曹 菡，裴 艷，王長纓

1 陜西師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院， 西安 710062；2 福建農(nóng)林大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院， 福州 350002

基于翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的大學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)研究

曹 菡1，裴 艷1，王長纓2

1陜西師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院， 西安 710062；2福建農(nóng)林大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院， 福州 350002

計(jì)算思維能力的培養(yǎng)已成為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)，并引起了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育界的廣泛關(guān)注和討論。文章對非計(jì)算機(jī)專業(yè)大學(xué)生計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中計(jì)算思維的培養(yǎng)進(jìn)行了探索，并提出在多元智能理論指導(dǎo)下，構(gòu)建“學(xué)習(xí)知識在課外，內(nèi)化知識在課堂”的教學(xué)模式，采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式營造多元智能和計(jì)算思維發(fā)展的課堂環(huán)境，以便在實(shí)踐中培養(yǎng)和訓(xùn)練計(jì)算思維。

計(jì)算思維；翻轉(zhuǎn)課堂；多元智能

移動通訊、普適計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)這些新概念和新技術(shù)的出現(xiàn)，在社會經(jīng)濟(jì)、人文科學(xué)和自然科學(xué)的許多領(lǐng)域引發(fā)了一系列深刻的變化，極大地改變了人們對計(jì)算和計(jì)算機(jī)的認(rèn)識。龐大的數(shù)據(jù)資源使得各個(gè)領(lǐng)域進(jìn)入了量化進(jìn)程，隨著這一進(jìn)程的深入，無處不在、無事不用的計(jì)算思維成為人們認(rèn)識和解決問題的基本能力之一。隨著各種事務(wù)都被數(shù)字化而成為計(jì)算機(jī)處理的對象時(shí)，人們已經(jīng)越來越多地把計(jì)算機(jī)作為分析和解決問題的工具。因此，對大學(xué)生來說最重要的不是掌握解決問題的具體技巧，而是學(xué)會如何把問題轉(zhuǎn)化成能夠用計(jì)算解決的形式，即計(jì)算思維的能力。在信息化社會，計(jì)算思維必然與實(shí)證思維和邏輯思維一樣，成為一個(gè)現(xiàn)代公民必須掌握的基本思維模式。不僅是計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生應(yīng)該具備這種思維能力，所有專業(yè)的大學(xué)生都應(yīng)具備這種能力[1]。因此，大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程不應(yīng)局限于教會學(xué)生使用計(jì)算機(jī)，而應(yīng)把培養(yǎng)計(jì)算思維作為核心任務(wù)。

加德納的多元智力理論認(rèn)為，人的智力是多元的，多種智力在個(gè)體身上以不同的方式和不同程度進(jìn)行組合，從而使個(gè)體的智力各具特色[2]。計(jì)算思維能力是當(dāng)代大學(xué)生必備的多元智能之一。翻轉(zhuǎn)課堂所倡導(dǎo)的“學(xué)習(xí)知識在課外，內(nèi)化知識在課堂”的新型教學(xué)模式有助于學(xué)生多元智能的培養(yǎng)。因此，可以以多元智能理論為指導(dǎo)，以翻轉(zhuǎn)課堂營造培養(yǎng)大學(xué)生計(jì)算思維能力的良好環(huán)境。

1 計(jì)算思維培養(yǎng)與多元智能開發(fā)

加德納的多元智力理論認(rèn)為，人的智力是多元的，即它不是一種能力，而是一組能力，各組能力不是以整合的方式存在，而是以組合的方式存在的[2]。多種智力在個(gè)體身上以不同的方式和不同程度進(jìn)行組合，從而使個(gè)體的智力各具特色。隨著計(jì)算機(jī)日益廣泛而深入地運(yùn)用，計(jì)算這個(gè)原本專門的數(shù)學(xué)概念已經(jīng)泛化到了人類的整個(gè)知識領(lǐng)域，并上升為一種極為普適的科學(xué)概念和哲學(xué)概念，成為人們認(rèn)識事物、研究問題的一種新視角、新觀念和新方法。計(jì)算不但已經(jīng)成為人們認(rèn)識自然、生命、思維和社會的一種普遍方法，而且正在試圖成為一種全新的世界觀。除閱讀、寫作和算術(shù)之外，計(jì)算思維也應(yīng)成為每個(gè)人的基本技能；除邏輯思維、實(shí)證思維、形象思維、抽象思維之外，大學(xué)生計(jì)算思維能力也成為多元智能之一。大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育應(yīng)注重大學(xué)生的多種智能和思維能力的開發(fā)，促進(jìn)計(jì)算思維與其他思維能力和智力要素的組合，使計(jì)算機(jī)課程和計(jì)算思維能力與各專業(yè)結(jié)合起來，有效地發(fā)揮計(jì)算思維的作用[3]。

