基于深度學(xué)習(xí)理論的高中編程教學(xué)模式設(shè)計(jì)與實(shí)踐

鐘曉燕， 邱瑀楠，2， 瞿堃

1. 西南大學(xué) 教師教育學(xué)院，重慶 400715；2. 包頭市第四中學(xué)，內(nèi)蒙古 包頭 014030；3. 西南大學(xué) 教育學(xué)部，重慶 400715

人工智能、 大數(shù)據(jù)、 物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的普及應(yīng)用在眾多領(lǐng)域引發(fā)了重大變革． 面對(duì)正在加速形成的智能世界, 需要全新的思維方式, 使人們能夠以創(chuàng)造性的、 深思熟慮的和適當(dāng)?shù)姆绞嚼斫夂褪褂眉夹g(shù)． 計(jì)算思維作為一種思維過(guò)程, 通過(guò)運(yùn)用計(jì)算機(jī)、 互聯(lián)網(wǎng)和其他信息處理工具, 有效地幫助人類構(gòu)造和表達(dá)問(wèn)題, 并已成為這個(gè)時(shí)代最基本的思維方式之一．

大量的研究表明, 基礎(chǔ)教育階段的編程教育是培養(yǎng)和發(fā)展青少年計(jì)算思維的有效手段之一． 然而, 通過(guò)長(zhǎng)期的觀察和調(diào)研發(fā)現(xiàn), 目前高中編程教學(xué)實(shí)踐還存在一些問(wèn)題, 比如: 課程學(xué)習(xí)目標(biāo)缺乏明確統(tǒng)一的定位; 課程研究缺乏深度與系統(tǒng)性; 現(xiàn)有教學(xué)案例過(guò)于注重外在形式, 忽視學(xué)科知識(shí)內(nèi)在關(guān)聯(lián)[1], 難以促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí), 最終課堂學(xué)習(xí)就變成為取得項(xiàng)目成果而進(jìn)行的一系列表面“工作”等． 導(dǎo)致這些現(xiàn)象的主要原因是相較于其他科目, 高中信息技術(shù)教學(xué)缺乏核心理論的指導(dǎo), 使得一線信息技術(shù)教師難以將先進(jìn)的教學(xué)策略或模式融會(huì)貫通, 教學(xué)設(shè)計(jì)往往“形似”卻“無(wú)神”, 無(wú)法更好地達(dá)成學(xué)生計(jì)算思維和核心素養(yǎng)培育的目標(biāo)．

深度學(xué)習(xí)理論是解決這一難題的重要思路[2-3]． 本文基于深度學(xué)習(xí)的基本原理, 參考“4S”學(xué)習(xí)內(nèi)容框架模型(即學(xué)科知識(shí)SK、 策略知識(shí)KS、 社會(huì)技能SS、 認(rèn)知結(jié)構(gòu)CS)[4], 結(jié)合經(jīng)典教學(xué)模式5要素說(shuō)(即理論依據(jù)、 教學(xué)目標(biāo)、 實(shí)現(xiàn)條件、 教學(xué)過(guò)程、 教學(xué)評(píng)價(jià)5個(gè)要素)[5-7], 構(gòu)建了高中編程教學(xué)模式, 并據(jù)此開(kāi)展教學(xué)實(shí)驗(yàn)研究, 期望研究思路、 驗(yàn)證過(guò)程和結(jié)論能夠供研究同行和一線教師商榷和參考．

1 提出問(wèn)題: 何為深度學(xué)習(xí)

1.1 深度學(xué)習(xí)的理解

深度學(xué)習(xí)一詞最初由美國(guó)學(xué)者Ference Marton和Roger Saljo提出． 他們?cè)谶M(jìn)行大學(xué)生文獻(xiàn)閱讀實(shí)驗(yàn)時(shí), 發(fā)現(xiàn)學(xué)生主要采用機(jī)械記憶和理解記憶兩種策略, 并由此提出了淺層學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)兩個(gè)概念． 隨著理論研究的深入, 對(duì)深度學(xué)習(xí)的理解出現(xiàn)了關(guān)注學(xué)習(xí)方法的學(xué)習(xí)方式說(shuō), 關(guān)注學(xué)習(xí)發(fā)生過(guò)程的學(xué)習(xí)過(guò)程說(shuō), 和依據(jù)社會(huì)能力發(fā)展需要的學(xué)習(xí)結(jié)果說(shuō), 這3種理解方式也代表了深度學(xué)習(xí)發(fā)展的不同階段． 通過(guò)多維度的研究整理, 筆者認(rèn)為何玲等[8]提出的深度學(xué)習(xí)概念較為恰當(dāng)?shù)馗爬藢W(xué)習(xí)方式、 過(guò)程和結(jié)果3大方面, 并在此基礎(chǔ)上加入了筆者自己的理解: “深度學(xué)習(xí)是指在學(xué)習(xí)不同類型的知識(shí)時(shí), 學(xué)習(xí)者能夠選擇對(duì)應(yīng)的學(xué)習(xí)方式, 在理解的基礎(chǔ)上, 批判地學(xué)習(xí)新思想和事實(shí), 并將其融入原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中, 能夠在眾多思想之間建立聯(lián)系, 并將已有知識(shí)遷移到新的情境中, 從而做出決策和解決問(wèn)題的學(xué)習(xí)．” 與何玲等給出的深度學(xué)習(xí)概念稍有不同的是, 這一理解著重強(qiáng)調(diào)針對(duì)不同類型的知識(shí)需選擇對(duì)應(yīng)的、 適合的學(xué)習(xí)方式, 這也是對(duì)學(xué)習(xí)策略的補(bǔ)充描述．

