基于DoPBL教學(xué)模式的中小學(xué)計(jì)算思維教學(xué)模式研究

姚輝

摘要：隨著數(shù)字化社會(huì)的不斷發(fā)展，使用合適的教學(xué)模式培養(yǎng)計(jì)算思維愈發(fā)重要。因此，通過對面向設(shè)計(jì)的產(chǎn)生式學(xué)習(xí)模式進(jìn)行解析，融入計(jì)算思維7個(gè)共有維度，設(shè)計(jì)了面向計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)模式，提出了六個(gè)實(shí)施流程，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生的計(jì)算思維產(chǎn)生、知識(shí)遷移和全面發(fā)展。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維;教學(xué)模式;中小學(xué);學(xué)科核心素養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）17-0158-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Research on Teaching Mode of Computational Thinking in Primary and Secondary Schools Based on DoPBL Teaching Mode

YAO Hui

（College of Education， Zhejiang University of Technology， Hangzhou 310000， China）

Abstract： With the continuous development of digital society， it is more and more important to use appropriate teaching mode to cultivate computational thinking. Therefore， through the analysis of the design oriented productive learning mode and integrating the seven common dimensions of computational thinking， a teaching mode for the cultivation of computational thinking is designed， and six implementation processes are proposed， so as to promote the generation of computational thinking， knowledge transfer and comprehensive development of students.

Key words： computational thinking; teaching mode; primary and secondary schools; scratch; discipline core literacy

1 引言

在數(shù)字化時(shí)代，運(yùn)用計(jì)算工具去解決真實(shí)環(huán)境下的技術(shù)問題是成為一名合格的數(shù)字化公民的必備素養(yǎng)。計(jì)算思維作為人工智能的基礎(chǔ)思維，對于未來社會(huì)的發(fā)展具有重要意義和價(jià)值[1]。如教育部新出臺(tái)的《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》凝練了包括計(jì)算思維在內(nèi)的信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)[2]。然而要培養(yǎng)出具有計(jì)算思維的學(xué)生，合適的教育方式至關(guān)重要。鑒于此，本研究借鑒董艷教授的DoPBL教學(xué)模式，融合計(jì)算思維培養(yǎng)思想，構(gòu)建了面向計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)模式。

2 面向計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)模式搭建

DoPBL（Design-oriented Production Based Learning）教學(xué)模式是北京師范大學(xué)董艷教授團(tuán)隊(duì)結(jié)合問題式學(xué)習(xí)和項(xiàng)目式學(xué)習(xí)在實(shí)際教學(xué)中的優(yōu)勢和側(cè)重點(diǎn)，提取設(shè)計(jì)思維的要素，所構(gòu)建的面向設(shè)計(jì)的產(chǎn)生式學(xué)習(xí)模式[3]。DOPBL模式分為外環(huán)和內(nèi)環(huán)，外環(huán)展示了該模式的具體實(shí)施流程，內(nèi)環(huán)引入了設(shè)計(jì)思維思想，可以促進(jìn)外環(huán)不同環(huán)節(jié)的活動(dòng)。DOPBL模式在明確學(xué)習(xí)核心、強(qiáng)化學(xué)生的知識(shí)素養(yǎng)、促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展和跨學(xué)科交流合作等方面有著獨(dú)到的優(yōu)勢，這也為計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)模式發(fā)展提供了一個(gè)可行方案。因此，本研究在DoPBL模式的基礎(chǔ)上，融入計(jì)算思維的抽象與概括、問題分解、算法、分析建模、系統(tǒng)化（自動(dòng)化）、數(shù)據(jù)實(shí)踐、評估與改進(jìn)[4]等七個(gè)共有維度，提出了面向計(jì)算思維培養(yǎng)的PBL模式（PBL for Computational thinking training，CTPBL模式）。

CTPBL模式是一個(gè)反復(fù)迭代的模型，包括六個(gè)具體實(shí)施流程，每個(gè)實(shí)施流程蘊(yùn)含著計(jì)算思維不同維度的培養(yǎng)方式，如圖1所示。

2.1選定問題/項(xiàng)目

選定具體的問題或項(xiàng)目時(shí)一次學(xué)習(xí)的起點(diǎn)。在這一階段中，教師要從結(jié)合與學(xué)生生活有關(guān)聯(lián)的實(shí)際生活案例入手，考慮學(xué)生當(dāng)前認(rèn)知情況，嘗試對多學(xué)科知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行整合，形成以非良構(gòu)問題為主、趣味性的研究問題或項(xiàng)目。這一實(shí)施流程涉及“抽象與概括”維度，教師應(yīng)通過讓學(xué)生對項(xiàng)目的非良構(gòu)問題進(jìn)行交流和發(fā)問，來構(gòu)建這一問題或項(xiàng)目的表征空間，且在構(gòu)建過程中學(xué)生要進(jìn)一步減少問題的復(fù)雜性，用簡單易懂的一般方法去表述問題。在選定問題這一環(huán)節(jié)，教師要通過回答的方式去幫助學(xué)生抽象與概括問題或任務(wù)，從而提高學(xué)生問題表述的準(zhǔn)確性。

