以計算思維為導(dǎo)向的混合式學(xué)習(xí)模式的研究與實(shí)踐

王靜+盧雪松+楊曉秋

摘 要： 混合式學(xué)習(xí)（B-Learning）將傳統(tǒng)課堂學(xué)習(xí)（C-Learning）和網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)（E-Learning）的優(yōu)勢相結(jié)合，是高校教學(xué)改革的重要研究方向。本文在混合式教學(xué)中引入計算思維理念，設(shè)計以計算思維為導(dǎo)向的混合式學(xué)習(xí)模式，并在本校的計算機(jī)基礎(chǔ)課程中進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐和效果分析，以期為其他研究者開展混合式教學(xué)實(shí)踐和研究提供借鑒。

關(guān)鍵詞： 混合式學(xué)習(xí) 計算思維 學(xué)習(xí)模式

一、引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等新概念和新技術(shù)的出現(xiàn)，各個學(xué)科領(lǐng)域發(fā)生了一系列變革，改變了人們對計算與計算機(jī)的認(rèn)知。新時期的計算機(jī)應(yīng)用能力培養(yǎng)，僅僅掌握幾項(xiàng)具體的應(yīng)用技能是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須對計算及計算機(jī)科學(xué)的思維形式有較為深刻的理解。加強(qiáng)對計算思維的嚴(yán)格培養(yǎng)，才能使學(xué)生走向社會后，具有良好的應(yīng)用計算機(jī)解決問題的思維習(xí)慣。

如何在計算機(jī)教學(xué)中融入計算思維理念，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力，成為計算機(jī)教學(xué)研究的焦點(diǎn)和改革的突破點(diǎn)。隨著構(gòu)建終身學(xué)習(xí)型社會理念的提出及網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)的高速發(fā)展，教育領(lǐng)域產(chǎn)生并發(fā)展了新的教學(xué)理念——混合式學(xué)習(xí)。在這一新的教學(xué)理念的指導(dǎo)下，我們對本校的計算機(jī)基礎(chǔ)課程進(jìn)行教學(xué)方式的改革與創(chuàng)新，以解決現(xiàn)階段教學(xué)中存在的一些問題，強(qiáng)化教學(xué)效果。

二、混合式學(xué)習(xí)及計算思維

（一）混合式學(xué)習(xí)。

隨著E-learning在教育領(lǐng)域的擴(kuò)展和作用延伸，推動了教育理念的革新，思想的變革與發(fā)展。基于E-learning的理念，教育領(lǐng)域產(chǎn)生并發(fā)展了新的教學(xué)理念——混合式學(xué)習(xí)[1]。混合式學(xué)習(xí)就是“一種將面授教學(xué)與基于技術(shù)媒介的教學(xué)相結(jié)合而構(gòu)成的學(xué)習(xí)環(huán)境”[2]，它借助面授教學(xué)與基于技術(shù)媒介的教學(xué)這兩種學(xué)習(xí)模式的優(yōu)勢重新組織和實(shí)施教學(xué)活動，以達(dá)到提高教學(xué)效率的目標(biāo)。在國內(nèi)教育技術(shù)界，北師大何克抗教授認(rèn)為，混合式學(xué)習(xí)“就是要把傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式的優(yōu)勢和E-learning的優(yōu)勢結(jié)合起來”[3]。

新媒體聯(lián)盟2015地平線報告高等教育版，在短期趨勢中也提出了混合學(xué)習(xí)的廣泛應(yīng)用[4]。“混合式學(xué)習(xí)”（Blended Learning）是在線學(xué)習(xí)和面授相結(jié)合的學(xué)習(xí)方式，從本質(zhì)上講，混合學(xué)習(xí)是把傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式的優(yōu)勢和網(wǎng)絡(luò)化學(xué)習(xí)（E-learning）的優(yōu)勢結(jié)合起來進(jìn)行教學(xué)。也就是說，在教學(xué)中既要發(fā)揮教師的引導(dǎo)、啟發(fā)、監(jiān)控教學(xué)過程的主導(dǎo)作用，又要充分發(fā)揮學(xué)生作為學(xué)習(xí)主體的主動性、積極性和創(chuàng)造性。它借助面授與網(wǎng)絡(luò)這兩種學(xué)習(xí)模式的優(yōu)勢重新組織教學(xué)資源、實(shí)施學(xué)習(xí)活動，把這二者結(jié)合起來，使二者優(yōu)勢互補(bǔ)，以達(dá)到最佳學(xué)習(xí)效果。

