大學(xué)生計(jì)算思維發(fā)展型混合式教學(xué)模式研究

皮 敏 胡 萍 羅 柱 楊再建 潘大順

銅仁學(xué)院大數(shù)據(jù)學(xué)院，貴州 銅仁 554300

一、問題的提出

傳統(tǒng)“填鴨式教學(xué)”，學(xué)生學(xué)習(xí)盲目聽從教師和家長(zhǎng)的安排，缺乏自己的思考和規(guī)劃。教師上課形式單一枯燥，學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣，學(xué)習(xí)停留于理解與記憶層面，未能深入掌握知識(shí)。教學(xué)評(píng)價(jià)過分注重考試成績(jī)導(dǎo)致學(xué)生只關(guān)注“考點(diǎn)”，學(xué)習(xí)處于被動(dòng)狀態(tài)。“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代，教學(xué)形式發(fā)生巨變，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)逐漸普及。教師在相應(yīng)軟件上傳課件資料，學(xué)生利用手機(jī)便能隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)，好像實(shí)現(xiàn)了師生雙贏，但經(jīng)新冠肺炎疫情防控期間的居家網(wǎng)課學(xué)習(xí)后，暴露了線上教學(xué)的問題。

比如說學(xué)生學(xué)習(xí)情況教師不能及時(shí)得到反饋，學(xué)生遇到問題未能及時(shí)得到解決等。因此，單一采用某種教學(xué)模式不能滿足現(xiàn)實(shí)需要，而將線上、線下兩種模式進(jìn)行結(jié)合形成的混合教學(xué)模式或許能全面促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)，提升學(xué)習(xí)效率和思維能力。

二、混合教學(xué)模式研究現(xiàn)狀

（一）計(jì)算思維發(fā)展型課堂

杜威提出：“思維來源于經(jīng)驗(yàn)，人在解決問題時(shí)采用明智的學(xué)習(xí)方法稱作思維”。基于該理解進(jìn)而提出應(yīng)在學(xué)生學(xué)習(xí)過程提供能引發(fā)思維的問題情境，教師布置任務(wù)、提出問題、引導(dǎo)學(xué)生探究來發(fā)展學(xué)生的思維。［1］周以真教授提出了計(jì)算思維的概念，她認(rèn)為計(jì)算思維不應(yīng)被認(rèn)為是計(jì)算機(jī)專業(yè)人員所獨(dú)有的能力，而應(yīng)作為每個(gè)人的基本技能。她對(duì)計(jì)算思維的解釋是：運(yùn)用計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)對(duì)問題進(jìn)行分解、模式識(shí)別、抽象和算法設(shè)計(jì)最終實(shí)現(xiàn)問題解決的整個(gè)思維活動(dòng)。

“思維發(fā)展型課堂”最早出自《從思維技能到思維發(fā)展型課堂》一書，作者麥吉尼斯針對(duì)思維發(fā)展型課堂一詞做出解釋，“Thinking Classrooms”譯為思維發(fā)展型課堂，也可直譯為充滿思考的課堂［2］。傳統(tǒng)課堂與思維發(fā)展型課堂最大的區(qū)別是，思維發(fā)展型課堂的重點(diǎn)是學(xué)生能深入學(xué)習(xí)知識(shí)及利用習(xí)得的知識(shí)解決問題。［3］

（二）混合教學(xué)模式現(xiàn)狀

隨著信息技術(shù)發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)憑借自身不受時(shí)間空間限制及開放自主性等特點(diǎn)受到越來越多師生的歡迎，但單一線上教學(xué)存在因?qū)W生自制能力差導(dǎo)致學(xué)習(xí)效率低、教師對(duì)學(xué)生遇到的問題處理不及時(shí)等情況。

混合教學(xué)模式便很好地解決了傳統(tǒng)教學(xué)和線上教學(xué)出現(xiàn)的問題，教師利用中國(guó)大學(xué)MOOC、雨課堂等網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)進(jìn)行線上教學(xué)，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)豐富教學(xué)形式，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的同時(shí)提升學(xué)習(xí)興趣和自學(xué)能力。［4］

三、思維發(fā)展型混合式教學(xué)模式設(shè)計(jì)

