計算思維視角下基于支架式教學法的SPOC課程建設與應用

肖海鵬，謝銘瑤

（湖南中醫(yī)藥高等?？茖W校計算機教研室，株洲 412012）

0 引言

計算思維是由美國華裔教授周以真于2006年首次提出，周教授將計算思維定義為“運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統(tǒng)設計，以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動?！贝烁拍钜唤?jīng)提出，受到國內(nèi)外計算機教育者的廣泛認同，在國內(nèi)，由九所頂尖級的高校組成的九校聯(lián)盟（簡稱“C9”）于2010年在西安交通大學舉辦了首屆《九校聯(lián)盟（C9）計算機基礎課程研討會》，教育部高等學校計算機基礎課程教指委的陳國良院士作了“計算思維能力培養(yǎng)研究”的報告，并在隨后頒布的《九校聯(lián)盟（C9）計算機基礎教學發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》中明確指出：“計算機基礎教學的核心任務是計算思維能力的培養(yǎng)?！贝寺暶靼l(fā)出至今，各高校均在不斷的探索和實踐中，期間，也涌現(xiàn)出一些成果：例如哈爾濱工業(yè)大學的戰(zhàn)德臣教授的教材《大學計算機—計算思維導論》等。有教材內(nèi)容固然是必要的，但真正要將計算思維落地，培養(yǎng)學生的計算思維能力，就不能只停留在教授書本的理論階段，而是要將鍛煉學生的計算思維能力精心滲入到每一個教學案例，融入到教學設計的環(huán)節(jié)中，本研究就是通過將計算思維能力培養(yǎng)深度融合到SPOC建設中，在線上線下的混合式教學過程中引導學生像計算機科學家一樣分析問題、解決問題，進而培養(yǎng)學生的計算思維能力以及創(chuàng)新能力。

1 概念解讀

支架式教學法是基于建構主義學習理論提出的一種在課堂教學中教師以學習者為中心，以培養(yǎng)學生解決問題能力和自主學習能力為目標的教學法。支架式教學法的定義是“教師應為學習者建構對知識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)展學習者對問題的進一步理解所需要的。為此，事先要把復雜的學習任務加以分解，以便于把學習者的理解逐步引向深入?！边@與培養(yǎng)計算思維遵循的“通過約簡、嵌入、轉化和仿真等方法，把一個看來困難的問題重新闡釋成一個我們知道問題怎樣解決的方法”模式恰好不謀而合。

我校積極響應教育部高等學校計算機基礎課程教學指導委員會的號召，計算機基礎課程人才培養(yǎng)目標明確，旨在通過培養(yǎng)學生的計算思維能力從而達到提升大學生信息素養(yǎng)的目的，因而將第二學期的計算機基礎課程更名為《計算思維與信息素養(yǎng)》課程。就此，在《計算思維與信息素養(yǎng)》課程SPOC建設中使用支架式教學法作理論指導，將能更好地解決計算思維落地培養(yǎng)這一難題。

2 支架式教學法指導下的SPOC建設實現(xiàn)模式探究

支架式教學法指導SPOC課程建設就是將課程資源組織搭建的過程看成是蓋房子，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”，一步步為學生的學習提供合適的、小步調的線索或提示，讓學生通過這些支架式的資源和引導一步一步地向上攀升，逐漸發(fā)現(xiàn)和解決學習中的問題，掌握所要學習的知識，提高問題解決能力，成長為一個獨立的學習者。

SPOC這種小規(guī)模限制性在線課程，相對于大規(guī)模在線開放課程和微課，更適用于有一定相關課程基礎、理實結合的校園課程，它更有針對性，能充分考慮當前學生學情，將慕課和微課的優(yōu)勢很好地進行組織、融合，在組織結構搭建的過程中，可以及時、積極調整和組織教學資源，便于線上線下的混合式教學。線上，學生通過SPOC平臺中教師事先設計好的教學環(huán)節(jié)一步步進入情境：按照教師提出的問題進行思考、查閱資料、再通過觀看教師提供在平臺上知識概念或工具的圖文教程、操作微視頻，進行歸納分析、思考問題、解決問題；線下課堂教學中，教師將重心放在解決學習過程中的重難點及規(guī)范、指導學生操作實踐；課后，學生通過在平臺提交作業(yè)、思考討論教師提出的問題、進行課堂學習總結及反饋，便于知識的掌握和鞏固，便于教師及時對學生知識點的掌握情況進行有效評價，總結反思教學效果。如圖1所示。在整個教學活動中，教師是課程資源的組織者、教學活動的總設計師和指導者，學生按照教師的引導進行思考、實踐、創(chuàng)新，從而實現(xiàn)個性化學習，達到培養(yǎng)其計算思維能力及創(chuàng)新能力的目標。

3 支架式教學理論指導下SPOC建設

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，教師圍繞當前主題，結合以前所學的知識概念，給學生搭建一個新的概念框架，將學生從已知的知識領域引入到未知的知識領域中去，這個環(huán)節(jié)指導建設SPOC中每個單元的“學習指導”部分。

在《計算思維與信息素養(yǎng)》SPOC中學習指導環(huán)節(jié)建設中，引入了KWL表格，KWL表格是美國中小學教學里最常用的一種表格，在大學教育中亦如是。K是Know的首字母大寫，指“你知道什么？”W是What的首字母大寫，指“你想學什么？”L是Learned的首字母大寫，指“你已經(jīng)學會了什么？”L階段在于得到學生的學習反饋，因此學生可能發(fā)現(xiàn)問題的答案，也可能沒有。KWL表格就是教師為學生學習新知識搭建了一個框架，提出了問題，接著由學生研究、探索并予以解決。這樣一來，學生成為主動的學習者，能積極進入學習情境中來，對已知和未知的知識領域有了一個清晰的連接和認識，并有所期待。如圖2所示。

