面向計(jì)算思維培養(yǎng)的中學(xué)信息技術(shù)PBL教學(xué)模式研究

劉曉玉

摘要：計(jì)算思維的培養(yǎng)能夠提高學(xué)生應(yīng)用信息技術(shù)思考、解決問(wèn)題的能力。PBL是一種以問(wèn)題為基礎(chǔ)展開(kāi)課程教學(xué)的教學(xué)模式，教師采用PBL培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維是可行的。因此，本文提出構(gòu)建一個(gè)基于PBL的中小學(xué)信息技術(shù)計(jì)算思維培養(yǎng)教學(xué)模型，并通過(guò)教學(xué)實(shí)踐將計(jì)算思維的一系列方法運(yùn)用到具體的教學(xué)步驟中，來(lái)驗(yàn)證該模型在培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維方面的可行性和高效性。

關(guān)鍵詞：PBL教學(xué)；計(jì)算思維；教學(xué)模式

中圖分類(lèi)號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 論文編號(hào)：1674-2117（2018）01-0034-03

培養(yǎng)學(xué)生使用信息技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題的能力是信息技術(shù)課程的核心價(jià)值，計(jì)算思維的培養(yǎng)能夠提高學(xué)生的信息技術(shù)知識(shí)與技能水平，提高學(xué)生應(yīng)用信息技術(shù)思考問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，提高他們的自主創(chuàng)新能力。PBL（Problem-Based Learning）基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)是一種以問(wèn)題為基礎(chǔ)展開(kāi)課程教學(xué)的教學(xué)模式，它提升以學(xué)生問(wèn)題解決能力為教學(xué)目標(biāo)，因此，采用PBL教學(xué)模式培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維是可行的。

計(jì)算思維和PBL問(wèn)題式教學(xué)

美國(guó)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系周以真教授指出，計(jì)算思維是思維過(guò)程參與制定問(wèn)題，并給出它的解決方案，在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上以人或機(jī)器的方式就可以有效地開(kāi)展。簡(jiǎn)單地說(shuō)，計(jì)算思維就是像一個(gè)計(jì)算機(jī)科學(xué)家一樣思考。計(jì)算思維的培養(yǎng)目的是引導(dǎo)學(xué)生像計(jì)算機(jī)一樣思考處理問(wèn)題，在中小學(xué)教育階段與計(jì)算思維關(guān)系最密切的莫過(guò)于信息技術(shù)課程。因此，計(jì)算思維作為信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，日益受到信息技術(shù)教育學(xué)科領(lǐng)域?qū)W者和一線教師的重視。

PBL的主要特點(diǎn)是：以學(xué)習(xí)者為中心，教學(xué)者為學(xué)習(xí)者提供一些學(xué)習(xí)資料，讓學(xué)習(xí)者根據(jù)資料自己去探索問(wèn)題答案；教學(xué)模式中的問(wèn)題來(lái)自真實(shí)世界，以現(xiàn)實(shí)生活中的問(wèn)題為導(dǎo)向，問(wèn)題是劣構(gòu)的，沒(méi)有固定答案；注重學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)，注重小組之間合作交流?；谶@些主要特點(diǎn)，筆者將PBL教學(xué)與計(jì)算思維的培養(yǎng)進(jìn)行有效結(jié)合，以與學(xué)生生活息息相關(guān)的問(wèn)題為學(xué)習(xí)主題，引導(dǎo)他們?cè)诜治鰡?wèn)題、解決問(wèn)題的過(guò)程中形成計(jì)算機(jī)式的自動(dòng)化解決問(wèn)題思維，實(shí)現(xiàn)利用算法快速有效地解決生活中的各類(lèi)問(wèn)題。

基于PBL的計(jì)算思維培養(yǎng)教學(xué)模型構(gòu)建

（3）式中，pc（prepare）代表學(xué)生在課前對(duì)相應(yīng)知識(shí)的預(yù)習(xí)，a（analysis）代表課堂問(wèn)題情境創(chuàng)設(shè)環(huán)節(jié)后的問(wèn)題剖析過(guò)程，l（learning）代表學(xué)生圍繞問(wèn)題利用微課和學(xué)案進(jìn)行的自主學(xué)習(xí)或合作學(xué)習(xí)過(guò)程，s（summarize）代表利用計(jì)算思維中的遞歸等方法提煉算法，總結(jié)問(wèn)題解決方案的過(guò)程，i（innovation）代表問(wèn)題拓展延伸環(huán)節(jié)的創(chuàng)新實(shí)踐，利用提煉的算法創(chuàng)造性地解決實(shí)際生活問(wèn)題。

