基于DoPBL教学模式的中小学计算思维教学模式研究

    姚辉

    

    摘要：随着数字化社会的不断发展，使用合适的教学模式培养计算思维愈发重要。因此，通过对面向设计的产生式学习模式进行解析，融入计算思维7个共有维度，设计了面向计算思维培养的教学模式，提出了六个实施流程，进而促进学生的计算思维产生、知识迁移和全面发展。

    关键词：计算思维;教学模式;中小学;学科核心素养

    中图分类号：G642? ? ? ? 文献标识码：A

    文章编号：1009-3044（2021）17-0158-02

    开放科学（资源服务）标识码（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

    在數字化时代，运用计算工具去解决真实环境下的技术问题是成为一名合格的数字化公民的必备素养。计算思维作为人工智能的基础思维，对于未来社会的发展具有重要意义和价值[1]。如教育部新出台的《普通高中信息技术课程标准（2017版）》凝练了包括计算思维在内的信息技术学科核心素养[2]。然而要培养出具有计算思维的学生，合适的教育方式至关重要。鉴于此，本研究借鉴董艳教授的DoPBL教学模式，融合计算思维培养思想，构建了面向计算思维培养的教学模式。

    2 面向计算思维培养的教学模式搭建

    DoPBL（Design-oriented Production Based Learning）教学模式是北京师范大学董艳教授团队结合问题式学习和项目式学习在实际教学中的优势和侧重点，提取设计思维的要素，所构建的面向设计的产生式学习模式[3]。DOPBL模式分为外环和内环，外环展示了该模式的具体实施流程，内环引入了设计思维思想，可以促进外环不同环节的活动。DOPBL模式在明确学习核心、强化学生的知识素养、促进学生全面发展和跨学科交流合作等方面有着独到的优势，这也为计算思维培养的教学模式发展提供了一个可行方案。因此，本研究在DoPBL模式的基础上，融入计算思维的抽象与概括、问题分解、算法、分析建模、系统化（自动化）、数据实践、评估与改进[4]等七个共有维度，提出了面向计算思维培养的PBL模式（PBL for Computational thinking training，CTPBL模式）。

    CTPBL模式是一个反复迭代的模型，包括六个具体实施流程，每个实施流程蕴含着计算思维不同维度的培养方式，如图1所示。

    2.1选定问题/项目

    选定具体的问题或项目时一次学习的起点。在这一阶段中，教师要从结合与学生生活有关联的实际生活案例入手，考虑学生当前认知情况，尝试对多学科知识内容进行整合，形成以非良构问题为主、趣味性的研究问题或项目。这一实施流程涉及“抽象与概括”维度，教师应通过让学生对项目的非良构问题进行交流和发问，来构建这一问题或项目的表征空间，且在构建过程中学生要进一步减少问题的复杂性，用简单易懂的一般方法去表述问题。在选定问题这一环节，教师要通过回答的方式去帮助学生抽象与概括问题或任务，从而提高学生问题表述的准确性。

    2.2 制定方案/计划

    这一环节涉及“问题分解”和“系统化”两个维度。学生在构建问题表征空间后，要从整体去考虑复杂任务，运用分层思维去理解任务并交流任务的相关信息;识别出任务所涉及的要素，领会并解释任务进行时要素互动的方式。下一步则要进行问题分解，通过分离关注点将复杂的任务分解为多个小事项，从而对问题进行步骤化的梳理。在此过程中，教师要引导学生去厘清任务问题，合理分导出小事项。然后学生之间进行头脑风暴，展开积极讨论，构思可能或可行的解决问题方案。在这个过程中，学生间的讨论能够提升他们的批判性思维，还能激发学生之间产生新的想法，培养学生的创新性。

    2.3 设计活动探究

    这一环节涉及“数据实践”。制定方案计划后，学生或学习小组要按照计划安排，设计活动来模拟任务场景中出现的状况，通过收集资料和数据，不断修改完善方案，在逐步迭代后，形成最佳的问题解决方案。迭代是该环节的核心部分，通过让学生模拟任务场景，不断获得新的数据来完善问题解决方案，让学生在享受有趣味性的模拟活动的同时，通过数据实践去迭代完善方案，从而有效培养了计算思维。

    2.4 生成方案与作品

    学生个人编程作品的生成，这一环节需运用“分析建模”和“算法”去表达最终解决方案。经过前一环節的模拟任务场景后，小组成员已经熟悉任务中各要素的功能以及各要素之间的关系，形成了一份完善的最终解决方案或计划，因此，每个学生要根据最终解决方案去构建方案模型，并最终使用编程算法去形成个人作品。

