以计算思维为导向的混合式学习模式的研究与实践

王静+卢雪松+杨晓秋

摘 要： 混合式学习（B-Learning）将传统课堂学习（C-Learning）和网络学习（E-Learning）的优势相结合，是高校教学改革的重要研究方向。本文在混合式教学中引入计算思维理念，设计以计算思维为导向的混合式学习模式，并在本校的计算机基础课程中进行教学实践和效果分析，以期为其他研究者开展混合式教学实践和研究提供借鉴。

关键词： 混合式学习 计算思维 学习模式

一、引言

随着物联网、云计算、大数据等新概念和新技术的出现，各个学科领域发生了一系列变革，改变了人们对计算与计算机的认知。新时期的计算机应用能力培养，仅仅掌握几项具体的应用技能是远远不够的，必须对计算及计算机科学的思维形式有较为深刻的理解。加强对计算思维的严格培养，才能使学生走向社会后，具有良好的应用计算机解决问题的思维习惯。

如何在计算机教学中融入计算思维理念，培养学生的计算思维能力，成为计算机教学研究的焦点和改革的突破点。随着构建终身学习型社会理念的提出及网络多媒体技术的高速发展，教育领域产生并发展了新的教学理念——混合式学习。在这一新的教学理念的指导下，我们对本校的计算机基础课程进行教学方式的改革与创新，以解决现阶段教学中存在的一些问题，强化教学效果。

二、混合式学习及计算思维

（一）混合式学习。

随着E-learning在教育领域的扩展和作用延伸，推动了教育理念的革新，思想的变革与发展。基于E-learning的理念，教育领域产生并发展了新的教学理念——混合式学习[1]。混合式学习就是“一种将面授教学与基于技术媒介的教学相结合而构成的学习环境”[2]，它借助面授教学与基于技术媒介的教学这两种学习模式的优势重新组织和实施教学活动，以达到提高教学效率的目标。在国内教育技术界，北师大何克抗教授认为，混合式学习“就是要把传统学习方式的优势和E-learning的优势结合起来”[3]。

新媒体联盟2015地平线报告高等教育版，在短期趋势中也提出了混合学习的广泛应用[4]。“混合式学习”（Blended Learning）是在线学习和面授相结合的学习方式，从本质上讲，混合学习是把传统学习方式的优势和网络化学习（E-learning）的优势结合起来进行教学。也就是说，在教学中既要发挥教师的引导、启发、监控教学过程的主导作用，又要充分发挥学生作为学习主体的主动性、积极性和创造性。它借助面授与网络这两种学习模式的优势重新组织教学资源、实施学习活动，把这二者结合起来，使二者优势互补，以达到最佳学习效果。

（二）计算思维。

2006年3月，美国卡耐基梅隆大学教授、美国基金会（MSP）计算机和信息科学与工程部（CISE）主任周以真（Jeannette M.Wing）教授，在美国计算机权威刊物《Communications of the ACM》上，首次系统提出了计算思维的概念[5]。周教授认为，计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。计算思维概念一经提出，立即得到我国各界的广泛关注，计算思维的思想迅速在科技界与教育界蔓延开来，改变着当今社会广泛认同的一些理论和认识。

三、以计算思维为导向的混合式学习模式的设计

随着信息技术在教育中应用的不断普及与深化，学校的学习环境与学习方式正在发生巨大变化，特别是大学教育阶段，充分整合各类平台与资源，形成全方位立体化教学，为混合式学习的展开提供了必要的硬件支持。大学阶段的学生在智慧、情感、认知等方面都达到相当成熟的水平，具有相对较高的知识经验水平和比较充分的学习经历，有一定的自主学习能力，能够较好地把握学习进度，为混合式学习的实现提供保障。