1.2 深度學(xué)習(xí)的作用機(jī)制

理論指導(dǎo)實(shí)踐, 在概念夯實(shí)的前提下, 國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)深度學(xué)習(xí)如何具體作用于教學(xué)展開(kāi)了一系列探究． 從教學(xué)反思角度, 張浩等[9]提出基于反思的認(rèn)知學(xué)習(xí)過(guò)程, 強(qiáng)調(diào)知識(shí)學(xué)習(xí)是在反復(fù)迭代的“沖突—反思—生成”中進(jìn)行的; 從e-learning深度學(xué)習(xí)角度, 段金菊[10]認(rèn)為個(gè)人學(xué)習(xí)空間的創(chuàng)設(shè)至關(guān)重要, 要將學(xué)習(xí)者的角色從內(nèi)容消耗者轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)容創(chuàng)作者, 通過(guò)知識(shí)結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)與個(gè)性化知識(shí)學(xué)習(xí)路徑編排促進(jìn)深度學(xué)習(xí)發(fā)生; 從效果評(píng)價(jià)角度, 比格斯、 泰格、 萊斯登、 尼爾森等幾位學(xué)者開(kāi)發(fā)研究了深度學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)量表, 并將其分為高階認(rèn)知、 整合性學(xué)習(xí)以及反思性學(xué)習(xí)3個(gè)維度, 清華大學(xué)教育研究院[11]則在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出簡(jiǎn)潔的深度學(xué)習(xí)量表; 胡航等[12]從學(xué)習(xí)者視角出發(fā)提出S-ACIG深度學(xué)習(xí)認(rèn)知過(guò)程(圖1), 認(rèn)為課堂教學(xué)設(shè)計(jì)中的目標(biāo)設(shè)定、 數(shù)字化資源創(chuàng)設(shè)、 活動(dòng)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)圍繞該認(rèn)知過(guò)程展開(kāi), 并據(jù)此開(kāi)發(fā)了“4S”學(xué)習(xí)內(nèi)容框架及對(duì)應(yīng)的教學(xué)策略和教學(xué)資源表征態(tài)． 本研究以該認(rèn)知過(guò)程為主線, 對(duì)多種深度學(xué)習(xí)教學(xué)策略進(jìn)行梳理, 嘗試構(gòu)建了高中編程教學(xué)模式, 旨在激發(fā)深度學(xué)習(xí)的發(fā)生, 促進(jìn)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)成效及計(jì)算思維．

圖1 S-ACIG深度學(xué)習(xí)認(rèn)知過(guò)程

2 尋找方向: 高中編程的深度學(xué)習(xí)何以實(shí)現(xiàn)

2.1 高中編程課程的意義

高中編程課程作為高中信息技術(shù)教學(xué)的重要組成部分, 在國(guó)家教育部印發(fā)的《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》中被賦予了更高的要求． 其中, 計(jì)算思維作為學(xué)科4大核心素養(yǎng)之一, 要求學(xué)生能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)的方式界定問(wèn)題、 抽象特征、 建立結(jié)構(gòu)模型、 合理組織數(shù)據(jù), 即能夠模擬計(jì)算機(jī)處理問(wèn)題的方式和方法． 在高中信息技術(shù)課程中, 編程課程是學(xué)生掌握并理解計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題流程的最佳途徑．

高中編程課程在新課標(biāo)對(duì)核心素養(yǎng)及課程內(nèi)容的要求下, 其重要性和地位已不可忽視． 作為一門必修課, 高中編程課程要求學(xué)生在掌握基礎(chǔ)編程語(yǔ)言、 編程結(jié)構(gòu)、 簡(jiǎn)單編程算法的前提下, 能夠運(yùn)用這些知識(shí)和技能分析問(wèn)題、 建立結(jié)構(gòu)模型、 合理組織數(shù)據(jù), 實(shí)現(xiàn)邏輯思維能力與實(shí)踐操作能力并行培養(yǎng)．