（二）計算思維。

2006年3月，美國卡耐基梅隆大學(xué)教授、美國基金會（MSP）計算機(jī)和信息科學(xué)與工程部（CISE）主任周以真（Jeannette M.Wing）教授，在美國計算機(jī)權(quán)威刊物《Communications of the ACM》上，首次系統(tǒng)提出了計算思維的概念[5]。周教授認(rèn)為，計算思維是運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計及人類行為理解等涵蓋計算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動。計算思維概念一經(jīng)提出，立即得到我國各界的廣泛關(guān)注，計算思維的思想迅速在科技界與教育界蔓延開來，改變著當(dāng)今社會廣泛認(rèn)同的一些理論和認(rèn)識。

三、以計算思維為導(dǎo)向的混合式學(xué)習(xí)模式的設(shè)計

隨著信息技術(shù)在教育中應(yīng)用的不斷普及與深化，學(xué)校的學(xué)習(xí)環(huán)境與學(xué)習(xí)方式正在發(fā)生巨大變化，特別是大學(xué)教育階段，充分整合各類平臺與資源，形成全方位立體化教學(xué)，為混合式學(xué)習(xí)的展開提供了必要的硬件支持。大學(xué)階段的學(xué)生在智慧、情感、認(rèn)知等方面都達(dá)到相當(dāng)成熟的水平，具有相對較高的知識經(jīng)驗(yàn)水平和比較充分的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，有一定的自主學(xué)習(xí)能力，能夠較好地把握學(xué)習(xí)進(jìn)度，為混合式學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn)提供保障。

以計算思維為導(dǎo)向的混合式學(xué)習(xí)模式，是學(xué)生在混合式學(xué)習(xí)環(huán)境中，通過教師對各種學(xué)習(xí)資源與學(xué)習(xí)環(huán)境的優(yōu)化，對學(xué)習(xí)活動的組織、監(jiān)督及對學(xué)習(xí)過程的幫助，運(yùn)用計算思維的方法進(jìn)行知識與方法的獲得、知識內(nèi)容的拓展遷移與內(nèi)化的學(xué)習(xí)過程模式。它以計算思維理念為指導(dǎo)，綜合運(yùn)用計算思維方法，讓學(xué)生在教師的輔助下自主完成知識的建構(gòu)，提高學(xué)習(xí)效率，優(yōu)化學(xué)習(xí)效果，并最終提升學(xué)生計算思維能力的新型學(xué)習(xí)模式。

以計算思維為導(dǎo)向的混合式學(xué)習(xí)模式以任務(wù)為主線將學(xué)生和教師連接起來，結(jié)合計算思維的方法，教師對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行直接的指導(dǎo)、監(jiān)控和評價，輔助和引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用計算思維的方法有效地進(jìn)行知識的建構(gòu)與內(nèi)化過程。通過一系列計算思維方法，如遞歸、關(guān)注點(diǎn)的分離、啟發(fā)式推理、仿真解決抽象問題、抽象解決分離任務(wù)、簡約任務(wù)、轉(zhuǎn)換任務(wù)等，在設(shè)計好的問題和混合式學(xué)習(xí)的立體化環(huán)境中，達(dá)到高效率的明確任務(wù)并完成任務(wù)，達(dá)到知識的遷移與內(nèi)化，最終獲得計算思維及創(chuàng)新能力的提升。

四、以計算思維為導(dǎo)向的混合式學(xué)習(xí)模式的實(shí)施

在以計算思維為導(dǎo)向的混合式學(xué)習(xí)模式中，整個學(xué)習(xí)過程主要由學(xué)習(xí)準(zhǔn)備、明確任務(wù)、完成任務(wù)、共享交流和能力提升等環(huán)節(jié)構(gòu)成。與此相對應(yīng)的，教師的輔助環(huán)節(jié)主要圍繞組織和實(shí)施學(xué)生的學(xué)習(xí)活動展開，包括教學(xué)準(zhǔn)備、設(shè)計并呈現(xiàn)任務(wù)、實(shí)施任務(wù)及總結(jié)評價等。