基于PBL的計(jì)算思維培養(yǎng)教學(xué)模型如下圖所示，該模型將教學(xué)分成教學(xué)過(guò)程、教師活動(dòng)、學(xué)生活動(dòng)三個(gè)部分，教師基于PBL，運(yùn)用QTct系列教學(xué)手段和策略圍繞計(jì)算思維的五大要素（抽象、分解、算法、糾錯(cuò)和歸納）來(lái)引導(dǎo)和組織學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程，學(xué)生則運(yùn)用QSct，通過(guò)分解問(wèn)題理清思維、提煉算法訓(xùn)練思維、訓(xùn)練延伸發(fā)散思維、歸納總結(jié)沉淀思維幾個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維的意識(shí)形成和能力提升。

面向計(jì)算思維培養(yǎng)的中小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)實(shí)踐案例

根據(jù)所提出的計(jì)算思維培養(yǎng)模型，筆者就八年級(jí)“Flash動(dòng)畫(huà)的設(shè)計(jì)與制作”這一單元知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)展開(kāi)實(shí)踐研究。為了更好地定量表達(dá)該模型在這兩方面的作用，筆者用Ect表示教學(xué)效果，用Cct表示學(xué)生的計(jì)算思維能力。

1.挖掘生活教材，設(shè)計(jì)問(wèn)題情境

教學(xué)開(kāi)始的第一步是教師設(shè)置面向計(jì)算思維培養(yǎng)的生活化問(wèn)題或項(xiàng)目。問(wèn)題項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與教學(xué)效果和計(jì)算思維能力培養(yǎng)具有如下關(guān)系：

（4）式中，p1即QTct函數(shù)中的變量p1，標(biāo)識(shí)教師所做的課前準(zhǔn)備和設(shè)置的問(wèn)題情境，f1是p1的教學(xué)函數(shù)，E1代表該模型第一步的教學(xué)效果；（5）式中，pc即QSct函數(shù)中的變量pc，標(biāo)識(shí)學(xué)生的課前準(zhǔn)備，g1是pc的學(xué)習(xí)質(zhì)量函數(shù)，C1代表該模型第一步的計(jì)算思維培養(yǎng)效果。

2.問(wèn)題剖析，理清思維

教學(xué)開(kāi)始的第二步是問(wèn)題剖析。問(wèn)題剖析的過(guò)程與教學(xué)效果和計(jì)算思維能力培養(yǎng)具有如下關(guān)系：

（6）式中，p2即QTct函數(shù)中的變量p2，標(biāo)識(shí)教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行的問(wèn)題剖析過(guò)程，f2是p2的教學(xué)函數(shù)，E2代表該模型第二步的教學(xué)效果；（7）式中，a是QSct函數(shù)中的變量a，標(biāo)識(shí)學(xué)生分析問(wèn)題的過(guò)程，g2是a的學(xué)習(xí)質(zhì)量函數(shù)，C2代表該模型第二步的計(jì)算思維培養(yǎng)效果。

3.自主探究，解決問(wèn)題

教學(xué)過(guò)程中的第三步是學(xué)生通過(guò)自主探究解決問(wèn)題。問(wèn)題解決過(guò)程與教學(xué)效果和計(jì)算思維能力培養(yǎng)具有如下關(guān)系：

（8）式中，r即QTct函數(shù)中的變量r，標(biāo)識(shí)教師為學(xué)生自主探究提供的過(guò)程性學(xué)習(xí)資料，f3是r的教學(xué)函數(shù)，E3代表該模型第三步的教學(xué)效果；（9）式中，l是QSct函數(shù)中的變量l，標(biāo)識(shí)學(xué)生自主探究解決問(wèn)題的過(guò)程，g3是l的學(xué)習(xí)質(zhì)量函數(shù)，C3代表該模型第三步的計(jì)算思維培養(yǎng)效果。