2 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式下的計(jì)算思維能力培養(yǎng)

翻轉(zhuǎn)課堂是一種新型教學(xué)模式，它起源于美國科羅拉多州落基山的“林地公園”高中。2007年春，該校化學(xué)教師喬納森·伯爾曼(Jonathan Bergmann)和亞倫·薩姆斯(Aaron Sams)開始使用錄屏軟件錄制他們講課的課件和聲音，并將視頻上傳到網(wǎng)絡(luò)來幫助缺席的學(xué)生補(bǔ)課。后來，這兩位教師讓學(xué)生在家看教學(xué)視頻，在課堂上完成作業(yè)，并幫助學(xué)習(xí)中遇到困難的學(xué)生。這種教學(xué)模式受到了學(xué)生的廣泛歡迎。因此，喬納森和亞倫認(rèn)為，如果把課堂傳授知識和課外內(nèi)化知識的結(jié)構(gòu)翻轉(zhuǎn)過來，形成“學(xué)習(xí)知識在課外，內(nèi)化知識在課堂”的新型教學(xué)模式，學(xué)生學(xué)習(xí)的有效性將有所提高[4]。

美國富蘭克林學(xué)院數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)的Rob- elt Talbert經(jīng)過多年的教學(xué)積累，總結(jié)出翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)施結(jié)構(gòu)模型[5](如圖1所示),該模型簡要描述了翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)施過程中的主要環(huán)節(jié)。該研究根據(jù)翻轉(zhuǎn)課堂的內(nèi)涵和自身的教學(xué)條件，在Robelt Talbert教授的翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)施結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了符合自身教學(xué)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模型(如圖2所示)。針對翻轉(zhuǎn)課堂的三個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)以多元智能為指導(dǎo)，圍繞大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)和計(jì)算思維的各個(gè)知識點(diǎn)開展學(xué)習(xí)活動，促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)和各項(xiàng)智能的發(fā)展。教學(xué)設(shè)計(jì)上可以采用生成問題、探究問題、解決問題的方式，從解決問題的角度出發(fā)，強(qiáng)調(diào)解決問題的方法、思路。在教學(xué)方法上，突出實(shí)踐能力和思維能力的培養(yǎng)，學(xué)科融合，引入跨學(xué)科元素。

圖1 Robelt Talbert的翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)施結(jié)構(gòu)模型

圖2 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模型

2.1 課前

教師在課前針對某個(gè)知識點(diǎn)或案例準(zhǔn)備學(xué)習(xí)資源，可以提供一些微視頻、文本內(nèi)容、參考書籍、相關(guān)的專題學(xué)習(xí)網(wǎng)站等類型的素材。把這些資源呈現(xiàn)在該校的Blackboard教學(xué)平臺中，學(xué)生可以在該平臺上進(jìn)行課前學(xué)習(xí)。其中，微視頻的制作是資源準(zhǔn)備中的核心內(nèi)容。根據(jù)每節(jié)課的課堂目標(biāo)，可以為學(xué)習(xí)者準(zhǔn)備一個(gè)微視頻，該微視頻只介紹一個(gè)知識點(diǎn)或者呈現(xiàn)一個(gè)案例。視頻要短小精悍并以教學(xué)關(guān)鍵內(nèi)容呈現(xiàn)為主體。目前，網(wǎng)易公開課、可汗學(xué)院課程、中國國家精品課程、大學(xué)公開課等優(yōu)質(zhì)課程資源正如雨后春筍般涌現(xiàn)。教師也可以在這些優(yōu)質(zhì)開放的教育資源中，把與自己教學(xué)內(nèi)容相符的視頻資源作為課前供學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)容，這樣既提高了資源的利用率，節(jié)省了人力和物力，也使學(xué)生能接觸到國內(nèi)外優(yōu)秀教師的最新教學(xué)內(nèi)容。然而，網(wǎng)絡(luò)上的這些資源可能會與課程目標(biāo)或課程內(nèi)容不完全相符，教師要根據(jù)自己的教學(xué)目標(biāo)和學(xué)生的學(xué)情慎重選擇[4]。

