以計算思維培養為目標的Excel微課程設計

盧文來

“電子表格的設計與制作”是《上海市信息科技課程標準》中初中信息科技課程內容的一個部分，是計算機處理數據也是初中信息科技學業水平考試的一個重要內容。電子表格軟件有其顯著的特點，那就是操作容易理解難，上手容易深入難，做練習容易解決問題難。以往在教授這部分內容時，教師們會側重學生基本技能的達成，關注“怎么做”，而忽略“是什么”和“為什么”。因此基本教學方法停留在“教師講授+學生操練”，評價方式也相對單一，學生只需要完成一定數量的練習，即可過關。這種教學模式確實能使學生在考試中取得較好的成績，但由于他們對所學內容缺乏一定程度的理解，因此容易遺忘，也不可能真正從思維層面和能力層面得到提升，學生“想不到”利用電子表格來解決問題，也“不會”將其應用于日常生活。隨著各學科對學生思維培養的日漸重視及“計算思維”概念的逐步深入，筆者嘗試換一種思路來設計本單元，即“基于計算思維培養的Excel微課程設計”。

課程目標

掌握Excel的基本技能依然是學習的重點，包括表格的設計、數據的輸入、計算、簡單函數應用、圖表創建等。但除此之外，筆者將目標重點定位在以下三點：①注重思維培養。主要是計算思維的培養，重點在抽象和建模。②注重問題解決。注重從問題開始的數據設計、建模、分析的全過程。③注重自我學習。引入MOOC模式，利用Moodle課程平臺，讓學生體驗自我學習的過程，為他們應對未來的開放課程時代做準備。

Excel教學內容中計算思維的體現

計算思維是運用計算機科學的基本概念進行問題求解、系統設計、人類行為理解等一系列涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。這個廣為流傳的定義是卡內基梅隆大學的周以真教授在2006年提出的。計算思維的核心概念是抽象、邏輯思維、算法和糾錯。在Excel中，計算思維可以在以下幾個方面得以體現。

1.抽象和自動化

抽象和自動化包括兩個層面的概念，其一是將社會/自然現象進行抽象，表達成可以計算的對象，構造對這種對象進行計算的算法和系統，來實現社會/自然的計算，從而通過這種計算發現社會/自然的演化規律；其二是強調用社會/自然可接受的形式（如多媒體、虛擬現實、自動控制等）來展現計算及求解的過程與結果。Excel數據建模就是這兩個層面的具體體現。將一個生活中的具體問題構建為一個簡單的數據模型，在建構過程中，會涉及常量和變量、對象、運算符、函數、引用、公式等。模型的建構取決于用戶需求以及作者對問題的分解和界定，可以將數據模型比作一個巨大的函數，用戶只需要提供或改變一些數據，模型就可以幫你求解（如圖1）。

所以在Excel的學習過程中，教師帶領學生從實際問題出發，通過分析、設計、構建簡單的數據模型，以實現對問題的解決，從而體現“抽象和自動化”，將對學生后續的思維發展起到非常重要的奠基作用。

2.運算符和數據類型

在計算機語境中，運算符和數據類型是兩個基本術語，也是學習程序設計的必由之路，因為它們是計算機存儲和運算的基礎，是“自動化”的基礎。從Excel誕生的那一刻起，計算便是它最重要的功能，而計算必將涉及運算符和數據。不同的運算符需要不同類型的數據參與。雖然在Excel中不需要對數據類型做嚴格的細分，但其卻是一個比較好的載體，能讓學生明白“數值”、“文本”和“布爾”這三種基本數據類型及其相關的運算。

3.對象和屬性

在計算機領域中，在面向對象的程序設計中，屬性是一個非常重要的概念。而在Excel中，單元格、行、列、工作表、透視表等都是對象，僅以“單元格”為例，用戶可以改變它的內容、格式（字體/大小/邊框/底紋）、行高列寬、位置，這些其實都可以算作一個單元格的屬性，均可以參與運算。

教學策略

1.分解知識點，創建微視頻

Excel的知識技能和思想方法對于六年級的孩子來說會有一定難度，且學生之間差異較大，這種比較難以理解的知識、比較復雜的技能適合采用微課程形式，因為學生可以反復觀看和體驗。筆者將整個Excel的知識技能點作分解和切割，每個微視頻體現1～2個知識技能點，時間控制在2～10分鐘（如圖2）。

