疫情防控期間“空中課堂”的實踐與思考

周世杰

在2020年春季疫情防控期間，教育部倡議各地中小學利用網絡教學，“停課不停教、停課不停學”。為貫徹落實教育部要求，在上海市教委的統一部署下，市教委教研室從2月初開始各項籌備工作，并制定《上海市各學科在線教學資源建設方案》，積極有序推進“空中課堂”視頻課的錄制，并于3月2日開啟全市范圍內中小學大規模在線教育。作為一名高中信息科技教師，我有幸作為教學資源建設教師團隊中的一員，參與了高一年級信息科技學科“排序與查找”單元的規劃與設計，最終完成了5節視頻課的錄制。基于實踐與思考，我認為疫情期間的“空中課堂”對教師提出了新的要求，教學設計需要有單元整體的觀念，教學重心應該從“以教為主”轉變為“學教并重”“以學為主”，才能確保疫情期間學生居家學習的質量。

“空中課堂”對教師的要求

在這場特殊疫情面前，學校通過“空中課堂”在線授課，學生居家學習。線上教師通過視頻課，實現精準教學、精準提升。線下教師引導學生知識鞏固、拓展，個性化提升學習效果。這對教師提出了新的要求，主要有以下幾個方面。

（1）轉變教學觀念，主動學習和適應在線教學。疫情防控期間由于教學時空分隔、教學行為分離等問題。教師需要想方設法減小交互影響距離，充分利用網絡增加師生互動，根據學生反饋靈活組織資源，改善教學程序，以適應特殊時期學習者的個性化需求。同時，教師應該主動接受由信息技術帶來的教學方式改變，以主動學習的精神，適應疫情期間“空中課堂”教學的規律和模式。

（2）重整教學次序，對知識點合理分解并銜接。LOGO語言的發明者派珀特曾說過，好的教育不是讓教師如何教得更好，而是如何提供充分的機會和空間讓學生去構建自己的知識體系。在線教學中的教學活動次序需要重新設計，應該更多考慮學生在沒有教師在場時的學習情況。靈活采用多種方式激發并保持學生的學習動機，設計與制作更加適切的學習資源，選擇恰當的方式呈現，以便于學生更好的接收。如設計問題鏈，對知識點進行合理分解，并搭好腳手架，充分關注前后知識的銜接等。

（3）設計教學交互，提升在線教學活動效率。和傳統教學相比較而言，基于“空中課堂”的在線教學，更需要深入挖掘信息技術，利用互聯網思維創新教學方式，通過精心設計在線教學交互來維持師生互動，以提升在線教學活動效率。如可以采用虛擬人物的形式，模擬學生的思維，用軟件生成他們的語音，為學生提供角色代入。

（4）嘗試探究問題，引導學生自主學習。“空中課堂”視頻課更應關注“學”的設計。視頻課中可以設計一些開放性的問題，引導學生自主、合作探究。如易混知識的辨析、核心概念關鍵點的討論、某些算法的適用場景分析等主題，使學生從被動聽，走向主動的思考、探究。

在線視頻課的設計與實踐

自接到任務以來，我一邊學習在線教學相關理論，一邊鉆研自己承擔的教學內容，同時全程參與其他教師的教學設計研討，虛心征求指導團隊專家的意見。不斷迭代優化自己的設計思考。

1.把握單元視角，整體設計教學

“排序與查找”單元共由5個課時組成。整體上看，在學期教學內容上，“數組”“排序”“查找”屬于新知，但它們的實現又屬于前面所學算法知識的綜合應用。在這個單元內部，5個課時之間，既相互關聯，又彼此獨立。

在“類比”中感知。對相近（易混）知識點的學習，采用類比的方法，可以培養學生對比、歸納和總結的能力及良好的學習習慣。如在“數組”一課中，我設計了“數組”和“普通變量”的對比分析;在“順序查找”中，設計了“順序查找”和“枚舉算法”的辨析等。通過類比分析，既讓學生明晰了知識點之間的關聯，也在一定程度上鞏固了以前所學知識。