（一）學(xué)習(xí)準(zhǔn)備，明確任務(wù)。

在大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)中，學(xué)生應(yīng)首先了解計算思維的基本概念與方法；教師應(yīng)熟悉計算思維的基本概念與方法，同時要保證學(xué)習(xí)環(huán)境的友好、優(yōu)秀，學(xué)習(xí)資源的有效、優(yōu)質(zhì)。學(xué)生與教師共同對問題進(jìn)行提煉。

我們以排序算法為例。學(xué)習(xí)排序首先要了解什么是排序，進(jìn)而了解排序中所涉及的關(guān)鍵動作，這些關(guān)鍵動作可以通過什么樣的方式實(shí)現(xiàn)等。這樣反復(fù)地啟發(fā)式推進(jìn)，逐步得到解決問題的關(guān)鍵，即比較與交換是排序算法中的關(guān)鍵。

在上述問題提煉的過程中，教師利用計算思維的啟發(fā)式推進(jìn)、關(guān)注點(diǎn)分離等方法，幫助學(xué)生分析收集整理的學(xué)習(xí)資源，一步一步地自我啟發(fā)，循序漸進(jìn)，最終得到排序問題解決的關(guān)鍵。

（二）解決問題，完成任務(wù)。

該環(huán)節(jié)學(xué)生在教師的輔助下繼續(xù)補(bǔ)充、整理和分析學(xué)習(xí)材料，并進(jìn)行深入研究，同時學(xué)生之間相互協(xié)作，最終獲得問題的解決。

我們以“十個不同隨機(jī)自然數(shù)的從小到大排序”這一問題的解決為例。上一環(huán)節(jié)，學(xué)生在教師指導(dǎo)下，了解到排序算法的關(guān)鍵是比較和交換的正確完成。這一環(huán)節(jié)運(yùn)用計算思維中遞歸思想和關(guān)注點(diǎn)分離的方法，我們對十個不同隨機(jī)自然數(shù)的排序問題進(jìn)行分解。關(guān)注點(diǎn)先由十個不同隨機(jī)數(shù)的比較排序轉(zhuǎn)換為兩個不同隨機(jī)自然數(shù)的大小比較和排序問題，進(jìn)而拓展最基本的排序算法至十個不同隨機(jī)自然數(shù)的從小到大排列，完成—趟排序使十個自然數(shù)中最大的一個排至數(shù)據(jù)列的最末端。按照相同的方法，將十個不同自然數(shù)中第二大的數(shù)交換至倒數(shù)第二個，以此類推，第三大的數(shù)交換至倒數(shù)第三個，直到完成十個不同自然數(shù)的排序。學(xué)生按照相同的原理最終獲得十個不同隨機(jī)自然數(shù)的從小到大排序過程的流程圖。

在教師的輔助指導(dǎo)下，學(xué)生之間需要進(jìn)一步的交流協(xié)作，充分運(yùn)用計算思維的方法深入分析問題，分別對自己解決問題的方法提出質(zhì)疑并校驗(yàn)，最終獲得十個不同隨機(jī)自然數(shù)的排序問題的精確解決方法。學(xué)生通過運(yùn)用計算思維進(jìn)行問題分解、構(gòu)建數(shù)學(xué)模型并解決問題，充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動性，可有效地促進(jìn)學(xué)生對知識的建構(gòu)，優(yōu)化學(xué)習(xí)效果，對提高學(xué)生的解決問題能力、計算思維能力有顯著的促進(jìn)作用。

（三）共享交流，知識拓展。

為了使學(xué)生拓展知識范圍，進(jìn)一步掌握同類問題的解決方法，學(xué)生在教師的組織和幫助下鞏固練習(xí)、交流共享研究型學(xué)習(xí)成果，通過學(xué)習(xí)其他解決方法，拓展學(xué)生的思維空間。該環(huán)節(jié)的關(guān)鍵在于學(xué)生在教師的協(xié)助和指導(dǎo)下，更深層次地分析問題，挖掘?qū)W習(xí)資源及其他相關(guān)信息鞏固學(xué)習(xí)成果，并與其他學(xué)生共享，最終達(dá)到舉一反三，拓展思維空間，提高計算思維能力。

在大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生可通過課程學(xué)習(xí)網(wǎng)站了解所有人的問題解決策略及方法，教師組織學(xué)生之間進(jìn)行小組協(xié)作和成果交流，學(xué)生之間相互學(xué)習(xí)。在對排序問題解決的過程中，學(xué)生充分發(fā)揮自己的想象，深入學(xué)習(xí)探究，形成了多種不同的排序方法，涉及簡單選擇排序、冒泡排序、簡單插入排序等多種排序算法。

