肖海鵬，謝銘瑤

（湖南中醫(yī)藥高等專(zhuān)科學(xué)校計(jì)算機(jī)教研室，株洲 412012）

0 引言

計(jì)算思維是由美國(guó)華裔教授周以真于2006年首次提出，周教授將計(jì)算思維定義為“運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以及人類(lèi)行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)?！贝烁拍钜唤?jīng)提出，受到國(guó)內(nèi)外計(jì)算機(jī)教育者的廣泛認(rèn)同，在國(guó)內(nèi)，由九所頂尖級(jí)的高校組成的九校聯(lián)盟（簡(jiǎn)稱(chēng)“C9”）于2010年在西安交通大學(xué)舉辦了首屆《九校聯(lián)盟（C9）計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程研討會(huì)》，教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教指委的陳國(guó)良院士作了“計(jì)算思維能力培養(yǎng)研究”的報(bào)告，并在隨后頒布的《九校聯(lián)盟（C9）計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》中明確指出：“計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)是計(jì)算思維能力的培養(yǎng)?！贝寺暶靼l(fā)出至今，各高校均在不斷的探索和實(shí)踐中，期間，也涌現(xiàn)出一些成果：例如哈爾濱工業(yè)大學(xué)的戰(zhàn)德臣教授的教材《大學(xué)計(jì)算機(jī)—計(jì)算思維導(dǎo)論》等。有教材內(nèi)容固然是必要的，但真正要將計(jì)算思維落地，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，就不能只停留在教授書(shū)本的理論階段，而是要將鍛煉學(xué)生的計(jì)算思維能力精心滲入到每一個(gè)教學(xué)案例，融入到教學(xué)設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)中，本研究就是通過(guò)將計(jì)算思維能力培養(yǎng)深度融合到SPOC建設(shè)中，在線上線下的混合式教學(xué)過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生像計(jì)算機(jī)科學(xué)家一樣分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力以及創(chuàng)新能力。

1 概念解讀

支架式教學(xué)法是基于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論提出的一種在課堂教學(xué)中教師以學(xué)習(xí)者為中心，以培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題能力和自主學(xué)習(xí)能力為目標(biāo)的教學(xué)法。支架式教學(xué)法的定義是“教師應(yīng)為學(xué)習(xí)者建構(gòu)對(duì)知識(shí)的理解而提供的一種概念框架。這種框架中的概念是為發(fā)展學(xué)習(xí)者對(duì)問(wèn)題的進(jìn)一步理解所需要的。為此，事先要把復(fù)雜的學(xué)習(xí)任務(wù)加以分解，以便于把學(xué)習(xí)者的理解逐步引向深入?！边@與培養(yǎng)計(jì)算思維遵循的“通過(guò)約簡(jiǎn)、嵌入、轉(zhuǎn)化和仿真等方法，把一個(gè)看來(lái)困難的問(wèn)題重新闡釋成一個(gè)我們知道問(wèn)題怎樣解決的方法”模式恰好不謀而合。

我校積極響應(yīng)教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)的號(hào)召，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程人才培養(yǎng)目標(biāo)明確，旨在通過(guò)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力從而達(dá)到提升大學(xué)生信息素養(yǎng)的目的，因而將第二學(xué)期的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程更名為《計(jì)算思維與信息素養(yǎng)》課程。就此，在《計(jì)算思維與信息素養(yǎng)》課程SPOC建設(shè)中使用支架式教學(xué)法作理論指導(dǎo)，將能更好地解決計(jì)算思維落地培養(yǎng)這一難題。

2 支架式教學(xué)法指導(dǎo)下的SPOC建設(shè)實(shí)現(xiàn)模式探究

支架式教學(xué)法指導(dǎo)SPOC課程建設(shè)就是將課程資源組織搭建的過(guò)程看成是蓋房子，需要先搭腳手架一樣，利用維果斯基的“最近發(fā)展區(qū)理論”，一步步為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供合適的、小步調(diào)的線索或提示，讓學(xué)生通過(guò)這些支架式的資源和引導(dǎo)一步一步地向上攀升，逐漸發(fā)現(xiàn)和解決學(xué)習(xí)中的問(wèn)題，掌握所要學(xué)習(xí)的知識(shí)，提高問(wèn)題解決能力，成長(zhǎng)為一個(gè)獨(dú)立的學(xué)習(xí)者。

