面向計算思維能力培養的移動設備情境創設

劉瓊， 史諾， 楊鵬(.楊凌職業技術學院 信息工程分院，楊凌 700；.楊凌職業技術學院 機電工程分院，楊凌 700；.西北農林科技大學 機械與電子工程學院，楊凌 700)

面向計算思維能力培養的移動設備情境創設

劉瓊1， 史諾2， 楊鵬3
(1.楊凌職業技術學院 信息工程分院，楊凌 712100；2.楊凌職業技術學院 機電工程分院，楊凌 712100；3.西北農林科技大學 機械與電子工程學院，楊凌 712100)

為了提高楊凌職業技術學院計算機專業學生的計算思維能力，依據建構主義的學習理論，綜合“互聯網+高職教育”的特點，利用移動設備進行了課堂教學的情境創設。該方法通過引入二維碼技術，將教學視頻、教學內容、拓展學習資料等制作成二維碼卡片，學生通過移動設備掃描二維碼從而感受到虛擬的學習環境。結果表明：改革對教師和學生都產生了積極影響，不僅促進了課堂教學的根本性變革，而且為學生的發展創造了新的機遇，有助于提高人才培養的質量。

計算思維； 教學情境； 情境創設； 互聯網； 移動設備； 二維碼

Abstract： To improve the computational thinking abilities of our computer science students in authors' universityes, the classroom teaching situations using mobile devices were created on the basis of constructivism theory and the characteristics of Internet and higher vocational education to improve students’ computational thinking abilities. By introducing the two-dimensional codes, the teaching videoes, contents and expanding learning materials were programmed into two-dimensional cards. Students felt the virtual learning environments by scanning the two-dimensional code using mobile devices. The results show that it has a positive impact on both teachers and students. Not noly does it promote the fundamental changes in classroom teachings, but also it creates new opportunities for students. It helps to improve the quality of personnel trainings.

Keywords： Computational thinking; Teaching situations; Situation creations; The Internet; Mobile devices; Two-dimension code

0 引言

計算思維是指運用計算機科學的思想來進行問題處理的思維方式。在信息時代，計算思維的應用已不僅僅局限于計算機領域，在生活生產的眾多領域中，它提供了求解問題的有效方法和手段[1-2]。提高學生的計算思維能力是計算機職業教育的核心目標，依據建構主義學習理論，綜合“互聯網+高職教育”的特點，《C語言程序設計》課程教學組提出了采用移動設備創建學習情境，培養學生計算思維能力的策略，并于2016年春季開始對信息管理13016班學生進行教學改革與實踐，取得了初步成效。

1 情境學習理論

情境學習理論的主旨思想是在應用情境中，學習者與學習環境之間產生交互，進而推動學習者掌握知識與技能[3]。在傳統程序設計課程的教學中，教師及學生都將大量精力聚焦于語法結構，而瑣碎、枯燥的語法細節與應用情境并沒有進行耦合，導致程序設計思想沒有得到應有的重視，教學效果差強人意。

學習情境可以是真實環境，也可以是虛擬仿真環境。在現有的課堂理論教學過程中，創建虛擬的仿真學習情境是較為經濟、也是較為容易組織實施的方式。因此，在《C語言程序設計》實際教學中，創建幫助學生理解的語法結構、語法規則等內容應用情境，引導學生個體體會程序設計的思想，才可能促進學生的編程能力的提高，培養其具有一定的計算思維能力去解決實際項目。

2 情境構建

課程教學組以生活、工作中的情境為原型，經過難度簡化、細節刪除后，創建了體重指數的計算、華氏溫度與攝氏溫度的轉換、某年某月所含天數的計算、九九乘法口訣表的輸出、猜數字游戲、學生成績管理系統等學習情境，結合教材中的順序結構、分支結構、循環結構、函數、指針等內容對學生進行程序設計課程的教學，并鼓勵學生發揮主觀能動性進行自由探索。

如何將學習情境用簡單、易懂的方式表達出來也是我們面臨的難點，經過多方搜資調研與討論，我們確定以RAPTOR軟件為切入點，利用它基于流程圖的可視化編程開發的特點，針對所設計的情境進行算法流程設計和運行驗證，為教學提供虛擬仿真環境的實驗平臺。RAPTOR流程圖可以直觀地創建和執行，對學習者語法的要求可以降低至最低限度，因此學生的注意力可以最大限度跟蹤流程圖的執行過程，潛移默化的培養計算思維能力[4]。因為RAPTOR流程圖可以很方便的生成C#、C++、JAVA等高級程序設計語言或exe可執行程序，因此學生在關注流程圖的同時，可以將語法等瑣碎內容融入整個程序中理解，達到“既見樹木，又見森林”的效果。

