基于计算思维培养的翻转课堂混合教学模式研究

李微娜，富春岩，王雪萍，刘景顺，王皓杰

(1.佳木斯大学信息电子技术学院，黑龙江佳木斯154007；2.佳木斯大学教务处,黑龙江佳木斯154007；3.东北石油大学，黑龙江大庆163318)

基于计算思维培养的翻转课堂混合教学模式研究

李微娜1，富春岩1，王雪萍2，刘景顺3，王皓杰3

(1.佳木斯大学信息电子技术学院，黑龙江佳木斯154007；2.佳木斯大学教务处,黑龙江佳木斯154007；3.东北石油大学，黑龙江大庆163318)

该文针对非计算机专业学生的计算思维能力的培养，理论和实践相结合，将计算思维与翻转课堂教学方法相结合，构建了基于计算思维问题引导的翻转课堂混合教学模式，注重学生自主学习、团队协作、技术能力的培养，使学生具备独立分析问题、处理问题的能力，提高学生综合素质，使学生适应社会发展的需求。

计算思维；翻转课堂；混合教学

1 概述

党的十七大强调“优先发展教育，建设人力资源强国”的战略部署，提出“更新教育观念，深化教学内容方式……提高学生综合素质”。其核心是培养新一代“专业信息”的产业大军，其中信息技术的核心之一是计算机技术[1]，计算机基础课程作为计算机教育的载体，培养各专业学生综合素质，使学生适应社会发展的需要是教育教学改革的目标和方向。

本文的目的是针对非计算机专业学生的计算思维能力的培养，理论和实践相结合，将计算思维与翻转教学方法相结合，构建了基于问题引导的翻转课堂混合教学模式，加强学生自主学习、团队协作、技术和管理能力的提高，使学生增强独立分析问题、处理问题的能力。

2 计算思维

为落实《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006－2020年)》，切实加强创新方法工作，国科发财〔2008〕197号文件《关于加强创新方法工作的若干意见》提出，“科学思维不仅是一切科学研究和技术发展的起点，而且始终贯穿于科学研究和技术发展的全过程，是创新的灵魂”[2]。从人类认识世界和改造世界的思维方式出发，科学思维可分为理论思维、实验思维和计算思维。计算思维作为人类科学思维的基本方式之一，是用于问题解决、系统设计和理解人类行为模式的一种科学分析的思维，既可以与理论思维相结合处理解决问题，又可以与实验思维结合用于设计开发大型复杂的系统，还可以用来理解分析人类行为、计算能力、理解力和智力。

计算思维作为一种解决问题的方法，利用计算机学科的基础概念，实质就是通过缩减、嵌入、转化或仿真等方法，将一个看似复杂困难的问题重新构建成一个我们已知解决方案的问题。因此，计算思维包括分解问题、利用算法求解问题、抽象化和自动化解决问题。尽管计算思维是对计算机科学有广泛影响的思维工具，但是不仅仅是计算机领域，计算思维应是每个人都努力学习和使用的技能。Wing[3]提出计算思维的关键点在于对复杂问题的重新构建，实质就是选择正确的抽象化和自动化方式分解解决问题。Barr[4]将其细化，提出计算思维需具备的9个能力：数据收集、数据分析、数据描述、问题分解、抽象、算法与程序、自动化、并行和仿真。

计算思维是普遍存在的，是21世纪需要具有的基本技能之一，在多个领域中广泛应用，每个学生都应该具备这种分析能力；计算思维的普遍性使其成为其它学科极其重要的组成部分，比如统计学、生物学、化学和物理学等。Barr[4]提出对学生的学习和生活中计算的重要性，人们开始意识到使用算法和计算工具解决问题,并且大多数专业的学生未来工作会离不开计算思维。

因此，对于非计算机专业的学生，也同样需要具备计算思维能力，能达到潜移默化运用方法解决专业问题、生活问题、工作问题，成为综合型创新人才。

3 基于计算思维培养的翻转课堂混合教学模式

针对非计算机专业学生计算思维能力的培养方式，关键问题是激发学生的学习兴趣、调动学生学习积极性。传统课堂教学模式是教师逼迫学生学习，老师填鸭式讲授，学生被动式听讲，没有机会去思考和好奇，所以常常会出现注意力不集中，课下不复习等弊端；而翻转课堂则是老师和学生的角色发生转变，在学生自学的前提下，强调互动，需要学生做活动，遇到问题后老师提供帮助的教学模式，这样学生在课堂遇到问题和挑战，迫使其课下努力学习充实各类知识，所以增加了学生的学习动力和兴趣，提高综合素质，加深对所学知识的理解，加强灵活运用能力。