學(xué)習(xí)資源準(zhǔn)備好之后，教師要根據(jù)計(jì)算思維的培養(yǎng)目標(biāo)圍繞資源內(nèi)容布置課前任務(wù)，可以借鑒多元智能的思想，設(shè)置基于多種智能的問題，促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維和各項(xiàng)智能的發(fā)展，學(xué)生也可以選擇通過自己的強(qiáng)項(xiàng)智能來加快學(xué)習(xí)的速度，獲得學(xué)習(xí)的成就感。

布置課前任務(wù)要注意的幾個(gè)原則是：

2.1.1 課前任務(wù)要注重開放性 課前任務(wù)應(yīng)該是開放性的問題，可以多學(xué)科融合，引入跨學(xué)科元素。北京大學(xué)李曉明教授認(rèn)為，在教學(xué)中有機(jī)地引入跨學(xué)科元素是培養(yǎng)計(jì)算思維能力的一種措施。根據(jù)學(xué)生的專業(yè)，將計(jì)算思維與專業(yè)應(yīng)用進(jìn)行融合，有利于讓學(xué)生感受到利用計(jì)算思維求解問題過程中的魅力[6]。教師要精心設(shè)計(jì)一些隱含計(jì)算思維思想的綜合性、開放性課前任務(wù)，通過實(shí)踐活動增強(qiáng)學(xué)生對計(jì)算思維的理解，達(dá)到訓(xùn)練計(jì)算思維的目的。可以選擇設(shè)置一些大學(xué)生感興趣的若干熱點(diǎn)社會話題作為課前任務(wù)。如：大學(xué)生人際關(guān)系定量分析，大學(xué)生網(wǎng)絡(luò)購買行為分析，社會網(wǎng)絡(luò)與大學(xué)生身心健康，大學(xué)生咨詢、信任與友誼關(guān)系定量分析，等。比如可以讓學(xué)生收集咨詢、信任與友誼3個(gè)方面的關(guān)系數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)輸入Excel表中，再用Ucinet6軟件中的QAP方法進(jìn)行相關(guān)性檢驗(yàn)，用階層回歸分析及MRQAP方法進(jìn)行回歸檢驗(yàn)，最后得出結(jié)論。學(xué)生通過數(shù)據(jù)分析，探討大學(xué)生友誼形成過程中咨詢與信任的作用，在完成任務(wù)的過程中體會、掌握如何運(yùn)用計(jì)算科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解，同時(shí)培養(yǎng)和訓(xùn)練了學(xué)生的計(jì)算思維。

2.1.2 課前任務(wù)要注重實(shí)用性 學(xué)生經(jīng)常會問一個(gè)問題：“我學(xué)這些有什么用呢？”這就要求我們的教學(xué)應(yīng)該具有實(shí)用性，讓學(xué)生體會到知識的實(shí)用價(jià)值才能真正激發(fā)其學(xué)習(xí)的內(nèi)部動機(jī)，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的目的。這里的實(shí)用性不僅指知識對生活的價(jià)值，也包括這些任務(wù)可以有效地促進(jìn)學(xué)生多元智能的開發(fā)。例如：學(xué)習(xí)Word文字處理軟件和Excel電子表格處理軟件時(shí)，如果單純地將其作為工具介紹，教學(xué)中過分注重操作細(xì)節(jié)，讓學(xué)生單純地練習(xí)基本操作就顯得很枯燥，也難以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析和綜合應(yīng)用能力的目標(biāo)。教師可以布置一些綜合性、實(shí)用性任務(wù)，讓學(xué)生結(jié)合自己專業(yè)和興趣愛好搜集一些他們關(guān)注的新聞、專題、詩歌和圖片，等，用Word制作微型電子書或電子板報(bào)；用Excel統(tǒng)計(jì)分析食物的營養(yǎng)成分和熱量，分析諾貝爾獎(jiǎng)、圖靈獎(jiǎng)得主的國籍、獲獎(jiǎng)年齡等數(shù)據(jù)，并在課堂上展示。教師向?qū)W生先提出問題，然后引導(dǎo)學(xué)生描述問題，把抽象的問題具體化，創(chuàng)設(shè)情景；然后，分析需要什么樣的數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)如何輸入、如何存儲，再選擇什么樣的工具進(jìn)行提煉，得出結(jié)果后驗(yàn)證結(jié)果，分析方法的優(yōu)缺點(diǎn)。通過一個(gè)完整數(shù)據(jù)處理生命周期的過程，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力。同時(shí)制作微型電子書、電子板報(bào)和電子表格的過程涉及到多種智能活動，學(xué)生搜集整理文檔資料時(shí)促進(jìn)了語言智能和數(shù)理邏輯智能的開發(fā)，文字排版時(shí)需要用到空間智能，Excel統(tǒng)計(jì)匯總開發(fā)學(xué)生的計(jì)算思維，Excel圖表制作開發(fā)學(xué)生的表現(xiàn)、表達(dá)能力，等。