    2.5 进行成果交流

    完成个人作品后，学生要将自己的作品上传相关作业平台，与小组成员相互交流编程思路和算法。这一环节涉及“评估与改进”。在这一过程中，教师需要引导学生展示和介绍自己的作品，以促进学生交流技能的提升。同时，在展示和介绍作品过程中，可以促进学生对前面几个环节中的计算思维维度的巩固，继而潜移默化地将计算思维运用到问题解决过程中。学生通过分享作品，能够将自己对问题解决过程中的体验积极地表达出来，吸收他人的经验和知识，从而促进自己作品模型的修正和改进。学生会在充分的语言和情感表达中，感知到学习的紧张、挑战、成就等，增强学习动机。

    2.6开展活动评价

    现阶段，计算思维培养以科学教育、STEM教育为主，评价强调多元化。评价多元化可以帮助学生反思自己的实践过程和模型作品，以促进后期作品的修正和改进，包括主体多元、内容多元和方法多元。主体多元以不同角色的视角去发现作品的优缺点，内容多元可以综合评价学生的学习过程和作品，方法多元以定性和定量结合的方法多方面评价学生的。在评价中，教师要注重引导学生去去反思解决问题过程中遇到的不足，缕清项目进行中运用的计算思维流程，不断地对自己的模型和作品进行修正和改进。

    3 CTPBL模式的优势

    CTPBL模式每个环节都引入了计算思维维度，学生在学习过程中逐步掌握利用计算思维去解决问题的思想和方法。在项目进行前，教师要让学生明白计算思维的概念，在给学生设置项目化学习时要主动融入这些计算思维维度，与项目任务的完成过程相互契合。CTPBL模式借鉴DoPBL模式的思路，整合了项目式学习和问题式学习的优势，其优势体现在以下几个方面。

    3.1 计算思维在项目式学习中产生

    CTPBL强调学生计算思维是在项目学习中产生的。从项目设计到作品评价，学生在项目完成过程中每个环节都接触到了计算思维维度，在这过程中不知不觉就掌握了利用计算思维去解决问题的方法。对问题进行分解、与小组成员的头脑风暴，在这一过程中，能够培养和锻炼的学生的批判性思维，也有利于学生计算思维的快速形成。学生对项目方案进行建模和算法实现，学生能够不断完善自己的思路，建构自己的计算思维和学科内容知识体系，最终形成作品。讨论交流、评价作品能帮助学生去修正和完善作品，加深前面几个环节的计算思维维度。经过多次的项目学习，学生能够形成清晰的计算思维，并且能够将其运用到日常生活中去解决问题。

    3.2 利用计算思维解决问题可以迁移到生活

    CTPBL模式要求教师所提供的项目任务和问题以及学生在日常生活中接触的问题相关，那么，学生在项目学习过程中所学到的问题解决方法能够应用到生活中。日常生活的问题大部分是非良构问题，其相对于良构问题，非良构问题的目标、解决过程都较为模糊，不同问题的解决方法有较大差异。CTPBL充分考虑到项目问题和任务的特点，将非良构问题的解决过程融入模式中。教师运用CTPBL模式教学，不仅能够促进学生计算思维的培养，也能将计算思维的解决思路迁移到日常生活的问题，可以更全面提升学生的综合思维能力，增强学生运用计算方式去解决问题的思维意识。

    3.3 促进学生全面发展和跨学科交流合作

    CTPBL模式整合了项目式学习和问题式学习的优势，互相补充了两者的劣势。教师运用CTPBL模式设置一个真实的问题情境让学生参与其中;非良构问题可以让学生去对问题进行思考，发现隐含的有用信息并进行方案设计，在这个过程中能够让学生组织多学科的知识去思考问题。在与小组成员进行讨论交流时，学生合作学习，共同解决问题，能够促进学生全面发展。

    4 结语

    当前，计算思维已被纳入中小学信息技术学科核心素养之中，因此，我们必须重视在课程中潜移默化地培养学生的计算思维，让学生能够合理运用计算思维去解决学习及生活中的一些问题，成为一名合格的数字公民。本研究借鉴DoPBL模式所构建的CTPBL模式融入计算思维的七个共有维度，设计具体的教学实施流程，实现学生计算思维和能力的培养。运用该模式对学生进行培养，可以让学生从项目式学习中逐步产生计算思维，并可在生活中应用所学到的问题解决方式，促进学生全面发展和跨学科知识融合。但这一模式的实践应用仍有待后续研究的检验。

    参考文献：

    [1] 曹晓明，安娜.培养计算思维的高中信息技术校本课程研究[J].现代教育技术，2018（7）：106-112.

    [2] 中华人民共和国教育部.普通高中信息技术课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：6.

    [3] 董艳，孙巍.促进跨学科学习的产生式学习（DoPBL）模式研究——基于问题式PBL和项目式PBL的整合视角[J].远程教育杂志，2019，37（2）：81-89.

    [4] 罗海风，刘坚，罗杨.人工智能时代的必备心智素养：计算思维[J].现代教育技术，2019，29（6）：26-33.

    【通联编辑：王力】