用可视化程序设计语言设计科学实验对学习效果的影响

【摘要】：在对可视化编程语言有效性研究进行考察时可以看出，最近的研究热点聚焦于编程教学。在本研究中，Scratch在科学课教学中被用作教学工具。通过这种方式，为Scratch软件带来了新的视角。在相关研究中，用可视化编程语言（Scratch）设计科学实验对影响学生的自我效能感与计算思维（CT）技能、元认知意识水平、科学学习的动机水平进行了检验。本研究采用基于前测和后测应用的单组研究进行设计。共65名五年级的学生参与这项研究。研究资料采用自我效能感量表、元认知意识量表以及科学学习动机量表。整个研究过程共10周零3天。结果表明，基于Scratch的可视化编程语言应用设计科学实验提高了学生的计算思维自我效能感，但对学生的科学学习动机和元认知意识没有产生预期的影响。这项研究提供了证据，证明在不同课程中使用Scratch作为教学工具可以提高某些技能。通过对这一课题的研究，有助于在教学过程中对Scratch产生新的认识。

1.1虚拟环境

虚拟实验是为了教学的目的，用计算机软件准备虚拟实验装置，让学习者提问、发现、证明，或通过使用虚拟实验材料将科学知识可视化（Özdemir,2019）。在另一个定义中，虚拟实验被定义为使用计算机和网络技术在数字和虚拟环境中进行科学实验（Huang等人,2010年）。虚拟环境为学生提供了许多机会，让他们可以独立设计和操作实验，在实践和体验中学习使用各种技术摆脱许多实验设备限制，并免受各种安全风险的影响（Faulconer & Gruss，2018; Gerhátová et al.，2021年; Heradio等人，2016年; Peffer等人，2015年）。Cao和Hsu（2023）从成本、独立性、安全性和交互性四个基本方面讨论了虚拟实验的优势。当进行虚拟实验时，不再需要传统实验中所需的高成本设备的事实可以表明，虚拟实验在成本方面将是有利的。通过虚拟实验，学生们可以不受时间和地点的限制，获得无限的重复机会和随意实验的机会（Kavlak & Birhanl，2023）。在虚拟环境中进行科学实验在安全性方面具有显著优势，因为学生不会直接接触化学品，也不会与尖锐或易燃材料发生相互作用（Çelik和Karamustafaoglu，2016年）。可以说，得益于虚拟实验提供的安全性，让学生独自进行危险实验成为可能。因此，可以认为，它将有助于学生在实验过程中提高积极性和获得平等的机会。另一方面，可以说，学生在设计虚拟实验和将这些实验用于学习目的的同时，可以获得双向交互。

1.2可视化编程语言

从过去到现在可以看到，随着技术的发展，复杂和困难的技能对学生来说变得更加容易。因此他们从小就获得掌握这些技能的经验，编程也是这些技能之一。尽管编程在过去被视为一项困难的技能，但如今这些技能青少年学生也可以完成。因此，21世纪要求所有学生不仅要有足够的计算机知识，而且要在计算机应用方面达到一定的水平。相应地，为了使学生具备各国所需的未来生产潜力，达到预期水平，获得更多的计算机经验，并提高对这一领域的兴趣，他们从小就接受编程培训。如此，从小学开始并持续到12年级的学生将学习新的解决问题的方法，这些方法将受益于计算思维，拓展他们的基本计算机知识，使他们成为编程技术的用户和创造者（K12计算机科学框架指导委员会，2016）。但是对于初学者来说，无论年龄大小，学习编程都不容易（Kelleher & Pausch，2005）。初学者程序员不仅要提出解决问题的方案、理解程序的工作模式，还必须学习编程语法和命令，这对他们来说可能很困难（Kelleher & Pausch,2005）。相比之下，可视化编程语言克服了基于文本的编程语言技术和语法相关的困难，并为学生提供了体验入门编程活动和探索计算机科学的重要机会（Bers等人，2014; Brown等人，Effenberger & Pelánek，2018）。

