不插電計(jì)算機(jī)科學(xué)活動教學(xué)模型構(gòu)建

宋 璐，成丹丹

（1.黔南民族幼兒師范高等專科學(xué)校學(xué)前教育系，貴州黔南 551300；2.山東中醫(yī)藥大學(xué)健康學(xué)院，山東濟(jì)南 250355）

0 引言

隨著人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，編程教育與計(jì)算思維教育等計(jì)算機(jī)科學(xué)活動備受關(guān)注，但在實(shí)踐教學(xué)中存在學(xué)生對計(jì)算機(jī)科學(xué)活動學(xué)習(xí)興趣不高、積極性差的問題。如Rory［1］指出，英國在計(jì)算機(jī)必修課程改革時遇到很大困難，選修并參加課程考試的學(xué)生比例過低；在國內(nèi)，大學(xué)生對計(jì)算機(jī)通識教育課程興趣不大，逃課率高［2］。國內(nèi)外學(xué)者嘗試借助計(jì)算機(jī)軟硬件，提高課堂效率和學(xué)習(xí)積極性，相關(guān)實(shí)驗(yàn)證明有一定效果，但因機(jī)器人成本高昂，編程語言學(xué)習(xí)需較長的學(xué)習(xí)周期才能見效等原因［3］，許多方案對于普通學(xué)校難以承受。

新西蘭Canterbury 大學(xué)教授Tim Bell 等于1998 年提出不插電活動，相關(guān)著作被翻譯成12 種語言，在美國、新西蘭、日本、韓國已經(jīng)產(chǎn)生廣泛影響。不插電計(jì)算機(jī)科學(xué)活動（Computer Science Unplugged），具有低成本、簡易性、非技術(shù)性等特點(diǎn)，已被實(shí)踐證明為一種有效促進(jìn)計(jì)算機(jī)科學(xué)的教育方式。如Bezerra［4］通過對高中學(xué)生的實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，不插電活動能夠提高學(xué)習(xí)者對計(jì)算機(jī)科學(xué)概念的理解；Nishida 等［5］通過在初中和高中開展不插電活動，證明該活動可以提高學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)動機(jī)、思考能力和想象力。

不插電活動是信息科學(xué)技術(shù)訓(xùn)練項(xiàng)目，以有趣、難度不高的活動和游戲?yàn)檩d體，采用開放和自主學(xué)習(xí)方式把計(jì)算思維能力培養(yǎng)融入青少年信息技術(shù)課程中，其創(chuàng)新點(diǎn)是不使用計(jì)算機(jī)可達(dá)到學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)科學(xué)的目的，這也是不插電活動的魅力所在。目前國內(nèi)外相關(guān)研究多從實(shí)證主義哲學(xué)的角度，探索不插電個案活動課堂效果實(shí)效性及適用范圍，但鮮有學(xué)者從共性視角出發(fā)，探究活動教學(xué)規(guī)律和特質(zhì)。因此本文聚焦兩個核心議題，即不插電活動特質(zhì)與教師應(yīng)如何組織、設(shè)計(jì)不插電活動，采用經(jīng)典扎根理論方法論，構(gòu)建不插電活動教學(xué)模型，使教師不僅了解教學(xué)組織活動形式，也為一線教師和相關(guān)研究者開展實(shí)踐活動提供理論借鑒，為后續(xù)深入透析不插電活動的研究提供文獻(xiàn)支撐。

1 經(jīng)典扎根理論研究程序

1967 年，Glaser［6］經(jīng)典著作《扎根理論的發(fā)現(xiàn)》出版，標(biāo)志著扎根理論形成。扎根理論指從資料中發(fā)現(xiàn)理論的方法論。目前，至少存在3 個版本的扎根理論：Glaser 的原始版本，即經(jīng)典扎根理論；科賓等［7］的程序化版本；Charmaz［8］的建構(gòu)型扎根理論。本研究采用Glaser 經(jīng)典扎根理論，因?yàn)镋aves［9］認(rèn)為現(xiàn)有眾多關(guān)于扎根理論研究方法論的文獻(xiàn)中，絕大部分被認(rèn)為違背和脫離了原始版本。