2.2 高中編程課程癥結(jié)與深度學(xué)習(xí)建議

針對(duì)B市Q區(qū)3所重點(diǎn)高中的編程課程教學(xué)狀況, 筆者對(duì)已修讀完該課程的學(xué)生就編程學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、 課堂自主學(xué)習(xí)情況、 影響編程學(xué)習(xí)效果的因素3方面的情況進(jìn)行了問(wèn)卷調(diào)查, 旨在找出課程教學(xué)的癥結(jié)． 調(diào)查共發(fā)放并回收問(wèn)卷302份, 其中有效問(wèn)卷286份, 問(wèn)卷有效率為94.7%． 調(diào)查結(jié)果顯示, 當(dāng)前高中編程教學(xué)存在學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力不足、 學(xué)習(xí)目標(biāo)過(guò)于關(guān)注“語(yǔ)法”、 缺乏有效的課堂教學(xué)情境以及評(píng)價(jià)機(jī)制僵化等問(wèn)題． 為此, 本文從深度學(xué)習(xí)理論的角度出發(fā), 對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行了分析并提出了相應(yīng)的建議, 如表1所示．

表1 深度學(xué)習(xí)教學(xué)建議

3 模式構(gòu)建: 深度學(xué)習(xí)視域下的編程教學(xué)如何落地

針對(duì)高中編程課程教學(xué)中存在的問(wèn)題, 在對(duì)深度學(xué)習(xí)理論的內(nèi)涵、 典型發(fā)生機(jī)制討論分析的基礎(chǔ)上, 結(jié)合前概念、 情境認(rèn)知、 SOLO分類等理論, 參考“4S”學(xué)習(xí)內(nèi)容框架模型并結(jié)合經(jīng)典教學(xué)模式5要素說(shuō), 分別從教學(xué)目標(biāo)、 教學(xué)流程、 教學(xué)環(huán)境3個(gè)方面構(gòu)建了基于深度學(xué)習(xí)理論的高中編程教學(xué)模式, 如圖2所示．

圖2 基于深度學(xué)習(xí)理論的高中編程教學(xué)模式

3.1 教學(xué)目標(biāo): 自上而下準(zhǔn)確定位

信息技術(shù)作為一門學(xué)科, 與其他科目不同, 一方面沒(méi)有明確的考綱要求, 另一方面教材內(nèi)容涵蓋面廣, 知識(shí)點(diǎn)多, 這給信息技術(shù)教師在篩選教學(xué)內(nèi)容、 把控知識(shí)的深度和廣度方面帶來(lái)了困擾． 因此, 為了解決這一問(wèn)題, 教學(xué)目標(biāo)需要從頂層出發(fā), 從學(xué)業(yè)要求、 內(nèi)容要求和課程目標(biāo)入手, 逐步制定“總體目標(biāo)—課程目標(biāo)—課時(shí)目標(biāo)”． 首先, 需要考慮總體目標(biāo), 即課程所要達(dá)到的整體目標(biāo)． 這可以作為目標(biāo)設(shè)計(jì)的起點(diǎn), 明確課程在整體上應(yīng)該達(dá)到的學(xué)業(yè)水平和實(shí)際應(yīng)用能力． 其次, 根據(jù)學(xué)科要求, 明確具體的課程目標(biāo), 即課程中需要學(xué)生掌握的知識(shí)和技能． 這需要參考課程標(biāo)準(zhǔn)和教學(xué)大綱, 確保教學(xué)目標(biāo)的具體性、 明確性和可操作性． 最后, 根據(jù)每個(gè)課時(shí)的教學(xué)時(shí)間和學(xué)生的學(xué)習(xí)水平, 制定相應(yīng)的課時(shí)目標(biāo), 具體指導(dǎo)每個(gè)課時(shí)的教學(xué)活動(dòng)． 這可以幫助教師在每個(gè)課時(shí)中更好地組織教學(xué)內(nèi)容, 確保教學(xué)進(jìn)度合理, 學(xué)生能夠逐步達(dá)到課程目標(biāo)．

以《算法的概念及描述》的教學(xué)目標(biāo)制定為例(詳見(jiàn)表2), 遵照課程標(biāo)準(zhǔn), 逐層遞進(jìn), 準(zhǔn)確定位教學(xué)目標(biāo), 排除教材知識(shí)點(diǎn)多、 雜、 深的干擾． 這樣的目標(biāo)設(shè)計(jì)與定位能夠保證教學(xué)目標(biāo)的明確性和針對(duì)性, 從而更好地引導(dǎo)教學(xué)活動(dòng)．