2.2 制定方案/計(jì)劃

這一環(huán)節(jié)涉及“問題分解”和“系統(tǒng)化”兩個(gè)維度。學(xué)生在構(gòu)建問題表征空間后，要從整體去考慮復(fù)雜任務(wù)，運(yùn)用分層思維去理解任務(wù)并交流任務(wù)的相關(guān)信息;識(shí)別出任務(wù)所涉及的要素，領(lǐng)會(huì)并解釋任務(wù)進(jìn)行時(shí)要素互動(dòng)的方式。下一步則要進(jìn)行問題分解，通過分離關(guān)注點(diǎn)將復(fù)雜的任務(wù)分解為多個(gè)小事項(xiàng)，從而對問題進(jìn)行步驟化的梳理。在此過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生去厘清任務(wù)問題，合理分導(dǎo)出小事項(xiàng)。然后學(xué)生之間進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，展開積極討論，構(gòu)思可能或可行的解決問題方案。在這個(gè)過程中，學(xué)生間的討論能夠提升他們的批判性思維，還能激發(fā)學(xué)生之間產(chǎn)生新的想法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性。

2.3 設(shè)計(jì)活動(dòng)探究

這一環(huán)節(jié)涉及“數(shù)據(jù)實(shí)踐”。制定方案計(jì)劃后，學(xué)生或?qū)W習(xí)小組要按照計(jì)劃安排，設(shè)計(jì)活動(dòng)來模擬任務(wù)場景中出現(xiàn)的狀況，通過收集資料和數(shù)據(jù)，不斷修改完善方案，在逐步迭代后，形成最佳的問題解決方案。迭代是該環(huán)節(jié)的核心部分，通過讓學(xué)生模擬任務(wù)場景，不斷獲得新的數(shù)據(jù)來完善問題解決方案，讓學(xué)生在享受有趣味性的模擬活動(dòng)的同時(shí)，通過數(shù)據(jù)實(shí)踐去迭代完善方案，從而有效培養(yǎng)了計(jì)算思維。

2.4 生成方案與作品

學(xué)生個(gè)人編程作品的生成，這一環(huán)節(jié)需運(yùn)用“分析建模”和“算法”去表達(dá)最終解決方案。經(jīng)過前一環(huán)節(jié)的模擬任務(wù)場景后，小組成員已經(jīng)熟悉任務(wù)中各要素的功能以及各要素之間的關(guān)系，形成了一份完善的最終解決方案或計(jì)劃，因此，每個(gè)學(xué)生要根據(jù)最終解決方案去構(gòu)建方案模型，并最終使用編程算法去形成個(gè)人作品。

2.5 進(jìn)行成果交流

完成個(gè)人作品后，學(xué)生要將自己的作品上傳相關(guān)作業(yè)平臺(tái)，與小組成員相互交流編程思路和算法。這一環(huán)節(jié)涉及“評估與改進(jìn)”。在這一過程中，教師需要引導(dǎo)學(xué)生展示和介紹自己的作品，以促進(jìn)學(xué)生交流技能的提升。同時(shí)，在展示和介紹作品過程中，可以促進(jìn)學(xué)生對前面幾個(gè)環(huán)節(jié)中的計(jì)算思維維度的鞏固，繼而潛移默化地將計(jì)算思維運(yùn)用到問題解決過程中。學(xué)生通過分享作品，能夠?qū)⒆约簩栴}解決過程中的體驗(yàn)積極地表達(dá)出來，吸收他人的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，從而促進(jìn)自己作品模型的修正和改進(jìn)。學(xué)生會(huì)在充分的語言和情感表達(dá)中，感知到學(xué)習(xí)的緊張、挑戰(zhàn)、成就等，增強(qiáng)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。

2.6開展活動(dòng)評價(jià)

現(xiàn)階段，計(jì)算思維培養(yǎng)以科學(xué)教育、STEM教育為主，評價(jià)強(qiáng)調(diào)多元化。評價(jià)多元化可以幫助學(xué)生反思自己的實(shí)踐過程和模型作品，以促進(jìn)后期作品的修正和改進(jìn)，包括主體多元、內(nèi)容多元和方法多元。主體多元以不同角色的視角去發(fā)現(xiàn)作品的優(yōu)缺點(diǎn)，內(nèi)容多元可以綜合評價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和作品，方法多元以定性和定量結(jié)合的方法多方面評價(jià)學(xué)生的。在評價(jià)中，教師要注重引導(dǎo)學(xué)生去去反思解決問題過程中遇到的不足，縷清項(xiàng)目進(jìn)行中運(yùn)用的計(jì)算思維流程，不斷地對自己的模型和作品進(jìn)行修正和改進(jìn)。

3 CTPBL模式的優(yōu)勢

CTPBL模式每個(gè)環(huán)節(jié)都引入了計(jì)算思維維度，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中逐步掌握利用計(jì)算思維去解決問題的思想和方法。在項(xiàng)目進(jìn)行前，教師要讓學(xué)生明白計(jì)算思維的概念，在給學(xué)生設(shè)置項(xiàng)目化學(xué)習(xí)時(shí)要主動(dòng)融入這些計(jì)算思維維度，與項(xiàng)目任務(wù)的完成過程相互契合。CTPBL模式借鑒DoPBL模式的思路，整合了項(xiàng)目式學(xué)習(xí)和問題式學(xué)習(xí)的優(yōu)勢，其優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

