大學生計算思維發展型混合式教學模式研究

皮 敏 胡 萍 羅 柱 楊再建 潘大順

銅仁學院大數據學院，貴州 銅仁 554300

一、問題的提出

傳統“填鴨式教學”，學生學習盲目聽從教師和家長的安排，缺乏自己的思考和規劃。教師上課形式單一枯燥，學生缺乏學習興趣，學習停留于理解與記憶層面，未能深入掌握知識。教學評價過分注重考試成績導致學生只關注“考點”，學習處于被動狀態。“互聯網+”時代，教學形式發生巨變，網絡教學逐漸普及。教師在相應軟件上傳課件資料，學生利用手機便能隨時隨地學習，好像實現了師生雙贏，但經新冠肺炎疫情防控期間的居家網課學習后，暴露了線上教學的問題。

比如說學生學習情況教師不能及時得到反饋，學生遇到問題未能及時得到解決等。因此，單一采用某種教學模式不能滿足現實需要，而將線上、線下兩種模式進行結合形成的混合教學模式或許能全面促進學生學習，提升學習效率和思維能力。

二、混合教學模式研究現狀

（一）計算思維發展型課堂

杜威提出：“思維來源于經驗，人在解決問題時采用明智的學習方法稱作思維”。基于該理解進而提出應在學生學習過程提供能引發思維的問題情境，教師布置任務、提出問題、引導學生探究來發展學生的思維。［1］周以真教授提出了計算思維的概念，她認為計算思維不應被認為是計算機專業人員所獨有的能力，而應作為每個人的基本技能。她對計算思維的解釋是：運用計算機基礎知識對問題進行分解、模式識別、抽象和算法設計最終實現問題解決的整個思維活動。

“思維發展型課堂”最早出自《從思維技能到思維發展型課堂》一書，作者麥吉尼斯針對思維發展型課堂一詞做出解釋，“Thinking Classrooms”譯為思維發展型課堂，也可直譯為充滿思考的課堂［2］。傳統課堂與思維發展型課堂最大的區別是，思維發展型課堂的重點是學生能深入學習知識及利用習得的知識解決問題。［3］

（二）混合教學模式現狀

隨著信息技術發展，網絡教學憑借自身不受時間空間限制及開放自主性等特點受到越來越多師生的歡迎，但單一線上教學存在因學生自制能力差導致學習效率低、教師對學生遇到的問題處理不及時等情況。

混合教學模式便很好地解決了傳統教學和線上教學出現的問題，教師利用中國大學MOOC、雨課堂等網絡學習平臺進行線上教學，利用網絡技術豐富教學形式，促進學生學習的同時提升學習興趣和自學能力。［4］

三、思維發展型混合式教學模式設計

混合式教學模式需要教師對教學內容、評價進行精心設計。教師對整體內容抽象分解后根據實際情況安排線上線下的學習內容，教學活動始終秉承“學生是學習的主體”的原則。教學評價根據制定的教學目標對教學過程中教師和學生的任務完成情況、表現情況進行檢驗。

（一）混合教學模式過程設計

教學過程分為課前準備、課堂教學、課后提升三個環節，以“學生是學習的主體，教師是教學的引導者”為教學核心，利用網絡平臺和線下教學相結合的方式高質量完成教學。［5-6］

課前準備，教師對教學內容進行整合分析后制作成微視頻上傳到“雨課堂”課件庫，根據教學目標針對不同水平學生設計不同等級任務。學生選課后對任務進行查閱和學習，存在疑問的地方可在線交流，完成學習后在平臺試卷庫進行理論知識測試。

課堂教學，教師采用螺旋模型逐層發展學生思維，利用網絡資源結合教學內容設計問題情境，通過任務引導學生將問題簡單化并思考得到初步解決方案，師生對方案的有效性及合理性進行評價。［7］第二輪優化學生自主思考將問題模式化并歸納出規律，綜合評價后進入第三輪優化。學生通過小組討論將問題抽象化，教師引導學生對同類型問題總結得到最終解決方案。

課后提升，學生在線完成課后拓展及過關測試。教師對學生學習情況、課堂表現進行綜合評價同時教師對教學過程進行總結反思。

（二）混合教學模式教學評價設計

對實施混合式教學前后學生能力進行測評，對同一學生測評需綜合考慮學生自身發展情況，學習興趣與參與度、計算思維及問題解決能力是否得到發展。［8］對同一水平學生可采取在教學前后準備幾項任務，通過任務完成情況對學生能力進行檢驗，能一定程度上消除個體差異，教學評價應滿足基本原則。［9］

1.評價內容多樣化

教學評價作為檢驗教學成果的方式，一定程度上能促進師生共同發展。教師對學生學習態度、任務完成情況對學生能力進行評價。能力包括高級思維能力、抽象能力、合作交流能力等，評價內容應從多方面展開。

第三步，根據方法計算每個變量系數：變量系數=主成分Xi的成分矩陣系數/對應特征值的平方根×方差權重Wi+主成分Xj的成分矩陣系數/對應特征值的平方根×權重Wj計算每個變量的系數+主成分Xk的成分矩陣系數/對應特征值的平方根×方差權重Wk，結果如下：

