以計算思維為導向的混合式學習模式的研究與實踐

王靜+盧雪松+楊曉秋

摘 要： 混合式學習（B-Learning）將傳統課堂學習（C-Learning）和網絡學習（E-Learning）的優(yōu)勢相結合，是高校教學改革的重要研究方向。本文在混合式教學中引入計算思維理念，設計以計算思維為導向的混合式學習模式，并在本校的計算機基礎課程中進行教學實踐和效果分析，以期為其他研究者開展混合式教學實踐和研究提供借鑒。

關鍵詞： 混合式學習 計算思維 學習模式

一、引言

隨著物聯網、云計算、大數據等新概念和新技術的出現，各個學科領域發(fā)生了一系列變革，改變了人們對計算與計算機的認知。新時期的計算機應用能力培養(yǎng)，僅僅掌握幾項具體的應用技能是遠遠不夠的，必須對計算及計算機科學的思維形式有較為深刻的理解。加強對計算思維的嚴格培養(yǎng)，才能使學生走向社會后，具有良好的應用計算機解決問題的思維習慣。

如何在計算機教學中融入計算思維理念，培養(yǎng)學生的計算思維能力，成為計算機教學研究的焦點和改革的突破點。隨著構建終身學習型社會理念的提出及網絡多媒體技術的高速發(fā)展，教育領域產生并發(fā)展了新的教學理念——混合式學習。在這一新的教學理念的指導下，我們對本校的計算機基礎課程進行教學方式的改革與創(chuàng)新，以解決現階段教學中存在的一些問題，強化教學效果。

二、混合式學習及計算思維

（一）混合式學習。

隨著E-learning在教育領域的擴展和作用延伸，推動了教育理念的革新，思想的變革與發(fā)展。基于E-learning的理念，教育領域產生并發(fā)展了新的教學理念——混合式學習[1]。混合式學習就是“一種將面授教學與基于技術媒介的教學相結合而構成的學習環(huán)境”[2]，它借助面授教學與基于技術媒介的教學這兩種學習模式的優(yōu)勢重新組織和實施教學活動，以達到提高教學效率的目標。在國內教育技術界，北師大何克抗教授認為，混合式學習“就是要把傳統學習方式的優(yōu)勢和E-learning的優(yōu)勢結合起來”[3]。

新媒體聯盟2015地平線報告高等教育版，在短期趨勢中也提出了混合學習的廣泛應用[4]。“混合式學習”（Blended Learning）是在線學習和面授相結合的學習方式，從本質上講，混合學習是把傳統學習方式的優(yōu)勢和網絡化學習（E-learning）的優(yōu)勢結合起來進行教學。也就是說，在教學中既要發(fā)揮教師的引導、啟發(fā)、監(jiān)控教學過程的主導作用，又要充分發(fā)揮學生作為學習主體的主動性、積極性和創(chuàng)造性。它借助面授與網絡這兩種學習模式的優(yōu)勢重新組織教學資源、實施學習活動，把這二者結合起來，使二者優(yōu)勢互補，以達到最佳學習效果。

（二）計算思維。

2006年3月，美國卡耐基梅隆大學教授、美國基金會（MSP）計算機和信息科學與工程部（CISE）主任周以真（Jeannette M.Wing）教授，在美國計算機權威刊物《Communications of the ACM》上，首次系統提出了計算思維的概念[5]。周教授認為，計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計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。計算思維概念一經提出，立即得到我國各界的廣泛關注，計算思維的思想迅速在科技界與教育界蔓延開來，改變著當今社會廣泛認同的一些理論和認識。

三、以計算思維為導向的混合式學習模式的設計

隨著信息技術在教育中應用的不斷普及與深化，學校的學習環(huán)境與學習方式正在發(fā)生巨大變化，特別是大學教育階段，充分整合各類平臺與資源，形成全方位立體化教學，為混合式學習的展開提供了必要的硬件支持。大學階段的學生在智慧、情感、認知等方面都達到相當成熟的水平，具有相對較高的知識經驗水平和比較充分的學習經歷，有一定的自主學習能力，能夠較好地把握學習進度，為混合式學習的實現提供保障。

