“自主體驗、自主探究、自我規劃” 三段式探究學習模式 在中學編程教育中的實踐與探索

荊曉虹

近年來興起的編程教育課程豐富，學習資源充足，教學效果卻良莠不齊。例如，網絡開放資源支持下的學生探究學習因缺乏科學的引導而成為“放羊式”學習;自學視頻輔助下的自主學習由于有些教學資源使用不當而演變為“模仿式”學習等。隨著科學技術的迅猛發展，“互聯網+”環境下優化了學習條件，探究學習已經成為現代社會人類常用的學習方式。專家學者們已經對探究學習模式應用于不同的學科進行了研究，嘗試了不同的教學策略。

筆者長期從事中小學編程教育，從遵循人的發展規律培養人才的角度出發，在通過大量的教學實踐之后，縱向探索了探究學習模式在培養信息學人才不同階段的應用并進行了創新，總結出“自主體驗、自主探究、自我規劃”三段式探究學習模式并應用在實際教學中，取得了一定的效果。

● 發現問題

筆者在早期從事編程教育時發現，學生在學習編程的過程中會產生兩種不同的學習狀態：一部分學生在學習基礎知識時非常認真，編寫代碼也很規范，但隨著待解決的新問題出現，他們不敢輕易行動，有了想法也不積極實踐，往往需要通過一些途徑比如上網搜索其他人的題解或代碼，待驗證了自己的思路之后才開始模仿“標程”去解決問題;而另一部分學生則敢于獨立思考和大膽實踐自己的算法，并能主動和同伴交流自己的想法，這部分學生在后期深入學習的過程中表現得更積極主動，比如在對新知識的渴求和探究方面，他們能更及時利用身邊的資源著手研究，學習能力更強，更具創造力。

如何讓在編程方面真正有興趣并有潛力的學生能夠在中學階段得到最大程度的培養，一直是筆者思考的問題。隨著互聯網+新技術的發展以及探究學習模式在中學教學中的深入應用，筆者便開始了相關探索與實踐，期望能幫助學生確立真正的編程興趣，激發其學習主動性，挖掘其學習潛力，緩解其學習基礎學科與培養興趣特長之間的矛盾，為中學信息學拔尖創新人才的培養提供合適的土壤。

● 三段式探究學習模式探索與實踐

1.自主體驗，夯實基礎

皮亞杰的認知發展理論指出，兒童是主動的學習者。在編程學習的初期，教師要充分利用學生的好奇心和求知欲，讓學生嘗試自主體驗式探究學習。筆者研究的自主體驗式學習，主要是指充分利用學生的前概念和既有經驗，讓學生自主經歷直接感知、操作實踐和親身體驗等過程，主動建構新的知識和經驗，自主體驗式探索學習模式如上頁圖1所示。具體策略包括觀看體驗他人解決問題的案例、思考體驗新問題的解決方案、實踐體驗嘗試解決問題、與同伴分享交流體驗學習過程中獲得的技巧和遇到的困難等。教師通過巧妙設計，讓學生在自主體驗的過程中自然進入新問題情境中，促使其獨立思考、自主實踐，再通過師生、生生的交流、討論和分享，充分調動學生的學習主動性，激發學生的參與性，促使學生建構新知、堅定學習信念，以平和自然的態度接納困難并努力嘗試解決，引領初學的學生以正確的姿態進入編程學習的大門。