混合式教學(xué)模式需要教師對(duì)教學(xué)內(nèi)容、評(píng)價(jià)進(jìn)行精心設(shè)計(jì)。教師對(duì)整體內(nèi)容抽象分解后根據(jù)實(shí)際情況安排線上線下的學(xué)習(xí)內(nèi)容，教學(xué)活動(dòng)始終秉承“學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體”的原則。教學(xué)評(píng)價(jià)根據(jù)制定的教學(xué)目標(biāo)對(duì)教學(xué)過程中教師和學(xué)生的任務(wù)完成情況、表現(xiàn)情況進(jìn)行檢驗(yàn)。

（一）混合教學(xué)模式過程設(shè)計(jì)

教學(xué)過程分為課前準(zhǔn)備、課堂教學(xué)、課后提升三個(gè)環(huán)節(jié)，以“學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，教師是教學(xué)的引導(dǎo)者”為教學(xué)核心，利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)和線下教學(xué)相結(jié)合的方式高質(zhì)量完成教學(xué)。［5-6］

課前準(zhǔn)備，教師對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合分析后制作成微視頻上傳到“雨課堂”課件庫(kù)，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)針對(duì)不同水平學(xué)生設(shè)計(jì)不同等級(jí)任務(wù)。學(xué)生選課后對(duì)任務(wù)進(jìn)行查閱和學(xué)習(xí)，存在疑問的地方可在線交流，完成學(xué)習(xí)后在平臺(tái)試卷庫(kù)進(jìn)行理論知識(shí)測(cè)試。

課堂教學(xué)，教師采用螺旋模型逐層發(fā)展學(xué)生思維，利用網(wǎng)絡(luò)資源結(jié)合教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)問題情境，通過任務(wù)引導(dǎo)學(xué)生將問題簡(jiǎn)單化并思考得到初步解決方案，師生對(duì)方案的有效性及合理性進(jìn)行評(píng)價(jià)。［7］第二輪優(yōu)化學(xué)生自主思考將問題模式化并歸納出規(guī)律，綜合評(píng)價(jià)后進(jìn)入第三輪優(yōu)化。學(xué)生通過小組討論將問題抽象化，教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)同類型問題總結(jié)得到最終解決方案。

課后提升，學(xué)生在線完成課后拓展及過關(guān)測(cè)試。教師對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況、課堂表現(xiàn)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)同時(shí)教師對(duì)教學(xué)過程進(jìn)行總結(jié)反思。

（二）混合教學(xué)模式教學(xué)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)

對(duì)實(shí)施混合式教學(xué)前后學(xué)生能力進(jìn)行測(cè)評(píng)，對(duì)同一學(xué)生測(cè)評(píng)需綜合考慮學(xué)生自身發(fā)展情況，學(xué)習(xí)興趣與參與度、計(jì)算思維及問題解決能力是否得到發(fā)展。［8］對(duì)同一水平學(xué)生可采取在教學(xué)前后準(zhǔn)備幾項(xiàng)任務(wù)，通過任務(wù)完成情況對(duì)學(xué)生能力進(jìn)行檢驗(yàn)，能一定程度上消除個(gè)體差異，教學(xué)評(píng)價(jià)應(yīng)滿足基本原則。［9］

1.評(píng)價(jià)內(nèi)容多樣化

教學(xué)評(píng)價(jià)作為檢驗(yàn)教學(xué)成果的方式，一定程度上能促進(jìn)師生共同發(fā)展。教師對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度、任務(wù)完成情況對(duì)學(xué)生能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。能力包括高級(jí)思維能力、抽象能力、合作交流能力等，評(píng)價(jià)內(nèi)容應(yīng)從多方面展開。

第三步，根據(jù)方法計(jì)算每個(gè)變量系數(shù)：變量系數(shù)=主成分Xi的成分矩陣系數(shù)/對(duì)應(yīng)特征值的平方根×方差權(quán)重Wi+主成分Xj的成分矩陣系數(shù)/對(duì)應(yīng)特征值的平方根×權(quán)重Wj計(jì)算每個(gè)變量的系數(shù)+主成分Xk的成分矩陣系數(shù)/對(duì)應(yīng)特征值的平方根×方差權(quán)重Wk，結(jié)果如下：