經(jīng)典扎根理論研究方法論基本要素包括：①文獻(xiàn)回顧延遲性，延遲性是扎根理論研究方法論的1 個顯著特征；②不斷比較，不斷比較貫穿于經(jīng)典扎根理論研究的全程；③一切皆為數(shù)據(jù)，經(jīng)典扎根理論研究方法論認(rèn)為一切皆為數(shù)據(jù)，這個要素極為重要，數(shù)據(jù)包含一切，可以是現(xiàn)有文獻(xiàn)、研究者本身及其研究對象的觀點(diǎn)、歷史信息或個人經(jīng)歷［9］，或者是一手的訪談資料，也可以是二手相關(guān)文獻(xiàn)；④自然涌現(xiàn)，扎根理論研究者應(yīng)該在展開研究時從1 個包含生命周期興趣的研究領(lǐng)域出發(fā)，而不是1 個事先設(shè)想的問題。其研究程序一般包括：產(chǎn)生研究問題、數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理—實(shí)質(zhì)性編碼、理論構(gòu)建—理論性編碼［10］。以研究程序?yàn)榛究蚣埽曰疽貫橹笇?dǎo)，從而確定本研究基本框架，如圖1 所示。

Fig.1 Basic research framework圖1 研究基本框架

1.1 研究問題

本文依據(jù)文獻(xiàn)回顧延遲性和自然涌現(xiàn)兩要素，研究教師應(yīng)如何組織、設(shè)計(jì)不插電活動以及不插電活動特點(diǎn)。

1.2 數(shù)據(jù)收集

我國不插電活動還未引起學(xué)術(shù)界廣泛注意，相關(guān)實(shí)踐活動與研究較為鮮見，一手訪談數(shù)據(jù)較難獲得，因此本文以不插電活動案例為數(shù)據(jù)。為保證數(shù)據(jù)權(quán)威性和多樣性，筆者以不插電活動創(chuàng)始人Bell 等［11］1998 年出版的《Com?puter Science Unplugged：Off-line activities and games for all ages》中的活動案例及從相關(guān)網(wǎng)站［12］中獲取的活動案例為數(shù)據(jù)來源，通過實(shí)質(zhì)性編碼階段和理論性編碼階段，共編碼分析42 個活動案例。

1.3 實(shí)質(zhì)性編碼階段

該階段包括開放性編碼和選擇性編碼兩步驟，這是構(gòu)建理論的關(guān)鍵和基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。在開放性編碼階段，對每個活動案例進(jìn)行逐行編碼，將其逐層概念化和抽象化，每重新分析1 個活動案例，都將產(chǎn)生的新概念和范疇與已經(jīng)形成的概念、范疇或關(guān)系進(jìn)行比對，通過不斷的比對將概念、范疇或關(guān)系打破、揉碎并重新綜合，在對31 個活動案例編碼分析后，核心范疇涌現(xiàn)，進(jìn)入選擇性編碼階段。在選擇性編碼階段，對那些可以和核心范疇產(chǎn)生足夠重要關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，在理論性抽樣的指導(dǎo)下，搜集、編碼分析11個活動案例后，不再涌現(xiàn)新的概念和范疇，達(dá)到理論飽和的狀態(tài)，進(jìn)入理論性編碼階段。