以计算思维为导向的混合式学习模式，是学生在混合式学习环境中，通过教师对各种学习资源与学习环境的优化，对学习活动的组织、监督及对学习过程的帮助，运用计算思维的方法进行知识与方法的获得、知识内容的拓展迁移与内化的学习过程模式。它以计算思维理念为指导，综合运用计算思维方法，让学生在教师的辅助下自主完成知识的建构，提高学习效率，优化学习效果，并最终提升学生计算思维能力的新型学习模式。

以计算思维为导向的混合式学习模式以任务为主线将学生和教师连接起来，结合计算思维的方法，教师对学生的学习过程进行直接的指导、监控和评价，辅助和引导学生运用计算思维的方法有效地进行知识的建构与内化过程。通过一系列计算思维方法，如递归、关注点的分离、启发式推理、仿真解决抽象问题、抽象解决分离任务、简约任务、转换任务等，在设计好的问题和混合式学习的立体化环境中，达到高效率的明确任务并完成任务，达到知识的迁移与内化，最终获得计算思维及创新能力的提升。

四、以计算思维为导向的混合式学习模式的实施

在以计算思维为导向的混合式学习模式中，整个学习过程主要由学习准备、明确任务、完成任务、共享交流和能力提升等环节构成。与此相对应的，教师的辅助环节主要围绕组织和实施学生的学习活动展开，包括教学准备、设计并呈现任务、实施任务及总结评价等。

（一）学习准备，明确任务。

在大学计算机基础课程学习中，学生应首先了解计算思维的基本概念与方法；教师应熟悉计算思维的基本概念与方法，同时要保证学习环境的友好、优秀，学习资源的有效、优质。学生与教师共同对问题进行提炼。

我们以排序算法为例。学习排序首先要了解什么是排序，进而了解排序中所涉及的关键动作，这些关键动作可以通过什么样的方式实现等。这样反复地启发式推进，逐步得到解决问题的关键，即比较与交换是排序算法中的关键。

在上述问题提炼的过程中，教师利用计算思维的启发式推进、关注点分离等方法，帮助学生分析收集整理的学习资源，一步一步地自我启发，循序渐进，最终得到排序问题解决的关键。

（二）解决问题，完成任务。

该环节学生在教师的辅助下继续补充、整理和分析学习材料，并进行深入研究，同时学生之间相互协作，最终获得问题的解决。

我们以“十个不同随机自然数的从小到大排序”这一问题的解决为例。上一环节，学生在教师指导下，了解到排序算法的关键是比较和交换的正确完成。这一环节运用计算思维中递归思想和关注点分离的方法，我们对十个不同随机自然数的排序问题进行分解。关注点先由十个不同随机数的比较排序转换为两个不同随机自然数的大小比较和排序问题，进而拓展最基本的排序算法至十个不同随机自然数的从小到大排列，完成—趟排序使十个自然数中最大的一个排至数据列的最末端。按照相同的方法，将十个不同自然数中第二大的数交换至倒数第二个，以此类推，第三大的数交换至倒数第三个，直到完成十个不同自然数的排序。学生按照相同的原理最终获得十个不同随机自然数的从小到大排序过程的流程图。

在教师的辅助指导下，学生之间需要进一步的交流协作，充分运用计算思维的方法深入分析问题，分别对自己解决问题的方法提出质疑并校验，最终获得十个不同随机自然数的排序问题的精确解决方法。学生通过运用计算思维进行问题分解、构建数学模型并解决问题，充分发挥学生的学习主观能动性，可有效地促进学生对知识的建构，优化学习效果，对提高学生的解决问题能力、计算思维能力有显著的促进作用。

（三）共享交流，知识拓展。

为了使学生拓展知识范围，进一步掌握同类问题的解决方法，学生在教师的组织和帮助下巩固练习、交流共享研究型学习成果，通过学习其他解决方法，拓展学生的思维空间。该环节的关键在于学生在教师的协助和指导下，更深层次地分析问题，挖掘学习资源及其他相关信息巩固学习成果，并与其他学生共享，最终达到举一反三，拓展思维空间，提高计算思维能力。