表2 《算法的概念及描述》教學(xué)目標(biāo)定位

3.2 教學(xué)流程: 符合認(rèn)知規(guī)律的教學(xué)設(shè)計(jì)路徑

教學(xué)流程分為前期分析、 教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施、 教學(xué)評(píng)價(jià)(課堂及時(shí)反饋)3個(gè)環(huán)節(jié)[13](圖3)．

圖3 基于深度學(xué)習(xí)理論的教學(xué)設(shè)計(jì)流程

3.2.1 前期分析

前期分析是教學(xué)流程的重要環(huán)節(jié), 包括有課標(biāo)分析、 知識(shí)點(diǎn)提煉分類、 認(rèn)知起點(diǎn)診斷等3個(gè)方面． 首先通過(guò)課標(biāo)分析, 確定學(xué)習(xí)內(nèi)容的深度廣度． 隨后結(jié)合“4S”深度學(xué)習(xí)內(nèi)容框架, 進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)提煉分類, 將學(xué)習(xí)內(nèi)容分類為學(xué)科知識(shí)(SK)、 策略知識(shí)(KS)、 社會(huì)技能(SS)、 認(rèn)知結(jié)構(gòu)(CS), 并根據(jù)不同類別的學(xué)習(xí)內(nèi)容, 初步確定采取何種教學(xué)方法和策略指導(dǎo)． 最后, 進(jìn)行學(xué)習(xí)者的認(rèn)知起點(diǎn)診斷, 參考較為成熟的前Gianni測(cè)試工具、 前概念轉(zhuǎn)換策略[14]、 SOLO分類理論編程作品評(píng)價(jià)和教學(xué)建議[15], 制定認(rèn)知起點(diǎn)診斷方案． 表3展示了以《算法的概念及描述》為例的部分認(rèn)知起點(diǎn)診斷內(nèi)容, 并提供了對(duì)應(yīng)的教學(xué)策略建議．

表3 《算法的概念及描述》認(rèn)知起點(diǎn)診斷及策略建議[16]

3.2.2 教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施

教學(xué)設(shè)計(jì)的完成需要經(jīng)過(guò)兩個(gè)階段． 首先, 在前期分析的基礎(chǔ)上, 制定學(xué)習(xí)應(yīng)對(duì)策略, 包括學(xué)習(xí)目標(biāo)框架、 教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)以及學(xué)習(xí)任務(wù)類型建議, 對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行“因地制宜”的二次創(chuàng)改． 其次, 為了激發(fā)學(xué)生的深度學(xué)習(xí), 符合學(xué)習(xí)者的認(rèn)知規(guī)律, 采用S-ACIG深度學(xué)習(xí)認(rèn)知過(guò)程作為主架構(gòu), 合理組織教學(xué)內(nèi)容, 包括每個(gè)環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)內(nèi)容、 評(píng)價(jià)工具以及教學(xué)資源表征態(tài)[12]． 在具體的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施過(guò)程中, 教師還需要注意記錄出現(xiàn)的各種問(wèn)題, 并對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化迭代[17]． 表4展示了《算法的概念及其描述》的具體教學(xué)設(shè)計(jì)．

表4 《算法的概念及描述》教學(xué)設(shè)計(jì)陳現(xiàn)

3.2.3 教學(xué)評(píng)價(jià)

深度學(xué)習(xí)理論強(qiáng)調(diào)評(píng)價(jià)的目的在于幫助學(xué)習(xí)者檢測(cè)學(xué)習(xí)績(jī)效, 不斷調(diào)整學(xué)習(xí)策略, 提升元認(rèn)知水平． 然而, 在應(yīng)試教育背景下, 僅憑單一的以知識(shí)檢測(cè)為目的的結(jié)果性評(píng)價(jià)雖然直觀有效, 但很難全面測(cè)量學(xué)習(xí)者的思維層次和交流合作技能． 因此, 為了更好地評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和能力發(fā)展, 需要課堂及時(shí)反饋, 可以從過(guò)程性評(píng)價(jià)和結(jié)果性評(píng)價(jià)兩方面入手, 對(duì)評(píng)價(jià)機(jī)制和內(nèi)容進(jìn)行改良．