2.評(píng)價(jià)過程多元化

混合式教學(xué)重視學(xué)生的參與性，師生相結(jié)合的評(píng)價(jià)體系更具有效性。學(xué)生評(píng)價(jià)包括自評(píng)、組評(píng)和組間互評(píng)三方面，自評(píng)有利于學(xué)生對(duì)自己學(xué)習(xí)行為進(jìn)行反思，組內(nèi)、組間評(píng)價(jià)在能相互認(rèn)識(shí)優(yōu)缺點(diǎn)的同時(shí)提升語言表達(dá)能力及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。［10］

3.評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和有效性

評(píng)價(jià)應(yīng)遵循相應(yīng)原則，客觀性：要求教師客觀公正對(duì)待每位學(xué)生，不能憑主觀感受評(píng)判。指導(dǎo)性：分析評(píng)價(jià)結(jié)果，找到原因后對(duì)學(xué)生作出指導(dǎo)性建議。整體性：評(píng)價(jià)時(shí)不能將某一教學(xué)活動(dòng)分離開來，要針對(duì)整個(gè)過程全方位、多角度地分析總結(jié)。

（三）混合式教學(xué)模式教學(xué)案例

1.課前準(zhǔn)備

2.課堂教學(xué)

教師準(zhǔn)備二進(jìn)制數(shù)字游戲需要的教具，利用游戲創(chuàng)設(shè)生動(dòng)的問題情境以此激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，游戲之前提問學(xué)生問題。學(xué)生發(fā)現(xiàn)規(guī)律后，進(jìn)而拋出進(jìn)一步深入問題，學(xué)生通過情景觀察，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，學(xué)生解決新增卡片圖案問題后，教師繼續(xù)布置任務(wù)。

創(chuàng)設(shè)游戲情景，首先講解游戲規(guī)則：五張卡片代表五個(gè)數(shù)，手持卡片圖案朝向自己表示該數(shù)不用，記為0，圖案背向自己表示用該數(shù)，記為1，教師隨機(jī)說一個(gè)數(shù)，學(xué)生利用卡片組合出該數(shù)。正確組合后，記錄該數(shù)由0和1表示的結(jié)果。三輪游戲后，學(xué)生思考討論組合的規(guī)律。學(xué)生掌握利用0和1表示十進(jìn)制數(shù)后，教師隨機(jī)出五個(gè)數(shù)引導(dǎo)學(xué)生不用卡片得到相應(yīng)組合，逐步將用0、1表示十進(jìn)制數(shù)這一問題模式化，學(xué)生根據(jù)規(guī)律解決問題后總結(jié)出二進(jìn)制數(shù)原理。

3.課后提升

線上過關(guān)測(cè)試，教師布置任務(wù)：將5個(gè)二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù)，這需要學(xué)生逆向思考，發(fā)展學(xué)生計(jì)算思維。最后拓展學(xué)習(xí)：除二進(jìn)制、十進(jìn)制還有其他進(jìn)制嗎？其他進(jìn)制該如何表示？教師利用問卷調(diào)查了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況同時(shí)對(duì)整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行反思總結(jié)。

四、計(jì)算思維發(fā)展教學(xué)實(shí)證

本研究基于應(yīng)用混合教學(xué)模式的不插電的計(jì)算機(jī)科學(xué)課程進(jìn)行教學(xué)實(shí)證，設(shè)計(jì)《大學(xué)生計(jì)算思維能力問卷調(diào)查》，以選修本課程全體學(xué)生為研究對(duì)象，共發(fā)放49份問卷，回收49份，回收率為100%。其中利用SPSS22.0中標(biāo)識(shí)異常和對(duì)個(gè)案內(nèi)的值計(jì)數(shù)兩項(xiàng)操作，對(duì)無效問卷進(jìn)行篩選共得到有效問卷共48份，有效率為98%。

通過對(duì)問卷進(jìn)行可靠性分析得到Cronbach’s Alpha系數(shù)為0.761，表明問卷信度良好。對(duì)問卷中：你是否了解計(jì)算學(xué)科和計(jì)算思維？你平時(shí)是否接受過計(jì)算思維訓(xùn)練？利用描述統(tǒng)計(jì)操作對(duì)問題進(jìn)行頻率分析，通過回答情況分析學(xué)生對(duì)計(jì)算思維的了解程度。從分析結(jié)果知多數(shù)學(xué)生平時(shí)沒有接受過計(jì)算思維訓(xùn)練，但經(jīng)過課程學(xué)習(xí)后大多數(shù)學(xué)生對(duì)計(jì)算思維有了基本了解。