SPOC這種小規(guī)模限制性在線課程，相對(duì)于大規(guī)模在線開(kāi)放課程和微課，更適用于有一定相關(guān)課程基礎(chǔ)、理實(shí)結(jié)合的校園課程，它更有針對(duì)性，能充分考慮當(dāng)前學(xué)生學(xué)情，將慕課和微課的優(yōu)勢(shì)很好地進(jìn)行組織、融合，在組織結(jié)構(gòu)搭建的過(guò)程中，可以及時(shí)、積極調(diào)整和組織教學(xué)資源，便于線上線下的混合式教學(xué)。線上，學(xué)生通過(guò)SPOC平臺(tái)中教師事先設(shè)計(jì)好的教學(xué)環(huán)節(jié)一步步進(jìn)入情境：按照教師提出的問(wèn)題進(jìn)行思考、查閱資料、再通過(guò)觀看教師提供在平臺(tái)上知識(shí)概念或工具的圖文教程、操作微視頻，進(jìn)行歸納分析、思考問(wèn)題、解決問(wèn)題；線下課堂教學(xué)中，教師將重心放在解決學(xué)習(xí)過(guò)程中的重難點(diǎn)及規(guī)范、指導(dǎo)學(xué)生操作實(shí)踐；課后，學(xué)生通過(guò)在平臺(tái)提交作業(yè)、思考討論教師提出的問(wèn)題、進(jìn)行課堂學(xué)習(xí)總結(jié)及反饋，便于知識(shí)的掌握和鞏固，便于教師及時(shí)對(duì)學(xué)生知識(shí)點(diǎn)的掌握情況進(jìn)行有效評(píng)價(jià)，總結(jié)反思教學(xué)效果。如圖1所示。在整個(gè)教學(xué)活動(dòng)中，教師是課程資源的組織者、教學(xué)活動(dòng)的總設(shè)計(jì)師和指導(dǎo)者，學(xué)生按照教師的引導(dǎo)進(jìn)行思考、實(shí)踐、創(chuàng)新，從而實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)，達(dá)到培養(yǎng)其計(jì)算思維能力及創(chuàng)新能力的目標(biāo)。

3 支架式教學(xué)理論指導(dǎo)下SPOC建設(shè)

3.1 搭腳手架

此環(huán)節(jié)主要是依據(jù)維果斯基提出的“最鄰近發(fā)展區(qū)”原理，教師圍繞當(dāng)前主題，結(jié)合以前所學(xué)的知識(shí)概念，給學(xué)生搭建一個(gè)新的概念框架，將學(xué)生從已知的知識(shí)領(lǐng)域引入到未知的知識(shí)領(lǐng)域中去，這個(gè)環(huán)節(jié)指導(dǎo)建設(shè)SPOC中每個(gè)單元的“學(xué)習(xí)指導(dǎo)”部分。

在《計(jì)算思維與信息素養(yǎng)》SPOC中學(xué)習(xí)指導(dǎo)環(huán)節(jié)建設(shè)中，引入了KWL表格，KWL表格是美國(guó)中小學(xué)教學(xué)里最常用的一種表格，在大學(xué)教育中亦如是。K是Know的首字母大寫(xiě)，指“你知道什么？”W是What的首字母大寫(xiě)，指“你想學(xué)什么？”L是Learned的首字母大寫(xiě)，指“你已經(jīng)學(xué)會(huì)了什么？”L階段在于得到學(xué)生的學(xué)習(xí)反饋，因此學(xué)生可能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的答案，也可能沒(méi)有。KWL表格就是教師為學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)搭建了一個(gè)框架，提出了問(wèn)題，接著由學(xué)生研究、探索并予以解決。這樣一來(lái)，學(xué)生成為主動(dòng)的學(xué)習(xí)者，能積極進(jìn)入學(xué)習(xí)情境中來(lái)，對(duì)已知和未知的知識(shí)領(lǐng)域有了一個(gè)清晰的連接和認(rèn)識(shí)，并有所期待。如圖2所示。

