基于DoPBL教學(xué)模式的中小學(xué)計算思維教學(xué)模式研究

姚輝

摘要：隨著數(shù)字化社會的不斷發(fā)展，使用合適的教學(xué)模式培養(yǎng)計算思維愈發(fā)重要。因此，通過對面向設(shè)計的產(chǎn)生式學(xué)習模式進行解析，融入計算思維7個共有維度，設(shè)計了面向計算思維培養(yǎng)的教學(xué)模式，提出了六個實施流程，進而促進學(xué)生的計算思維產(chǎn)生、知識遷移和全面發(fā)展。

關(guān)鍵詞：計算思維;教學(xué)模式;中小學(xué);學(xué)科核心素養(yǎng)

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）17-0158-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

Research on Teaching Mode of Computational Thinking in Primary and Secondary Schools Based on DoPBL Teaching Mode

YAO Hui

（College of Education， Zhejiang University of Technology， Hangzhou 310000， China）

Abstract： With the continuous development of digital society， it is more and more important to use appropriate teaching mode to cultivate computational thinking. Therefore， through the analysis of the design oriented productive learning mode and integrating the seven common dimensions of computational thinking， a teaching mode for the cultivation of computational thinking is designed， and six implementation processes are proposed， so as to promote the generation of computational thinking， knowledge transfer and comprehensive development of students.

Key words： computational thinking; teaching mode; primary and secondary schools; scratch; discipline core literacy

1 引言

在數(shù)字化時代，運用計算工具去解決真實環(huán)境下的技術(shù)問題是成為一名合格的數(shù)字化公民的必備素養(yǎng)。計算思維作為人工智能的基礎(chǔ)思維，對于未來社會的發(fā)展具有重要意義和價值[1]。如教育部新出臺的《普通高中信息技術(shù)課程標準（2017版）》凝練了包括計算思維在內(nèi)的信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)[2]。然而要培養(yǎng)出具有計算思維的學(xué)生，合適的教育方式至關(guān)重要。鑒于此，本研究借鑒董艷教授的DoPBL教學(xué)模式，融合計算思維培養(yǎng)思想，構(gòu)建了面向計算思維培養(yǎng)的教學(xué)模式。

2 面向計算思維培養(yǎng)的教學(xué)模式搭建

DoPBL（Design-oriented Production Based Learning）教學(xué)模式是北京師范大學(xué)董艷教授團隊結(jié)合問題式學(xué)習和項目式學(xué)習在實際教學(xué)中的優(yōu)勢和側(cè)重點，提取設(shè)計思維的要素，所構(gòu)建的面向設(shè)計的產(chǎn)生式學(xué)習模式[3]。DOPBL模式分為外環(huán)和內(nèi)環(huán)，外環(huán)展示了該模式的具體實施流程，內(nèi)環(huán)引入了設(shè)計思維思想，可以促進外環(huán)不同環(huán)節(jié)的活動。DOPBL模式在明確學(xué)習核心、強化學(xué)生的知識素養(yǎng)、促進學(xué)生全面發(fā)展和跨學(xué)科交流合作等方面有著獨到的優(yōu)勢，這也為計算思維培養(yǎng)的教學(xué)模式發(fā)展提供了一個可行方案。因此，本研究在DoPBL模式的基礎(chǔ)上，融入計算思維的抽象與概括、問題分解、算法、分析建模、系統(tǒng)化（自動化）、數(shù)據(jù)實踐、評估與改進[4]等七個共有維度，提出了面向計算思維培養(yǎng)的PBL模式（PBL for Computational thinking training，CTPBL模式）。

CTPBL模式是一個反復(fù)迭代的模型，包括六個具體實施流程，每個實施流程蘊含著計算思維不同維度的培養(yǎng)方式，如圖1所示。

2.1選定問題/項目

選定具體的問題或項目時一次學(xué)習的起點。在這一階段中，教師要從結(jié)合與學(xué)生生活有關(guān)聯(lián)的實際生活案例入手，考慮學(xué)生當前認知情況，嘗試對多學(xué)科知識內(nèi)容進行整合，形成以非良構(gòu)問題為主、趣味性的研究問題或項目。這一實施流程涉及“抽象與概括”維度，教師應(yīng)通過讓學(xué)生對項目的非良構(gòu)問題進行交流和發(fā)問，來構(gòu)建這一問題或項目的表征空間，且在構(gòu)建過程中學(xué)生要進一步減少問題的復(fù)雜性，用簡單易懂的一般方法去表述問題。在選定問題這一環(huán)節(jié)，教師要通過回答的方式去幫助學(xué)生抽象與概括問題或任務(wù)，從而提高學(xué)生問題表述的準確性。