許多學(xué)生在中小學(xué)接觸過Word文字處理軟件和Excel電子表格處理軟件，但缺乏計(jì)算思維引導(dǎo)。教師可以引入計(jì)算思維的核心—抽象和自動化，對現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容按照抽象和自動化主線進(jìn)行梳理。如可以介紹文字處理技術(shù)的自動化發(fā)展歷程；以數(shù)據(jù)抽象和建模為主線講解Excel電子表格處理軟件，其中“收集數(shù)據(jù)、輸入數(shù)據(jù)、提煉數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)和可視化數(shù)據(jù)”的數(shù)據(jù)處理過程充分體現(xiàn)了計(jì)算思維“從具體到抽象化”的思想。

2.1.3 課前任務(wù)要注重趣味性 完成課前任務(wù)需要學(xué)生花費(fèi)一定的精力，而且大多是課下完成的，這樣無形中增加了學(xué)生的負(fù)擔(dān)，有些學(xué)生可能不愿意去做，這就要求課前任務(wù)要增加趣味性。教師通過設(shè)計(jì)形象、生動的問題，激發(fā)學(xué)生的興趣和好奇心，鼓勵(lì)學(xué)生主動利用開放式網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺和互聯(lián)網(wǎng)資源獲得知識，還可以適當(dāng)?shù)匾胗螒蚧虒W(xué)的思想，通過游戲增加學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和動機(jī)。

2.2 課中

在課堂上，學(xué)生對完成課前任務(wù)時(shí)產(chǎn)生的問題或教師根據(jù)課程內(nèi)容和學(xué)生的生成性問題總結(jié)出的一些有探究價(jià)值的新問題進(jìn)行合作探究。教師進(jìn)行個(gè)性化指導(dǎo)，在課堂交流學(xué)習(xí)的整個(gè)過程中，教師都要適時(shí)地反饋和評價(jià)，引導(dǎo)和幫助學(xué)生逐步解決問題。

2.2.1 圍繞問題討論交流、合作探究 在學(xué)生合作交流之前要對其進(jìn)行分組，分組前可以用多元智能測評系統(tǒng)來獲得每個(gè)學(xué)生的多元智能情況。根據(jù)測評效果將強(qiáng)項(xiàng)智能不同的學(xué)生分到一組，以此促進(jìn)學(xué)生各種智能的發(fā)展，也可以將強(qiáng)項(xiàng)智能相同的學(xué)生分到一組，促進(jìn)強(qiáng)項(xiàng)智能的發(fā)展。同質(zhì)或異質(zhì)分組可以每隔一段時(shí)間交換一下。

學(xué)生討論交流的主題主要是在完成課前任務(wù)時(shí)出現(xiàn)的問題，這些問題的最大特點(diǎn)是具有生成性而非預(yù)設(shè)。或者是教師根據(jù)課程內(nèi)容和學(xué)生的生成性問題，總結(jié)出一些有探究價(jià)值的新問題，也就是說課前和課中是有關(guān)聯(lián)的。

2.2.2 個(gè)性化指導(dǎo) 每個(gè)小組在合作探究的過程中都會遇到不同的問題，教師對學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化指導(dǎo)，為每個(gè)小組解答疑惑，從而實(shí)現(xiàn)因材施教[7]。

2.2.3 討論交流的成果展示 討論交流之后的展示形式可以是師生問答的形式，也可以組織一些辯論賽、排演小品，等。例如：可以組織辦公自動化、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對日常生活影響的辯論賽，辯論賽可以有效地促進(jìn)學(xué)生的語言智能、數(shù)理邏輯智能、人際交往智能等的開發(fā)。此外，針對多媒體動畫方面知識的學(xué)習(xí)，還可在課堂上引入游戲環(huán)節(jié)，比如排演小品劇，等[8]。

此外，討論交流和合作探究不僅可以面對面方式進(jìn)行，也可以基于網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行。例如：利用BBS、教學(xué)平臺、大規(guī)模開放網(wǎng)絡(luò)課程、博客等進(jìn)行交流，教師加入討論可以拉近教師和學(xué)生的距離。