3.3 教學(xué)環(huán)境: 教學(xué)模式成功實(shí)踐的必要保證

教學(xué)環(huán)境是教學(xué)模式成功實(shí)踐的必要保證, 主要是多媒體的教學(xué)環(huán)境, 近年來(lái)針對(duì)教育教學(xué)開(kāi)發(fā)的多媒體軟硬件也層出不窮, 其中包括有多種數(shù)字化教學(xué)工具, 如在線協(xié)作平臺(tái)、 編程軟件和班級(jí)優(yōu)化大師等． 如何真正發(fā)揮多媒體教學(xué)環(huán)境的優(yōu)勢(shì), 避免為了使用而使用的現(xiàn)象, 成為教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的重要問(wèn)題． 以《算法的概念及描述》的多媒體教學(xué)環(huán)境設(shè)計(jì)為例, 秉持教學(xué)為化繁為簡(jiǎn)的原則, 盡量減少不必要的多媒體教學(xué)手段． 在選擇多媒體工具時(shí)也盡量選擇兼容性強(qiáng)、 上手操作簡(jiǎn)單的工具． 例如騰訊文檔在線協(xié)作平臺(tái), 因?yàn)閷W(xué)生都有QQ賬號(hào), 不需要額外注冊(cè)申請(qǐng)． 此類在線協(xié)作平臺(tái)一方面便于學(xué)習(xí)者合作學(xué)習(xí), 共同完成小組任務(wù); 另一方面無(wú)需手動(dòng)保存、 上傳, 簡(jiǎn)化了作品共享展示流程． 普適、 簡(jiǎn)便的多媒體教學(xué)環(huán)境有助于新教學(xué)模式的應(yīng)用與推廣, 同時(shí)讓課堂教學(xué)更流暢, 避免學(xué)生因軟件操作不熟練或反復(fù)切換軟件等問(wèn)題打斷學(xué)習(xí)思路．

4 研究設(shè)計(jì)與結(jié)果分析

4.1 研究假設(shè)

為了驗(yàn)證基于深度學(xué)習(xí)理論的高中編程教學(xué)模式的有效性, 以高中Python編程教學(xué)為例進(jìn)行了準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究, 旨在驗(yàn)證以下兩個(gè)假設(shè):

1) 基于深度學(xué)習(xí)理論的高中編程教學(xué)模式對(duì)學(xué)習(xí)者編程成績(jī)有顯著影響;

2) 基于深度學(xué)習(xí)理論的高中編程教學(xué)模式對(duì)學(xué)習(xí)者計(jì)算思維有顯著影響．

4.2 研究對(duì)象與方法

研究選取了B市S中學(xué)高一年級(jí)5班和6班作為研究實(shí)驗(yàn)對(duì)象, 共計(jì)82名學(xué)生． 采用準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)法進(jìn)行研究設(shè)計(jì), 兩個(gè)班級(jí)的人數(shù)大致相同, 并且經(jīng)過(guò)獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn), 兩班學(xué)習(xí)成績(jī)和計(jì)算思維在統(tǒng)計(jì)上無(wú)顯著性差異(p>0.05), 具體見(jiàn)表5．

表5 實(shí)驗(yàn)前成績(jī)?cè)趯?shí)驗(yàn)組與對(duì)照組上的差異分析

在授課教師相同的前提下, 5班設(shè)定為實(shí)驗(yàn)班級(jí), 共有42名學(xué)生, 采用基于深度學(xué)習(xí)理論的高中編程教學(xué)模式． 6班設(shè)定為對(duì)照班級(jí), 共有40名學(xué)生, 沿用之前的講授式教學(xué)方法． 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集的具體內(nèi)容詳見(jiàn)表6．

表6 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集細(xì)目表

4.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

本次準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究持續(xù)了4個(gè)月, 具體的課時(shí)安排詳見(jiàn)表7． 在研究設(shè)計(jì)上, 采用了準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)法, 兩個(gè)班級(jí)的人數(shù)大致相同, 學(xué)習(xí)水平均等且無(wú)顯著性差異, 授課教師也相同, 以保證實(shí)驗(yàn)的科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)性． 在課程結(jié)束后, 為了更全面客觀地了解和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果, 對(duì)參與實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)者進(jìn)行了編程知識(shí)測(cè)試和計(jì)算思維態(tài)度測(cè)試, 并對(duì)各水平層次的學(xué)生進(jìn)行了訪談． 通過(guò)測(cè)試數(shù)據(jù)以及學(xué)生評(píng)價(jià)反饋信息, 以檢驗(yàn)該教學(xué)模式是否起到了引發(fā)學(xué)生深度學(xué)習(xí)、 鍛煉計(jì)算思維的作用．

表7 教學(xué)內(nèi)容安排

4.3.1 編程知識(shí)測(cè)試結(jié)果分析

本次實(shí)驗(yàn)采用《基于SOLO分類理論的高中Python編程教學(xué)評(píng)價(jià)探索——以〈編程計(jì)算〉單元為例》[22]中的實(shí)測(cè)試題, 共計(jì)7道題100分, 涵蓋常量、 變量、 數(shù)據(jù)類型、 選擇語(yǔ)句、 循環(huán)語(yǔ)句和函數(shù)調(diào)用等學(xué)科知識(shí)． 試題整體信度效度較高, 信度系數(shù)為0.813, 格特曼rep系數(shù)為0.94． 數(shù)據(jù)結(jié)果采用 SPSS 26 軟件進(jìn)行分析, 具體結(jié)果詳見(jiàn)表8． 試題類型包括選擇題、 連線題和程序填空題．

