14名四年级学生（7对），通过基于先前计算兴趣和基础编程经验的分层目的性抽样选定。采用趋同混合方法设计，本研究通过定量的人工制品评分、协作对话的定性滞后序列分析（Lag Sequential Analysis, LSA）以及自我报告的情绪轨迹进行三角验证。结果显示，编程人工制品质量从周期1到周期3有统计学意义的显著提升（p = .041，Cohen’s d = 0.606）。此外，LSA表明，优化的认知脚本成功将同伴互动从表面性一致转向深层双重循环论证，安全地激活了PF的四个核心机制，而未引发灾难性认知过载。同时，学生在失败态度上呈现V形恢复，最终培养出真实的失败韧性。尽管在严格的时间限制下角色转换摩擦持续存在，我们提出基于子任务边界转换规则——在自然的认知断点而非固定时间间隔触发角色转换——以在未来实施中保持学习者的认知流畅性。

Keyword:

Collaboration scripts

Productive failure

Computer-supported collaborative learning

Computer programming education

Pair programming scripts