用可视化设计科学实验的效果来说，可视化编程语言是易于使用的（Mohamad等人，2011 a），因为这些编程环境允许学生像拼拼图一样进行编程（Weintrop & Wilensky，2015）。使用可视化编程语言的编程是通过将编程指令拖放到一起来完成的（Maloney等人，2010年b; Akcaoglu，2014年; Brown等人，2016;温特洛普，2019）。在这样的环境中，学生们指示放在一起，可以收到视觉反馈，让用户知道一个特定的结构是否有效（Weintrop和Wilensky，2015）。积木的形状、颜色和功能作为自然语言标签传达，为用户如何使用积木和在哪使用积木提供了便利（Weintrop & Wilensky，2015; Brown等人，2016;温特洛普，2019）。由于可视化编程语言提供了这些便利，使没有编程经验或知识的幼儿可以进行编程，并获得编写自己的游戏或移动的应用程序的编程经验（Akcaoglu，2014; Brown等人，2016年;埃芬伯格和佩拉内克，2018年;温特洛普，2019年）。除了不需要专业的计算思维（CT）技能之外，可视化编程语言的其它优点是它允许重构现有的应用程序和快速地进行应用程序开发（Mohamad等人，2011年b）。

1.2.1Scratch

Scratch是一种编程工具，它为年轻用户提供了提高计算机编程技能的机会，与此同时，朝着完成期望编程的目标努力（Maloney et.例如，2010年b）。Scratch项目的保存和可共享性，使得人们可以讨论、编辑和共享它们，它也创建了在线社区（Ouahbi等人，2015年; Resnick等人，2009年）。Scratch提供70种不同语言的编程，可以在https：//scratch.mit.edu/.上免费访问。在此基础上，Scratch允许创建或导入各种类型的媒体，如音乐、图片和声音，以便所开发的项目可以更有趣和更有激励性（Maloney等，2010年a、2010年b）。这意味着程序员并不再局限于Scratch中的图像或声音。此外，Scratch还提供了通过通用串行总线（USB）进行更多交互的机会（Malan & Leitner，2007）。

根据Maloney等人的研究，（2010 a，2010 b），虽然Scratch最初用于校外学习环境，但其在学校的使用逐渐增加。因为Scratch的目的是为没有编程经验的人提供编程便利，并在在线环境中准备诸如动画或模拟的各种应用，以及提供共享这些应用的机会（Resnick等人，2009）。因此，它的目标是鼓励创造力、增加与计算机交互的动机，并降低焦虑的水平（Meerbaum-Salant等人，2011年）。在这个过程中，Scratch用户可以发展推理、创造力和协作技能。这些技能被认为是21世纪个人必备的技能（Resnick等人，2009年）。除了Scratch的这些影响之外，还有不同的研究在处理Scratch在学习环境中的影响。一项关于Scratch的研究结果显示，Scratch鼓励学生学习算法（Tekerek & Altan，2014）。在另一项研究中，研究了Scratch是否对学生的算法开发和计算思维技能有影响，并确定Scratch提高了这两项技能（Oluk等人，（2018年版）。另一方面，Rodríguez-Martínez等人（2020年）发现Scratch既可以用于支持学生的计算思维技能，也可以用于支持他们的数学思维。另一项关于Scratch游戏活动的研究结果显示，学生的态度和自我效能感没有受到有意义的影响，但C++编程语言学生的学业成绩有所提高（Korkmaz，2016）。在一项调查使用Scratch对小学生问题解决技能（PSS）影响的研究中发现，使用Scratch编程对小学生的PSS没有显著影响（Kaleliolu和Gülbahar，2014年）。而蒋和李（2021）也做过类似的研究。通过相关研究发现，Scratch对学生的创造力、合作能力和批判性思维能力有积极的促进作用，但对算法思维能力和PSS的促进作用并不明显。与本研究的结果相反，Erol和Çrak（2022）发现，Scratch支持的游戏设计活动增加了学生的PSS。在Lai和Yang（2011）进行的研究中，考察了Scratch对PSS和逻辑推理技能的影响。随着研究的进行，已经确定Scratch没有引起学生逻辑推理技能的显著变化，但对他们的PSS有积极影响。乔班·布达克等人（2021）的研究结果显示，Scratch提高了学生的反思性思维能力。

