馬玉慧,生詩蕊
渤海大學(xué),遼寧錦州121000
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基于PBL教學(xué)模式的計算思維培養(yǎng)模式研究
馬玉慧,生詩蕊
渤海大學(xué),遼寧錦州121000
摘要目前,計算思維能力的培養(yǎng)雖然受到了廣泛關(guān)注,但是,采用何種模式才能更為有效地培養(yǎng)計算思維仍是一個值得關(guān)注的問題。結(jié)合PBL教學(xué)模式的特點,構(gòu)建在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下培養(yǎng)計算思維的模型,并將計算思維的一系列方法運(yùn)用到具體的教學(xué)步驟中去?;赑BL教學(xué)模式的計算思維培養(yǎng)不僅可以提高教學(xué)者的教學(xué)效率,而且可以提升學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果和計算思維能力。
關(guān)鍵詞PBL教學(xué)模式;計算思維;網(wǎng)絡(luò)環(huán)境
計算思維中的“計算”是廣義的計算。隨著信息化的全面推進(jìn),“計算機(jī)”變得無處不在、無事不用,網(wǎng)絡(luò)延伸到各個角落,加上數(shù)據(jù)積累的簡單化、容易化,使計算思維成為人們認(rèn)識和解決問題的重要思維方式之一。[1]一個人若不具備計算思維能力,將在從業(yè)競爭中處于劣勢;一個國家若不使廣大受教育者得到計算思維能力的培養(yǎng),在激烈競爭的國際環(huán)境中將不可能引領(lǐng)而處于落后地位。[2]隨著當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,計算機(jī)技術(shù)在各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,計算機(jī)已經(jīng)在人類日常生活中有越來越重要的作用。因此,計算思維的培養(yǎng)引起了越來越多人的重視。
(一)PBL教學(xué)模式特點
PBL(Problem-Based Learning,基于問題的學(xué)習(xí),也稱作問題式學(xué)習(xí))以學(xué)生為中心的教育方式,它強(qiáng)調(diào)把學(xué)習(xí)設(shè)置到復(fù)雜的、有意義的問題情景中,通過教師的指導(dǎo)和學(xué)習(xí)者的合作來解決真正的問題,從而學(xué)習(xí)隱含在問題背后的科學(xué)知識,形成解決問題的技能和自主學(xué)習(xí)的能力。[3]在當(dāng)今課程改革和創(chuàng)新教育的大背景下,問題是課程的起點,只有在不斷地發(fā)現(xiàn)和解決問題的循環(huán)往復(fù)過程中,學(xué)生的高級思維能力才能得以發(fā)展,目前幾乎所有的教學(xué)活動都與各式各樣的問題密切聯(lián)系。
(二)計算思維特點
周以真教授指出:計算思維就是運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)的基本概念去求解問題,設(shè)計系統(tǒng)和理解人類的行為,它包括了涵蓋計算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動。計算思維包含一系列方法如:啟發(fā)式推理,關(guān)注點分離,分解任務(wù),遞歸思維回推,仿真解決抽象問題,并行處理,折衷思維處理等方法。[4]如應(yīng)用關(guān)注點分離的方法將問題進(jìn)行準(zhǔn)確定位,在生活中買衣服不僅注重美觀,還要注重實用的特性,這就是并行處理。
在PBL模式的教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的計算思維能力,要將教學(xué)者、學(xué)習(xí)者與問題緊密地結(jié)合起來,這樣,學(xué)習(xí)者作為獲取知識的主體不僅要掌握基礎(chǔ)知識,更要提高分析解決問題的能力。
(一)構(gòu)建依據(jù)
在計算機(jī)廣泛應(yīng)用的信息時代,計算思維的教育不是為了讓受教育者成為計算機(jī)科學(xué)家,而是讓受教育者學(xué)會像科學(xué)家一樣去思考問題。而采用PBL教學(xué)模式培養(yǎng)學(xué)生的計算思維是以學(xué)生為中心,計算思維內(nèi)容和問題為基本點,課程為主線設(shè)計學(xué)習(xí)活動,通過學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和合作交流解決問題,內(nèi)化知識,學(xué)到學(xué)科背后的知識。
(二)基于PBL教學(xué)模式的理論基礎(chǔ)
