巧用OnlineJudge，培養計算思維

摘要：計算思維作為信息技術學科核心素養之一，是信息化社會中數字公民所應具備的重要素養，但在傳統班級的統一授課制中，由于學習能力差異大，學生難以發展潛能形成真正的計算思維。鑒于此，文章提出利用Online Judge（在線評測平臺OJ）進行計算思維教學的模式，利用OJ實現尋找不同層次學生的最近發展區，同時采用小組形式合作學習，實現因材施教、培養計算思維，并結合教學實際情況說明效果。

關鍵詞：Online Judge;計算思維;最近發展區;小組合作

計算思維內涵及培養存在的問題

2006年美國卡耐基梅隆大學周以真教授將計算思維定義為：一種運用計算機科學基本概念求解問題、設計系統和理解人類行為的方式，并強調是每個人的基本技能。[1]2011年，美國國際教育技術協會將計算思維界定為具有以下特征的問題解決過程：界定問題、分析數據、抽象表示、設計算法、形成解決方案并能夠遷移到其他問題的解決中。[2]在我國《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》中，計算思維成為信息技術學科核心素養，強調運用計算機科學領域的思想方法，形成解決方案的一系列思維活動。[3]加強以計算思維為核心的計算機科學教育，提升全民數字素養，提升國家未來信息技術實力，已經成為世界共識。

2016年，美國實施“為了全體的計算機科學”（Computer Science for All，簡稱CS for All）計劃，開展K-12的計算機科學教育。2013年英國政府頒布國家計算課程的目標及框架，強調在K-12教育階段要發展學生分析、解決問題能力，培養設計和計算思維。新西蘭從2011年開始實施“編程與計算機科學”等五項數字技術核心學習。我國在K-12階段計算思維培養主要通過信息技術課程實現，以算法為主。[4]

如何讓學生擁有計算思維，是一線信息技術教師非常關注的問題。有學者給出具體的課堂教學案例[5]，有學者提出用項目方式研究真實問題，提升計算思維。[6]這些策略及實踐都是面向所有學生進行統一的教學活動，而在現實的班級授課制教學中，學生的能力千差萬別，課堂上教師往往缺乏足夠的精力和時間去解答所有學生的問題，無法顧及學生的個性化學習需求，忽視學生“最近發展區”的問題，并最終體現在計算思維形成的缺失中。

OJ如何促進基于“最近發展區”的計算思維培養

“最近發展區”理論由維果斯基提出，指兒童獨立解決問題的實際發展水平與在成人指導下或在有能力的同伴合作中解決問題的潛在發展水平之間的差距。好的教學應該處于“教學最佳期”（兒童現有水平與成人指導后可以達到的水平之間）。[7]

2012年，張浩斌從應用角度出發，設計并開發了基于開放云平臺的開源在線評測系統HOSTOJ[8]（簡稱OJ），并開放了源代碼。隨后OJ被廣泛應用于大學生程序設計競賽中。2015年后，中學生算法教學開始引入OJ，2018年新課標頒發后，不少地區開始鉆研基于OJ的Python算法教學。

采用OJ進行算法學習的好處是教師可以提前將不同難度的項目問題放在OJ上并設置在同一節課的教學內容中，學生根據自己的水平挑戰合適難度的題目。OJ的算法題采用實時大數據評測，學生在OJ上自主提交自己的算法答案后就能立即知道對錯，便于訂正。整個學習過程都是學生自主進行問題分析、算法設計、程序編寫并選擇感興趣的問題進行舉一反三的練習。學生根據自己的水平選擇合適難度的算法問題進行探究解決，實現了基于最近發展區的個性化學習，有助于計算思維的培養。

計算思維培養實踐及效果

1.每節課提前準備不同難度的算法題

教師根據教學內容，準備不同難度的算法題，高一Python教學，分為順序、選擇、循環、函數等幾個核心章節，針對每個章節，分別選擇不同難度的題目。例如，在選擇算法模塊里，教師可以根據核心素養準備不同難度的項目問題（如右表）。