4.經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，提煉算法

教學(xué)過(guò)程中的第四步是學(xué)生在作品欣賞、成果展示的基礎(chǔ)上進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，利用計(jì)算思維中的算法、糾錯(cuò)元素來(lái)訓(xùn)練計(jì)算思維。提煉算法過(guò)程與教學(xué)效果和計(jì)算思維能力培養(yǎng)具有如下關(guān)系：

（10）式中，g即QTct函數(shù)中的變量g，標(biāo)識(shí)教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)、提煉算法的過(guò)程，f4是g的教學(xué)函數(shù)，E4代表該模型第四步的教學(xué)效果；（11）式中，s是QSct函數(shù)中的變量s，標(biāo)識(shí)學(xué)生提煉算法的過(guò)程，g4是s的學(xué)習(xí)質(zhì)量函數(shù)，C4代表該模型第四步的計(jì)算思維培養(yǎng)效果。

5.拓展延伸，發(fā)散思維，歸納總結(jié)，沉淀思維

教學(xué)過(guò)程中的最后一步是學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化作品創(chuàng)作，實(shí)現(xiàn)生活的回歸。發(fā)散思維過(guò)程與教學(xué)效果和計(jì)算思維能力培養(yǎng)具有如下關(guān)系：

（12）式中，e即QTct函數(shù)中的變量e，標(biāo)識(shí)教師引導(dǎo)學(xué)生展開(kāi)自由創(chuàng)作、發(fā)散思維的過(guò)程，f5是e的教學(xué)函數(shù)，E5代表該模型第五步的教學(xué)效果；（13）式中，i是QSct函數(shù)中的變量i，標(biāo)識(shí)學(xué)生自由創(chuàng)作的過(guò)程，g5是i的學(xué)習(xí)質(zhì)量函數(shù)，C5代表該模型第五步的計(jì)算思維培養(yǎng)效果。

在這樣的計(jì)算思維培養(yǎng)教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生主動(dòng)參與剖析問(wèn)題、解決問(wèn)題，總結(jié)問(wèn)題解決經(jīng)驗(yàn)，延伸拓展問(wèn)題，積極思考，主動(dòng)動(dòng)手操作，體驗(yàn)理清思維、訓(xùn)練思維、發(fā)散思維、沉淀思維的過(guò)程，達(dá)到了在掌握知識(shí)和技能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)思維的滲透的培養(yǎng)目的?；赑BL的計(jì)算思維培養(yǎng)教學(xué)模式的數(shù)學(xué)模型可表示為：

該案例的教學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果充分驗(yàn)證了基于PBL的計(jì)算思維培養(yǎng)模型的教學(xué)效果。QTct和QSct之間的方法集都運(yùn)用到學(xué)生的計(jì)算思維培養(yǎng)過(guò)程中，引導(dǎo)學(xué)生更好地解決問(wèn)題，達(dá)到了提高教師教學(xué)效率和訓(xùn)練學(xué)生計(jì)算思維的目的，打造了一個(gè)基于學(xué)生核心素養(yǎng)培養(yǎng)的高效課堂。

總結(jié)

計(jì)算思維培養(yǎng)的最終目的不是停留在課堂上的問(wèn)題解決，而是回歸到實(shí)際生活中的問(wèn)題解決，學(xué)生在遇到實(shí)際問(wèn)題時(shí)，能夠自然而然地應(yīng)用自己課堂上形成的思維意識(shí)和能力來(lái)解決問(wèn)題，這就是計(jì)算思維抽象和自動(dòng)化的特點(diǎn)在學(xué)生實(shí)際生活中的體現(xiàn)。筆者將PBL和計(jì)算思維培養(yǎng)進(jìn)行結(jié)合是一個(gè)初步的嘗試，從實(shí)踐案例效果來(lái)看，利用PBL教學(xué)模式來(lái)培養(yǎng)計(jì)算思維還是比較可行的。下一步，筆者還需進(jìn)一步探究基于PBL的計(jì)算思維培養(yǎng)的策略和方法。

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