以計算思維為導向的混合式學習模式，是學生在混合式學習環(huán)境中，通過教師對各種學習資源與學習環(huán)境的優(yōu)化，對學習活動的組織、監(jiān)督及對學習過程的幫助，運用計算思維的方法進行知識與方法的獲得、知識內容的拓展遷移與內化的學習過程模式。它以計算思維理念為指導，綜合運用計算思維方法，讓學生在教師的輔助下自主完成知識的建構，提高學習效率，優(yōu)化學習效果，并最終提升學生計算思維能力的新型學習模式。

以計算思維為導向的混合式學習模式以任務為主線將學生和教師連接起來，結合計算思維的方法，教師對學生的學習過程進行直接的指導、監(jiān)控和評價，輔助和引導學生運用計算思維的方法有效地進行知識的建構與內化過程。通過一系列計算思維方法，如遞歸、關注點的分離、啟發(fā)式推理、仿真解決抽象問題、抽象解決分離任務、簡約任務、轉換任務等，在設計好的問題和混合式學習的立體化環(huán)境中，達到高效率的明確任務并完成任務，達到知識的遷移與內化，最終獲得計算思維及創(chuàng)新能力的提升。

四、以計算思維為導向的混合式學習模式的實施

在以計算思維為導向的混合式學習模式中，整個學習過程主要由學習準備、明確任務、完成任務、共享交流和能力提升等環(huán)節(jié)構成。與此相對應的，教師的輔助環(huán)節(jié)主要圍繞組織和實施學生的學習活動展開，包括教學準備、設計并呈現任務、實施任務及總結評價等。

（一）學習準備，明確任務。

在大學計算機基礎課程學習中，學生應首先了解計算思維的基本概念與方法；教師應熟悉計算思維的基本概念與方法，同時要保證學習環(huán)境的友好、優(yōu)秀，學習資源的有效、優(yōu)質。學生與教師共同對問題進行提煉。

我們以排序算法為例。學習排序首先要了解什么是排序，進而了解排序中所涉及的關鍵動作，這些關鍵動作可以通過什么樣的方式實現等。這樣反復地啟發(fā)式推進，逐步得到解決問題的關鍵，即比較與交換是排序算法中的關鍵。

在上述問題提煉的過程中，教師利用計算思維的啟發(fā)式推進、關注點分離等方法，幫助學生分析收集整理的學習資源，一步一步地自我啟發(fā)，循序漸進，最終得到排序問題解決的關鍵。

（二）解決問題，完成任務。

該環(huán)節(jié)學生在教師的輔助下繼續(xù)補充、整理和分析學習材料，并進行深入研究，同時學生之間相互協作，最終獲得問題的解決。

我們以“十個不同隨機自然數的從小到大排序”這一問題的解決為例。上一環(huán)節(jié)，學生在教師指導下，了解到排序算法的關鍵是比較和交換的正確完成。這一環(huán)節(jié)運用計算思維中遞歸思想和關注點分離的方法，我們對十個不同隨機自然數的排序問題進行分解。關注點先由十個不同隨機數的比較排序轉換為兩個不同隨機自然數的大小比較和排序問題，進而拓展最基本的排序算法至十個不同隨機自然數的從小到大排列，完成—趟排序使十個自然數中最大的一個排至數據列的最末端。按照相同的方法，將十個不同自然數中第二大的數交換至倒數第二個，以此類推，第三大的數交換至倒數第三個，直到完成十個不同自然數的排序。學生按照相同的原理最終獲得十個不同隨機自然數的從小到大排序過程的流程圖。

在教師的輔助指導下，學生之間需要進一步的交流協作，充分運用計算思維的方法深入分析問題，分別對自己解決問題的方法提出質疑并校驗，最終獲得十個不同隨機自然數的排序問題的精確解決方法。學生通過運用計算思維進行問題分解、構建數學模型并解決問題，充分發(fā)揮學生的學習主觀能動性，可有效地促進學生對知識的建構，優(yōu)化學習效果，對提高學生的解決問題能力、計算思維能力有顯著的促進作用。

（三）共享交流，知識拓展。

為了使學生拓展知識范圍，進一步掌握同類問題的解決方法，學生在教師的組織和幫助下鞏固練習、交流共享研究型學習成果，通過學習其他解決方法，拓展學生的思維空間。該環(huán)節(jié)的關鍵在于學生在教師的協助和指導下，更深層次地分析問題，挖掘學習資源及其他相關信息鞏固學習成果，并與其他學生共享，最終達到舉一反三，拓展思維空間，提高計算思維能力。