在大学计算机基础课程的学习过程中，学生可通过课程学习网站了解所有人的问题解决策略及方法，教师组织学生之间进行小组协作和成果交流，学生之间相互学习。在对排序问题解决的过程中，学生充分发挥自己的想象，深入学习探究，形成了多种不同的排序方法，涉及简单选择排序、冒泡排序、简单插入排序等多种排序算法。

通过学生的巩固练习和学生之间的交流，学生不仅能够很好地掌握自己发现的解决排序问题的方法，而且能了解其他有效解决排序问题的策略和方法，增强学习效果，拓展思维空间，对学生计算思维能力的培养起到推动作用。

（四）反思评价，能力提升。

该环节中，学生与教师就整个学与教的过程进行总结、评价和反思，运用计算思维的方法对学习过程中的关键点进行总结性概括，为学生今后的学习过程和教师有效的教学辅助提供指导。学生通过反思自己的学习过程，整理知识点，形成知识体系，构建有特色的一套学习方法和学习模式，达到知识内化并能够熟练应用于解决实践问题，获得解决问题能力、计算思维能力与创新能力的提升。

在大学计算机基础教学过程中，教师对学生的学习过程进行过程性评价，学生可以回归学习网站自主监控学习过程中每个环节的评价结果。学生可参考教师的实时评价，反思自己的学习过程，发现学习过程中的优点及出现的问题，发扬优点，及时解决问题，为今后学习过程的高效展开提供指导。教师可通过对学生学习各个关键环节的学习信息的提取分析和总结评价，反思整个教学指导过程中的优点与不足，为以后的教学指导过程有效地展开提供参考。

在以计算思维为导向的混合式学习模式中，教师不再是知识的传授者，而是学习资源的主要选择、重组和优化者，是学习环境高效性的主要维持者，学生学习活动的设计、组织、实施和监督者，学生学习的辅导者。该模式充分体现了学生的学习主体地位，发挥了学生的主观能动性，学生能够积极主动地收集、选择、重组和优化各类学习资源，并深入学习和交流，获得问题的解决方法。在教师的组织和指导下，通过多种形式的巩固练习和共享交流，促进知识的内化和思维空间的拓展，有意义地建构知识体系，使知识能够被熟练地应用于解决实际问题，提高学生的问题解决能力。在总结和反思整个教学过程中，梳理知识内容，构建或完善具有个体特色的学习模式。

五、结语

在以计算思维为导向的混合式学习模型指导下展开的计算机基础课程教学，不但提高了学生的学习积极性，更重要的是有效提高了学生的计算机应用技能、问题解决能力和计算思维能力等，培养学生初步形成正确的“思维”方法，有效提高学习者的综合能力和素质，也为我们今后进一步深化立体化混合式教学改革提供相应理论依据。

参考文献：

[1]曾苗苗.基于混合学习的“现代教育技术”公共课教学方式改革研究[J].中国教育信息化，2012（21）：57-59.

[2]Graham，C.R.Blended learning systems：definition，currenttrends，and future directions. In Handbook of Blended Learning：Global Perspectives，Local Designs[M].edited by C. J.Bonk and C. R. Graham，San Francisco，CA：Pfeiffer Publishing，2006：3-21.

[3]何克抗.从Blending Learning看教育技术理论的新发展（上）[J].中国电化教育，2004（3）：1-6.

[4]龚志武，吴迪，陈阳建，等编译.新媒体联盟2015地平线报告高等教育版[J].现代远程教育研究，2015，（2）：3-22.

[5]Jeannette M. Wing. Computational Thinking[J].COMMUNICATIONS OF THE ACM，2006，Vol.49（3）：33-35.

基金项目：扬州大学广陵学院2015年立项教改课题“基于微课的混合式学习研究”，项目编号为JGYB15003，2015；地方综合性大学计算思维与大学计算机课程改革与教材建设（2014-A096），教育部高等学校文科计算机基础教指委，2014.12。