通過學(xué)生的鞏固練習(xí)和學(xué)生之間的交流，學(xué)生不僅能夠很好地掌握自己發(fā)現(xiàn)的解決排序問題的方法，而且能了解其他有效解決排序問題的策略和方法，增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果，拓展思維空間，對學(xué)生計算思維能力的培養(yǎng)起到推動作用。

（四）反思評價，能力提升。

該環(huán)節(jié)中，學(xué)生與教師就整個學(xué)與教的過程進(jìn)行總結(jié)、評價和反思，運(yùn)用計算思維的方法對學(xué)習(xí)過程中的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)性概括，為學(xué)生今后的學(xué)習(xí)過程和教師有效的教學(xué)輔助提供指導(dǎo)。學(xué)生通過反思自己的學(xué)習(xí)過程，整理知識點(diǎn)，形成知識體系，構(gòu)建有特色的一套學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)模式，達(dá)到知識內(nèi)化并能夠熟練應(yīng)用于解決實(shí)踐問題，獲得解決問題能力、計算思維能力與創(chuàng)新能力的提升。

在大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)過程中，教師對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行過程性評價，學(xué)生可以回歸學(xué)習(xí)網(wǎng)站自主監(jiān)控學(xué)習(xí)過程中每個環(huán)節(jié)的評價結(jié)果。學(xué)生可參考教師的實(shí)時評價，反思自己的學(xué)習(xí)過程，發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)過程中的優(yōu)點(diǎn)及出現(xiàn)的問題，發(fā)揚(yáng)優(yōu)點(diǎn)，及時解決問題，為今后學(xué)習(xí)過程的高效展開提供指導(dǎo)。教師可通過對學(xué)生學(xué)習(xí)各個關(guān)鍵環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)信息的提取分析和總結(jié)評價，反思整個教學(xué)指導(dǎo)過程中的優(yōu)點(diǎn)與不足，為以后的教學(xué)指導(dǎo)過程有效地展開提供參考。

在以計算思維為導(dǎo)向的混合式學(xué)習(xí)模式中，教師不再是知識的傳授者，而是學(xué)習(xí)資源的主要選擇、重組和優(yōu)化者，是學(xué)習(xí)環(huán)境高效性的主要維持者，學(xué)生學(xué)習(xí)活動的設(shè)計、組織、實(shí)施和監(jiān)督者，學(xué)生學(xué)習(xí)的輔導(dǎo)者。該模式充分體現(xiàn)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位，發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動性，學(xué)生能夠積極主動地收集、選擇、重組和優(yōu)化各類學(xué)習(xí)資源，并深入學(xué)習(xí)和交流，獲得問題的解決方法。在教師的組織和指導(dǎo)下，通過多種形式的鞏固練習(xí)和共享交流，促進(jìn)知識的內(nèi)化和思維空間的拓展，有意義地建構(gòu)知識體系，使知識能夠被熟練地應(yīng)用于解決實(shí)際問題，提高學(xué)生的問題解決能力。在總結(jié)和反思整個教學(xué)過程中，梳理知識內(nèi)容，構(gòu)建或完善具有個體特色的學(xué)習(xí)模式。

五、結(jié)語

在以計算思維為導(dǎo)向的混合式學(xué)習(xí)模型指導(dǎo)下展開的計算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)，不但提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，更重要的是有效提高了學(xué)生的計算機(jī)應(yīng)用技能、問題解決能力和計算思維能力等，培養(yǎng)學(xué)生初步形成正確的“思維”方法，有效提高學(xué)習(xí)者的綜合能力和素質(zhì)，也為我們今后進(jìn)一步深化立體化混合式教學(xué)改革提供相應(yīng)理論依據(jù)。

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基金項(xiàng)目：揚(yáng)州大學(xué)廣陵學(xué)院2015年立項(xiàng)教改課題“基于微課的混合式學(xué)習(xí)研究”，項(xiàng)目編號為JGYB15003，2015；地方綜合性大學(xué)計算思維與大學(xué)計算機(jī)課程改革與教材建設(shè)（2014-A096），教育部高等學(xué)校文科計算機(jī)基礎(chǔ)教指委，2014.12。