在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的自主學(xué)習(xí)中,盡管強(qiáng)調(diào)以學(xué)習(xí)者自學(xué)為主,但這其中并不意味著沒有教學(xué)者的參與,只是教學(xué)者的角色發(fā)生了變化,從講壇上的“講者”變成了學(xué)習(xí)資源的設(shè)計與組織者、學(xué)習(xí)輔導(dǎo)者和學(xué)習(xí)過程的評估者,其過程仍然是一個教學(xué)過程。[5]在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,基于PBL教學(xué)模式的學(xué)習(xí)顛覆了傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)模式,而且這種學(xué)習(xí)模式不僅僅是計算思維的培養(yǎng)方法,更是為教學(xué)者與學(xué)習(xí)者提供了更好的教學(xué)方法,讓學(xué)習(xí)者可以運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高效的學(xué)習(xí)。通常情況下,網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的PBL教學(xué)模式培養(yǎng)計算思維的過程包括四個因素:教學(xué)者、學(xué)習(xí)者、問題、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。為了更好地表述這四個因素的關(guān)系,可以用如下模型表示:
P=F(Pt,Ps,Q,W)
其中P表示網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的PBL教學(xué)模式,F(xiàn)()是一個過程函數(shù),Pt是教師活動,Ps是學(xué)生活動,Q表示與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的能夠引起學(xué)生興趣的真實性問題,W表示師生同處的網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境。
在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的PBL教學(xué)模式,要求學(xué)習(xí)者能夠準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)問題,并且通過網(wǎng)絡(luò)環(huán)境快速地查找資料解決問題。在這種教學(xué)模式中Q和W尤為主要,W所提供的教學(xué)情境越真實,教學(xué)資料越多,Pt的教學(xué)活動進(jìn)行的越順利,則Ps的學(xué)習(xí)效果越好。
(三)基于PBL教學(xué)模式的計算思維模型構(gòu)建
基于PBL教學(xué)模式的計算思維培養(yǎng)是以學(xué)生在“真實世界”可能遭遇的非結(jié)構(gòu)化的跨學(xué)科的問題為學(xué)習(xí)的起點,引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,而學(xué)生的一切學(xué)習(xí)內(nèi)容都是以問題為中心點,注重因材施教,在小組合作學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)過程中教師起主導(dǎo)作用,通過問題的解決使學(xué)生發(fā)現(xiàn)學(xué)科背后的知識,培養(yǎng)學(xué)生的計算思維、自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。在每一個問題完成和每個課程單元結(jié)束時,進(jìn)行自我評價和小組評價,深入學(xué)習(xí)探究,通過學(xué)習(xí)者的鞏固和交流掌握解決問題的方法,拓展思維空間。因此,可以用如下模型表示:
Pct=F(Ptct,Psct,Q,W)
Pct表示在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下運(yùn)用PBL教學(xué)模式進(jìn)行計算思維能力的培養(yǎng),F(xiàn)()是運(yùn)用PBL培養(yǎng)計算思維的過程函數(shù),Ptct表示教學(xué)者運(yùn)用計算思維方法指導(dǎo)教學(xué)活動,Psct表示學(xué)習(xí)者運(yùn)用計算思維方法進(jìn)行學(xué)習(xí),Q表示問題,W表示網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。
一般情況下,在這個過程中,Ptct,Psct還包含如下因素:
Ptct={w,p,z,f}
Psct={w',p',z',f'}
w表示為學(xué)習(xí)者提供良好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和相關(guān)的學(xué)習(xí)資料,p表示在真實或者接近真實的情境中引出的問題,z表示在教學(xué)活動中教學(xué)者對教學(xué)活動的指導(dǎo)與把握,f表示教學(xué)活動中的反思與評價。
