基于DoPBL教學模式的中小學計算思維教學模式研究

姚輝

摘要：隨著數字化社會的不斷發展，使用合適的教學模式培養計算思維愈發重要。因此，通過對面向設計的產生式學習模式進行解析，融入計算思維7個共有維度，設計了面向計算思維培養的教學模式，提出了六個實施流程，進而促進學生的計算思維產生、知識遷移和全面發展。

關鍵詞：計算思維;教學模式;中小學;學科核心素養

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）17-0158-02

開放科學（資源服務）標識碼（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

在數字化時代，運用計算工具去解決真實環境下的技術問題是成為一名合格的數字化公民的必備素養。計算思維作為人工智能的基礎思維，對于未來社會的發展具有重要意義和價值[1]。如教育部新出臺的《普通高中信息技術課程標準（2017版）》凝練了包括計算思維在內的信息技術學科核心素養[2]。然而要培養出具有計算思維的學生，合適的教育方式至關重要。鑒于此，本研究借鑒董艷教授的DoPBL教學模式，融合計算思維培養思想，構建了面向計算思維培養的教學模式。

2 面向計算思維培養的教學模式搭建

DoPBL（Design-oriented Production Based Learning）教學模式是北京師范大學董艷教授團隊結合問題式學習和項目式學習在實際教學中的優勢和側重點，提取設計思維的要素，所構建的面向設計的產生式學習模式[3]。DOPBL模式分為外環和內環，外環展示了該模式的具體實施流程，內環引入了設計思維思想，可以促進外環不同環節的活動。DOPBL模式在明確學習核心、強化學生的知識素養、促進學生全面發展和跨學科交流合作等方面有著獨到的優勢，這也為計算思維培養的教學模式發展提供了一個可行方案。因此，本研究在DoPBL模式的基礎上，融入計算思維的抽象與概括、問題分解、算法、分析建模、系統化（自動化）、數據實踐、評估與改進[4]等七個共有維度，提出了面向計算思維培養的PBL模式（PBL for Computational thinking training，CTPBL模式）。

CTPBL模式是一個反復迭代的模型，包括六個具體實施流程，每個實施流程蘊含著計算思維不同維度的培養方式，如圖1所示。

2.1選定問題/項目

選定具體的問題或項目時一次學習的起點。在這一階段中，教師要從結合與學生生活有關聯的實際生活案例入手，考慮學生當前認知情況，嘗試對多學科知識內容進行整合，形成以非良構問題為主、趣味性的研究問題或項目。這一實施流程涉及“抽象與概括”維度，教師應通過讓學生對項目的非良構問題進行交流和發問，來構建這一問題或項目的表征空間，且在構建過程中學生要進一步減少問題的復雜性，用簡單易懂的一般方法去表述問題。在選定問題這一環節，教師要通過回答的方式去幫助學生抽象與概括問題或任務，從而提高學生問題表述的準確性。

2.2 制定方案/計劃

這一環節涉及“問題分解”和“系統化”兩個維度。學生在構建問題表征空間后，要從整體去考慮復雜任務，運用分層思維去理解任務并交流任務的相關信息;識別出任務所涉及的要素，領會并解釋任務進行時要素互動的方式。下一步則要進行問題分解，通過分離關注點將復雜的任務分解為多個小事項，從而對問題進行步驟化的梳理。在此過程中，教師要引導學生去厘清任務問題，合理分導出小事項。然后學生之間進行頭腦風暴，展開積極討論，構思可能或可行的解決問題方案。在這個過程中，學生間的討論能夠提升他們的批判性思維，還能激發學生之間產生新的想法，培養學生的創新性。

2.3 設計活動探究

這一環節涉及“數據實踐”。制定方案計劃后，學生或學習小組要按照計劃安排，設計活動來模擬任務場景中出現的狀況，通過收集資料和數據，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。迭代是該環節的核心部分，通過讓學生模擬任務場景，不斷獲得新的數據來完善問題解決方案，讓學生在享受有趣味性的模擬活動的同時，通過數據實踐去迭代完善方案，從而有效培養了計算思維。

2.4 生成方案與作品

學生個人編程作品的生成，這一環節需運用“分析建?！焙汀八惴ā比ケ磉_最終解決方案。經過前一環節的模擬任務場景后，小組成員已經熟悉任務中各要素的功能以及各要素之間的關系，形成了一份完善的最終解決方案或計劃，因此，每個學生要根據最終解決方案去構建方案模型，并最終使用編程算法去形成個人作品。