教學案例一：編寫第一個C++程序

設計思路：本課教學的認知目標是讓學生掌握編寫程序解決問題的一般步驟，了解C++語言編寫程序的基本方法，嘗試在C++環境中動手編寫、調試和運行第一個程序;能力目標是初步培養用編程方法解決問題的思維，培養學生的動手實踐能力;素養目標是破除編程的神秘感，初步樹立學好編程的信心。傳統的教學方法是講授法和演示法，教師通過講解知識和操作演示帶領學生跟著一起做，學生在模仿中掌握知識。在這種思路下，學生對本課知識的掌握能夠基本達成，但在以后的學習中，他們獨自編寫代碼和調試程序會出現困難，尤其害怕調試錯誤程序。在本課中，教師將通過案例視頻引導學生自主體驗學習，視頻中的主角是虛構的一個與學生相仿的小明同學，他從一個生活中的具體問題出發，思考并搜集自己已有的相關知識，構造一個可行方案，然后將方案嘗試步驟化，再將步驟用代碼描述，最終用計算機實踐并驗證。在此過程中，教師將以往學生容易出錯的環節均恰到好處地設置其中，如將程序代碼里的符號故意打錯等。小明的探究經歷牽引著學生的學習經歷，小明的認真思考影響著學生的思維習慣，小明的積極嘗試激發了學生的探究熱情，小明對待代碼出錯的態度引導學生形成正確的代碼觀，最終幫助學生達成學習目標。

教學過程：

（1）自主體驗學習準備階段。

學前待思考的問題：解決問題一般有哪幾個步驟？如何進入C++編程環境，編寫好一個完整程序？如何調試程序？

一段問題解決完整過程的案例視頻：制作一個小明同學嘗試編寫第一個程序的過程視頻，按照教師的教學經驗，小明必須能夠代表絕大多數即將體驗此過程的學生，這樣才能讓學生更自然地進行自主體驗。

一份涉及新知識的學習材料：對本課的相關知識點的詳細介紹，如C++基本語法、C++環境使用指南等，作為備用資源供學生需要時查閱。

一份學習完成后的評價反饋問卷：設計問卷主要是收集學生的學習反饋信息，如“你看完視頻后有哪些疑問？”“是否在學習材料里找到解答？”“你對本課問題還有其他解決方案嗎？”“你認為思考算法和動手實踐哪個更困難？”等。

（2）學習過程。

學生首先了解學前問題，也就是了解本課的主要知識技能目標;在教師的引導下學生將前概念和既有經驗進行遷移，進入自主體驗學習，主要是獨自觀看視頻并嘗試跟隨小明一起思考、動手實踐，教師視學情鼓勵學生大膽實踐驗證自己的想法;自主體驗學習完成后，教師組織學生進行交流分享，促使學生互相學習;最后填寫學后反饋問卷，評價學習效果。

（3）本課結束后，學生填寫學習記錄，回顧學習過程，記錄得失，學著了解自己。

實施效果：在學習過程中，學生根據自身需求展開自主體驗學習。有些學生在代碼環節反復觀看視頻，花了比較多的時間，最終實踐了小明的程序;有些學生對小明解決問題的方法進行了深入思考，并提出了改進方案;還有少數學生修改了小明的代碼進行嘗試……從學生的學習記錄可以了解到，所有學生都進行了自主體驗學習，絕大部分學生達成了學習目標，個別學生由于操作能力薄弱未能完成，有待以后進一步加強。

利用學前問題幫助學生回顧和搜索相關前概念和既有經驗，引導學生運用遷移能力為新問題的解決和新知識的建構做準備。教師要為學生準備充足的輔助學習資源，提供給需要幫助的學生。學習資源是多樣化的，根據學習內容和學情需要，可以是一段問題解決過程的案例分析、一個待解決的實際問題、一個不完整的項目研究案例、一段待推敲的程序、一款精心設計的教學游戲、一份詳盡的使用說明等。在交流和評價環節，教師既要引導學生向他人學習，也要引導學生關注學習過程中的自我表現，嘗試了解自己，為下一次更好地自主體驗學習做出調整，使學習形成良性的循環。

編程是一門實踐性非常強的學科，這一特性非常適合學生進行自主體驗式學習。在教師的合理引導下，學生通過自主體驗積極地將前概念和既有經驗進行遷移，自主地建構新知識，形成本學科的思維方法，提升運用知識解決問題的能力。在本階段的自主體驗學習過程中，特別需要注意的是，教師除了讓學生通過體驗建構知識，還要注意培養學生自主探究的意識，為下一步的探究學習奠定基礎。例如，在上述案例中，輔助學習資源“C++環境使用指南”可以讓需要的學生方便地進行自主查閱，且相關學習過程也應在評價中有所體現。