圖1 基于支架式理論的SPOC教學(xué)模型

圖2 《計(jì)算思維與信息素養(yǎng)》SPOC中的KWL表格

3.2 進(jìn)入情境

此環(huán)節(jié)主要是將學(xué)生引入到一定的問(wèn)題情境，它可以是概念框架中的某一個(gè)知識(shí)點(diǎn)。這個(gè)環(huán)節(jié)與計(jì)算思維培養(yǎng)中的“提出問(wèn)題”異曲同工，因而，指導(dǎo)建設(shè)SPOC中“提出問(wèn)題”環(huán)節(jié)。

教師事先準(zhǔn)備好與本節(jié)知識(shí)點(diǎn)有關(guān)的情境，以圖文教程、小實(shí)驗(yàn)、虛擬仿真或者微課視頻等形式上傳到平臺(tái)中，讓學(xué)生們進(jìn)行觀看學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生去思考。例如，在講到PPT邏輯結(jié)構(gòu)這部分知識(shí)點(diǎn)，為更好地將這個(gè)知識(shí)點(diǎn)的重要性及必要性和作用傳達(dá)給學(xué)生，在提出問(wèn)題環(huán)節(jié)中用一個(gè)故事導(dǎo)入，將學(xué)生帶入情境，引發(fā)思考與討論。如圖3、圖4所示。

圖3 《計(jì)算思維與信息素養(yǎng)》SPOC中問(wèn)題導(dǎo)入

圖4 《計(jì)算思維與信息素養(yǎng)》SPOC中提出問(wèn)題環(huán)節(jié)

3.3 獨(dú)立探索

此環(huán)節(jié)是引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考、進(jìn)行問(wèn)題探索的環(huán)節(jié)。此環(huán)節(jié)與計(jì)算思維中的“約簡(jiǎn)”過(guò)程一致，對(duì)應(yīng)著SPOC建設(shè)中“問(wèn)題分解”部分。如在講到PPT母版設(shè)計(jì)這部分知識(shí)時(shí)，將母版設(shè)計(jì)這一復(fù)雜問(wèn)題分解為“如何獲取設(shè)計(jì)靈感”和“統(tǒng)一模板風(fēng)格”兩部分，如圖5所示。

教師在此環(huán)節(jié)中引導(dǎo)學(xué)生將一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題分解為易解決的小問(wèn)題，再在每個(gè)問(wèn)題中列出小問(wèn)題，給予學(xué)生一些提示和方法幫助學(xué)生能更好地去思考、去主動(dòng)探索。此過(guò)程對(duì)應(yīng)著計(jì)算思維能力培養(yǎng)過(guò)程中的化繁為簡(jiǎn)，是對(duì)學(xué)生進(jìn)行計(jì)算思維能力培養(yǎng)中較為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，剛開(kāi)始時(shí)，教師要多予以提示和引導(dǎo)，慢慢地可以讓學(xué)生自己嘗試去分解任務(wù)，提升其自身的分解問(wèn)題的能力。

圖5 《計(jì)算思維與信息素養(yǎng)》SPOC中問(wèn)題分解環(huán)節(jié)

3.4 學(xué)習(xí)資源

當(dāng)學(xué)生已經(jīng)完成問(wèn)題分解后，此時(shí)需要更多的資源來(lái)幫助他們解決實(shí)際問(wèn)題，因而，課本教材、知識(shí)概念、實(shí)驗(yàn)工具、微課視頻等學(xué)習(xí)資源應(yīng)都放在平臺(tái)上幫助學(xué)生們及時(shí)方便地獲取，這一過(guò)程指導(dǎo)建設(shè)SPOC中“知識(shí)概念與工具”環(huán)節(jié)，如，在講授精美簡(jiǎn)歷制作這一部分時(shí)為學(xué)生提供了排版設(shè)計(jì)原則及介紹了一些實(shí)用的工具幫助他們更好地解決問(wèn)題。如圖6所示。

剛開(kāi)始學(xué)習(xí)時(shí)，教師要多給予學(xué)生一些概念方面的知識(shí)和工具，教會(huì)學(xué)生在日常學(xué)習(xí)或者以后工作中當(dāng)遇到問(wèn)題時(shí)，要學(xué)會(huì)主動(dòng)思考，回顧已學(xué)到的知識(shí)概念，再加上去搜尋到一些需要用到的新知識(shí)概念或工具幫助解決當(dāng)下問(wèn)題，慢慢地當(dāng)學(xué)生掌握這種思維模式后，就會(huì)自己主動(dòng)去思考去找尋答案。此環(huán)節(jié)對(duì)于提升學(xué)生的信息素養(yǎng)有重要的實(shí)踐意義。

