計(jì)算思維引導(dǎo)下的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式

席 菁

（蘇州市教育科學(xué)研究院，江蘇蘇州 215123）

作為當(dāng)前學(xué)界研究和討論的熱點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，已然成為當(dāng)前各國及地區(qū)制定教育政策、進(jìn)行教育理論研究和探索實(shí)踐的重要標(biāo)準(zhǔn)。目前國內(nèi)信息技術(shù)教學(xué)的核心目標(biāo)是提升學(xué)生信息素養(yǎng)。當(dāng)今社會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用水平要求越來越高，同時(shí)根據(jù)國家對(duì)人才培養(yǎng)的需求，單純地圍繞工具來授課的模式已不能滿足當(dāng)前教育的需求。大部分研究者認(rèn)為，計(jì)算思維的養(yǎng)成對(duì)學(xué)生思維能力、應(yīng)用能力以及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)都有非常積極的推動(dòng)作用。以計(jì)算思維觀念主導(dǎo)課堂教學(xué)模式已是大勢(shì)所趨。為此，本文探討了一種基于計(jì)算思維的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式。

一、課堂教學(xué)模式的理論基礎(chǔ)和設(shè)計(jì)思路

1.理論基礎(chǔ)

1996年，麻省理工學(xué)院的Papert教授最先提出了“計(jì)算思維”的概念，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的周以真教授則將這一概念進(jìn)一步理解并將其進(jìn)行了推廣。計(jì)算思維是指人們利用計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)中的基礎(chǔ)概念求解問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)、理解人類行為等一系列思維活動(dòng)。目前，大部分研究者都認(rèn)為計(jì)算思維能夠把復(fù)雜抽象的問題轉(zhuǎn)化成人們?nèi)菀桌斫獾膯栴}。計(jì)算思維能力培養(yǎng)的最佳學(xué)科主要有計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程與信息技術(shù)程序設(shè)計(jì)，這也就對(duì)信息技術(shù)教師有了更高的要求。信息技術(shù)教師在課堂中除了要傳授教材中的知識(shí)，完成基本的教學(xué)任務(wù)外，更要培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，將計(jì)算思維的培養(yǎng)貫穿于整個(gè)課堂教學(xué)之中。

2.翻轉(zhuǎn)課堂模式設(shè)計(jì)的思路

目前的傳統(tǒng)信息技術(shù)課堂上，一位教師往往承擔(dān)著多個(gè)班級(jí)的平行教學(xué)，同一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，一位教師要重復(fù)講授達(dá)五六次之多，為此花費(fèi)了大量時(shí)間和精力。目前的翻轉(zhuǎn)課堂模式則可以讓教師從這種惡性循環(huán)中解脫出來，將教師從單純的講解者轉(zhuǎn)變成交流者，幫助每位學(xué)生解決學(xué)習(xí)過程中的疑惑。

以一堂課40分鐘為例，教師授課時(shí)間由30分鐘縮減到10分鐘，講授內(nèi)容也由單純的講授知識(shí)點(diǎn)變成了對(duì)學(xué)生不理解的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)講解，跟學(xué)生互動(dòng)的時(shí)間由5分鐘擴(kuò)展為25分鐘，更利于學(xué)生的個(gè)性培養(yǎng)。

使用翻轉(zhuǎn)課堂后，與學(xué)生互動(dòng)交流的時(shí)間明顯增加，而與學(xué)生的直接交流正是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維最好的方式。下面以循環(huán)結(jié)構(gòu)為例來介紹一下在計(jì)算思維引導(dǎo)下的翻轉(zhuǎn)課堂是如何設(shè)計(jì)的。

以計(jì)算思維的方式來思考，求解循環(huán)結(jié)構(gòu)問題可以分為以下四個(gè)步驟：

（1）利用計(jì)算思維中的關(guān)注點(diǎn)分離的方法，把實(shí)際應(yīng)用問題轉(zhuǎn)換為數(shù)學(xué)問題，用計(jì)算思維中的抽象方法將問題進(jìn)行抽象求解；