2.5 進行成果交流

完成個人作品后，學生要將自己的作品上傳相關作業平臺，與小組成員相互交流編程思路和算法。這一環節涉及“評估與改進”。在這一過程中，教師需要引導學生展示和介紹自己的作品，以促進學生交流技能的提升。同時，在展示和介紹作品過程中，可以促進學生對前面幾個環節中的計算思維維度的鞏固，繼而潛移默化地將計算思維運用到問題解決過程中。學生通過分享作品，能夠將自己對問題解決過程中的體驗積極地表達出來，吸收他人的經驗和知識，從而促進自己作品模型的修正和改進。學生會在充分的語言和情感表達中，感知到學習的緊張、挑戰、成就等，增強學習動機。

2.6開展活動評價

現階段，計算思維培養以科學教育、STEM教育為主，評價強調多元化。評價多元化可以幫助學生反思自己的實踐過程和模型作品，以促進后期作品的修正和改進，包括主體多元、內容多元和方法多元。主體多元以不同角色的視角去發現作品的優缺點，內容多元可以綜合評價學生的學習過程和作品，方法多元以定性和定量結合的方法多方面評價學生的。在評價中，教師要注重引導學生去去反思解決問題過程中遇到的不足，縷清項目進行中運用的計算思維流程，不斷地對自己的模型和作品進行修正和改進。

3 CTPBL模式的優勢

CTPBL模式每個環節都引入了計算思維維度，學生在學習過程中逐步掌握利用計算思維去解決問題的思想和方法。在項目進行前，教師要讓學生明白計算思維的概念，在給學生設置項目化學習時要主動融入這些計算思維維度，與項目任務的完成過程相互契合。CTPBL模式借鑒DoPBL模式的思路，整合了項目式學習和問題式學習的優勢，其優勢體現在以下幾個方面。

3.1 計算思維在項目式學習中產生

CTPBL強調學生計算思維是在項目學習中產生的。從項目設計到作品評價，學生在項目完成過程中每個環節都接觸到了計算思維維度，在這過程中不知不覺就掌握了利用計算思維去解決問題的方法。對問題進行分解、與小組成員的頭腦風暴，在這一過程中，能夠培養和鍛煉的學生的批判性思維，也有利于學生計算思維的快速形成。學生對項目方案進行建模和算法實現，學生能夠不斷完善自己的思路，建構自己的計算思維和學科內容知識體系，最終形成作品。討論交流、評價作品能幫助學生去修正和完善作品，加深前面幾個環節的計算思維維度。經過多次的項目學習，學生能夠形成清晰的計算思維，并且能夠將其運用到日常生活中去解決問題。

3.2 利用計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目任務和問題以及學生在日常生活中接觸的問題相關，那么，學生在項目學習過程中所學到的問題解決方法能夠應用到生活中。日常生活的問題大部分是非良構問題，其相對于良構問題，非良構問題的目標、解決過程都較為模糊，不同問題的解決方法有較大差異。CTPBL充分考慮到項目問題和任務的特點，將非良構問題的解決過程融入模式中。教師運用CTPBL模式教學，不僅能夠促進學生計算思維的培養，也能將計算思維的解決思路遷移到日常生活的問題，可以更全面提升學生的綜合思維能力，增強學生運用計算方式去解決問題的思維意識。

3.3 促進學生全面發展和跨學科交流合作

CTPBL模式整合了項目式學習和問題式學習的優勢，互相補充了兩者的劣勢。教師運用CTPBL模式設置一個真實的問題情境讓學生參與其中;非良構問題可以讓學生去對問題進行思考，發現隱含的有用信息并進行方案設計，在這個過程中能夠讓學生組織多學科的知識去思考問題。在與小組成員進行討論交流時，學生合作學習，共同解決問題，能夠促進學生全面發展。

4 結語

當前，計算思維已被納入中小學信息技術學科核心素養之中，因此，我們必須重視在課程中潛移默化地培養學生的計算思維，讓學生能夠合理運用計算思維去解決學習及生活中的一些問題，成為一名合格的數字公民。本研究借鑒DoPBL模式所構建的CTPBL模式融入計算思維的七個共有維度，設計具體的教學實施流程，實現學生計算思維和能力的培養。運用該模式對學生進行培養，可以讓學生從項目式學習中逐步產生計算思維，并可在生活中應用所學到的問題解決方式，促進學生全面發展和跨學科知識融合。但這一模式的實踐應用仍有待后續研究的檢驗。

參考文獻：

[1] 曹曉明，安娜.培養計算思維的高中信息技術校本課程研究[J].現代教育技術，2018（7）：106-112.

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

[3] 董艷，孫巍.促進跨學科學習的產生式學習（DoPBL）模式研究——基于問題式PBL和項目式PBL的整合視角[J].遠程教育雜志，2019，37（2）：81-89.

[4] 羅海風，劉堅，羅楊.人工智能時代的必備心智素養：計算思維[J].現代教育技術，2019，29（6）：26-33.

【通聯編輯：王力】