課題組將創建的虛擬學習情境都利用RAPTOR進行了流程設計，例如學生成績管理系統中的根據學生的成績給出相應的考核水平等級的流程圖，如圖1所示。

圖1 學生考核水平等級的流程圖

并將流程圖在RAPTOR中運行以確保流程圖中程序邏輯的正確性。所有的創建過程都錄制了微視頻，清晰表達了程序設計思想。

3 移動設備情境再現

紙質教材是支撐傳統教學的教育資源最普遍的載體，但是內容封閉、單一，將我們所創建的教學視頻、教學內容、拓展學習資料等與紙質教材相結合形成復合學習材料，才能將學習情境表現出來構成增強型學習環境[5]。

3.1 二維碼技術的引入

二維碼是采用特定的幾何圖形按一定規律在平面上分布的黑白相間的圖形。其技術原理是利用與二進制相對應的幾何圖案來表達計算機內部邏輯 “0”和“1”，從而表示出相應的文字數值信息，并可通過圖像處理設備和光電掃描設備來實現信息的自動處理。由于二維碼在橫向和縱向兩個方位同時表達信息，因此存儲量大，且可靠性高、可存儲圖片、視頻、聲音等信息。因此近年來，二維碼技術在安檢系統、證件管理、醫療醫藥等領域都得到了廣泛應用[6-8]。

將二維碼應用在教育當中是在信息化教學環境下出現的新模式，目前開展的基于二維碼的多媒體學習主要聚焦于應用模式研究和學習效率研究兩個方面[9]。我們經過初步分析后認為，隨著技術的不斷進步，諸如智能手機、平板電腦的成本不斷降低，已在學生群體中普及，學生上課玩手機的現象已成為困擾現代教育的一個難題，將二維碼技術應用在教學中，在wifi環境下學生利用智能移動設備的攝像頭對準二維碼進行掃描，就可以快速鏈接到存儲在網絡上的教學資源，這樣就可將手機的定位從玩具轉變為移動學習平臺，不僅可以實現情境再現，而且有效緩解了學生利用手機娛樂的依賴性。

3.2 二維碼的制作

3.2.1 課程網絡平臺的建設

雖然可以將教學視頻上傳至視頻網站并通過審核后生成二維碼，但是為了做到教學資源的集中、完善，最有效的方式是建設課程網絡平臺，我們將教學視頻、圖片、動畫、教學內容、拓展學習資料等教學資源上傳，并按照知識點與技能點進行歸類，每一個單獨的學習資源都會對應一個具體的URL地址，便于教師進行資源管理。

3.2.2 二維碼生成

二維碼是移動互聯網的入口，利用移動設備進行情境創設需將每個資源對應的URL地址進行編碼。二維碼的編碼的生成需要進行數據分析、數據編碼、糾錯編碼、構造最終數據信息、構造矩陣、掩膜、處理格式和版本信息等流程，需要專業人員來完成，為了提高效率，可利用網絡上免費的二維碼生成器進行編碼。目前，國內應用較多的有草料二維碼生成器(http://cli.im)、聯圖二維碼(www.liantu.com)、微微在線二維碼生成器(http://www.wwei.cn)等，只要將每個要展示的學習資源的URL地址輸入到上述網站對應的輸入框后就可直接生成二維碼，即時輸入即時生成[10]。

3.2.3 卡片制作

由于二維碼的糾錯能力強，利用點陣、激光、噴墨等常見的打印技術制作的二維碼即使破損、沾污的面積達到50%，也能正常讀取完整的信息，且二維碼可轉印至紙張、PVC、金屬等材料表面，對于印刷介質要求不高。銅版紙由于色彩還原度好、厚度適中，因此我們采用的做法是將生成的二維碼圖片保存，在WORD文檔處理軟件上進行排版設計后打印至銅版紙制成的小卡片上，卡片可重復利用。總體來講，二維碼卡片制作成本低、簡單易用。

3.3 二維碼的識讀

二維碼的識讀設備有掃描槍、讀取器等，紙張上印刷的二維碼只需在智能移動設備上安裝相關的應用APP，掃描后就可實現視頻的播放和各種資源的呈現。能夠實現二維碼識讀的移動應用有很多，學生最常用的是微信的 “掃一掃”功能，在WIFI覆蓋的條件下，可以快速識讀二維碼，并流暢呈現虛擬的學習情境。學生在學習過程中掃描二維碼，如圖2所示。