2.自主探究，鍛煉能力

當學生學習了編程語言、基本數據結構和基礎算法之后，將要學習更深入的知識，解決更復雜的問題。在第一階段的自主體驗中，學生已經初步養成獨立思考、主動尋找和使用輔助學習資源、自主實踐等能力，在本階段中，教師便可大膽開展探究式教學。本階段有三個重要的問題亟待解決：探究的主題如何設定？探究的時間如何規定？學習的效果如何評價？在實踐中，筆者對探究主題的設定主要從兩方面考慮，一是以內容為主線的專題探究，二是以問題引領的求解探究。在本階段初，可以先嘗試專題探究，當學生已經初步掌握探究的方法，并且對自己探究的過程熟悉之后，再嘗試求解探究，如圖2所示。下面，筆者以求解探究為例，闡述本階段的自主探究模式。

教學案例二：導彈攔截問題探究

問題描述：某國為了防御敵國的導彈襲擊，研發出一種導彈攔截系統，但是這種導彈攔截系統有一個缺陷——雖然它的第一發炮彈能夠到達任意的高度，但是以后每一發炮彈都不能高于前一發的高度。某天，雷達捕捉到敵國的導彈來襲。由于該系統還在試用階段，所以只有一套系統，因此有可能不能攔截所有的導彈。輸入導彈依次飛來的高度（雷達給出的高度數據是不大于30000的正整數），計算這套系統最多能攔截多少導彈。

輸入格式：一行，為導彈依次飛來的高度。

輸出格式：一行，為最多能攔截的導彈數。

樣例輸入：389 207 155 300? 299 170 158 65

樣例輸出：6

樣例數據解釋：最多能攔截6枚導彈，攔截高度依次是：389、300、299、170、158、65。

設計思路：學生已經初步學習了窮舉、搜索、動態規劃、貪心等算法，對每種算法的思想和實現方式都已基本掌握，但對算法的原理、算法的適用性、算法間的聯系等從知識點到知識面的建構過渡還不自然，采用求解探究模式能引導學生厘清它們之間的關系，提升算法綜合應用的能力。

自主探究準備：學生自由選擇學伴形成探究小組（建議人數不超過3人），準備學前待思考的問題，提供輔助學習資源（主要是網絡資源），設計學習完成后的評價反饋。

學前思考問題：①你學習過哪些算法？②你比較擅長使用哪種算法？③對于你不擅長的算法主要困難是什么？（原理不清/代碼編寫困難/不會應用）④對于本課問題，列出你所有可行的方案。⑤自己選擇部分環節預估學習時間，學習之后記錄實際學習時間，嘗試評估自己的學習效率。

評價反饋：各小組制作一份研究報告，回顧研究過程，匯報研究成果，提出研究中的困難;組織所有成員進行交流，交流之后填寫學習記錄，反思研究過程中自己的收獲和不足。

實施效果：在教學實踐中，有些學生只是用搜索和動態規劃兩種算法分別解決了問題，并未做深入思考便結束了探究。另外一些學生則精益求精，更具鉆研能力，不僅用搜索、動態規劃和貪心三種算法分別解決了問題，而且對三種算法的時空復雜進行了對比研究，厘清了三種算法間的聯系，獲得了非常好的學習效果。在本階段的探究學習中，學生學習能力的差異逐漸顯現出來，探究學習用時和學習效果都相差較大。