3.1 計(jì)算思維在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中產(chǎn)生

CTPBL強(qiáng)調(diào)學(xué)生計(jì)算思維是在項(xiàng)目學(xué)習(xí)中產(chǎn)生的。從項(xiàng)目設(shè)計(jì)到作品評價(jià)，學(xué)生在項(xiàng)目完成過程中每個(gè)環(huán)節(jié)都接觸到了計(jì)算思維維度，在這過程中不知不覺就掌握了利用計(jì)算思維去解決問題的方法。對問題進(jìn)行分解、與小組成員的頭腦風(fēng)暴，在這一過程中，能夠培養(yǎng)和鍛煉的學(xué)生的批判性思維，也有利于學(xué)生計(jì)算思維的快速形成。學(xué)生對項(xiàng)目方案進(jìn)行建模和算法實(shí)現(xiàn)，學(xué)生能夠不斷完善自己的思路，建構(gòu)自己的計(jì)算思維和學(xué)科內(nèi)容知識(shí)體系，最終形成作品。討論交流、評價(jià)作品能幫助學(xué)生去修正和完善作品，加深前面幾個(gè)環(huán)節(jié)的計(jì)算思維維度。經(jīng)過多次的項(xiàng)目學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠形成清晰的計(jì)算思維，并且能夠?qū)⑵溥\(yùn)用到日常生活中去解決問題。

3.2 利用計(jì)算思維解決問題可以遷移到生活

CTPBL模式要求教師所提供的項(xiàng)目任務(wù)和問題以及學(xué)生在日常生活中接觸的問題相關(guān)，那么，學(xué)生在項(xiàng)目學(xué)習(xí)過程中所學(xué)到的問題解決方法能夠應(yīng)用到生活中。日常生活的問題大部分是非良構(gòu)問題，其相對于良構(gòu)問題，非良構(gòu)問題的目標(biāo)、解決過程都較為模糊，不同問題的解決方法有較大差異。CTPBL充分考慮到項(xiàng)目問題和任務(wù)的特點(diǎn)，將非良構(gòu)問題的解決過程融入模式中。教師運(yùn)用CTPBL模式教學(xué)，不僅能夠促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)，也能將計(jì)算思維的解決思路遷移到日常生活的問題，可以更全面提升學(xué)生的綜合思維能力，增強(qiáng)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算方式去解決問題的思維意識(shí)。

3.3 促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展和跨學(xué)科交流合作

CTPBL模式整合了項(xiàng)目式學(xué)習(xí)和問題式學(xué)習(xí)的優(yōu)勢，互相補(bǔ)充了兩者的劣勢。教師運(yùn)用CTPBL模式設(shè)置一個(gè)真實(shí)的問題情境讓學(xué)生參與其中;非良構(gòu)問題可以讓學(xué)生去對問題進(jìn)行思考，發(fā)現(xiàn)隱含的有用信息并進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，在這個(gè)過程中能夠讓學(xué)生組織多學(xué)科的知識(shí)去思考問題。在與小組成員進(jìn)行討論交流時(shí)，學(xué)生合作學(xué)習(xí)，共同解決問題，能夠促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。

4 結(jié)語

當(dāng)前，計(jì)算思維已被納入中小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)之中，因此，我們必須重視在課程中潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，讓學(xué)生能夠合理運(yùn)用計(jì)算思維去解決學(xué)習(xí)及生活中的一些問題，成為一名合格的數(shù)字公民。本研究借鑒DoPBL模式所構(gòu)建的CTPBL模式融入計(jì)算思維的七個(gè)共有維度，設(shè)計(jì)具體的教學(xué)實(shí)施流程，實(shí)現(xiàn)學(xué)生計(jì)算思維和能力的培養(yǎng)。運(yùn)用該模式對學(xué)生進(jìn)行培養(yǎng)，可以讓學(xué)生從項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中逐步產(chǎn)生計(jì)算思維，并可在生活中應(yīng)用所學(xué)到的問題解決方式，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展和跨學(xué)科知識(shí)融合。但這一模式的實(shí)踐應(yīng)用仍有待后續(xù)研究的檢驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 曹曉明，安娜.培養(yǎng)計(jì)算思維的高中信息技術(shù)校本課程研究[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2018（7）：106-112.

[2] 中華人民共和國教育部.普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：6.

[3] 董艷，孫巍.促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)的產(chǎn)生式學(xué)習(xí)（DoPBL）模式研究——基于問題式PBL和項(xiàng)目式PBL的整合視角[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2019，37（2）：81-89.

[4] 羅海風(fēng)，劉堅(jiān)，羅楊.人工智能時(shí)代的必備心智素養(yǎng)：計(jì)算思維[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2019，29（6）：26-33.

【通聯(lián)編輯：王力】