1.4 理論性編碼階段

本階段包括理論初構(gòu)、文獻(xiàn)回顧比較、理論形成3 部分。在理論初構(gòu)環(huán)節(jié)，藉由Corbin［13］提出的“條件—行動—結(jié)果”的范式模型將主范疇與副范疇連接在一起，形成故事線。在文獻(xiàn)回顧比較環(huán)節(jié)，檢索國內(nèi)外權(quán)威數(shù)據(jù)庫，包括CNKI 中國知網(wǎng)、Web of Science 數(shù)據(jù)庫，通過回顧比較，既與原有研究相互印證，又超越原有研究深度和范疇。在理論形成環(huán)節(jié)，基于理論初構(gòu)的范式模型，以已有研究不足為引，構(gòu)建不插電計(jì)算機(jī)科學(xué)活動教學(xué)模型。

2 范疇提煉與模型構(gòu)建

2.1 實(shí)質(zhì)性編碼

2.1.1 開放性編碼

表1 為開放性編碼得到的初始概念和范疇，為了節(jié)省篇幅僅列舉部分編碼，由于初始概念抽象程度較低、數(shù)量龐大，且存在一定的交叉，本文對初始概念進(jìn)行范疇化，并剔除出現(xiàn)頻次較少的初始概念（頻次低于兩次），保留3 次以上的概念，最終核心范疇涌現(xiàn)，如表2 所示。

Table 1 Categorized open coding表1 范疇化開放性編碼

Table 2 Core categories表2 核心范疇

2.1.2 選擇性編碼

在選擇性編碼階段“核心范疇變成進(jìn)一步數(shù)據(jù)收集和理論性抽樣的指導(dǎo)”［10］，以7 個主范疇為指導(dǎo)進(jìn)一步收集數(shù)據(jù)，在抽取到第11 個活動案例時，核心范疇達(dá)到飽和，即不再出現(xiàn)新概念范疇。實(shí)質(zhì)性編碼階段到此結(jié)束，進(jìn)入理論性編碼。

2.2 理論性編碼

2.2.1 理論初構(gòu)

在理論初構(gòu)階段，藉由Corbin［13］提出的“條件—行動—結(jié)果”的范式，將7 個核心范疇進(jìn)行聯(lián)結(jié)構(gòu)建“故事線”，如表3 所示。在該模式中，條件指“故事”發(fā)生的環(huán)境或情境，行動是指該情境中“故事”主要采取和執(zhí)行的策略，結(jié)果指行動產(chǎn)生的結(jié)果。

Table 3 Initial construction of the theory表3 理論初構(gòu)

2.2.2 文獻(xiàn)回顧比較

當(dāng)概念化數(shù)據(jù)分析完成后，理論達(dá)到飽和狀態(tài)時，將初步構(gòu)建的理論與已有文獻(xiàn)進(jìn)行不斷比較，以發(fā)現(xiàn)和補(bǔ)充已有概念、范疇及理論的不足［13］。據(jù)此對國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行整理分析，在國內(nèi)通過CNKI 中國知網(wǎng)進(jìn)行文獻(xiàn)檢索，選擇高級檢索，檢索式為主題檢索，檢索關(guān)鍵詞為“不插電”并含“計(jì)算機(jī)科學(xué)”，檢索時間為2020 年2 月2 日，檢索到相關(guān)文獻(xiàn)5 篇；在國外通過對Web of Science 核心合集數(shù)據(jù)庫進(jìn)行文獻(xiàn)檢索，時間跨度為所有年份，檢索式為TS=（（“computer science”or cs）and（unplugged or“un?plugged activity”）），檢索時間為2020 年2 月2 日，Web of Science 檢索到55 篇。將搜集到的國內(nèi)外文獻(xiàn)與本文初步構(gòu)建的理論進(jìn)行比較，既相互印證又超出原有文獻(xiàn)深度和范疇。一方面，相互印證。如Nishida［14］、Bell 等［11］學(xué)者指出不插電活動除了培養(yǎng)學(xué)習(xí)者對計(jì)算機(jī)科學(xué)的認(rèn)知外，還可鍛煉學(xué)習(xí)者合作能力、解決問題的能力、創(chuàng)新能力和想象能力，這與本文得出的一主多元的培養(yǎng)目標(biāo)一致；另一方面，超出原有文獻(xiàn)深度和范疇。雖有研究者指出不插電活動具備動覺、學(xué)生直接參與、故事性情境等特征，這與本文得出的故事性情境、具身性范疇是一致的，但并未意識到故事性情境與具身性活動方式之間內(nèi)在關(guān)聯(lián)，未對兩者關(guān)系進(jìn)行深入剖析、提煉、升華。身體與情境之間的交互是學(xué)習(xí)者生成計(jì)算機(jī)科學(xué)認(rèn)知的重要路徑，體現(xiàn)第二代認(rèn)知科學(xué)——具身認(rèn)知的重要思想；除此之外，通過扎根理論得出抽象概念具象化、非技術(shù)性、物簡意深的活動材料等新范疇。

