基于計算思維培養(yǎng)的翻轉(zhuǎn)課堂混合教學模式研究

李微娜，富春巖，王雪萍，劉景順，王皓杰

(1.佳木斯大學信息電子技術(shù)學院，黑龍江佳木斯154007；2.佳木斯大學教務處,黑龍江佳木斯154007；3.東北石油大學，黑龍江大慶163318)

基于計算思維培養(yǎng)的翻轉(zhuǎn)課堂混合教學模式研究

李微娜1，富春巖1，王雪萍2，劉景順3，王皓杰3

(1.佳木斯大學信息電子技術(shù)學院，黑龍江佳木斯154007；2.佳木斯大學教務處,黑龍江佳木斯154007；3.東北石油大學，黑龍江大慶163318)

該文針對非計算機專業(yè)學生的計算思維能力的培養(yǎng)，理論和實踐相結(jié)合，將計算思維與翻轉(zhuǎn)課堂教學方法相結(jié)合，構(gòu)建了基于計算思維問題引導的翻轉(zhuǎn)課堂混合教學模式，注重學生自主學習、團隊協(xié)作、技術(shù)能力的培養(yǎng)，使學生具備獨立分析問題、處理問題的能力，提高學生綜合素質(zhì)，使學生適應社會發(fā)展的需求。

計算思維；翻轉(zhuǎn)課堂；混合教學

1 概述

黨的十七大強調(diào)“優(yōu)先發(fā)展教育，建設人力資源強國”的戰(zhàn)略部署，提出“更新教育觀念，深化教學內(nèi)容方式……提高學生綜合素質(zhì)”。其核心是培養(yǎng)新一代“專業(yè)信息”的產(chǎn)業(yè)大軍，其中信息技術(shù)的核心之一是計算機技術(shù)[1]，計算機基礎課程作為計算機教育的載體，培養(yǎng)各專業(yè)學生綜合素質(zhì)，使學生適應社會發(fā)展的需要是教育教學改革的目標和方向。

本文的目的是針對非計算機專業(yè)學生的計算思維能力的培養(yǎng)，理論和實踐相結(jié)合，將計算思維與翻轉(zhuǎn)教學方法相結(jié)合，構(gòu)建了基于問題引導的翻轉(zhuǎn)課堂混合教學模式，加強學生自主學習、團隊協(xié)作、技術(shù)和管理能力的提高，使學生增強獨立分析問題、處理問題的能力。

2 計算思維

為落實《國家中長期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006－2020年)》，切實加強創(chuàng)新方法工作，國科發(fā)財〔2008〕197號文件《關(guān)于加強創(chuàng)新方法工作的若干意見》提出，“科學思維不僅是一切科學研究和技術(shù)發(fā)展的起點，而且始終貫穿于科學研究和技術(shù)發(fā)展的全過程，是創(chuàng)新的靈魂”[2]。從人類認識世界和改造世界的思維方式出發(fā)，科學思維可分為理論思維、實驗思維和計算思維。計算思維作為人類科學思維的基本方式之一，是用于問題解決、系統(tǒng)設計和理解人類行為模式的一種科學分析的思維，既可以與理論思維相結(jié)合處理解決問題，又可以與實驗思維結(jié)合用于設計開發(fā)大型復雜的系統(tǒng)，還可以用來理解分析人類行為、計算能力、理解力和智力。

計算思維作為一種解決問題的方法，利用計算機學科的基礎概念，實質(zhì)就是通過縮減、嵌入、轉(zhuǎn)化或仿真等方法，將一個看似復雜困難的問題重新構(gòu)建成一個我們已知解決方案的問題。因此，計算思維包括分解問題、利用算法求解問題、抽象化和自動化解決問題。盡管計算思維是對計算機科學有廣泛影響的思維工具，但是不僅僅是計算機領(lǐng)域，計算思維應是每個人都努力學習和使用的技能。Wing[3]提出計算思維的關(guān)鍵點在于對復雜問題的重新構(gòu)建，實質(zhì)就是選擇正確的抽象化和自動化方式分解解決問題。Barr[4]將其細化，提出計算思維需具備的9個能力：數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)描述、問題分解、抽象、算法與程序、自動化、并行和仿真。

計算思維是普遍存在的，是21世紀需要具有的基本技能之一，在多個領(lǐng)域中廣泛應用，每個學生都應該具備這種分析能力；計算思維的普遍性使其成為其它學科極其重要的組成部分，比如統(tǒng)計學、生物學、化學和物理學等。Barr[4]提出對學生的學習和生活中計算的重要性，人們開始意識到使用算法和計算工具解決問題,并且大多數(shù)專業(yè)的學生未來工作會離不開計算思維。

因此，對于非計算機專業(yè)的學生，也同樣需要具備計算思維能力，能達到潛移默化運用方法解決專業(yè)問題、生活問題、工作問題，成為綜合型創(chuàng)新人才。

3 基于計算思維培養(yǎng)的翻轉(zhuǎn)課堂混合教學模式

針對非計算機專業(yè)學生計算思維能力的培養(yǎng)方式，關(guān)鍵問題是激發(fā)學生的學習興趣、調(diào)動學生學習積極性。傳統(tǒng)課堂教學模式是教師逼迫學生學習，老師填鴨式講授，學生被動式聽講，沒有機會去思考和好奇，所以常常會出現(xiàn)注意力不集中，課下不復習等弊端；而翻轉(zhuǎn)課堂則是老師和學生的角色發(fā)生轉(zhuǎn)變，在學生自學的前提下，強調(diào)互動，需要學生做活動，遇到問題后老師提供幫助的教學模式，這樣學生在課堂遇到問題和挑戰(zhàn)，迫使其課下努力學習充實各類知識，所以增加了學生的學習動力和興趣，提高綜合素質(zhì)，加深對所學知識的理解，加強靈活運用能力。