2.2.4 反饋評價(jià) 如何有效地評價(jià)教學(xué)效果，如何從教學(xué)過程中獲得有效的反饋？這一直是一個(gè)難點(diǎn)問題。反饋評價(jià)是一種檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)成效的途徑，更是一種有效的指導(dǎo)方式，幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，增強(qiáng)理解問題的能力。反饋評價(jià)應(yīng)貫穿于課堂中的各個(gè)環(huán)節(jié)。在翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式中，評價(jià)可以來自教師也可以來自其他學(xué)生，還可以是學(xué)生的自我評價(jià)。翻轉(zhuǎn)課堂不但要注重對學(xué)習(xí)結(jié)果的評價(jià)，還可通過建立學(xué)生的學(xué)習(xí)檔案進(jìn)行學(xué)習(xí)過程的評價(jià)。建立一個(gè)多維度的、情境化的、基于過程的、定性與定量相結(jié)合的評價(jià)指標(biāo)體系，全面評價(jià)學(xué)生的計(jì)算思維和多元智能能力，真正做到定量評價(jià)和定性評價(jià)、形成性評價(jià)和總結(jié)性評價(jià)、對個(gè)人的評價(jià)和對小組的評價(jià)、自我評價(jià)和他人評價(jià)之間的良好結(jié)合。評價(jià)的

內(nèi)容涉及獨(dú)立學(xué)習(xí)過程中的表現(xiàn)、在小組學(xué)習(xí)中的表現(xiàn)、結(jié)果表達(dá)和成果展示等方面[4]。評價(jià)時(shí)一方面要看到學(xué)生在已有基礎(chǔ)上的進(jìn)步；另一方面，要尊重學(xué)生的個(gè)性和創(chuàng)造性，對同一任務(wù)的不同設(shè)計(jì)思路和不同設(shè)計(jì)風(fēng)格、對同一問題的不同技術(shù)解決方案，等，都應(yīng)該予以恰當(dāng)?shù)恼J(rèn)可與鼓勵(lì)。適當(dāng)而準(zhǔn)確的評價(jià)可以有效地促使強(qiáng)項(xiàng)智能更強(qiáng)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)弱項(xiàng)智能，增強(qiáng)自我評價(jià)的能力。

2.3 課后

在一堂課結(jié)束后，教師要根據(jù)學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)成果布置一些拓展性的合作探究任務(wù)，也就是說課堂學(xué)習(xí)對課后的拓展任務(wù)有指導(dǎo)作用，學(xué)生可以根據(jù)自己的能力和興趣選擇性地完成。

該文闡明了以翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式營造開發(fā)大學(xué)生多元智能、培養(yǎng)訓(xùn)練計(jì)算思維的良好課堂環(huán)境，發(fā)掘?qū)W生自身的潛能，同時(shí)以多元智能理論為翻轉(zhuǎn)課堂的開展提供思想指導(dǎo)，“為多元智能而教”，學(xué)生可以更自由、充分的發(fā)揮，從而促進(jìn)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式下學(xué)生多種智能的發(fā)展和計(jì)算思維能力的發(fā)展。

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Cultivation of college students' computational thinking based on the flipped class teaching mode

CaoHan1,PeiYan1,WangChangying2

1SchoolofComputerScience,ShaanxiNormalUniversity,Xi'an710062;2CollegeofComputerandInformationScience,FujianAgricultureandForestryUniversity,Fuzhou350002,China

Cultivation of computational thinking ability has become the core task of computer basic teaching and has caused extensive concern and discussion in the field of computer basic education. This paper explores the development of computational thinking of non-computer major students in computer basic teaching. The authors propose constructing the teaching mode of "learning knowledge outside the classroom and internalizing knowledge in the classroom" under the guidance of the multiple intelligences theory and adopting the flipped class model to create a classroom environment of multiple intelligence and computational thinking development so as to foster and train computational thinking in practice.

computational thinking; flipped class; multiple intelligence

2013年陜西師范大學(xué)校級教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“培養(yǎng)計(jì)算思維能力為核心的計(jì)算機(jī)課程教學(xué)改革的研究與實(shí)現(xiàn)”(994085)；2012年陜西師范大學(xué)校級重點(diǎn)教學(xué)改革研究項(xiàng)目“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課堂教學(xué)與考核方式改革研究”(884407)

2015-03-04

曹菡(1963-)，女，四川榮縣人，博士，教授，博士研究生導(dǎo)師，主要研究方向：云計(jì)算機(jī)應(yīng)用、空間數(shù)據(jù)挖掘、遠(yuǎn)程教育。

裴艷(1989-)，女，山西介休人，碩士，主要研究方向：計(jì)算機(jī)教育。 電話：15991635382；E-mail:631923580@qq.com

G40-057

A

1004-5287(2015)05-0494-04

：10.13566/j.cnki.cmet.cn61-1317/g4.201505005