因此，本文提出基于计算思维培养的翻转课堂混合教学模式，目的是培养学生自读能力(读相关文字材料能力)、自学能力(看电子材料：如视频等的自我学习能力)、协作能力(小组分工)、表达能力(阐述剖析问题)，分析能力(运用计算思维处理问题)等，以适应当今世界人才需求。

我们提出了一个基于计算思维培养的翻转课堂混合教学模式框架，如图1所示，主要包括以下三个元素：基于数字化媒体(主要以微课视频形式)的自主学习(课前)、基于问题导向的翻转课堂(课中)、小组团队反馈(课后)。

图1 基于计算思维的培养翻转课堂混合教学模式

课前，教师先提前发布下节课内容的微课视频和相关资料大纲，发布需要学生小组讨论的相关问题，而后布置基本知识点考核测试的作业，要求学生在线提交时时反馈成绩；学生课前自学微课内容和相关资料，并在线提交测试作业，针对教师所提问题，以小组为单位分析、讨论、准备。此种方式可以培养学生对文字材料的收集自学能力和利用线上数字化资源自我学习的能力，然后通过讨论和阐述来强化学习成果，进而提高课堂效果。

课堂上，学生以5-6人为一组，将学生分为几组，课堂要求学生以小组为单位围坐一起。首先教师针对学生课前提交测试结果中学生掌握不到位的知识点进行简要概括讲解；然后学生围绕教师课前所提出的问题，以小组为单位，成员各司一职，简明扼要的阐述设计思路；而后，分组讨论；其它小组成员接下来互相提问评价；教师提问，概述核心知识点并对共性疑点问题解答；最后，教师总结。

课后，及时反馈。学生概括总结分析思路并提交，然后上传课堂问题的作业；教师在线个别辅导答疑，批改作业。

关键在以下几点：

● 学习资料(教材类文本资料、微课视频类的线上多媒体资料)学生课前是否自学完成，学习效果如何，可以通过在线测试作业来检测，并自动时时提交成绩。此办法与传统课堂(即仅仅只是教师讲解展示)相比，作用关键而且重要，不但培养学生数据收集能力和自学能力，还大大提高学生对内容的理解和深入，对学生的积极性是极大的鼓励。

● 小组形式目的是激发和展示出良性沟通、协作、时间管理、成员间彼此的相互依存和信赖、调整和协商的必要性，既可以培养学生团队精神，又可以激发学生积极性和协同学习的热情，激发学习兴趣，更是提高整体学员的参与度。

● 观点阐述和讨论互评是对学生问题分析、抽象、算法与程序、自动化能力的培养，并且可以提高学生知识的实践和应用能力，激发学生的学习热情，培养其深层理解分析、举一反三的能力进而提升创造能力。

● 翻转课堂强调的是个性化教学，因此对教师的要求很高，根据学生反馈的自学学习情况进行个体化差异备课，也就是说，对每个班级的备课内容都有差异。另外，课堂上内容是以课前问题为引导，需根据课堂上的反馈随时调整，这就需要教师具有丰富的知识储备和课堂把控能力。教师的作用是促进学生团队合作能力培养，引导学生计算思维的能力提升，提高学生问题的分析、抽象和自动化、最优化能力。

4 结束语

基于微课等多媒体形式的线上学习和基于计算思维的问题引导的翻转课堂混合式教学模式，与课堂实际操作活动相结合，起到了协同互补作用的，既可以提高学生当今社会必备的自读和自学能力(看视频资源和读相关文本材料)，又通过计算思维的培养增强了学生对问题分析处理思考的能力，进而对学生专业技术的学习和创新能力的培养起到一定作用,为提高学生综合素质打下坚实的基础。

[1]牟琴.基于计算思维的计算机基础课程教学与学习的模式研究与实践[D].四川师范大学,2012

[2]陈国良.计算思维：大学计算教育的振兴科学工程研究[EB/OL].https：//wenku.baidu.com/view/b9144a45336c1eb91a375d6a.html

[3]J.M.Wing.Computational thinking and thinking about comput⁃ing[J].Philosophical Transactions of the Royal Society,2008.7.

[4]Barr,V.Bringing computational thinking to K-12：What is in⁃volved and what is the role of the computer science education community[J].ACM Inroads,2011,2(1).

G642

A

1009-3044(2017)24-0118-02

2017-07-16

佳木斯大学教学研究项目(JYLA2013-08)

李微娜(1980—)，女，黑龙江佳木斯人，硕士，讲师，研究方向为计算机教育教学。