因此，本文提出基于計算思維培養(yǎng)的翻轉(zhuǎn)課堂混合教學模式，目的是培養(yǎng)學生自讀能力(讀相關(guān)文字材料能力)、自學能力(看電子材料：如視頻等的自我學習能力)、協(xié)作能力(小組分工)、表達能力(闡述剖析問題)，分析能力(運用計算思維處理問題)等，以適應當今世界人才需求。

我們提出了一個基于計算思維培養(yǎng)的翻轉(zhuǎn)課堂混合教學模式框架，如圖1所示，主要包括以下三個元素：基于數(shù)字化媒體(主要以微課視頻形式)的自主學習(課前)、基于問題導向的翻轉(zhuǎn)課堂(課中)、小組團隊反饋(課后)。

圖1 基于計算思維的培養(yǎng)翻轉(zhuǎn)課堂混合教學模式

課前，教師先提前發(fā)布下節(jié)課內(nèi)容的微課視頻和相關(guān)資料大綱，發(fā)布需要學生小組討論的相關(guān)問題，而后布置基本知識點考核測試的作業(yè)，要求學生在線提交時時反饋成績；學生課前自學微課內(nèi)容和相關(guān)資料，并在線提交測試作業(yè)，針對教師所提問題，以小組為單位分析、討論、準備。此種方式可以培養(yǎng)學生對文字材料的收集自學能力和利用線上數(shù)字化資源自我學習的能力，然后通過討論和闡述來強化學習成果，進而提高課堂效果。

課堂上，學生以5-6人為一組，將學生分為幾組，課堂要求學生以小組為單位圍坐一起。首先教師針對學生課前提交測試結(jié)果中學生掌握不到位的知識點進行簡要概括講解；然后學生圍繞教師課前所提出的問題，以小組為單位，成員各司一職，簡明扼要的闡述設計思路；而后，分組討論；其它小組成員接下來互相提問評價；教師提問，概述核心知識點并對共性疑點問題解答；最后，教師總結(jié)。

課后，及時反饋。學生概括總結(jié)分析思路并提交，然后上傳課堂問題的作業(yè)；教師在線個別輔導答疑，批改作業(yè)。

關(guān)鍵在以下幾點：

● 學習資料(教材類文本資料、微課視頻類的線上多媒體資料)學生課前是否自學完成，學習效果如何，可以通過在線測試作業(yè)來檢測，并自動時時提交成績。此辦法與傳統(tǒng)課堂(即僅僅只是教師講解展示)相比，作用關(guān)鍵而且重要，不但培養(yǎng)學生數(shù)據(jù)收集能力和自學能力，還大大提高學生對內(nèi)容的理解和深入，對學生的積極性是極大的鼓勵。

● 小組形式目的是激發(fā)和展示出良性溝通、協(xié)作、時間管理、成員間彼此的相互依存和信賴、調(diào)整和協(xié)商的必要性，既可以培養(yǎng)學生團隊精神，又可以激發(fā)學生積極性和協(xié)同學習的熱情，激發(fā)學習興趣，更是提高整體學員的參與度。

● 觀點闡述和討論互評是對學生問題分析、抽象、算法與程序、自動化能力的培養(yǎng)，并且可以提高學生知識的實踐和應用能力，激發(fā)學生的學習熱情，培養(yǎng)其深層理解分析、舉一反三的能力進而提升創(chuàng)造能力。

● 翻轉(zhuǎn)課堂強調(diào)的是個性化教學，因此對教師的要求很高，根據(jù)學生反饋的自學學習情況進行個體化差異備課，也就是說，對每個班級的備課內(nèi)容都有差異。另外，課堂上內(nèi)容是以課前問題為引導，需根據(jù)課堂上的反饋隨時調(diào)整，這就需要教師具有豐富的知識儲備和課堂把控能力。教師的作用是促進學生團隊合作能力培養(yǎng)，引導學生計算思維的能力提升，提高學生問題的分析、抽象和自動化、最優(yōu)化能力。

4 結(jié)束語

基于微課等多媒體形式的線上學習和基于計算思維的問題引導的翻轉(zhuǎn)課堂混合式教學模式，與課堂實際操作活動相結(jié)合，起到了協(xié)同互補作用的，既可以提高學生當今社會必備的自讀和自學能力(看視頻資源和讀相關(guān)文本材料)，又通過計算思維的培養(yǎng)增強了學生對問題分析處理思考的能力，進而對學生專業(yè)技術(shù)的學習和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)起到一定作用,為提高學生綜合素質(zhì)打下堅實的基礎。

[1]牟琴.基于計算思維的計算機基礎課程教學與學習的模式研究與實踐[D].四川師范大學,2012

[2]陳國良.計算思維：大學計算教育的振興科學工程研究[EB/OL].https：//wenku.baidu.com/view/b9144a45336c1eb91a375d6a.html

[3]J.M.Wing.Computational thinking and thinking about comput?ing[J].Philosophical Transactions of the Royal Society,2008.7.

[4]Barr,V.Bringing computational thinking to K-12：What is in?volved and what is the role of the computer science education community[J].ACM Inroads,2011,2(1).

G642

A

1009-3044(2017)24-0118-02

2017-07-16

佳木斯大學教學研究項目(JYLA2013-08)

李微娜(1980—)，女，黑龍江佳木斯人，碩士，講師，研究方向為計算機教育教學。