同時，筆者還大致劃分了每節課的進度，用No.X來表示，每次上課，都會給出本節課的基本安排，學生可以根據自己的進度進行調節。

2.利用Moodle課程平臺，設計配套練習

配套練習分為兩類，一類是基礎測試，另一類是操作題。

（1）基礎測試類

基礎測試類練習重點考查學生對知識的記憶、理解、運用和遷移能力，以及對原理和思想方法的掌握情況。題型主要涉及填空題、匹配題、選擇題。測試題緊扣視頻課程，仍以第四節課的內容為例，在L3_E1_1測試中，筆者設計了如下的測試：①如果要計算25的四次方，在單元格中應該輸入_____（填空題，考查學生對“^”算術運算符的運用）；②要計算A2單元格的值乘以B2單元格的值，并把結果在C2中呈現，應該在_____單元格中輸入計算公式（填空題，考查計算結果的存儲位置）；③要求A2單元格的值和33相乘，應該在單元格中輸入公式_____（填空題，考查公式中對單元格的引用）；④在Excel中計算322+32×55的值是_____（填空題，需要學生到Excel中計算，考查對公式和乘法運算符的正確使用）；⑤要計算（642-2020）÷4的值，需要在單元格中輸入（選擇題，考查對公式的應用）。

僅僅提供測試是不夠的，在課程平臺上進行測試的優勢更重要的在于對于每個錯誤答案所提供的反饋。以第5題為例，筆者設計了全面的反饋機制（如圖3）。

有了反饋機制，學生就能明白自己為什么錯，從而再次嘗試答題。為了鼓勵學生不斷改正錯誤，筆者將測驗設置為“不限試答次數”，也就是說學生可以反復回答，直到正確為止。但是，反復答題也是有代價的，每次答錯就會有罰分。如果這道題滿分為1分的話，學生答錯2次，就會被扣0.2分。

（2）操作類

操作練習需要學生在表格中進行實際操作，用來解決實際生活中出現的問題，體現的是學生的綜合應用能力。

3.關注生活中的問題解決

（1）兩個項目的完整體驗

整個單元有兩個項目貫穿始終，一個是教學范例Ruby’s Birthday Party，涉及個人活動經費的規劃和控制，重在引導學生學會設計數據模型；另一個是個人項目“我的教育費用”，由學生自己建構數據模型，涉及個人教育經費的支出和預測，同時引導學生關注自己的興趣以及感恩父母的付出，也為有意向進入我校學習的學生家長提供參考。兩個項目均是從現實生活中的問題出發，經歷數據的設計、建模和分析的全過程。以Ruby’s Birthday Party為例，筆者提出一個場景，Ruby要舉辦一次生日Party，她邀請幾個朋友，一起吃一頓午飯，為此，她需要準備一些食品，布置一下房間，并為每個朋友準備一份小禮物。父母會提供一定的經費支持（預算），Ruby需要做的就是列出所需購買的物品，并求出總價，最后和預算進行比較，看是否超支，從而調整自己的開支。

視頻中教師是Ruby，為范例進行講解，但是學生在完成項目時是按照自己的需求來設計的。這個項目的實施分為三個步驟：首先是設計表格，由于是現實生活中的問題，學生沒有利用計算機求解的經驗，為單價和數量均加上單位，而小計和總價都是通過自己計算或者通過計算器來計算。待進入數據計算單元，學生便會發現，按照原先的輸入方法，計算機是無法進行計算的，因此，學生便去掉了單位，利用公式算出了“小計”和“總價”。當最后在構建數據模型的時候，學生不僅將人數“剝離”出來，而且利用if函數算出了是否超支。當改變單價、人數或者預算時，相應的價格便會發生改變，而最后呈現出來的是一個結果——是否超支。至此，一個數據模型便構建成功。

這個數據模型類似于一個函數，每一個函數都能完成某一個功能，它需要用戶輸入一些參數（也有不需要參數的），函數就能返回一個結果。而Ruby’s Birthday Party數據模型就類似于一個函數，它的功能就是判斷“是否超支”，需要提供的參數就是“人數、物品價格和預算”，返回的結果就是告訴我們“是否超支”（如圖4）。

（2）練習設計從學生實際出發

練習的設計精選和學生學習生活息息相關的內容。“我的一周課表”這個作業位于第二單元“數據輸入”。通過制作這張表格，學生不僅能學會基本的操作，包括輸入、合并單元格、自動填充、設置邊框底紋等，而且體現了個性化，因為筆者要求學生把雙休日的安排也放了進去，筆者同時用自己的方式把喜歡的課程突出顯示。因此，學生的作品無一相同（如圖5）。