（2）針對(duì)問題，選擇一種合適的陳述方式進(jìn)行構(gòu)造并建立模型；

（3）將模型代碼化，進(jìn)行上機(jī)編程實(shí)現(xiàn)；

（4）在實(shí)際的計(jì)算機(jī)中運(yùn)行，求得正確的結(jié)果。

其中前兩步是計(jì)算思維中的抽象，后兩步是計(jì)算思維中的自動(dòng)化。

基于此，本文從課前、課中、課后三個(gè)階段來描述如何設(shè)計(jì)一堂循環(huán)結(jié)構(gòu)的翻轉(zhuǎn)課堂。

二、課堂教學(xué)實(shí)施案例

課前由教師針對(duì)要講授的知識(shí)點(diǎn)或案例準(zhǔn)備學(xué)習(xí)資源，以教師授課視頻為主，也可以包括一些輔助教學(xué)的微課、參考書籍、相關(guān)的學(xué)習(xí)網(wǎng)站等素材，讓學(xué)生在課前進(jìn)行學(xué)習(xí)。其中，授課視頻的制作是資源準(zhǔn)備中的重點(diǎn)，根據(jù)每節(jié)課的課堂目標(biāo)，詳細(xì)介紹要講授的知識(shí)點(diǎn)或案例。同時(shí)，教師要根據(jù)計(jì)算思維的培養(yǎng)目標(biāo)，圍繞視頻內(nèi)容布置相應(yīng)的課前任務(wù)。任務(wù)的布置可以借鑒多元智能的思想，設(shè)置基于多方面、多角度的問題，促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展。以循環(huán)結(jié)構(gòu)為例，可以列舉學(xué)生日常生活、學(xué)習(xí)中用循環(huán)算法解決的實(shí)際問題，讓學(xué)生了解這個(gè)知識(shí)點(diǎn)不僅僅停留在書本上，以此增強(qiáng)學(xué)生的情感共鳴，引出循環(huán)的概念。接下來通過動(dòng)畫展示下列3個(gè)例子，每一次循環(huán)中i和count的值變換，讓學(xué)生遞進(jìn)式地理解循環(huán)的作用，并讓學(xué)生思考，什么時(shí)候可以采用循環(huán)結(jié)構(gòu)，采用循環(huán)結(jié)構(gòu)的條件是什么，循環(huán)結(jié)構(gòu)的編寫取決于哪幾個(gè)要素。

根據(jù)學(xué)生課前任務(wù)完成的情況，課中主要是將學(xué)生在課前預(yù)習(xí)中產(chǎn)生的具體問題和教師給出的一些有探究價(jià)值的新問題進(jìn)行合作探究，對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行深入講解。在課中，教師對(duì)學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化指導(dǎo)，在交流學(xué)習(xí)的整個(gè)過程中，教師適時(shí)地反饋和評(píng)價(jià)，引導(dǎo)和幫助學(xué)生逐步理解、解決問題。具體實(shí)施過程如下：基于上述課前視頻的內(nèi)容，利用10分鐘，首先與學(xué)生探討，給出循環(huán)結(jié)構(gòu)的3個(gè)要素：從什么地方開始；反復(fù)做什么；在什么條件下結(jié)束。接下來，教師與學(xué)生一起討論，提煉出循環(huán)結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，如表1所示，緊接著，讓學(xué)生根據(jù)自己思索出來的數(shù)學(xué)模型，來為算式1×2×3×4×5×6×7和1×3×5×7×9×11編寫程序。利用10分鐘的學(xué)生練習(xí)時(shí)間，教師對(duì)一些基礎(chǔ)比較薄弱的學(xué)生進(jìn)行面對(duì)面的輔導(dǎo)。學(xué)生練習(xí)完后，教師利用5分鐘的時(shí)間將學(xué)生編寫的程序與剛剛提煉出的循環(huán)結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行匹配，強(qiáng)化、鞏固知識(shí)點(diǎn)。

表1 循環(huán)結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型

最后，利用剩下的10分鐘完成從單重循環(huán)到多重循環(huán)的教學(xué)，從而完成計(jì)算思維的提高和創(chuàng)新。首先思考如何輸出圖形A：

分析圖形可知，每一行打印的“*”數(shù)等于行數(shù)，根據(jù)單重循環(huán)的思路，寫出打印一行圖形的程序，如表2所示：

表2 打印一行“*”的程序

再把表2作為一個(gè)整體，放在我們提煉出來的模型中的“重復(fù)要完成的語句”這個(gè)部分，讓學(xué)生分析i和j之間的聯(lián)系后，上機(jī)實(shí)驗(yàn)自己的推測(cè)，培養(yǎng)自己解決、分析問題的能力。課程的最后布置課后作業(yè)，讓學(xué)生完成圖形B的編寫，進(jìn)一步理解多重循環(huán)。

翻轉(zhuǎn)課程的課后階段主要是根據(jù)整堂課學(xué)生的接受度來調(diào)整課前微視頻的制作，在本例中主要是考慮學(xué)生對(duì)用例的提煉程度以及上機(jī)實(shí)驗(yàn)的完成情況，以此來調(diào)整課前的用例以及課中的時(shí)間分配。

本文提出了一種計(jì)算思維下的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，并以循環(huán)結(jié)構(gòu)為例給出了具體的實(shí)施步驟，希望能給廣大一線信息技術(shù)教師一點(diǎn)啟發(fā)，讓計(jì)算思維在課堂教學(xué)中盡快落到實(shí)處。

[1]邵朝友，周文葉，崔允都.基于核心素養(yǎng)的課程標(biāo)準(zhǔn)研制：國際經(jīng)驗(yàn)與啟示[J].全球教育展望，2015，（8）：14-22.

[2]鐘志賢.教學(xué)設(shè)計(jì)的宗旨:促進(jìn)學(xué)生高階思維能力發(fā)展[J].電化教育研究，2004，（11）：13-19.

[3]J.M.Wing.Computational Thinking[J].Communications of the ACM，2006.

[4]李鋒，王吉慶.計(jì)算思維：信息技術(shù)課程的一種內(nèi)在價(jià)值[J].中國電化教育，2014，（8）：19-23.