以计算思维培养为目标的Excel微课程设计

卢文来

“电子表格的设计与制作”是《上海市信息科技课程标准》中初中信息科技课程内容的一个部分，是计算机处理数据也是初中信息科技学业水平考试的一个重要内容。电子表格软件有其显著的特点，那就是操作容易理解难，上手容易深入难，做练习容易解决问题难。以往在教授这部分内容时，教师们会侧重学生基本技能的达成，关注“怎么做”，而忽略“是什么”和“为什么”。因此基本教学方法停留在“教师讲授+学生操练”，评价方式也相对单一，学生只需要完成一定数量的练习，即可过关。这种教学模式确实能使学生在考试中取得较好的成绩，但由于他们对所学内容缺乏一定程度的理解，因此容易遗忘，也不可能真正从思维层面和能力层面得到提升，学生“想不到”利用电子表格来解决问题，也“不会”将其应用于日常生活。随着各学科对学生思维培养的日渐重视及“计算思维”概念的逐步深入，笔者尝试换一种思路来设计本单元，即“基于计算思维培养的Excel微课程设计”。

课程目标

掌握Excel的基本技能依然是学习的重点，包括表格的设计、数据的输入、计算、简单函数应用、图表创建等。但除此之外，笔者将目标重点定位在以下三点：①注重思维培养。主要是计算思维的培养，重点在抽象和建模。②注重问题解决。注重从问题开始的数据设计、建模、分析的全过程。③注重自我学习。引入MOOC模式，利用Moodle课程平台，让学生体验自我学习的过程，为他们应对未来的开放课程时代做准备。

Excel教学内容中计算思维的体现

计算思维是运用计算机科学的基本概念进行问题求解、系统设计、人类行为理解等一系列涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。这个广为流传的定义是卡内基梅隆大学的周以真教授在2006年提出的。计算思维的核心概念是抽象、逻辑思维、算法和纠错。在Excel中，计算思维可以在以下几个方面得以体现。

1.抽象和自动化

抽象和自动化包括两个层面的概念，其一是将社会/自然现象进行抽象，表达成可以计算的对象，构造对这种对象进行计算的算法和系统，来实现社会/自然的计算，从而通过这种计算发现社会/自然的演化规律；其二是强调用社会/自然可接受的形式（如多媒体、虚拟现实、自动控制等）来展现计算及求解的过程与结果。Excel数据建模就是这两个层面的具体体现。将一个生活中的具体问题构建为一个简单的数据模型，在建构过程中，会涉及常量和变量、对象、运算符、函数、引用、公式等。模型的建构取决于用户需求以及作者对问题的分解和界定，可以将数据模型比作一个巨大的函数，用户只需要提供或改变一些数据，模型就可以帮你求解（如图1）。

所以在Excel的学习过程中，教师带领学生从实际问题出发，通过分析、设计、构建简单的数据模型，以实现对问题的解决，从而体现“抽象和自动化”，将对学生后续的思维发展起到非常重要的奠基作用。

2.运算符和数据类型

在计算机语境中，运算符和数据类型是两个基本术语，也是学习程序设计的必由之路，因为它们是计算机存储和运算的基础，是“自动化”的基础。从Excel诞生的那一刻起，计算便是它最重要的功能，而计算必将涉及运算符和数据。不同的运算符需要不同类型的数据参与。虽然在Excel中不需要对数据类型做严格的细分，但其却是一个比较好的载体，能让学生明白“数值”、“文本”和“布尔”这三种基本数据类型及其相关的运算。

3.对象和属性

在计算机领域中，在面向对象的程序设计中，属性是一个非常重要的概念。而在Excel中，单元格、行、列、工作表、透视表等都是对象，仅以“单元格”为例，用户可以改变它的内容、格式（字体/大小/边框/底纹）、行高列宽、位置，这些其实都可以算作一个单元格的属性，均可以参与运算。

教学策略

1.分解知识点，创建微视频

Excel的知识技能和思想方法对于六年级的孩子来说会有一定难度，且学生之间差异较大，这种比较难以理解的知识、比较复杂的技能适合采用微课程形式，因为学生可以反复观看和体验。笔者将整个Excel的知识技能点作分解和切割，每个微视频体现1～2个知识技能点，时间控制在2～10分钟（如图2）。