2.2.3 理論形成

通過文獻(xiàn)回顧比較可知，目前國內(nèi)外學(xué)界對不插電活動的實(shí)證研究為多，理論剖析為少；個案研究為多，共性研究為少；尤其是部分學(xué)者在開展個案實(shí)踐中，僅僅抱著“試一試的新鮮感”照搬已有不插電活動案例，疏漏了不插電活動精髓，如Ding［15］在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)研究的過程中，籠統(tǒng)地將不插電活動等同于游戲法。鑒于此，結(jié)合研究之初的兩個核心議題和理論初構(gòu)的范式模型，構(gòu)建不插電計(jì)算機(jī)科學(xué)活動教學(xué)模型，如圖2 所示。

Fig.2 Teaching model of unplugged computer science activites圖2 不插電計(jì)算機(jī)科學(xué)活動教學(xué)模型

3 模型闡釋

根據(jù)圖2 可以發(fā)現(xiàn)模型囊括兩個部分：不插電活動教學(xué)設(shè)計(jì)和不插電活動特質(zhì)。在教學(xué)設(shè)計(jì)部分主要闡釋教師如何組織不插電活動，在特質(zhì)部分主要包括不插電活動具象化屬性、非技術(shù)性和全民性的特點(diǎn)。

3.1 活動特質(zhì)

（1）具象化屬性。抽象概念具象化指將計(jì)算機(jī)科學(xué)概念具體化、直觀化、形象化，通過可觸摸、可感知、可識別的載體和形式，將其清晰勾勒出來，如編碼G16、J10、I07 等。不插電活動首先將計(jì)算機(jī)科學(xué)概念中的關(guān)鍵要素剝離，例如數(shù)據(jù)存儲—比特、有限狀態(tài)自動機(jī)—狀態(tài)和轉(zhuǎn)換、搜索算法和排序算法—比較、圖像—像素，隨后考慮哪些游戲、玩具或者事物具備這些關(guān)鍵要素特征。

（2）非技術(shù)性、全民性特點(diǎn)。非技術(shù)性這一特點(diǎn)拓寬了不插電活動受眾群體，使計(jì)算機(jī)科學(xué)不再囿于少部分計(jì)算機(jī)專業(yè)人員，同時也體現(xiàn)了全民性特點(diǎn)，這些特點(diǎn)有助于改善計(jì)算機(jī)焦慮者、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)薄弱的學(xué)習(xí)者、貧困地區(qū)學(xué)生的劣勢地位，使計(jì)算思維成為一種普適性能力。

3.2 教學(xué)設(shè)計(jì)關(guān)鍵要素

（1）一主多元的培養(yǎng)目標(biāo)指以培養(yǎng)計(jì)算思維為主，兼具培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、問題解決能力和創(chuàng)造性思維等多元能力。如橘子游戲既能使學(xué)習(xí)者理解路由和死鎖的概念，又可以鍛煉團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。一主多元的培養(yǎng)目標(biāo)一方面是不插電活動價值性體現(xiàn)，另一方面也對活動有著定向、調(diào)控和評價的功能。