表8 成績(jī)?cè)诓煌虒W(xué)模式上的差異分析

根據(jù)進(jìn)行的獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)結(jié)果, 不同教學(xué)模式在學(xué)生的測(cè)試成績(jī)上差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(顯著性檢驗(yàn)0.001, 小于0.05)． 實(shí)驗(yàn)組的平均測(cè)試成績(jī)?yōu)?3.93分, 明顯高于對(duì)照組的44.38分． 這表明不同教學(xué)模式對(duì)學(xué)生的最終測(cè)試成績(jī)產(chǎn)生了顯著影響．

為了進(jìn)一步探究新型教學(xué)模式對(duì)不同學(xué)力水平學(xué)生的促進(jìn)作用, 參考了瑞文智力標(biāo)準(zhǔn)測(cè)驗(yàn)的等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn), 將學(xué)生按照成績(jī)的前25%劃分為學(xué)優(yōu)生, 后25%劃分為學(xué)困生, 中間50%劃分為學(xué)中生． 隨后, 實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的學(xué)生分別被劃分為3組, 進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)． 表9中展示了實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組學(xué)生在優(yōu)、 中、 困3個(gè)層次上的編程知識(shí)測(cè)試平均得分(分別為: 92.36、 63.75、 34.41對(duì)比77.51、 40.78、 13.89)． 結(jié)果顯示, 實(shí)驗(yàn)組在3個(gè)層次的學(xué)生中, 編程知識(shí)測(cè)試平均得分均高于對(duì)照組． 同時(shí), 優(yōu)、 中兩個(gè)層次的學(xué)生在測(cè)試成績(jī)上差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.05), 而學(xué)困生的成績(jī)差異則不顯著(p>0.05)． 綜合而言, 相較于現(xiàn)行的以講授為主的編程教學(xué)模式, 基于深度學(xué)習(xí)理論的高中編程教學(xué)模式對(duì)學(xué)習(xí)者更為有效, 且在學(xué)優(yōu)生和學(xué)中生群體中的促進(jìn)作用更為顯著．

表9 成績(jī)?cè)诓煌瑢W(xué)生層次、 不同教學(xué)模式上的差異分析

4.3.2 計(jì)算思維結(jié)果分析

在計(jì)算思維方面, 采用了《K12階段學(xué)生計(jì)算思維評(píng)價(jià)工具構(gòu)建與應(yīng)用》等[23-24]的方法, 包含創(chuàng)造力、 算法思維、 合作能力、 批判性思維和問(wèn)題解決能力5個(gè)維度． 該量表的科隆巴赫系數(shù)為0.836, 高于0.7, 表明該量表具有較高的信度． 因此, 采用該量表能夠科學(xué)全面地評(píng)估深度學(xué)習(xí)教學(xué)模式是否能夠激發(fā)學(xué)生的深度學(xué)習(xí), 并培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的計(jì)算思維能力．

根據(jù)表10所示的獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)結(jié)果, 可以看出不同教學(xué)模式在計(jì)算思維的各個(gè)維度上存在顯著差異． 具體來(lái)說(shuō), 合作能力、 算法思維、 創(chuàng)造性、 批判性思維和問(wèn)題解決能力在不同教學(xué)模式下的t值均小于0.05． 此外, 通過(guò)均值的比較可知, 實(shí)驗(yàn)組的學(xué)生整體上具有較高的計(jì)算思維水平, 略高于對(duì)照組．

表10 計(jì)算思維各維度在不同教學(xué)模式上的差異分析

研究過(guò)程中, 對(duì)實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組中的學(xué)優(yōu)、 學(xué)中、 學(xué)困3個(gè)層次的學(xué)生的計(jì)算思維各維度進(jìn)行了獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)． 根據(jù)表11所示的獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)結(jié)果, 可以看出:

表11 計(jì)算思維各維度在不同教學(xué)模式、 學(xué)生層次上的差異分析

在合作能力方面, 實(shí)驗(yàn)組各層次學(xué)習(xí)者的得分(18.54、 16.75、 12.36)均顯著高于對(duì)照組(12.00、 13.85、 9.54), 并且在3個(gè)層次學(xué)習(xí)者中, 實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的得分差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.05)．

在算法思維方面, 實(shí)驗(yàn)組各層次學(xué)習(xí)者的得分(18.45、 17.45、 12.64)均顯著高于對(duì)照組(12.00、 10.35、 9.36), 其中學(xué)困生的得分差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p>0.05), 而優(yōu)、 中學(xué)習(xí)者的得分差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.05)．