圖2 學生掃描二維碼

3.4 教學應用

移動設備情景再現模型將《C語言程序設計》課程的教學過程分為以下4個階段：課前預習、課堂教學、課后鞏固和學習評價。每個階段都有相應的學習任務。

3.4.1 課前預習

在教學內容正式實施之前，教師就布置課前的預習任務。教師將制作好的二維碼卡片提前分發給學習小組并提出項目任務，學生利用智能移動設備(如手機、平板電腦等)對二維碼卡片進行掃描，從而獲取學習資源。通過與學習情境相關的微視頻的觀看，真實的圖片與場景再現會使學生對于教師提出的項目任務建立宏觀印象，使學生對將要學習的知識點有了較好的認知，同時，學習資源的動態呈現也提高了學生的學習興趣，有助于提高學習效率。

3.4.2 課堂教學

課堂上，教師進行教學任務的分析，詳細講解具體實施過程，學生掃碼后參照RAPTOR流程圖與教師的實際講解來把握解決問題的主體框架與脈絡；最后，再掃描相應的二維碼卡片來觀看程序的實際應用效果。在教學實施中，通過移動設備以二維碼為紐帶將實際情境、網絡空間與課堂空間有機串聯起來，實現了課堂中的情境再現，學生的學習興趣和樂趣被充分調動起來。

3.4.3 課后鞏固

學生在課后鞏固階段，可以自行掃描教師分發的二維碼卡片，實現教學情境的再現；同時，學生也可以利用自己的閑暇時間，碎片化學習相關知識點從而提升教學效果。

4 應用效果評價

4.1 教師自評

在互聯網+的時代大背景下，利用移動設備進行課堂教學的情境創設為教師帶來了顛覆性的變化，不僅促進了教師對教學內容、教學資源、教學方式等內容做出了根本性變革，而且為教師的發展創造了新的機遇，課程教學組6位成員應用此教學模式后進行自評，從有用度、易用度、適用度三個維度進行考察，統計結果，如表1所示。

表1 問卷調查統計結果

從統計結果中可以得出教師對于這種教學模式變革較為滿意，且自身能力可以勝任課程改革的需求。

4.2 學生評價

我們對學生進行了問卷調查，并對調研數據進行了信度、效度檢驗，整體信度克朗巴哈系數值為0.855，內部一致性較佳；同時，結構效度值都在0.5以上，說明問卷的設計較為理想，結構良好。問卷調查結果簡單總結如下：(1)授課方式較新穎，具有吸引力；(2)創造出的學習情境有助于激發學習興趣；(3)課后也可以通過掃碼便捷瀏覽學習資源，操作便捷。但是，有個別學生反應對于該模式不適應，主要表現在課堂上交叉使用教材與移動設備，教學組織與實施稍顯混亂。對于學生反應的不足之處是課題組以后需要著重改進的地方，增強復合學習材料的一體化建設。同時，我們用隨機抽樣的方式對采用新模式與傳統模式的授課班級進行了技能測試，新模式下的學習者編程能力明顯強于傳統模式的學習者，計算思維能力已經初步形成。

5 總結

我們以《C語言程序設計》課程為對象，應用移動設備創設學習情境，綜合應用了RAPTOR、課程網絡平臺、二維碼技術等進行課程改革，并對課改效果進行了分析，可以形成如下初步結論：

1.利用移動設備進行情境創設在互聯網+的時代背景下技術成熟、簡單易用，將其引入程序設計課程教學中的可操作性強。

2. 利用移動設備進行情境創設對教師與學生都產生了積極影響，有助于提升高職計算機類專業學生的計算思維能力，提高了人才培養質量。

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SituationalCreationsintheAbilityTrainingofComputationalThinkingbyUsingMobileDevices

Liu Qiong1, Shi Nuo2, Yang Peng3
(1. College of Information Engineering, Yangling Vocational & Technical College, Yangling 712100, China; 2. College of Mechanical & Electrical Engineering, Yangling Vocational & Technical College, Yangling 712100, China;3. College of Mechanical and Electronic Engineering, Northwest A&F University, Yangling 712100, China)

G712

A

2017.01.08)

陜西省職業技術教育學會2016年度教育科研規劃立項課題項目(SZJY-1604)。

劉 瓊(1984-)，女，西安人，碩士，講師，研究方向：職業教育理論與實踐等。 史 諾(1985-)，楊凌，碩士，講師，研究方向：職業教育。 楊 鵬(1990-)，青島，碩士，助教，研究方向：思想政治教育。

1007-757X(2017)09-0018-03