2.建構新知，根據大數據確定最近發展區

4個項目問題對應不同的計算思維水平，在教師講授完if...else...格式特點后，學生嘗試解決問題1，問題1解決體現出基本的選擇型計算思維達成，50%的學生寫不出問題2的求余函數，問題3學生因為問題2卡住了，就不敢繼續探究，其實問題3非常簡單，這里鍛煉學生探究未知世界的勇氣。到了問題4，讀懂題目的含義非常重要，如果沒有計算思維中界定問題的能力，問題4就很難下手，而大數據的實際情況也表明，問題4大約有60%的學生都無法找到入手點。

根據課堂大數據實時評測可以找到每個學生的最近發展區，有助于針對性地解決學生存在的問題。

3.提供微視頻，根據學情自主或合作學習

教師將事先準備的微視頻放在OJ平臺上，學生解決第一個問題后，如果第二個問題遇到難處，可以自己查看微視頻學習mod運算如何寫。第二個問題順利解決的學生可以直接進入問題3，挑戰實際問題解決能力。同樣，個別計算思維能力強的學生會提前進入問題4的挑戰，也可以同伴互助討論，或自主學習指導的微視頻，成功后可以擔任教師的助手，幫助班級其他同學完成對問題的解答。

基于OJ進行自主學習，學生自己選擇合適的難度進行挑戰，當遇到問題的時候，選擇教師提供的支架微視頻進行輔助突破，精準地挑戰自己的思維難點，逐步培養計算思維。

4.針對課堂實時評價進行精準補償教學

在學生自主學習的過程中，教師根據OJ平臺上的大數據完成情況示意圖實時了解學生的完成情況，OJ還提供了代碼查看功能，教師可以實時將不同思路的算法代碼分享給學生，過程性評價和表現性評價同步進行并嵌入教學過程中，培養學生的計算思維。同時，針對問題4可以在學生自主學習的基礎上進行全班輔助講解，幫助學生更好地分析問題，理解選擇算法。本節課的反饋結果也可以作為下節課的學情基礎，利用OJ尋找到每個學生的最近發展區，實現教—學—評深度融合。

總結與啟示

因材施教不僅僅關注學生已有認知能力，更關注學生能夠到達的最近發展區，在大數據時代，利用OJ可以快速測試每個學生的最近發展區，并根據需要提供自主學習的微視頻，以促進學生計算思維的養成。實時的評價促進教學方式和教學進度發生巨大的變化，知識的建構從教師靜態統一的構建轉變為以學生為中心的自主動態變化的構建。期待大數據時代，基于數據的教學能夠在每一個學科真正發生，減輕學生的學習負擔，提高學習效率。

參考文獻：

[1]Wing，J.M.Computational Thinking[J].Communications of the ACM，2006，49（03）：33-35.

[2]ISTE & CSTA.Operational Definition of Computational Thinking for K-12 Education[EB/OL].2011，252（06）：28-30.

[3]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.

[4]任友群，隋豐蔚，李鋒.數字土著何以可能？——也談計算思維進入中小學信息技術教育的必要性和可能性[J].中國電化教育，2016（01）：2-8.

[5]謝忠新，曹楊璐.中小學信息技術學科學生計算思維培養的策略與方法[J].中國電化教育，2015（11）：116-120.

[6]曹蓉.基于項目的信息技術學習——以《智能聲控燈》一課為例[J].教育研究與評論（中學教育教學），2020（11）：55-58.

[7]王文靜.維果茨基“最近發展區”理論對我國教學改革的啟示[J].心理學探新，2000（02）：17-20.

[8]張浩斌.基于開放式云平臺的開源在線評測系統設計與實現[J].計算機科學，2012，39（S3）：339-343.

作者簡介：曹蓉，女，碩士，中學一級教師，江蘇省南京外國語學校教師。

本文是江蘇省教育科學“十三五”規劃課題“信息學拔尖創新人才培養模式的校本探索”的階段性成果（編號：B-b/2020/02/70）。