圖1 基于支架式理論的SPOC教學模型

圖2 《計算思維與信息素養(yǎng)》SPOC中的KWL表格

3.2 進入情境

此環(huán)節(jié)主要是將學生引入到一定的問題情境，它可以是概念框架中的某一個知識點。這個環(huán)節(jié)與計算思維培養(yǎng)中的“提出問題”異曲同工，因而，指導建設SPOC中“提出問題”環(huán)節(jié)。

教師事先準備好與本節(jié)知識點有關的情境，以圖文教程、小實驗、虛擬仿真或者微課視頻等形式上傳到平臺中，讓學生們進行觀看學習，引導學生去思考。例如，在講到PPT邏輯結構這部分知識點，為更好地將這個知識點的重要性及必要性和作用傳達給學生，在提出問題環(huán)節(jié)中用一個故事導入，將學生帶入情境，引發(fā)思考與討論。如圖3、圖4所示。

圖3 《計算思維與信息素養(yǎng)》SPOC中問題導入

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

3.3 獨立探索

此環(huán)節(jié)是引導學生獨立思考、進行問題探索的環(huán)節(jié)。此環(huán)節(jié)與計算思維中的“約簡”過程一致，對應著SPOC建設中“問題分解”部分。如在講到PPT母版設計這部分知識時，將母版設計這一復雜問題分解為“如何獲取設計靈感”和“統(tǒng)一模板風格”兩部分，如圖5所示。

教師在此環(huán)節(jié)中引導學生將一個復雜的問題分解為易解決的小問題，再在每個問題中列出小問題，給予學生一些提示和方法幫助學生能更好地去思考、去主動探索。此過程對應著計算思維能力培養(yǎng)過程中的化繁為簡，是對學生進行計算思維能力培養(yǎng)中較為重要的一個環(huán)節(jié)，剛開始時，教師要多予以提示和引導，慢慢地可以讓學生自己嘗試去分解任務，提升其自身的分解問題的能力。

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

3.4 學習資源

當學生已經(jīng)完成問題分解后，此時需要更多的資源來幫助他們解決實際問題，因而，課本教材、知識概念、實驗工具、微課視頻等學習資源應都放在平臺上幫助學生們及時方便地獲取，這一過程指導建設SPOC中“知識概念與工具”環(huán)節(jié)，如，在講授精美簡歷制作這一部分時為學生提供了排版設計原則及介紹了一些實用的工具幫助他們更好地解決問題。如圖6所示。

剛開始學習時，教師要多給予學生一些概念方面的知識和工具，教會學生在日常學習或者以后工作中當遇到問題時，要學會主動思考，回顧已學到的知識概念，再加上去搜尋到一些需要用到的新知識概念或工具幫助解決當下問題，慢慢地當學生掌握這種思維模式后，就會自己主動去思考去找尋答案。此環(huán)節(jié)對于提升學生的信息素養(yǎng)有重要的實踐意義。

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

3.5 協(xié)作學習

此環(huán)節(jié)主要是進行小組協(xié)商、討論。在于對知識的梳理、重構，在集體思維作用下完善對知識概念的全面理解。在進行《計算思維與信息素養(yǎng)》這門課程教學過程中，將班級學生進行了分組，每組學生座位是在一起，便于討論和交流。這與計算思維中的“問題求解”、“系統(tǒng)設計”這一過程一致，指導著SPOC建設中“解決問題”這一部分。如圖7所示。小組間共同討論交流，完成母版的設計制作，并開展小組內(nèi)互幫互學，讓學習能力強的學生指導和帶動理解、操作稍弱的學生，相互促進，共同進步，縮小學習差異化。

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

3.6 效果評價

學生在線上完成了平臺資源的學習，線下在教師對重難點知識點梳理后進行組間討論交流，并在獨立思考與頭腦風暴后，獨立完成平臺作業(yè)。期間，無論是線上和線下，教師都參與到學生討論中，進行觀察和指導，及時給予引導，解決問題。作業(yè)通過平臺提交后，可以進行生生互評，也可由教師直接評分，查看學校效果。教師通過在平臺發(fā)起討論，引導學生對所學知識進行關聯(lián)和總結，便于學生鞏固所學。從而完成整個課程學習。整個以支架式教學法為指導的面向計算思維培養(yǎng)的SPOC建設脈絡圖如圖8所示。

圖8 支架式教學法指導下的面向計算思維培養(yǎng)的SPOC建設脈絡圖

4 支架式教學法指導下的SPOC建設啟示

支架式教學法指導下的《計算思維與信息素養(yǎng)》SPOC的實踐研究解決了當前職業(yè)教育中計算機基礎教學過程中計算思維落地的問題，落實了以“教師為主導，學生為主體”的教育理念，通過線上課程給學生搭建學習環(huán)境、提供學習資源和工具，引導學生像計算機科學家一樣去思考問題、分析問題、解決問題。

《計算思維與信息素養(yǎng)》SPOC使用支架式教學法進行組織搭建，有助于幫助學生更好地進行項目化學習，能很好地幫助學生構建一個提出問題到問題求解全過程非常清晰的情境，讓學生在此充分地進行學習、思考、創(chuàng)新。從而達到培養(yǎng)計算思維能力的目標。