1.3计算思维

       随着近年来技术的发展，可以说，人们对个人期望的技能之一就是计算思维。尽管文献中对计算思维的定义有很多解释，但国际教育技术学会和计算机科学教师协会（ISTE & CSTA，2011）的定义被广泛接受。该公认定义的内容如图1所示。对于数字时代的学生来说，计算思维成为21世纪的一个重要特征（Yadav等人，2011年; Labusch等人，（2019年版）。为此，计算思维的持续发展继续被更多地接受为当今生活空间中的基本技能（Kevin Keith等人，（2019年版）。由于计算思维被视为21世纪学生应具备的技能（Angeli和Giannakos，2020）。因此，建议计算思维作为解决问题的核心部分，应通过扩大新技术的使用范围，将其传给后代（Patton等人，（2019年版）。除了计算思维技能外，学生还应了解如何使用这些技能以及何时应用这些技能（Yadav et.例如，2011年）。为此，有人认为，与计算思维相关的教学应从小学阶段开始（Sanford & Naidu，2016）。可以说，计算思维在整个学习过程中对学生有很多益处。有观点认为学生可以通过计算思维学习基础学科（Tan等人，（2019年版）。此外，有观点认为计算思维可以显著改善学生的PSS（Yadav等人，2011）、抽象思维、模式识别和逻辑推理（Yadav等人，2014年; Angeli和Giannakos，2020年）。然而，学习-教学环境中的各种因素会影响学生的计算思维技能。一项研究发现，学生的学业自我效能感对他们的计算思维技能有显著影响（Lee & Lee，2021）。Hwang和Hwang（2020）的荟萃分析研究显示的是软件教育，而Sun等人（2021）的荟萃分析研究显示，教育游戏的使用可以提高学生的计算思维技能。

1.4元认知

虽然元认知主要被定义为“认知的认知”（Flavell，1979; Kuhn & Dean，2004; Lai，2011 a; Martinez，2006），但它指的是提供认知过程控制的上层思维（Livingstone，2003）。根据Kuhn和Dean（2004），元认知被定义为对个人思想的意识和管理，而根据Martinez（2006），它被定义为对认知的控制和监督。为一项特定的学习任务做计划，通过监测进度进行评估是元认知（Livingstone，2003）。

Flavell（1979）认为元认知是由元认知经验、元认知知识、元认知行为和元认知目标共同构成的。关于认知过程所获得的知识以及将用于控制认知过程的知识被解释为元认知知识（Livingstone，2003）。元认知知识包括关于如何根据确定的目的使用现有信息、应该使用哪些策略以及应该在何时何地使用认知策略的信息（Clarebout et al.，2013年）。Flavell（1979）将元认知体验定义为伴随或与心理活动相关的认知或情感体验。Clarebout等人（2013）强调，元认知体验与一个人在认知过程中为达到学习目标取得了多少进步的有意识有关。虽然目标与认知进取心的目标有关，但行动与为此目的而采用的认知或行为有关（Flavell，1979）。

由于元认知支持学习是成功，因此，研究学生的元认知活动和发展被认为是重要的（Livingstone，2003）。不同的研究已经检验了在学习-教学过程中的各种实践对学生元认知的影响。各种研究已经检验了学生的元认知意识是如何受到论证（Ulu，2019; Kalemkušet al.，2021年）、实验（Kalemkušet al.，2021年）、探究式学习（Varl & Uluçnar Sar，2019年）和学术辅导（Howlett等人，2021年）等实践的影响的。

1.5动机

动机可以被定义为个人所有行为背后的驱动力（Rabideau，2005）。该驱动力指导个体执行或不执行行为（Gredler等人，2004年）。基于这一定义，人们认为每个行为背后都有一个原因（Zubaydullayeva，2023）。这些原因有内部原因，也有外部原因。因此，动机也分为内在的或外在的。当一个人做一些符合她或他的个人快乐和兴趣的事情时，被定义为内在动机，而一个人做一些期望遇到强化情境的事情被定义为外在动机（Lai，2011 b; Reiss，2012）。学生所具有的内在和外在原因可以被认为是实现学习的一个重要因素。因此，为了让学生在任何领域取得成功，他们必须能够充分地激励自己或受到老师的激励（Asror等人，2023年）。学生的学习动机受教师角色、课堂组织、互动和课堂气氛等因素的影响（Vatansever Bayraktar，2015）。除了这些因素，各种研究表明，学生的动机用各种方法和技术可以是积极的影响。这些方法和技术包括不同的应用，如戏剧方法（Ormancachi & Özcan，2014年）、混合学习（Ünsal，2012年）、在线机器人编程（Dalć等人，2022年）、Web 2.0工具（Marašl和Deirmenciolu，2023年）和数字故事（Ylmaz和Özden，2022年）。研究表明，动机虽然受某些变量的影响，但它对不同的变量也有影响。例如，动机会影响认知意识（Arslan，2023）、学业成功（Alkan和Bayri，2017）、态度（Kahyaoglu和Pesen，2013）、阅读理解（Yldz和Akyol，2011）和焦虑（Müezzin和Özata，2019）等情境。