w'表示在Ptct創(chuàng)設(shè)的環(huán)境下進(jìn)行更有效的學(xué)習(xí),p'表示在Ptct的幫助下發(fā)現(xiàn)與課程內(nèi)容相關(guān)的問題,z'表示在Ptct的指導(dǎo)下進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、交流討論與合作學(xué)習(xí),f'表示在Ptct的幫助下對知識進(jìn)行鞏固、拓展和遷移。
在通常情況下,Ptct要運(yùn)用仿真、簡約轉(zhuǎn)化等計算思維方法指導(dǎo)學(xué)習(xí)者進(jìn)行高效率的學(xué)習(xí)。Psct要運(yùn)用遞歸,折衷、關(guān)鍵點分離的計算思維方法進(jìn)行知識的內(nèi)化。
在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的PBL教學(xué)模型是建構(gòu)主義教學(xué)理論與教育技術(shù)理論的整合,這種教學(xué)模式對計算思維的培養(yǎng)更加有效。
(四)基于PBL教學(xué)模式的計算思維實踐模型構(gòu)建
PBL教學(xué)模式是課堂教學(xué)過程中的主要環(huán)節(jié)和步驟,指導(dǎo)整個教學(xué)活動的組織和內(nèi)容的設(shè)計,是培養(yǎng)計算思維的命脈。因此,以師生共同發(fā)展為目的,通過對教學(xué)過程的分析對學(xué)習(xí)者的計算思維培養(yǎng)進(jìn)行研究,在這里用Asct表示學(xué)習(xí)者的計算思維能力。
1.課前準(zhǔn)備,包括教學(xué)環(huán)境設(shè)計和教學(xué)準(zhǔn)備。學(xué)生知識的獲取與內(nèi)化,離不開學(xué)習(xí)環(huán)境的支撐。利用計算思維方法與特性搭建個性化和協(xié)作化學(xué)習(xí)的網(wǎng)絡(luò)平臺,一方面可以讓學(xué)生查找相關(guān)資料自主學(xué)習(xí),另一方面也可以合作交流。課堂活動開始之前,教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)編寫教學(xué)案例,案例的編寫要與學(xué)生日常生活中所遇到的現(xiàn)實問題聯(lián)系。因此有A1=G1(Xw'),A1表示在課前準(zhǔn)備活動中計算思維的培養(yǎng)效果,G1()表示計算思維培養(yǎng)的效果函數(shù),X w'表示在教學(xué)者創(chuàng)設(shè)的相關(guān)問題情境中學(xué)習(xí)者可以更有效地進(jìn)行學(xué)習(xí)。
2.課中活動設(shè)計,包括異質(zhì)分組、問題識別、開展探究、策略選擇與應(yīng)用及成果展示等幾個環(huán)節(jié)。
教師在分組方面,不僅要尊重學(xué)生的意愿,還要考慮學(xué)生擅長的方面,以保證學(xué)生的興趣與異質(zhì)的共同存在。因為不同的學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的角度不一樣,從而縮小各小組之間的差距,有利于開展教學(xué)活動。根據(jù)教師的案例分析,運(yùn)用計算思維的方法特點進(jìn)行問題的識別。因此有A2=G2 (Xp'),A2表示在問題識別活動中,計算思維的培養(yǎng)效果,G2()表示計算思維培養(yǎng)的效果函數(shù),X p'表示在教學(xué)者的指導(dǎo)下,運(yùn)用計算思維方法引導(dǎo)學(xué)習(xí)者提出與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的問題,可以引發(fā)學(xué)習(xí)者的興趣,激發(fā)學(xué)習(xí)者的求知欲。
在運(yùn)用計算思維開展探究的過程中,學(xué)生要查閱相關(guān)資料,思考已經(jīng)掌握的相關(guān)問題的信息進(jìn)行自主學(xué)習(xí),之后進(jìn)行合作學(xué)習(xí);教師在學(xué)生的交流討論過程中要提供必要的指導(dǎo),將集體的智慧凝結(jié)在一起,指導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)學(xué)科背后的知識,并與其他學(xué)科知識結(jié)合。因此有A3=G3(Xz'),A3表示在探究活動中,計算思維的培養(yǎng)效果,G3()表示計算思維培養(yǎng)的效果函數(shù),X z'表示學(xué)習(xí)者在教學(xué)者的指導(dǎo)下,利用已有資源和計算思維方法進(jìn)行自主學(xué)習(xí),構(gòu)建知識體系之后與其他學(xué)習(xí)者進(jìn)行交流討論,完善問題答案,有助于培養(yǎng)學(xué)習(xí)者終身學(xué)習(xí)的能力。
策略選擇與應(yīng)用,是指學(xué)生在交流討論的過程中,不斷發(fā)現(xiàn)問題解決問題,經(jīng)過一系列地研究探索,運(yùn)用遞歸思維回推,仿真解決抽象問題,并行處理等方法形成最終的設(shè)計。在這個過程中,不僅僅完成由計算機(jī)教育向信息教育轉(zhuǎn)化的過程,更是將信息素養(yǎng)和計算思維融合到信息技術(shù)過程中去。提升學(xué)生分析問題、解決問題的能力。