為檢測(cè)在課程學(xué)習(xí)后學(xué)生是否能利用計(jì)算思維解決問題，故在問卷中設(shè)計(jì)相關(guān)案例。結(jié)果表明學(xué)生經(jīng)過課程學(xué)習(xí)后，計(jì)算思維能力的發(fā)展參差不齊，大多數(shù)學(xué)生能較好利用計(jì)算思維思考及解決問題。利用問題：你認(rèn)為學(xué)校開設(shè)計(jì)算學(xué)科培養(yǎng)計(jì)算思維能力的課程是否具有價(jià)值？分析計(jì)算思維的受重視程度，結(jié)果如表1。91.8%的學(xué)生認(rèn)為開設(shè)計(jì)算學(xué)科課程對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力具有一定價(jià)值。

表1 計(jì)算思維受重視程度

五、總結(jié)與反思

基于計(jì)算思維發(fā)展型混合式教學(xué)模式的研究在本校公共選修課不插電的計(jì)算機(jī)科學(xué)課程中進(jìn)行了實(shí)踐應(yīng)用。通過課堂教學(xué)的問卷調(diào)查、解決問題的思維分析可發(fā)現(xiàn)混合式教學(xué)模式中的課前線上學(xué)習(xí)有效激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)混合式教學(xué)模式對(duì)發(fā)展學(xué)生的思維能力、問題解決能力具有極大的促進(jìn)作用。混合式教學(xué)模式在傳統(tǒng)教學(xué)模式的基礎(chǔ)上融入網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，豐富教學(xué)形式的同時(shí)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)的不足，學(xué)生在課堂中從被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)的探究學(xué)習(xí)。但混合式教學(xué)模式也存在不足之處，還需多輪實(shí)證進(jìn)行優(yōu)化。

（一）教學(xué)模式設(shè)計(jì)不足

1.課前準(zhǔn)備：學(xué)生學(xué)習(xí)微視頻后，雖然在線會(huì)進(jìn)行隨堂測(cè)試檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況，但與學(xué)生實(shí)際的學(xué)習(xí)情況存在出入。

2.課堂教學(xué)：利用螺旋模型進(jìn)行多輪循環(huán)優(yōu)化的方式進(jìn)行教學(xué)時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)問題進(jìn)行分解、模式化及抽象化，學(xué)生對(duì)知識(shí)掌握程度的差異會(huì)導(dǎo)致部分學(xué)生能順利解決問題，部分學(xué)生則跟不上課堂教學(xué)。

3.課后提升：學(xué)生獨(dú)立完成課后提升，若遇到問題未能及時(shí)解決會(huì)影響下一節(jié)課的線上學(xué)習(xí)。

（二）教學(xué)評(píng)價(jià)不足

教師在課堂中組織學(xué)生進(jìn)行自評(píng)、互評(píng)滿足評(píng)價(jià)多元化、整體性、客觀性的要求，但教師在評(píng)價(jià)中是否滿足科學(xué)性原則及是否能促進(jìn)學(xué)生發(fā)展，這些方面在實(shí)際教學(xué)中需驗(yàn)證和強(qiáng)化。

（三）教學(xué)實(shí)證不足

關(guān)于學(xué)生對(duì)計(jì)算思維的了解情況、計(jì)算思維的實(shí)際應(yīng)用及對(duì)計(jì)算思維的重視程度這幾項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，但未針對(duì)學(xué)生整個(gè)學(xué)習(xí)過程進(jìn)行全面了解，教學(xué)模式是否具有有效性及是否能真正發(fā)展學(xué)生的計(jì)算思維未能考證。

六、結(jié)語

盡管混合式教學(xué)模式存在較多不足，但實(shí)際教學(xué)效果經(jīng)過實(shí)證是富有成效的。通過對(duì)混合式教學(xué)模式進(jìn)行研究，將線上與線下教學(xué)進(jìn)行結(jié)合，實(shí)現(xiàn)學(xué)生掌握知識(shí)、提升能力及發(fā)展思維的目的。對(duì)于存在的不足，將在未來研究中不斷改進(jìn)完善，最終實(shí)現(xiàn)師生相互促進(jìn)、共同發(fā)展。