COVID 19疫情影响了全球91.3%的学生（UNESCO，2020），显著改变了教育机构的运作（Cucinotta & Vanelli，2020），并导致面对面学习环境向在线环境转变（Evans等人，2020年; Woolliscroft，2020年）。因此，可以说，能够在虚拟环境中实践在传统环境中进行的科学实验，已经成为学生和教师的需要。当查阅文献时，可以说，关于虚拟科学实验室的研究（Achuthan等人，2021年; Diwakar等人，2016年、2023年; Elmoazen等人，2023年; Hurtado-Bermúdez和Romero-Abrio，2023年;穆斯维等人，2019; Serrano-Perez等人，2023年; Sun等人，2023）大多使用增强现实、虚拟现实、在线同步视频应用和仿真技术来进行。计算思维技能确保了21世纪的学生不仅是有效使用技术的个人，而且在技术生产中发挥积极作用方面占据了重要地位（Yadav等人，2017年）。然而，计算思维技能不能自然发展，需要为此进行培训（Sanford & Naidu，2016）。元认知技能是研究中讨论的另一个变量，它帮助学生对自己的学习负责，并增加学习的意义（Blakey & Spence，1990）。元认知在21世纪被认为是非常重要的，因为它有可能赋予学生学习的责任（Blakey & Spence，1990; Mahdavi，2014）。此外，动机是影响和影响教学过程的另一个变量，是提高教学质量的决定性因素。因此，我们认为有必要确定哪些教学实践对这些技能的发展是有效的，并提高教师对这些教学实践的认识。Scratch是一种可视化编程语言，可在不同的课程中用作教学工具（Costa et al., 2016; Iskandar et al., 2023; Julia et al., 2020; Lu, 2021; Molina-Ayuso et al.,2022; Papadakis et al., 2016; Rodríguez-Martínez et al.,2020;Sarasa-Cabezuelo, 2019;Sjöberg et al., 2018; Tekerek & Altan, 2014）。

然而，在使用可视化编程语言进行虚拟实验时，对计算思维技能的自我效能感、元认知意识和学习科学的动机的影响的研究还很有限。因此，本研究旨在揭示Scratch作为一种教学工具对学生的信息技术技能自我效能感、元认知意识和科学学习动机的影响。除了这个目标，我们正在努力给教师和学生一个新的视角，使他们能够在虚拟环境中进行科学实验。因此，本研究探讨了用Scratch设计的科学实验对学生的计算思维技能自我效能感、科学学习动机水平和元认知意识水平的影响。本研究的子问题如下：

1.用Scratch程序设计科学实验对学生的计算思维自我效能感有影响吗？

2.用Scratch程序设计科学实验对学生的元认知意识水平有影响吗？

3.学生的动机水平如何受到Scratch程序设计科学实验过程的影响？

本研究探究了用Scratch语言设计的科学实验对学生的计算思维技能自我效能感、科学学习动机水平和元认知意识水平的影响。在实验研究设计中，使用了单组前后检验，并通过对单组的测试检验了实验程序的影响（Büyüköztürk等人，2015年）。

2.1采样

这项研究的样本由土耳其东北部一所学校的五年级的学生组成。为了确定研究的样本，使用了标准抽样，要求研究的样本组由具有一定资质的参与者组成（Büyüköztürk等人，2015年）。另一方面，在研究中形成样本组所需的条件是，学生学习信息技术课程，并具有参与研究应用所需的必要背景（互联网、平板电脑、计算机和基本Scratch知识）。数据收集和运用过程考虑到学生的自主参与性。表1中给出了参与者的学生信息。研究对象为65名五年级学生，其中女生45人（69.2%），男生20人（30.8%）。