在創(chuàng)造性方面, 實(shí)驗(yàn)組各層次學(xué)習(xí)者的得分(18.18、 16.85、 12.45)均高于對(duì)照組(14.21、 13.55、 10.00), 學(xué)困生創(chuàng)造性兩組得分差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p>0.05), 優(yōu)、 中創(chuàng)造性兩組得分差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.05)．

在批判性思維方面, 實(shí)驗(yàn)組各層次學(xué)習(xí)者的得分(17.18、 16.43、 12.35)均高于對(duì)照組得分(13.25、 12.00、 9.21), 且3個(gè)層次學(xué)習(xí)者實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組問(wèn)卷得分差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.05)．

在問(wèn)題解決能力方面, 實(shí)驗(yàn)組各層次學(xué)習(xí)者的得分(23.36、 20.90、 11.18)均高于對(duì)照組得分(18.50、 8.25、 6.63), 且3個(gè)層次學(xué)習(xí)者實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組問(wèn)卷得分差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.05)．

這些結(jié)果表明, 在實(shí)驗(yàn)組中, 不同層次的學(xué)習(xí)者在計(jì)算思維的各個(gè)維度上表現(xiàn)較對(duì)照組有顯著優(yōu)勢(shì)．

4.3.3 訪談結(jié)果分析

為了深入了解實(shí)驗(yàn)班學(xué)生的真實(shí)想法, 在課程實(shí)驗(yàn)結(jié)束后對(duì)不同學(xué)力水平的學(xué)生進(jìn)行了訪談, 并記錄了他們的回答． 訪談提綱和部分學(xué)生回答的簡(jiǎn)要概述整理, 如表12所示．

表12 訪談提綱與學(xué)生回答

1) 基于深度學(xué)習(xí)的編程課堂增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)編程學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力

相較于以講授為主的課程學(xué)習(xí), 基于深度學(xué)習(xí)的編程課程受到了學(xué)生的青睞． 多數(shù)學(xué)生表示這學(xué)期的編程課程與過(guò)去有著截然不同的體驗(yàn), 他們通過(guò)自主學(xué)習(xí)和探究發(fā)現(xiàn)編程并不像之前認(rèn)為的那么復(fù)雜難懂． 學(xué)習(xí)本課程之后, 他們可以很自然地思考日常生活中許多小程序的原理, 例如紅綠燈、 門禁、 商場(chǎng)停車系統(tǒng)等． 這種思考方式不僅讓他們更加深入地了解了這些程序的內(nèi)部工作原理, 也增強(qiáng)了他們對(duì)編程學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)力．

2) 基于深度學(xué)習(xí)的編程課堂鍛煉了學(xué)生的算法思維

相較于以講授為主的課程學(xué)習(xí), 基于深度學(xué)習(xí)的編程課堂更加注重在真實(shí)情境中展開(kāi)編程學(xué)習(xí), 幫助學(xué)生從邏輯角度分析問(wèn)題、 設(shè)計(jì)算法以解決實(shí)際生活情景中的難題． 在訪談中, 不少學(xué)生表示這樣的編程學(xué)習(xí)讓他們的關(guān)注點(diǎn)從純語(yǔ)法知識(shí)轉(zhuǎn)向了算法設(shè)計(jì), 提高了他們的算法思維． 有學(xué)生提到: “在編程課上感覺(jué)我的思維更加清晰了, 以前只是在腦海里想個(gè)大概, 不夠具體． 但編程則不同, 編程要求在算法設(shè)計(jì)階段就把腦海里想的每一步都落實(shí)下來(lái), 程序運(yùn)行時(shí)還能檢測(cè)我的邏輯是否存在漏洞, 很有意思．” 這種深度學(xué)習(xí)的編程課程, 能讓學(xué)生更加重視算法的重要性, 從而促進(jìn)學(xué)生的算法思維訓(xùn)練, 提高他們的編程能力和創(chuàng)新意識(shí)．

3) 基于深度學(xué)習(xí)的編程課堂提高了學(xué)生的合作熱情

基于深度學(xué)習(xí)的編程課堂不僅僅強(qiáng)調(diào)個(gè)體學(xué)習(xí), 同時(shí)也注重團(tuán)隊(duì)協(xié)作和競(jìng)爭(zhēng)． 在小組內(nèi)部以及小組之間的合作和競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制下, 學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情得到了激發(fā)和提高． 在及時(shí)準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)反饋下, 學(xué)生們獲得了方向性的指導(dǎo), 小組內(nèi)部凝聚力得到了提升, 小組任務(wù)也不僅是某個(gè)人的任務(wù)． 許多學(xué)生表示他們喜歡這種合作和競(jìng)爭(zhēng)的機(jī)制, 認(rèn)為讓他們更有成就感, 更愿意投入學(xué)習(xí)中去． 例如, 一位學(xué)困生表示: “我喜歡本學(xué)期的課堂． 我們組的頭像是我們精心挑選的, 被打印出來(lái)貼在黑板上, 每次答對(duì)題目都能為我們的組加分, 很有成就感．”