在“已知”中遷移。學生的學習過程，是融通已有的知識、獲得想要的新知，通過教師的引導、變式的設計，不斷探索、提升的過程。如在“數組”的應用環節，我設計了“尋找最長里程”的任務，通過學生回憶學習“循環結構”時用到的“擂臺法”實現，同時將這個問題在“選擇排序”找最（小）值環節重現。通過學生已有知識，在新問題中合理引導運用，既培養了學生的知識遷移能力，也鍛煉了學生對知識的靈活應用能力。

在“情境”中貫串。合理的情境創設，可以激發學習者的學習興趣，讓學生主動思考、探究，實現知識和技能的掌握。如在“數組”一課中，從數組應用環節開始，我設計了“疫情期間，小達同學居家在跑步機上鍛煉”的情境，圍繞“數組”應用，集多個任務于一體，引導學生探究實現。同時，在后面“選擇排序”兩節課的引入環節，也是該情境的延續。通過對一個情境問題的細化與變式，既包含了結構化設計的思想，也蘊含有“自頂向下、逐步求精”的算法理念，讓學生在學習具體知識點的同時，還能夠領悟算法的基本思想和理論。

單元是一個包含了知識、技能和活動的完整過程，將學生的學習經歷置于具體的情境，關注學生知識生成與應用中的價值，并辨析知識點之間的關聯，有助于學科思想方法的培養以及學生學科核心素養的養成。

2.基于基本要求，分層分類教學

按照市教委的要求，視頻課程基于課程標準，要有“托底”的意識。和以往班級同步化授課不同，此次課程面對的是全市高一年級學生，學情差異大，因而需要針對不同認知結構和認知能力的學生，進行分層、分類設計。

（1）精心組織問題鏈，幫助學生理解。將一個復雜的問題以問題鏈的形式組織，既實現了教材體系向教學體系的轉化，培養了學生的問題意識和思維能力，又活躍了課堂氣氛，提高了教學效果。如在“選擇排序基本思想”一課中，在學生觀看演示動畫時，我設計了問題串，讓學生一邊觀看，一邊思考。在分析時，截取動畫中的圖片幫助學生回憶。通過這樣的設計和引導，幫助學生明晰了選擇排序的關鍵步驟“找最值、交換”等，有助于學生對該算法思想的理解。

（2）合理搭設腳手架，助力學生思考。學習不是由教師把知識簡單地傳遞給學生，而是學生自我建構的過程，通過搭建“腳手架”幫助學生完成對知識的構建是常用模式。如在“選擇排序的描述”一課，“在待排序數組元素范圍內尋找值最小的元素”的算法描述中，我設計了讓一位模擬學生首先將“數組”一課中用到的“擂臺法”“求最長里程”直接引用，從求最大值改為求最小值。然后讓另一位模擬學生引入“內層嵌套循環”控制變量。最后通過第三位模擬學生回答設置“記錄每遍加工時默認最小值元素下標”變量。三個環節層層遞進、步步為階，既有“已知”的遷移應用，也有新問題的創意解決，對學生思維的完善大有幫助。

（3）設計開放性問題，引導學生探究。在教學中，設計開放性問題，對激發學生學習興趣、引導深度學習、增進知識遷移，以及拓寬學生思維等具有重要作用。如在“順序查找”一課中，在師生共同實現了順序查找的算法描述后，我設計了一個課堂討論環節，通過類似的任務，分別用“枚舉算法”和“選擇排序”實現，讓學生在討論二者異同的過程中，辨析其區別。這種開放性問題的討論，既激發了學生持續探究的興趣，也開闊了學生的思維，豐富了學生的認知。