同时，笔者还大致划分了每节课的进度，用No.X来表示，每次上课，都会给出本节课的基本安排，学生可以根据自己的进度进行调节。

2.利用Moodle课程平台，设计配套练习

配套练习分为两类，一类是基础测试，另一类是操作题。

（1）基础测试类

基础测试类练习重点考查学生对知识的记忆、理解、运用和迁移能力，以及对原理和思想方法的掌握情况。题型主要涉及填空题、匹配题、选择题。测试题紧扣视频课程，仍以第四节课的内容为例，在L3_E1_1测试中，笔者设计了如下的测试：①如果要计算25的四次方，在单元格中应该输入_____（填空题，考查学生对“^”算术运算符的运用）；②要计算A2单元格的值乘以B2单元格的值，并把结果在C2中呈现，应该在_____单元格中输入计算公式（填空题，考查计算结果的存储位置）；③要求A2单元格的值和33相乘，应该在单元格中输入公式_____（填空题，考查公式中对单元格的引用）；④在Excel中计算322+32×55的值是_____（填空题，需要学生到Excel中计算，考查对公式和乘法运算符的正确使用）；⑤要计算（642-2020）÷4的值，需要在单元格中输入（选择题，考查对公式的应用）。

仅仅提供测试是不够的，在课程平台上进行测试的优势更重要的在于对于每个错误答案所提供的反馈。以第5题为例，笔者设计了全面的反馈机制（如图3）。

有了反馈机制，学生就能明白自己为什么错，从而再次尝试答题。为了鼓励学生不断改正错误，笔者将测验设置为“不限试答次数”，也就是说学生可以反复回答，直到正确为止。但是，反复答题也是有代价的，每次答错就会有罚分。如果这道题满分为1分的话，学生答错2次，就会被扣0.2分。

（2）操作类

操作练习需要学生在表格中进行实际操作，用来解决实际生活中出现的问题，体现的是学生的综合应用能力。

3.关注生活中的问题解决

（1）两个项目的完整体验

整个单元有两个项目贯穿始终，一个是教学范例Ruby’s Birthday Party，涉及个人活动经费的规划和控制，重在引导学生学会设计数据模型；另一个是个人项目“我的教育费用”，由学生自己建构数据模型，涉及个人教育经费的支出和预测，同时引导学生关注自己的兴趣以及感恩父母的付出，也为有意向进入我校学习的学生家长提供参考。两个项目均是从现实生活中的问题出发，经历数据的设计、建模和分析的全过程。以Ruby’s Birthday Party为例，笔者提出一个场景，Ruby要举办一次生日Party，她邀请几个朋友，一起吃一顿午饭，为此，她需要准备一些食品，布置一下房间，并为每个朋友准备一份小礼物。父母会提供一定的经费支持（预算），Ruby需要做的就是列出所需购买的物品，并求出总价，最后和预算进行比较，看是否超支，从而调整自己的开支。

视频中教师是Ruby，为范例进行讲解，但是学生在完成项目时是按照自己的需求来设计的。这个项目的实施分为三个步骤：首先是设计表格，由于是现实生活中的问题，学生没有利用计算机求解的经验，为单价和数量均加上单位，而小计和总价都是通过自己计算或者通过计算器来计算。待进入数据计算单元，学生便会发现，按照原先的输入方法，计算机是无法进行计算的，因此，学生便去掉了单位，利用公式算出了“小计”和“总价”。当最后在构建数据模型的时候，学生不仅将人数“剥离”出来，而且利用if函数算出了是否超支。当改变单价、人数或者预算时，相应的价格便会发生改变，而最后呈现出来的是一个结果——是否超支。至此，一个数据模型便构建成功。

这个数据模型类似于一个函数，每一个函数都能完成某一个功能，它需要用户输入一些参数（也有不需要参数的），函数就能返回一个结果。而Ruby’s Birthday Party数据模型就类似于一个函数，它的功能就是判断“是否超支”，需要提供的参数就是“人数、物品价格和预算”，返回的结果就是告诉我们“是否超支”（如图4）。

（2）练习设计从学生实际出发

练习的设计精选和学生学习生活息息相关的内容。“我的一周课表”这个作业位于第二单元“数据输入”。通过制作这张表格，学生不仅能学会基本的操作，包括输入、合并单元格、自动填充、设置边框底纹等，而且体现了个性化，因为笔者要求学生把双休日的安排也放了进去，笔者同时用自己的方式把喜欢的课程突出显示。因此，学生的作品无一相同（如图5）。