4.4 研究結(jié)論

通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析, 可以得出以下結(jié)論:

首先, 基于深度學(xué)習(xí)理論的高中編程教學(xué)模式對(duì)學(xué)習(xí)者的編程成績(jī)有顯著正向影響． 通過(guò)表8、 表9可以看出, 相較于講授為主的教學(xué)模式, 新模式對(duì)學(xué)習(xí)者編程學(xué)習(xí)成績(jī)的提高更顯著, 除學(xué)困生外, 學(xué)優(yōu)生和學(xué)中生的成績(jī)差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義．

其次, 基于深度學(xué)習(xí)理論的高中編程教學(xué)模式對(duì)學(xué)習(xí)者計(jì)算思維有顯著正向影響． 從表10、 表11可以看出, 深度學(xué)習(xí)指導(dǎo)下的課堂教學(xué)對(duì)計(jì)算思維各維度的發(fā)展均有顯著提升作用． 具體而言: 1) 合作能力均有提升, 且各層次差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義, 說(shuō)明無(wú)論何種學(xué)力的學(xué)生, 在深度學(xué)習(xí)的編程教學(xué)中都能提升合作能力; 2) 算法思維都有提升, 除學(xué)困生外均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義, 這說(shuō)明學(xué)困生長(zhǎng)期以來(lái)較差的思維習(xí)慣與學(xué)習(xí)基礎(chǔ)導(dǎo)致其無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)快速提升算法思維能力, 需要長(zhǎng)期堅(jiān)持思維訓(xùn)練; 3) 創(chuàng)造性都有提升, 除學(xué)困生外均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義, 這說(shuō)明學(xué)困生受學(xué)習(xí)能力和思維方式所限, 導(dǎo)致創(chuàng)造能力雖有提升, 但仍需夯實(shí)基礎(chǔ)才能讓所想成為現(xiàn)實(shí); 4) 批判性思維均有提升, 且各層次差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義, 這說(shuō)明無(wú)論何種學(xué)力的學(xué)生, 在深度學(xué)習(xí)編程教學(xué)中批判性思維都能得到顯著提升; 5) 問(wèn)題解決能力均有提升, 且各層次差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義, 這說(shuō)明各學(xué)習(xí)層次學(xué)生在深度學(xué)習(xí)編程教學(xué)中問(wèn)題解決能力都能得到充分鍛煉．

第三, 深度學(xué)習(xí)視域下的編程課堂其促進(jìn)作用在不同學(xué)生類型上表現(xiàn)不同． 從表9、 表11可以看出, 盡管新教學(xué)模式對(duì)學(xué)習(xí)者的編程知識(shí)、 計(jì)算思維各維度存在有促進(jìn)作用, 但基礎(chǔ)較差的學(xué)困生在計(jì)算思維的算法思維和創(chuàng)造能力的提升效果較不明顯, 后期改進(jìn)中應(yīng)當(dāng)對(duì)學(xué)困生在算法思維和創(chuàng)造能力方面多加引導(dǎo)．

5 結(jié)語(yǔ)

本文基于深度學(xué)習(xí)理論, 創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)了一種高中編程教學(xué)模式, 并結(jié)合前概念診斷與SOLO分類評(píng)價(jià)工具, 精準(zhǔn)把握學(xué)情, 以學(xué)習(xí)者認(rèn)知過(guò)程為教學(xué)設(shè)計(jì)主線, 通過(guò)真實(shí)有效的學(xué)習(xí)情境和明確有序的小組合作機(jī)制, 幫助學(xué)生構(gòu)建編程知識(shí)體系． 學(xué)生在“個(gè)性化—合作學(xué)習(xí)”的過(guò)程中鍛煉合作交流能力, 在基于真實(shí)情境的教學(xué)中學(xué)會(huì)“學(xué)以致用”, 在項(xiàng)目探究中發(fā)展計(jì)算思維． 實(shí)證研究結(jié)果表明, 基于深度學(xué)習(xí)理論的高中編程教學(xué)模式, 在學(xué)習(xí)成效與計(jì)算思維方面均顯著優(yōu)于現(xiàn)行的教學(xué)模式． 這一研究對(duì)于高中編程教學(xué)有一定的啟示意義和借鑒價(jià)值． 然而, 本文仍有一些局限性和不足之處, 例如受試者數(shù)量較少、 時(shí)間和地點(diǎn)的限制等, 這些問(wèn)題需要在后續(xù)研究中加以改進(jìn)． 希望本文的探索和成果能夠?yàn)樯罨逃虒W(xué)改革提供新的思路和實(shí)踐路徑．