2.2 制定方案/計劃

這一環(huán)節(jié)涉及“問題分解”和“系統(tǒng)化”兩個維度。學(xué)生在構(gòu)建問題表征空間后，要從整體去考慮復(fù)雜任務(wù)，運用分層思維去理解任務(wù)并交流任務(wù)的相關(guān)信息;識別出任務(wù)所涉及的要素，領(lǐng)會并解釋任務(wù)進行時要素互動的方式。下一步則要進行問題分解，通過分離關(guān)注點將復(fù)雜的任務(wù)分解為多個小事項，從而對問題進行步驟化的梳理。在此過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生去厘清任務(wù)問題，合理分導(dǎo)出小事項。然后學(xué)生之間進行頭腦風暴，展開積極討論，構(gòu)思可能或可行的解決問題方案。在這個過程中，學(xué)生間的討論能夠提升他們的批判性思維，還能激發(fā)學(xué)生之間產(chǎn)生新的想法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性。

2.3 設(shè)計活動探究

這一環(huán)節(jié)涉及“數(shù)據(jù)實踐”。制定方案計劃后，學(xué)生或?qū)W習小組要按照計劃安排，設(shè)計活動來模擬任務(wù)場景中出現(xiàn)的狀況，通過收集資料和數(shù)據(jù)，不斷修改完善方案，在逐步迭代后，形成最佳的問題解決方案。迭代是該環(huán)節(jié)的核心部分，通過讓學(xué)生模擬任務(wù)場景，不斷獲得新的數(shù)據(jù)來完善問題解決方案，讓學(xué)生在享受有趣味性的模擬活動的同時，通過數(shù)據(jù)實踐去迭代完善方案，從而有效培養(yǎng)了計算思維。

2.4 生成方案與作品

學(xué)生個人編程作品的生成，這一環(huán)節(jié)需運用“分析建?！焙汀八惴ā比ケ磉_最終解決方案。經(jīng)過前一環(huán)節(jié)的模擬任務(wù)場景后，小組成員已經(jīng)熟悉任務(wù)中各要素的功能以及各要素之間的關(guān)系，形成了一份完善的最終解決方案或計劃，因此，每個學(xué)生要根據(jù)最終解決方案去構(gòu)建方案模型，并最終使用編程算法去形成個人作品。

2.5 進行成果交流

完成個人作品后，學(xué)生要將自己的作品上傳相關(guān)作業(yè)平臺，與小組成員相互交流編程思路和算法。這一環(huán)節(jié)涉及“評估與改進”。在這一過程中，教師需要引導(dǎo)學(xué)生展示和介紹自己的作品，以促進學(xué)生交流技能的提升。同時，在展示和介紹作品過程中，可以促進學(xué)生對前面幾個環(huán)節(jié)中的計算思維維度的鞏固，繼而潛移默化地將計算思維運用到問題解決過程中。學(xué)生通過分享作品，能夠?qū)⒆约簩栴}解決過程中的體驗積極地表達出來，吸收他人的經(jīng)驗和知識，從而促進自己作品模型的修正和改進。學(xué)生會在充分的語言和情感表達中，感知到學(xué)習的緊張、挑戰(zhàn)、成就等，增強學(xué)習動機。

2.6開展活動評價

現(xiàn)階段，計算思維培養(yǎng)以科學(xué)教育、STEM教育為主，評價強調(diào)多元化。評價多元化可以幫助學(xué)生反思自己的實踐過程和模型作品，以促進后期作品的修正和改進，包括主體多元、內(nèi)容多元和方法多元。主體多元以不同角色的視角去發(fā)現(xiàn)作品的優(yōu)缺點，內(nèi)容多元可以綜合評價學(xué)生的學(xué)習過程和作品，方法多元以定性和定量結(jié)合的方法多方面評價學(xué)生的。在評價中，教師要注重引導(dǎo)學(xué)生去去反思解決問題過程中遇到的不足，縷清項目進行中運用的計算思維流程，不斷地對自己的模型和作品進行修正和改進。