（4）實踐與分析結合，發展計算思維。計算思維是信息技術學科四大核心素養之一。而算法思維是計算思維的一個重要方面，算法的優化思想，不僅能夠培養學生邏輯思維能力，同時對解決問題時的構造性、問題分解能力也有很大的幫助。如在“順序查找”算法描述時，在“循環判斷條件”環節，我先給出一個具體的實例，讓學生列表分析，然后發現“矛盾點”，在思考優化算法的基礎上，完善循環判斷條件。這樣的設計，從學生的實踐探究出發，通過分析不斷完善，可以發展學生的計算思維。

3.借用信息技術，推動教學創新

在本次的“空中課堂”視頻課設計與實踐中，如何發揮信息技術優勢，增強教學效果，推進教學創新，我主要進行了以下設計。

（1）虛擬學生互動，促進思考。在線教學，時空隔離，教師無法看到學生的操作、無法觀察學生的實時反應，如何在教學設計中做到“以學生為中心”？我們設計了虛擬學生，并預設“積極但不夠周密”“思維嚴密”“思維活躍”等學習特點，使用智能軟件生成學生配音，在視頻課中模擬學生的思維過程。這樣的設計，既模擬了大部分學生經歷的思維過程，也通過學生的角色代入，在師生對話、生生對話中，產生思維碰撞，促進學生的思考，加深對問題的理解。

（2）動畫模擬演示，算法思想可視。本單元主要內容是排序和查找算法，對高中階段的學生來說，初次接觸，相對較為復雜，如果只是傳達算法思想的文字描述，學生往往很難深入理解算法的實現過程。因此，在本單元的視頻課中，我針對“選擇排序”“冒泡排序”“順序查找”“對分查找”等典型算法，分別結合具體實例，制作了多個演示動畫。同時針對動畫演示，設計了問題鏈。然后，讓學生帶著問題觀看動畫演示，并通過模擬學生的發言，對這些算法的基本思想進行描述，在這一過程中，教師只是適時的引導和點撥。這樣的設計，讓抽象的算法思想可視，既提升了學生學習的興趣，又通過學生自我的歸納、總結，提高了學習效率。

（3）二次資源開發，在線補償式教學。在“空中課堂”視頻課設計期間，我結合實踐，還開展了對視頻課教學資源進行二次開發，在線補償式的教學模式探索。主要過程有：基于證據的學習問題判斷;開展教學反思，二次開發學習資源;發布二次開發的學習資源，組織開展線上補償學習。對已經播放的20節視頻課，我都開發了針對性的二次學習微課程。這樣的實踐，針對性強，更易于被學生接受和理解，起到了較好的學習效果。

基于設計思考的視頻課例呈現

“對分查找”是本單元和本學期算法部分的最后一個課時，該課例的主要環節和活動如下。

1.情境引入，動畫演示算法思想

本課之前，學生剛剛學習過順序查找，對查找算法有一定的了解。但對分查找是在高中信息科技課程中比較復雜的算法。

活動一：模擬學生“猜數字”游戲。設計兩位模擬學生，在[50，100]區間內，一位學生猜出數字，另一位學生分別用“大了、小了、猜對了”作為回應。

活動二：帶著問題觀看演示動畫。猜數字的學生為什么在區間內猜測75、88、81、84這幾個數字？另一位學生的提示對接下來的猜測有什么啟示？

動畫演示：在有序數組中查找一個存在的數據;在有序數組中查找一個不存在的數據。動畫結束后，讓模擬學生用自己的話歸納動畫所演示的主要步驟。發言共分三個層次：動畫演示的結果;指出查找中比較的次數以及每次參與比較的是“中點位置元素”;指出取中點位置時的待查找范圍的變化規律。借助動畫演示，幫助學生了解對分查找基本思想。

2.實踐嘗試，完善明晰算法概念

經過上面兩個活動，學生了解對分查找基本思想，但對分查找對被查找數據的要求以及在待查找范圍內尋找中點位置元素下標，還不是十分清晰。

活動三：想一想，能不能查找？在一個規模為6的無序數組中已經存放了數據，那么能不能查找158（d[1]=158）？明晰對分查找對被查找數據的要求必須是有序的。

活動四：練一練，寫出查找過程。針對前面的無序數組，進行“非遞減次序”排序后，讓學生描述查找158的對分查找過程。結果相同，過程不同，引發矛盾。然后由教師明確對分查找“待查找范圍中點位置”計算方法：Int（（起始下標+終點下標）/2）。