2.2数据收集工具

2.2.1 计算思维技能自我效能感量表

采用Gülbahar等（2019）开发的计算思维技能自我效能感量表（SEP_CTS）进行前测和后测，以确定学生对计算思维技能的自我效能感。该量表采用李克特量表的三个层次，包括自信心能力、算法设计能力、基本编程能力、数据处理能力和问题解决能力。本研究中Cronbach alpha计算为0.898。

2.2.2元认知量表

该量表由Sperling等人（2002年）开发，由Karakelle和Saraeli（2007年）改编成土耳其语，以确定在土耳其学习的三年级和九年级学生的元认知意识。该量表的表格A由两种不同的表格组成，适用于三、四、五年级学生;表格B适用于六、七、八、九年级学生。在我们进行的研究中，考虑到学生的年级水平，使用了A表。该量表由12个项目组成，为3级李克特量表。此外，比例尺由单一维度组成。虽然Karakelle和Saraeland（2007）发现A型的Cronbach α值为0.64，但在本研究中确定为0.638。

2.2.3科学学习动机量表

科学学习动机量表（MSSL），由Tuan、Chin和Shieh（2005年）开发，并由Yılmaz和Huyugüzel Zavavava（2007年）重新整理成土耳其语，被用作前测和后测的数据收集工具，以确定学生学习科学的动机水平。该5级李克特量表（包括6个子维度）的Cronbach α值计算为0.858。这些子维度分别是科学学习价值观、自我效能感、成就目标、主动学习策略、成绩目标和学习环境激励。

实施过程为了通过可视化编程语言（Scratch）应用软件设计科学实验。首先，由第一位从事科学教学的研究人员准备了相关科学实验的计划。这些准备好的实验包括在水中漂浮或下沉、被磁铁吸引或不被磁铁吸引，以及电路。在按照准备好的计划向学生展示这些实验之前，两位研究人员在Scratch程序中对它们进行了测试。在测试过程中，研究人员之间进行了思想交流，并针对破坏性情况采取了措施。

在Scratch项目的研究人员对所有的实验方案进行了测试之后，学生们开始了申请阶段。在应用步骤中，首先，将用于收集数据的工具应用于学生，作为预测试。然后，与学生一起开始了在Scratch中设计科学实验的研究。Scratch中的这些研究是由两位研究人员进行的。研究过程中的示例截屏见图1、图2、图3和图4。

在Scratch项目中预先计划好的科学实验被研究人员实施后，学生们又被要求在Scratch项目中设计同样的实验。他们在Scratch中单独进行了这些实验。在这个过程中，学生们被允许相互交流并可以与外加的研究实践者交流。然而，在用Scratch完成科学实验后，学生们并没有互相交流。因此，尽管学生在使用应用软件期间相互交流，但可以说是有限的交流，因为他们在应用软件结束时没有交流。此外，学生们在试图用Scratch设计科学实验时，他们应该可以找到所遇问题的解决方案。学生们与他们的研究人员分享了他们在Scratch中实施的实验的截图。因此，它的目的是让学生更积极自主地参与Scratch进行的实践。

在Scratch程序中准备的所有实验计划实施后，开始了后测试数据收集任务。整个研究过程共10周零3天。

2.3分析数据

应用SPSS22.0软件包对试验前后的数据进行统计分析。通过Kolmogorov Smirnov检验检查SEP_CTS、元认知意识量表（MAS）和MSSL的正态性条件，其统计值见表2。

根据表2，从SEP_CTS、MAS和MSSL获得的总评分未呈现正态分布（p < 0.05）。从这个角度来看，非参数检验被认为适用于数据分析。使用Wilcoxon符号秩检验来检查学生关于SEP_CTS、MAS和MSSL的平均得分（前测-后测）的变化。

使用Wilcoxon符号秩检验分析学生的SEP_CTS和SEP_CTS分数的子维度，以确定使用可视化编程语言（Scratch）应用软件设计科学实验是否对提高学生关于计算思维技能的自我效能感有影响。表3显示了所进行分析的结果。

