A cellular automaton-based game to enhance high school students' logical thinking

Abstract

This study developed and implemented the cellular automaton-based learning unit as an instructional tool to enhance grade 10 students' logical thinking. The study emphasized cellular automata (CA) procedure that has the potential to provide logical thinking practices. The developed game, Blockyland is based on the CA concept. It asked the students to evaluate the provided information and all the available options before making a decision. The game has interactive feedback towards individual's performance. The participants of the study are tenth graders in a Thai secondary school. The results of a preliminary study indicate the feasibility of CA as a game-based learning tool. The participants were satisfied learning with the game and wanted to learn with a CA-based game in the digital version. A pilot study revealed the effectiveness of the learning unit in enhancing participants' logical thinking. The participants also had positive satisfaction towards the developed game. The implementation study examined the effectiveness of the learning unit. The participants' logical thinking was significantly enhanced after the implementation of the learning unit. Moreover, the participants' CA logical test scores were significantly higher after the implementation. The enhancement of the CA logical test score was found no relationship to prior logical thinking. In addition, there was no relationship between participants' GPA and their logical thinking or their CA logical test score. Hence, the learning unit provides logical thinking practice through the CA concept and is suitable for participants regardless of their prior logical thinking or GPA.

งานวิจัยฉบับนี้เป็นการพัฒนาหน่วยการเรียนรู้เกมบนพื้นฐานของเซลลูลาร์ออโตมาตา เพื่อใช้เป็นสื่อในการพัฒนาการคิดอย่างมีตรรกะของนักเรียนระดับชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4 โดยงานวิจัยนี้ได้ให้ความสนใจในกระบวนการของเซลลูลาร์ออโตมาตาที่มีความสามารถในการนำเสนอแบบฝึกการคิดอย่างมีตรรกะ ผู้วิจัยจึงนำกระบวนการของเซลลูลาร์ออโตมาตามาพัฒนาเป็นเกม โดยภายในเกมผู้เล่นจะต้องวิเคราะห์ข้อมูลที่กำหนดให้และประเมินผลของทางเลือกต่างๆ ก่อนที่จะทำการตัดสินใจ และมีส่วนโต้ตอบการกระทำของผู้เล่นโดยจะตอบกลับและเสนอแนะการเล่นของผู้เล่นเป็นรายบุคคล ก่อนกระบวนการพัฒนาเกม ผู้วิจัยได้ทำการศึกษาเบื้องต้น เพื่อพิจารณาถึงความเป็นไปได้ในการนำเซลลูลาร์ออโตมาตามาพัฒนาเป็นสื่อการเรียนรู้ โดยนำเสนอเกมเซลลูลาร์ออโตมาตาในรูปแบบกระดาษ ผลการศึกษาพบว่าสื่อการเรียนรู้สามารถถ่ายทอดแนวคิดอย่างมีตรรกะให้กับผู้เรียนได้ ผู้เรียนมีความชื่นชอบการเรียนด้วยสื่อการเรียนรู้ที่พัฒนาขึ้น และมีความต้องการที่จะเรียนรู้ด้วยสื่อลักษณะเดียวกันนี้ในรูปของสื่อทางคอมพิวเตอร์ จากผลการศึกษาดังกล่าวผู้วิจัยจึงได้พัฒนาเกมคอมพิวเตอร์บนพื้นฐานของเซลลูลาร์ออโตมาตา พร้อมหน่วยการเรียนรู้ขึ้น จากการศึกษานำร่อง พบว่าหน่วยการเรียนรู้เกมบนพื้นฐานของเซลลูลาร์ออโตมาตาสามารถพัฒนาความสามารถในการคิดอย่างมีตรรกะของผู้เรียนได้ การศึกษาขั้นสุดท้ายผู้วิจัยได้ศึกษาถึงผลของการนำหน่วยการเรียนรู้ไปใช้กับกลุ่มเป้าหมาย จากผลการศึกษาพบว่าหน่วยการเรียนรู้เกมบนพื้นฐานของเซลลูลาร์ออโตมาตาที่พัฒนา มีประสิทธิภาพในการพัฒนาการคิดอย่างมีตรรกะของนักเรียนระดับชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4 และผู้เรียนยังมีความพึงพอใจในประสบการณ์การเรียนด้วยสื่อการเรียนรู้ที่พัฒนาขึ้น และเล็งเห็นว่าประสบการณ์ที่ได้รับสามารถนำไปปรับใช้ในชีวิตประจาวันได้ นอกจากนี้ผลการวิจัยยังแสดงให้เห็นว่า หน่วยการเรียนรู้ที่พัฒนาขึ้นมีความเหมาะสมกับผู้เรียนในทุกระดับผลการเรียน โดยความสามารถในการเรียนรู้ของผู้เรียนด้วยหน่วยการเรียนรู้ที่พัฒนาขึ้นนั้น ไม่ขึ้นกับระดับการคิดอย่างมีตรรกะของผู้เรียนก่อนเข้าร่วมกิจกรรม