3.問題引導，逐步完善算法描述

采用問題鏈的形式，幫助學生逐步分析完善用流程圖描述對分查找。

活動五：根據算法思想，搭建流程圖框架。教師首先在回顧對分查找基本思想的基礎上，搭建一個不太完善的流程圖（部分內容不夠精確）。設問這個流程圖是否符合算法的特征？如不符合，怎么完善？可模擬學生回答：將循環前的初值、循環體內的找中點位置等用程序語言補充完善;引入“標記變量”以及比較兩種不同結果并用“雙分支”的形式描述。

活動六：實例分析思考，精確描述“確定新范圍”。以在一個具體的數組中分別查找不同數據為例，教師演示它們在第一次比較后“待查找范圍”變化過程，使學生能根據當前比較結果的不同，用精確的程序設計語言描述新的范圍，并用“雙分支結構”實現。

活動七：實踐分析，完善“循環判斷條件”。是不是這樣就能描述對分查找了呢？并引導學生在剛才的數組中查找一個不存在的數據。根據目前的流程圖，分析查找過程。如果學生回答：出現中點、起始、終止下標指向同一位置，沒找到，但循環沒有結束。教師可追問如何控制循環？這樣通過問題引導、交互對話，逐步完善對分查找的流程圖描述。

4.課堂討論，在對比分析中深化理解

組織學生用自己的話概括“對分查找”和“順序查找”。

活動八：辯一辯，順序查找和對分查找的異同。讓學生簡述二者的基本思想，并指出各自的特征;描述二者對被查找數據要求的區別;指出二者最小比較次數與最大比較次數的異同;二者在具體應用中的局限性和效率的差異。深化學生對算法基本思想和應用場景的理解。

對分查找對高一年級的學生來說，雖然其基本思想可以理解，但流程圖描述相對較為復雜。在這節視頻課中，通過情景引入、實踐分析、問題引導、思考討論等環節，在環環相扣、逐步求精的過程中，讓學生體驗算法思維的邏輯性，充分發揮想象力和創造力解決問題，提升了創新思維，發展了計算思維。

感悟與思考

“空中課堂”維持了學校教學工作的穩定，為疫情期間學生居家學習提供了一種可選的資源。我作為本次教學資源設計的參與者之一，既經歷了一次不同尋常的體驗，也獲得了學習與提升的機會，收獲良多。以此為契機，談談我的實踐感悟和復學后教學的計劃思考。

第一，良好的團隊合作是任務完成的保障。視頻課的錄制是對我個人教學設計能力的挑戰，每節課都是幾輪設計、修改、完善的結果。在這個過程中，我通過視頻會議研討，吸納指導團隊眾多專家的建議;通過電話請教，經常就其中的某個環節反復咨詢;通過請求幫助，有多個動畫設計和活動細節融入了團隊其他教師的智慧。

第二，教學互動還應該進一步探索。這5節視頻課形式還不夠豐富，我覺得如果加入“嵌入式評價”“課中闖關”“語音彈幕”等其他互動方式，對提高學生學習積極性、提升學生學習效率會更有幫助。

第三，復學后，作為一線教師，對于這些教學視頻，如何使用值得思考。從個人的角度，我不會全盤組織學生觀看，而是會對這些視頻資源進行二次開發，通過截取片段，結合檢測評價，為學生提供更加適切的學習指導。

第四，探索線上線下融合的混合式教學。在“空中課堂”設計與錄制期間，我對自己任教的班級學生，已經試著開展“二次資源開發，在線補償式教學”探索。后疫情時代，我將繼續對這一形式進行深入實踐和探究。

作者單位：上海市青浦區第二中學