與自主體驗階段相比，教師布置的探究任務不再具體細致，往往是給出一個待解問題或一個專題知識名稱，學生需要深入思考并理解探究任務，才能確定自主探究的目標。需要學生遷移的前概念和既有經驗較為隱蔽和寬泛，教師提供的平臺和學習資源也更為開放，學生需要鑒別、判斷并選擇合適的學習資源進行學習。本階段的實踐驗證、交流匯報環節非常關鍵，學生自主探究的效果在此環節得到自評和他評，為學生進行自我調整提供可靠依據，教師在整個探究過程中要關心和引導各個探究小組，確保探究方向及學習的有效性。本階段自主探究學習的目標并不僅僅定位為掌握學科知識，更重要的是引導學生去關注自主探究的過程，如是否學會發現問題、是否清楚自己在學習中的長項和短處、是否了解自己在自主探究過程中的困難、是否了解自主探究用時的情況等，讓學生逐漸學會給自己定位，如明白在探究學習過程中應該做什么、如何有效率地學習、怎樣不斷調整自己以達到更好的效果等，提升探究學習能力，為初步形成規劃意識做準備。

3.自我規劃，提升素養

2016年9月，《中國學生發展核心素養》總體框架正式發布，它把“自主發展”作為“全面發展的人”的一個重要方面。通過前面階段的探究學習，學生已養成及時總結反思和填寫學習記錄表的習慣，促使他們了解自己并給自己比較準確地定位。進入本階段學習的學生已經具備了扎實的雙基基礎和較強的自主學習能力，開始嘗試制訂個人學習計劃并在自我規劃下一步步提升自己的實力，慢慢成長為自主發展的成熟個體，自我規劃式探究學習模式如下頁圖3所示。

剛剛進入本階段學習的學生還不很明確下一步探究的方向，教師可以根據學生學習情況提供探究方向讓他們參考，從選擇探究方向、確定目標、制訂計劃、實施學習過程到總結評價，學生全面進入自我規劃下的探究學習。教師一般在學生有需要時才進行互動和必要的干預，否則全部由學生自主完成。教師在本階段要及時補充學生需要的學習資源，提供合適的平臺和條件，鼓勵學生和實力相當的高手同臺競技，與高水平學生進行交流互動。在2019年的GES大會上，北京師范大學副校長陳麗教授認為，互聯網+教育環境下，構建開放互動的信息網絡，是這個時代教育的本質，聯通成為了教育的新的本質。本階段教師特別要努力構建開放互動的學習網絡平臺，全面打造教師-教師、教師-學生、學生-學生、人-資源互相聯通的學習環境，協助學生更準確地定位，科學地評價自己，并不斷調整學習過程，提升自我規劃的能力。

● 總結

近幾年，筆者進行了三段式探究學習模式的探索與實踐，有了一些收獲和體會。相比于以前的傳統教法，學生在自主體驗學習階段，可以更容易被教師關注到，教師能更精準地了解學生的學習情況和學習進展，便于及時發現編程興趣不濃的學生，通過有效溝通讓他們及時選擇其他發展方向。那些已經進入自主探究階段的學生，他們會主動安排課余時間積極投入學習，其間有部分學生由于學習進展緩慢和時間沖突等問題主動選擇了暫時中斷編程學習，他們隨后在文化課學習方面也表現出目標明確且善于學習。最終能夠進行自主規劃學習的學生，不僅在信息學專業特長方面有優異的表現，而且在其他學習領域也表現出很強的學習能力和規劃能力。

圖4將探究學習三階段與學生成長過程、學生培養目標用三個維度圖示了三者的關系，形成閉環的部分產生循環，實現螺旋式提升。在實際教學中，教師應該因材施教，而不是呆板地按照三個階段順次進行，每個階段進展的用時也要因人而異，有時，三種教學模式可根據需要融合使用。教師在教學過程中要按照學生發展的自然規律，充分利用學生已有知識和能力，分階段創新教學模式，優化教學資源，豐富教學平臺，并進行動態科學評價，更精準地引導學生成長，使學生認識與眾不同的自我，擁有個性化的學習歷程，形成個性化學習規劃，并對未來的學習和生活產生更長遠的有益影響，這是一條值得探索的新思路。