“運動會比賽排名”和“達人秀24點出題器”這兩個作業位于第三單元“數據計算”，前者的數據來自于學校運動會的真實數據，學生需要利用rank函數對鉛球比賽進行成績排名；后者則是為學校的特色節目——“達人秀”服務的，24點比賽是其中一個現場PK項目，學生需要利用隨機函數來創建。“世外星空選課”位于第四單元“數據統計”，同樣來源于真實的學校課程，每周五的下午第一節課就是學生的上課時間，學生可以從多個課程中選擇一門來學習，在這個作業中，學生需要利用數據透視表對各門課程的選課人數作統計。這些作業教師會在微視頻中進行講解，學生可以隨時暫停，跟著視頻同步操作。也有些作業沒有微視頻，重在對已有知識的綜合運用，但教師會在作業中進行提示，如“身份證信息提取”和“成績等第轉換”，這兩個作業位于第三單元“數據計算”，教師給出了如下場景和操作提示。

身份證信息提取

身份證是我們的身份標識，其中包含了很多信息，這里我們要嘗試一下如何提取身份證中的某些信息。我們現在有兩個需求：①計算年齡，以便了解各個年齡段的人分別有哪些；②匯總1～12月每個月過生日的人分別有哪些，以便給他們準備一份生日禮物。

參考解答：①這兩個問題需要我們提取的是“出生年份”和“出生月份”這兩個信息；②這兩個信息分別顯示在身份證號的第7～10位（共4位），第11、12位（共2位）；③由于信息產生在文本中間，所以我們可以通過mid函數來提取，mid函數需要三個參數，分別為哪一個文本（如A2），從第幾位開始，總共要取出幾位；④年齡的計算可以通過公式“今年的年份-生日年份”來計算，由于取出的年份是文本形式，不能進行數學運算，所以可以通過value函數將其轉化。

在表格中完成：①計算生日年份、年齡和生日月份；②按照年齡進行排序（用rank函數）。

成績轉換

我們經常會需要將成績轉換為等第，等第轉換有兩種形式，同學們可以選擇以下任一形式利用if函數完成。

轉換方法一（較簡單）

合格：>=60；不合格：<60。

轉換方法二（較難）

優秀：>=85；合格：>=60（小于85）；不合格：<60。

教學實施及成效

1.課堂結構三部曲

從課堂實施來看，每節課主要分成三個部分。首先是對上一節課作業出現的問題進行集中反饋，接著學生自行觀看微視頻并做練習，教師會給出進度建議。如果在過程中教師發現有比較集中的問題，則會請學生暫停進行集中講授，但這種情況非常少。

2.教學成效

從課堂狀態看，學生都非常投入地觀看視頻并及時完成任務。從練習情況看，練習的完成度高，達成度總體較高。如圖6中的三道題來源于第三單元“數據計算”中的文本運算符，學生會有兩次答題機會，從圖7中我們可以看出，對于第三、四兩道題，學生的第一次答題正確率分別達到86%和82%，說明掌握程度較好。全班41位同學，而答題總數為46次，說明其中有五位同學答了第二次。但對于第五道題，學生第一次答題的正確率只有46%，筆者及時了解到學生對于兩個“=”產生了困惑，于是便集中進行了講解（如圖6、圖7）。

課后筆者對部分學生進行了訪談，從訪談中了解到，學生并不覺得課程難，雖然事實上整個課程的設計難度很高，有很多內容大大超出了課標的范圍，但結合練習情況看，確實如學生所說，他們能夠做出來。另外，當問到這種上課形式是否能夠接受時，絕大多數學生表示能夠接受，認為比教師集中講解要好，只有個別學生說稍稍感到有點無聊。

教學反思

從整體來看，課程設計比較關注計算思維，特別是抽象和自動化、運算符和數據類型、對象和屬性，其中函數特別能夠體現計算機如何“自動”地完成任務，體現了自動化的過程。同時，由于采用了微視頻的形式，使學生便于集中注意力、便于自我調整進度，從而降低了課程的難度。所以，從整體來看，課程的實施結果是令人滿意的。

但還有一些問題引起筆者的思考。例如，對于這種課堂節奏，低年齡段的孩子會覺得有點無聊或沒耐心，怎么辦？學生看的時候絕大多數都能懂，練習也都能完成，但是容易遺忘，也就是說練習比較系統，但缺乏一定的鞏固和提升，后續如何改進？在這樣的課堂中，教師似乎是無事可做，那么課堂中教師的作用體現在哪里？這些問題筆者將在第二輪的實施中加以改進。