“运动会比赛排名”和“达人秀24点出题器”这两个作业位于第三单元“数据计算”，前者的数据来自于学校运动会的真实数据，学生需要利用rank函数对铅球比赛进行成绩排名；后者则是为学校的特色节目——“达人秀”服务的，24点比赛是其中一个现场PK项目，学生需要利用随机函数来创建。“世外星空选课”位于第四单元“数据统计”，同样来源于真实的学校课程，每周五的下午第一节课就是学生的上课时间，学生可以从多个课程中选择一门来学习，在这个作业中，学生需要利用数据透视表对各门课程的选课人数作统计。这些作业教师会在微视频中进行讲解，学生可以随时暂停，跟着视频同步操作。也有些作业没有微视频，重在对已有知识的综合运用，但教师会在作业中进行提示，如“身份证信息提取”和“成绩等第转换”，这两个作业位于第三单元“数据计算”，教师给出了如下场景和操作提示。

身份证信息提取

身份证是我们的身份标识，其中包含了很多信息，这里我们要尝试一下如何提取身份证中的某些信息。我们现在有两个需求：①计算年龄，以便了解各个年龄段的人分别有哪些；②汇总1～12月每个月过生日的人分别有哪些，以便给他们准备一份生日礼物。

参考解答：①这两个问题需要我们提取的是“出生年份”和“出生月份”这两个信息；②这两个信息分别显示在身份证号的第7～10位（共4位），第11、12位（共2位）；③由于信息产生在文本中间，所以我们可以通过mid函数来提取，mid函数需要三个参数，分别为哪一个文本（如A2），从第几位开始，总共要取出几位；④年龄的计算可以通过公式“今年的年份-生日年份”来计算，由于取出的年份是文本形式，不能进行数学运算，所以可以通过value函数将其转化。

在表格中完成：①计算生日年份、年龄和生日月份；②按照年龄进行排序（用rank函数）。

成绩转换

我们经常会需要将成绩转换为等第，等第转换有两种形式，同学们可以选择以下任一形式利用if函数完成。

转换方法一（较简单）

合格：>=60；不合格：<60。

转换方法二（较难）

优秀：>=85；合格：>=60（小于85）；不合格：<60。

教学实施及成效

1.课堂结构三部曲

从课堂实施来看，每节课主要分成三个部分。首先是对上一节课作业出现的问题进行集中反馈，接着学生自行观看微视频并做练习，教师会给出进度建议。如果在过程中教师发现有比较集中的问题，则会请学生暂停进行集中讲授，但这种情况非常少。

2.教学成效

从课堂状态看，学生都非常投入地观看视频并及时完成任务。从练习情况看，练习的完成度高，达成度总体较高。如图6中的三道题来源于第三单元“数据计算”中的文本运算符，学生会有两次答题机会，从图7中我们可以看出，对于第三、四两道题，学生的第一次答题正确率分别达到86%和82%，说明掌握程度较好。全班41位同学，而答题总数为46次，说明其中有五位同学答了第二次。但对于第五道题，学生第一次答题的正确率只有46%，笔者及时了解到学生对于两个“=”产生了困惑，于是便集中进行了讲解（如图6、图7）。

课后笔者对部分学生进行了访谈，从访谈中了解到，学生并不觉得课程难，虽然事实上整个课程的设计难度很高，有很多内容大大超出了课标的范围，但结合练习情况看，确实如学生所说，他们能够做出来。另外，当问到这种上课形式是否能够接受时，绝大多数学生表示能够接受，认为比教师集中讲解要好，只有个别学生说稍稍感到有点无聊。

教学反思

从整体来看，课程设计比较关注计算思维，特别是抽象和自动化、运算符和数据类型、对象和属性，其中函数特别能够体现计算机如何“自动”地完成任务，体现了自动化的过程。同时，由于采用了微视频的形式，使学生便于集中注意力、便于自我调整进度，从而降低了课程的难度。所以，从整体来看，课程的实施结果是令人满意的。

但还有一些问题引起笔者的思考。例如，对于这种课堂节奏，低年龄段的孩子会觉得有点无聊或没耐心，怎么办？学生看的时候绝大多数都能懂，练习也都能完成，但是容易遗忘，也就是说练习比较系统，但缺乏一定的巩固和提升，后续如何改进？在这样的课堂中，教师似乎是无事可做，那么课堂中教师的作用体现在哪里？这些问题笔者将在第二轮的实施中加以改进。