（2）物簡意深的活動材料。不插電活動材料看似簡單，但卻意蘊(yùn)深刻，包含兩方面特性：一方面具有簡易性，貼近生活，容易獲取，如橘子、天平、紙牌等；另一方面具有雙重屬性，具備游戲功能和學(xué)習(xí)功能，如冒泡排序算法中的砝碼不僅是游戲活動中的道具，也代表計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)。

（3）團(tuán)隊(duì)協(xié)作的組織形式。團(tuán)隊(duì)協(xié)作體現(xiàn)在兩個方面：一方面，以小組的形式開展活動，組內(nèi)成員之間地位平等，各有分工，相互協(xié)作完成活動任務(wù)；另一方面，在完成活動任務(wù)后，組織學(xué)生進(jìn)行成果展示和討論交流，在此過程中，學(xué)習(xí)者彼此交流經(jīng)驗(yàn)和心得，思想相互碰撞、相互交融，共同發(fā)展。在沒有電子設(shè)備的教學(xué)環(huán)境中，學(xué)習(xí)者從電子設(shè)備的桎梏中解放出來，全身心投入到人與人、人與環(huán)境的交互中，合作能力、協(xié)作能力不僅能得到提升，還能夠增進(jìn)學(xué)習(xí)者之間的感情。

（4）具身認(rèn)知活動策略。具身認(rèn)知是第二代認(rèn)知科學(xué)的核心內(nèi)容和基礎(chǔ)，具身認(rèn)知強(qiáng)調(diào)身體在認(rèn)知的實(shí)現(xiàn)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，認(rèn)知、身體和環(huán)境是一個動態(tài)統(tǒng)一體［19］，具身認(rèn)知是不插電活動中學(xué)習(xí)者完成認(rèn)知構(gòu)建的理論指導(dǎo)，引領(lǐng)著活動情境創(chuàng)設(shè)、活動開展的形式和學(xué)生認(rèn)知的生成，如編碼I07、編碼K11、編碼J09。

4 結(jié)語

由于現(xiàn)有研究大都僅呈現(xiàn)不插電活動教學(xué)案例，并未闡明不插電活動特征、屬性以及學(xué)習(xí)行為發(fā)生的機(jī)制，這也導(dǎo)致了許多誤讀與曲解。因此，一線教師在開展不插電活動之前，首先需厘清活動內(nèi)涵，使教學(xué)有所依據(jù)，這也是本文理論價值所在。

在我國開展不插電活動實(shí)踐時需注意兩個問題：①不插電活動本土化問題。在日本、韓國、新西蘭、美國等國家，通過實(shí)證研究證明不插電活動能夠提高學(xué)習(xí)者積極性和學(xué)習(xí)興趣，是一種有效的教育方式。由于不插電活動材料取自國外文化和日常生活，如何基于我國國情與教學(xué)現(xiàn)狀，挖掘不插電活動新素材，設(shè)計(jì)新玩法，實(shí)現(xiàn)不插電活動的本土化，這些都是不插電活動引入我國后亟須解決的問題；②不插電活動是培養(yǎng)學(xué)生信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的有效途徑，其設(shè)計(jì)初衷是作為計(jì)算機(jī)課程的延伸活動，幫助沒有計(jì)算機(jī)科學(xué)背景的學(xué)習(xí)者更容易入門，作為插電活動的“衍生品”，在一定程度上可以解釋計(jì)算機(jī)科學(xué)相關(guān)概念，但并不能使學(xué)習(xí)者理解計(jì)算機(jī)科學(xué)核心原理，也不具備“本體”關(guān)鍵屬性，如技術(shù)屬性等。

綜上所述，不插電活動為我國K12 階段信息技術(shù)教育提供了新方法、新視角，使信息技術(shù)學(xué)習(xí)不再枯燥、乏味，能夠以貼近生活的方式展現(xiàn)計(jì)算機(jī)科學(xué)，對提高學(xué)習(xí)者知識遷移能力、運(yùn)用計(jì)算思維解決實(shí)際問題大有裨益。