پژوهش حاضر با هدف شناسایی، تحلیل و بهبود چالش‌های یادگیری دانش‌آموزان پایه چهارم ابتدایی در درک و کاربست مفهوم «ماشین ورودی و خروجی» در درس ریاضی تدوین شده است. این مفهوم پیش‌نیاز بنیادین تفکر جبری، الگویابی و توابع ریاضی در پایه‌های بالاتر محسوب می‌شود. در ابتدای سال تحصیلی، مشاهدات کلاسی و ارزیابی‌های تشخیصی نشان داد که بخش عمده‌ای از دانش‌آموزان در تحلیل روابط چندمرحله‌ای، تشخیص دستور کار ماشین، انجام عملیات معکوس و برقراری ارتباط بین نمادهای مجرد و واقعیت‌های عینی با ابهام و مقاومت شناختی جدی روبه‌رو هستند.