根据表3，评估学生从SEP_CTS（前测-后测）获得的分数之间存在显著差异，并确定后测分数有利（z =-4.137; p < 0.05）。从这个角度来看，它已经揭示出，使用可视化编程语言（Scratch）应用软件设计科学实验对学生的计算思维技能的感知有积极影响。此外，用可视化编程语言（Scratch）应用软件设计科学实验会导致设计算法、解决问题能力和基本编程能力的子维度的改善（z =-5.775，p = 0.000; z =-2.285，p = 0.022; z =-3.005，p = 0.003）。然而，当检查数据处理能力和自信心能力子维度的结果时，没有统计学显著变化（z =-1.754，p = 0.079; z =-1.704，p = 0.088）。

通过分析Wilcoxon符号秩检验来确定使用可视化编程语言（Scratch）应用软件开发科学实验是否对提高学生的MAS分数有影响，结果如表4所示。

从表4中可以看出，在申请结束时，来自MAS的学生的平均分数（前测-后测）没有显著变化（z =-1.036; p > 0.05）。基于此，可以说可视化编程语言（Scratch）应用软件和科学实验的设计对学生的元认知意识没有显著的影响。

为了研究使用可视化编程语言（Scratch）应用软件设计科学实验对学生科学学习动机的影响，使用Wilcoxon符号秩检验检查了MSSL和MSSL子维度平均得分（前测-后测），结果见表5。

可以看出，学生在申请前后从MSSL获得的分数没有显示出显著差异（表5）（z =-1.160; p > 0.05）。基于此，可以说通过可视化编程语言（Scratch）应用软件设计科学实验对学生学习科学的动机没有统计学上的显著影响。

此外，使用可视化编程语言（Scratch）应用软件设计科学实验显著提高了学生的主动学习策略，学习科学的价值和MSSL的成就目的子维度的后测分数（z =-2.279，p = 0.023; z =-2.481，p = 0.013; z =-2.343，p = 0.019）。然而，当研究与学习环境子维度中的自我效能、绩效目标和鼓励相关的结果时，发现差异不显著（分别为z =-1.603，p = 0.109; z =-1.872，p = 0.061; z =-1.923，p = 0.054）。

在这项研究中，五年级的学生用可视化的编程语言Scratch设计科学实验，对他们的计算思维自我效能感的看法，元认知意识和学习科学的动机的影响进行了研究。研究结果显示，虽然在“数据处理能力”和“自信能力”维度上没有显著差异，但在“算法设计能力”、“问题解决能力”和“基本编程能力”等子维度上却有显著提高。毋庸置疑的是，思考提高了自我效能感的感知。这一结果与检查Scratch教学对计算思维技能的影响的其他研究结果一致（Kert等人, 2020; Rodríguez-Martínez 等人, 2020; Gökçe & Aydoğan Yenmez, 2023）。然而，相关研究并不是关于Scratch的教学，而是关于使用Scratch作为教学工具。将本研究的结果与其他研究结果综合考虑，可以认为将Scratch用于教学目的，与教授Scratch一样，对培养学生的计算思维能力是有效的。我们进行的研究参与者包括已经可以在基本水平上使用Scratch编程的学生。因此，通过基于Scratch的教学活动，有可能进一步发展Scratch教学支持的“计算思维能力”。Piedade和Dorotea（2023）进行的研究表明，将基于Soccer的活动融入不同学科有助于学生的“计算思维”技能。可以认为，通过在教育环境中使用Scratch，可以使学生的编程能力得到发展。因为他们设计程序来制作出他们的目标成品，找到可能的解决方案来解决他们遇到的问题，测试它们并在必要时产生新的解决方案，并在编程语言中建立代码之间的因果关系。此外，尽管Scratch是一种学习编程的工具，但它也可以用于创建内容、制作项目，并通过可视化实验创建模拟（Iskrenovic-Momcilovic，2020）。考虑到Scratch提供的这些机会，它强调了其在教育环境中使用的重要性。此外，考虑到以学生为中心的应用程序会影响计算思维能力（Jumimentepe，2019; Jun等人，2017; Angeli & Valanides，2020; Kaya等人，2020年; Yanıkelleci，2020年），Scratch融入教育环境，对学生来说是有益的。可以说，这一结果对于机会来说也是有着积极影响的。基于此，除了教授Scratch之外，还可以通过在教学过程中使用基于Scratch的应用程序来鼓励老师使用Scratch作为教学工具。