3 CTPBL模式的優(yōu)勢

CTPBL模式每個環(huán)節(jié)都引入了計算思維維度，學(xué)生在學(xué)習過程中逐步掌握利用計算思維去解決問題的思想和方法。在項目進行前，教師要讓學(xué)生明白計算思維的概念，在給學(xué)生設(shè)置項目化學(xué)習時要主動融入這些計算思維維度，與項目任務(wù)的完成過程相互契合。CTPBL模式借鑒DoPBL模式的思路，整合了項目式學(xué)習和問題式學(xué)習的優(yōu)勢，其優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾個方面。

3.1 計算思維在項目式學(xué)習中產(chǎn)生

CTPBL強調(diào)學(xué)生計算思維是在項目學(xué)習中產(chǎn)生的。從項目設(shè)計到作品評價，學(xué)生在項目完成過程中每個環(huán)節(jié)都接觸到了計算思維維度，在這過程中不知不覺就掌握了利用計算思維去解決問題的方法。對問題進行分解、與小組成員的頭腦風暴，在這一過程中，能夠培養(yǎng)和鍛煉的學(xué)生的批判性思維，也有利于學(xué)生計算思維的快速形成。學(xué)生對項目方案進行建模和算法實現(xiàn)，學(xué)生能夠不斷完善自己的思路，建構(gòu)自己的計算思維和學(xué)科內(nèi)容知識體系，最終形成作品。討論交流、評價作品能幫助學(xué)生去修正和完善作品，加深前面幾個環(huán)節(jié)的計算思維維度。經(jīng)過多次的項目學(xué)習，學(xué)生能夠形成清晰的計算思維，并且能夠?qū)⑵溥\用到日常生活中去解決問題。

3.2 利用計算思維解決問題可以遷移到生活

CTPBL模式要求教師所提供的項目任務(wù)和問題以及學(xué)生在日常生活中接觸的問題相關(guān)，那么，學(xué)生在項目學(xué)習過程中所學(xué)到的問題解決方法能夠應(yīng)用到生活中。日常生活的問題大部分是非良構(gòu)問題，其相對于良構(gòu)問題，非良構(gòu)問題的目標、解決過程都較為模糊，不同問題的解決方法有較大差異。CTPBL充分考慮到項目問題和任務(wù)的特點，將非良構(gòu)問題的解決過程融入模式中。教師運用CTPBL模式教學(xué)，不僅能夠促進學(xué)生計算思維的培養(yǎng)，也能將計算思維的解決思路遷移到日常生活的問題，可以更全面提升學(xué)生的綜合思維能力，增強學(xué)生運用計算方式去解決問題的思維意識。

3.3 促進學(xué)生全面發(fā)展和跨學(xué)科交流合作

CTPBL模式整合了項目式學(xué)習和問題式學(xué)習的優(yōu)勢，互相補充了兩者的劣勢。教師運用CTPBL模式設(shè)置一個真實的問題情境讓學(xué)生參與其中;非良構(gòu)問題可以讓學(xué)生去對問題進行思考，發(fā)現(xiàn)隱含的有用信息并進行方案設(shè)計，在這個過程中能夠讓學(xué)生組織多學(xué)科的知識去思考問題。在與小組成員進行討論交流時，學(xué)生合作學(xué)習，共同解決問題，能夠促進學(xué)生全面發(fā)展。

4 結(jié)語

當前，計算思維已被納入中小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)之中，因此，我們必須重視在課程中潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，讓學(xué)生能夠合理運用計算思維去解決學(xué)習及生活中的一些問題，成為一名合格的數(shù)字公民。本研究借鑒DoPBL模式所構(gòu)建的CTPBL模式融入計算思維的七個共有維度，設(shè)計具體的教學(xué)實施流程，實現(xiàn)學(xué)生計算思維和能力的培養(yǎng)。運用該模式對學(xué)生進行培養(yǎng)，可以讓學(xué)生從項目式學(xué)習中逐步產(chǎn)生計算思維，并可在生活中應(yīng)用所學(xué)到的問題解決方式，促進學(xué)生全面發(fā)展和跨學(xué)科知識融合。但這一模式的實踐應(yīng)用仍有待后續(xù)研究的檢驗。

參考文獻：

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[3] 董艷，孫巍.促進跨學(xué)科學(xué)習的產(chǎn)生式學(xué)習（DoPBL）模式研究——基于問題式PBL和項目式PBL的整合視角[J].遠程教育雜志，2019，37（2）：81-89.

[4] 羅海風，劉堅，羅楊.人工智能時代的必備心智素養(yǎng)：計算思維[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2019，29（6）：26-33.

【通聯(lián)編輯：王力】