圖6 《計(jì)算思維與信息素養(yǎng)》SPOC中知識(shí)工具環(huán)節(jié)

3.5 協(xié)作學(xué)習(xí)

此環(huán)節(jié)主要是進(jìn)行小組協(xié)商、討論。在于對(duì)知識(shí)的梳理、重構(gòu)，在集體思維作用下完善對(duì)知識(shí)概念的全面理解。在進(jìn)行《計(jì)算思維與信息素養(yǎng)》這門(mén)課程教學(xué)過(guò)程中，將班級(jí)學(xué)生進(jìn)行了分組，每組學(xué)生座位是在一起，便于討論和交流。這與計(jì)算思維中的“問(wèn)題求解”、“系統(tǒng)設(shè)計(jì)”這一過(guò)程一致，指導(dǎo)著SPOC建設(shè)中“解決問(wèn)題”這一部分。如圖7所示。小組間共同討論交流，完成母版的設(shè)計(jì)制作，并開(kāi)展小組內(nèi)互幫互學(xué)，讓學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的學(xué)生指導(dǎo)和帶動(dòng)理解、操作稍弱的學(xué)生，相互促進(jìn)，共同進(jìn)步，縮小學(xué)習(xí)差異化。

圖7 《計(jì)算思維與信息素養(yǎng)》SPOC中解決問(wèn)題環(huán)節(jié)

3.6 效果評(píng)價(jià)

學(xué)生在線上完成了平臺(tái)資源的學(xué)習(xí)，線下在教師對(duì)重難點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)梳理后進(jìn)行組間討論交流，并在獨(dú)立思考與頭腦風(fēng)暴后，獨(dú)立完成平臺(tái)作業(yè)。期間，無(wú)論是線上和線下，教師都參與到學(xué)生討論中，進(jìn)行觀察和指導(dǎo)，及時(shí)給予引導(dǎo)，解決問(wèn)題。作業(yè)通過(guò)平臺(tái)提交后，可以進(jìn)行生生互評(píng)，也可由教師直接評(píng)分，查看學(xué)校效果。教師通過(guò)在平臺(tái)發(fā)起討論，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行關(guān)聯(lián)和總結(jié)，便于學(xué)生鞏固所學(xué)。從而完成整個(gè)課程學(xué)習(xí)。整個(gè)以支架式教學(xué)法為指導(dǎo)的面向計(jì)算思維培養(yǎng)的SPOC建設(shè)脈絡(luò)圖如圖8所示。

圖8 支架式教學(xué)法指導(dǎo)下的面向計(jì)算思維培養(yǎng)的SPOC建設(shè)脈絡(luò)圖

4 支架式教學(xué)法指導(dǎo)下的SPOC建設(shè)啟示

支架式教學(xué)法指導(dǎo)下的《計(jì)算思維與信息素養(yǎng)》SPOC的實(shí)踐研究解決了當(dāng)前職業(yè)教育中計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)過(guò)程中計(jì)算思維落地的問(wèn)題，落實(shí)了以“教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體”的教育理念，通過(guò)線上課程給學(xué)生搭建學(xué)習(xí)環(huán)境、提供學(xué)習(xí)資源和工具，引導(dǎo)學(xué)生像計(jì)算機(jī)科學(xué)家一樣去思考問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題。

《計(jì)算思維與信息素養(yǎng)》SPOC使用支架式教學(xué)法進(jìn)行組織搭建，有助于幫助學(xué)生更好地進(jìn)行項(xiàng)目化學(xué)習(xí)，能很好地幫助學(xué)生構(gòu)建一個(gè)提出問(wèn)題到問(wèn)題求解全過(guò)程非常清晰的情境，讓學(xué)生在此充分地進(jìn)行學(xué)習(xí)、思考、創(chuàng)新。從而達(dá)到培養(yǎng)計(jì)算思維能力的目標(biāo)。