在本研究中，与预期相反，使用可视化编程语言（Scratch）设计科学实验并没有提高学生的元认知意识水平。然而，Daher等人（2020）发现，教师考生在Scratch编程中解决数学问题的研究中，其元认知过程得到了改善。在师生互动和师生互动并存的环境中，学生不仅有机会思考自己的认知状态，也有机会思考朋友的认知状态（Frith，2012; Martinez，2006）。因此，基于互动和协作的小组工作对于元认知能力发展的重要性凸显出来（Biasutti & Frate，2018）。在线环境可以被视为元认知能力发展的一个重要因素，因为它们使学生能够管理自己，承担学习责任（Garrison，2003），并创造一个合作和互动的环境。Scratch作为在线环境之一，可用于开发元认知能力，从学龄前阶段开始为学生提供合作和互动的机会（Ntalakoura和Ravanis，2014年），并允许在线环境中的小组工作。在我们进行的研究中，可以说学生之间的合作和互动是极其有限的，因为Scratch应用软件是通过远程教育在线进行的，学生们单独工作。因此，研究结果表明，学生的元认知意识不能在这些环境中发展。考虑到Martinez（2006）提出的应增加学生之间的互动以发展他们的元认知能力，本研究中学生的元认知意识水平缺乏发展可以归因于合作与互动的极度有限。此外，在Scratch应用中不使用元认知策略被认为会有效地达到相关的结果。因此，在教学过程中使用Scratch应用软件时，不应认为元认知会在没有任何干预的情况下得到发展，而应在这些应用软件之前制定发展元认知的计划。为了制定这些计划，教师必须提高对元认知概念的认识。然而，学生在编程实践中提出不同的方法来解决问题并在寻找程序错误的同时监控他们自己的想法被认为是元认知的一个指标（Gomez等人，（2019年版）。因此，教师除了在编程实施过程中提高学生的元认知能力外，还可以探究学生的知识建构过程、认知技能和元认知能力，并由此获取重要信息，为学生提供适当的指导（Jing et al.，2020年）。为解学生的元认知水平，教师必须对学生的学习过程进行跟踪和支持。

最后，通过相关研究发现，在Scratch中设计科学实验并没有对学生的科学学习动机产生显著的影响。与该结果一致，可以看出，预期（Sáez‐López等人，2023年）关于Scratch应用对学生动机的积极影响没有得到满足。但是，在这一点上，可能有必要区分学习编程的动机和学习任何课程的动机。因为尽管Scratch是第一种情况下的目标，但它在第二种情况下是一种教学工具。在Scratch是目标的情况下，已经确定学生学习编程的动机会积极发展（Saygner & Tüzün，2023）。然而，本研究确定当Scratch作为一种教学工具时，这一期望并没有得到满足。使用Scratch教授科学科目对学生来说是一种新的应用，这一事实可以被视为这种情况的原因。此外，人们认为学生通过Scratch编程的自我效能感水平也可能影响他们学习科学的动机。在学习科学的动机水平方面，使用Scratch编程的高自我效能感学生与使用Scratch编程的低自我效能感学生之间可能存在差异。为了清楚地确定这一观点的有效性，需要通过开展不同的研究来检验。换句话说，学生通过Scratch编程的自我效能感水平和他们学习任何课程的动机水平之间的关系可以被检查出来。作为该结果的另一个原因，可以看出，学生的认知参与没有随着这些应用而显著改变（Qin等人，2023年）。

笔者建议不仅在教学环境中进行Scratch教学，还可以在Scratch中进行不同学科的教学。因此，Scratch可以作为一种教学工具。通过这种方式，学生可以模拟直观地获取信息。已有研究表明，继续使用传统方法接受教育的学生和继续使用Scratch软件接受教育的学生，两组学生在学习基本几何形状方面存在差异（Iskrenovic-Momcilovic，2020）。因此，本研究的结果支持本文提出的观点。然而，可以说，验证Scratch的使用是否有助于不同学科学生的成功是非常必要的。

Scratch既可以作为学生反思所学内容和使用信息的工具，也可以作为教师通过模拟可视化信息的工具。学生也可以通过Scratch将他们获得的知识转化为可视化形式，从而可以获得有关学生所构建的信息的想法。换句话说，可以认为Scratch可以作为评估学生的替代技术。笔者建议就Scratch作为评价学生的工具在教学过程中的使用进行多方面的研究。