在大學計算機基礎課程的學習過程中，學生可通過課程學習網站了解所有人的問題解決策略及方法，教師組織學生之間進行小組協作和成果交流，學生之間相互學習。在對排序問題解決的過程中，學生充分發(fā)揮自己的想象，深入學習探究，形成了多種不同的排序方法，涉及簡單選擇排序、冒泡排序、簡單插入排序等多種排序算法。

通過學生的鞏固練習和學生之間的交流，學生不僅能夠很好地掌握自己發(fā)現的解決排序問題的方法，而且能了解其他有效解決排序問題的策略和方法，增強學習效果，拓展思維空間，對學生計算思維能力的培養(yǎng)起到推動作用。

（四）反思評價，能力提升。

該環(huán)節(jié)中，學生與教師就整個學與教的過程進行總結、評價和反思，運用計算思維的方法對學習過程中的關鍵點進行總結性概括，為學生今后的學習過程和教師有效的教學輔助提供指導。學生通過反思自己的學習過程，整理知識點，形成知識體系，構建有特色的一套學習方法和學習模式，達到知識內化并能夠熟練應用于解決實踐問題，獲得解決問題能力、計算思維能力與創(chuàng)新能力的提升。

在大學計算機基礎教學過程中，教師對學生的學習過程進行過程性評價，學生可以回歸學習網站自主監(jiān)控學習過程中每個環(huán)節(jié)的評價結果。學生可參考教師的實時評價，反思自己的學習過程，發(fā)現學習過程中的優(yōu)點及出現的問題，發(fā)揚優(yōu)點，及時解決問題，為今后學習過程的高效展開提供指導。教師可通過對學生學習各個關鍵環(huán)節(jié)的學習信息的提取分析和總結評價，反思整個教學指導過程中的優(yōu)點與不足，為以后的教學指導過程有效地展開提供參考。

在以計算思維為導向的混合式學習模式中，教師不再是知識的傳授者，而是學習資源的主要選擇、重組和優(yōu)化者，是學習環(huán)境高效性的主要維持者，學生學習活動的設計、組織、實施和監(jiān)督者，學生學習的輔導者。該模式充分體現了學生的學習主體地位，發(fā)揮了學生的主觀能動性，學生能夠積極主動地收集、選擇、重組和優(yōu)化各類學習資源，并深入學習和交流，獲得問題的解決方法。在教師的組織和指導下，通過多種形式的鞏固練習和共享交流，促進知識的內化和思維空間的拓展，有意義地建構知識體系，使知識能夠被熟練地應用于解決實際問題，提高學生的問題解決能力。在總結和反思整個教學過程中，梳理知識內容，構建或完善具有個體特色的學習模式。

五、結語

在以計算思維為導向的混合式學習模型指導下展開的計算機基礎課程教學，不但提高了學生的學習積極性，更重要的是有效提高了學生的計算機應用技能、問題解決能力和計算思維能力等，培養(yǎng)學生初步形成正確的“思維”方法，有效提高學習者的綜合能力和素質，也為我們今后進一步深化立體化混合式教學改革提供相應理論依據。

參考文獻：

[1]曾苗苗.基于混合學習的“現代教育技術”公共課教學方式改革研究[J].中國教育信息化，2012（21）：57-59.

[2]Graham，C.R.Blended learning systems：definition，currenttrends，and future directions. In Handbook of Blended Learning：Global Perspectives，Local Designs[M].edited by C. J.Bonk and C. R. Graham，San Francisco，CA：Pfeiffer Publishing，2006：3-21.

[3]何克抗.從Blending Learning看教育技術理論的新發(fā)展（上）[J].中國電化教育，2004（3）：1-6.

[4]龔志武，吳迪，陳陽建，等編譯.新媒體聯盟2015地平線報告高等教育版[J].現代遠程教育研究，2015，（2）：3-22.

[5]Jeannette M. Wing. Computational Thinking[J].COMMUNICATIONS OF THE ACM，2006，Vol.49（3）：33-35.

基金項目：揚州大學廣陵學院2015年立項教改課題“基于微課的混合式學習研究”，項目編號為JGYB15003，2015；地方綜合性大學計算思維與大學計算機課程改革與教材建設（2014-A096），教育部高等學校文科計算機基礎教指委，2014.12。