學(xué)生在成果展示過程中,要進(jìn)行多方面的思考。在這個過程中,學(xué)生要進(jìn)行自評和反思,想想自己哪些方面做得好,哪些方面做得不好,教師要對每個作品進(jìn)行評價,指出優(yōu)點和缺點。學(xué)生在反思與思維的碰撞中鞏固基礎(chǔ)知識,構(gòu)建知識體系內(nèi)化知識,拓展思維空間。
3.課后測評,傳統(tǒng)的教學(xué)評價體系主要是面向低水平的認(rèn)知領(lǐng)域,忽視了對于學(xué)生學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)態(tài)度、過程發(fā)展以及高級思維技能的評價。過度地重視學(xué)生的分?jǐn)?shù),評價結(jié)果不能真實全面地反映學(xué)習(xí)者的能力水平。因此,對于學(xué)生的評價,不僅要考慮學(xué)生的知識掌握程度,更要考慮學(xué)生的思維能力是否提高。對于基礎(chǔ)知識的評價,主要注重學(xué)生在解決問題時所表現(xiàn)出的準(zhǔn)確程度、時間效率以及尋求正確方法的能力,可以采用標(biāo)準(zhǔn)化測試。而過程評價要盡可能地在真實環(huán)境中進(jìn)行,主要評價學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中是否有重要的觀點,是否有效地整合了相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的知識,是否有思維的轉(zhuǎn)變等。因此有A4=G4(Xf'),A4表示在課后評價中,計算思維的培養(yǎng)效果,G4()表示計算思維培養(yǎng)的效果函數(shù),X f'表示在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中,學(xué)習(xí)者在教學(xué)者的指導(dǎo)幫助下,進(jìn)行效果評價和綜合評價,在這個過程中,加深對基礎(chǔ)知識的認(rèn)識,并能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識進(jìn)行遷移,達(dá)到舉一反三的目的。
綜上所述,Asct=A1+ A2+ A3+ A4
因此,基于計算思維的PBL教學(xué)模式,是以學(xué)生在“真實世界”可能遭遇的非結(jié)構(gòu)化的問題為學(xué)習(xí)的起點,引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,而學(xué)生的一切學(xué)習(xí)內(nèi)容都是以問題為中心點,在小組合作學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)過程中,教師起主導(dǎo)作用,給學(xué)生提供解決問題的策略,但是不能直接告訴學(xué)生答案,通過問題的解決使學(xué)生發(fā)現(xiàn)學(xué)科背后的知識,培養(yǎng)學(xué)生的計算思維、自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。在每一個問題完成和每個課程單元結(jié)束時,進(jìn)行自我評價和小組評價,深入學(xué)習(xí)探究,通過學(xué)習(xí)者的鞏固和交流掌握解決問題的方法,拓展思維空間。PBL教學(xué)模式通過問題背景的設(shè)定,與學(xué)生的真實生活緊密聯(lián)系,讓學(xué)生在解決問題的過程中層層深入,更好地培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力。
在學(xué)習(xí)生活中,當(dāng)學(xué)習(xí)者接觸到某種新奇的、不理解的事物時,好奇心就會主動驅(qū)使其去了解它,從而達(dá)到解決問題的目的。所以說,計算思維過程主要體現(xiàn)在問題解決的過程中。當(dāng)一個人對別人問他的東西都很熟悉時,就毋需思考,只要運(yùn)用他記憶中的知識就可以了,這就體現(xiàn)了計算思維的抽象和自動化特點。因此,探究采用何種教學(xué)模式培養(yǎng)學(xué)生的計算思維,對學(xué)習(xí)者的發(fā)展有重要意義。本文將計算思維與PBL教學(xué)步驟相結(jié)合,可以更有效地培養(yǎng)學(xué)生的計算思維和信息素養(yǎng)能力。
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(責(zé)任編輯:彭琳琳)
文獻(xiàn)標(biāo)識碼A
中圖分類號G434
收稿日期2016-01-27
作者簡介:馬玉慧(1974-),女,遼寧錦州人,渤海大學(xué)教育與體育學(xué)院副教授,博士,研究方向:教育技術(shù)學(xué)、人工智能在教育中的應(yīng)用研究、知識工程;生詩蕊(1992-),女,遼寧葫蘆島人,渤海大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院碩士研究生,研究方向:計算思維的培養(yǎng)模式。