2.評價過程多元化

混合式教學重視學生的參與性，師生相結合的評價體系更具有效性。學生評價包括自評、組評和組間互評三方面，自評有利于學生對自己學習行為進行反思，組內、組間評價在能相互認識優缺點的同時提升語言表達能力及團隊協作能力。［10］

3.評價設計的科學性和有效性

評價應遵循相應原則，客觀性：要求教師客觀公正對待每位學生，不能憑主觀感受評判。指導性：分析評價結果，找到原因后對學生作出指導性建議。整體性：評價時不能將某一教學活動分離開來，要針對整個過程全方位、多角度地分析總結。

（三）混合式教學模式教學案例

1.課前準備

2.課堂教學

教師準備二進制數字游戲需要的教具，利用游戲創設生動的問題情境以此激發學生的學習興趣，游戲之前提問學生問題。學生發現規律后，進而拋出進一步深入問題，學生通過情景觀察，發現規律，學生解決新增卡片圖案問題后，教師繼續布置任務。

創設游戲情景，首先講解游戲規則：五張卡片代表五個數，手持卡片圖案朝向自己表示該數不用，記為0，圖案背向自己表示用該數，記為1，教師隨機說一個數，學生利用卡片組合出該數。正確組合后，記錄該數由0和1表示的結果。三輪游戲后，學生思考討論組合的規律。學生掌握利用0和1表示十進制數后，教師隨機出五個數引導學生不用卡片得到相應組合，逐步將用0、1表示十進制數這一問題模式化，學生根據規律解決問題后總結出二進制數原理。

3.課后提升

線上過關測試，教師布置任務：將5個二進制數轉化為十進制數，這需要學生逆向思考，發展學生計算思維。最后拓展學習：除二進制、十進制還有其他進制嗎？其他進制該如何表示？教師利用問卷調查了解學生學習情況同時對整個教學環節進行反思總結。

四、計算思維發展教學實證

本研究基于應用混合教學模式的不插電的計算機科學課程進行教學實證，設計《大學生計算思維能力問卷調查》，以選修本課程全體學生為研究對象，共發放49份問卷，回收49份，回收率為100%。其中利用SPSS22.0中標識異常和對個案內的值計數兩項操作，對無效問卷進行篩選共得到有效問卷共48份，有效率為98%。

通過對問卷進行可靠性分析得到Cronbach’s Alpha系數為0.761，表明問卷信度良好。對問卷中：你是否了解計算學科和計算思維？你平時是否接受過計算思維訓練？利用描述統計操作對問題進行頻率分析，通過回答情況分析學生對計算思維的了解程度。從分析結果知多數學生平時沒有接受過計算思維訓練，但經過課程學習后大多數學生對計算思維有了基本了解。

為檢測在課程學習后學生是否能利用計算思維解決問題，故在問卷中設計相關案例。結果表明學生經過課程學習后，計算思維能力的發展參差不齊，大多數學生能較好利用計算思維思考及解決問題。利用問題：你認為學校開設計算學科培養計算思維能力的課程是否具有價值？分析計算思維的受重視程度，結果如表1。91.8%的學生認為開設計算學科課程對培養學生的計算思維能力具有一定價值。

表1 計算思維受重視程度

五、總結與反思

基于計算思維發展型混合式教學模式的研究在本校公共選修課不插電的計算機科學課程中進行了實踐應用。通過課堂教學的問卷調查、解決問題的思維分析可發現混合式教學模式中的課前線上學習有效激發了學生的學習興趣。同時混合式教學模式對發展學生的思維能力、問題解決能力具有極大的促進作用。混合式教學模式在傳統教學模式的基礎上融入網絡教學，豐富教學形式的同時彌補了傳統教學的不足，學生在課堂中從被動學習轉變為主動的探究學習。但混合式教學模式也存在不足之處，還需多輪實證進行優化。

（一）教學模式設計不足

1.課前準備：學生學習微視頻后，雖然在線會進行隨堂測試檢驗學生對知識的掌握情況，但與學生實際的學習情況存在出入。

2.課堂教學：利用螺旋模型進行多輪循環優化的方式進行教學時，教師引導學生對問題進行分解、模式化及抽象化，學生對知識掌握程度的差異會導致部分學生能順利解決問題，部分學生則跟不上課堂教學。

3.課后提升：學生獨立完成課后提升，若遇到問題未能及時解決會影響下一節課的線上學習。

（二）教學評價不足

教師在課堂中組織學生進行自評、互評滿足評價多元化、整體性、客觀性的要求，但教師在評價中是否滿足科學性原則及是否能促進學生發展，這些方面在實際教學中需驗證和強化。

（三）教學實證不足

關于學生對計算思維的了解情況、計算思維的實際應用及對計算思維的重視程度這幾項數據進行了分析，但未針對學生整個學習過程進行全面了解，教學模式是否具有有效性及是否能真正發展學生的計算思維未能考證。

六、結語

盡管混合式教學模式存在較多不足，但實際教學效果經過實證是富有成效的。通過對混合式教學模式進行研究，將線上與線下教學進行結合，實現學生掌握知識、提升能力及發展思維的目的。對于存在的不足，將在未來研究中不斷改進完善，最終實現師生相互促進、共同發展。