巧用OnlineJudge，培养计算思维

摘要：计算思维作为信息技术学科核心素养之一，是信息化社会中数字公民所应具备的重要素养，但在传统班级的统一授课制中，由于学习能力差异大，学生难以发展潜能形成真正的计算思维。鉴于此，文章提出利用Online Judge（在线评测平台OJ）进行计算思维教学的模式，利用OJ实现寻找不同层次学生的最近发展区，同时采用小组形式合作学习，实现因材施教、培养计算思维，并结合教学实际情况说明效果。

关键词：Online Judge;计算思维;最近发展区;小组合作

计算思维内涵及培养存在的问题

2006年美国卡耐基梅隆大学周以真教授将计算思维定义为：一种运用计算机科学基本概念求解问题、设计系统和理解人类行为的方式，并强调是每个人的基本技能。[1]2011年，美国国际教育技术协会将计算思维界定为具有以下特征的问题解决过程：界定问题、分析数据、抽象表示、设计算法、形成解决方案并能够迁移到其他问题的解决中。[2]在我国《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》中，计算思维成为信息技术学科核心素养，强调运用计算机科学领域的思想方法，形成解决方案的一系列思维活动。[3]加强以计算思维为核心的计算机科学教育，提升全民数字素养，提升国家未来信息技术实力，已经成为世界共识。

2016年，美国实施“为了全体的计算机科学”（Computer Science for All，简称CS for All）计划，开展K-12的计算机科学教育。2013年英国政府颁布国家计算课程的目标及框架，强调在K-12教育阶段要发展学生分析、解决问题能力，培养设计和计算思维。新西兰从2011年开始实施“编程与计算机科学”等五项数字技术核心学习。我国在K-12阶段计算思维培养主要通过信息技术课程实现，以算法为主。[4]

如何让学生拥有计算思维，是一线信息技术教师非常关注的问题。有学者给出具体的课堂教学案例[5]，有学者提出用项目方式研究真实问题，提升计算思维。[6]这些策略及实践都是面向所有学生进行统一的教学活动，而在现实的班级授课制教学中，学生的能力千差万别，课堂上教师往往缺乏足够的精力和时间去解答所有学生的问题，无法顾及学生的个性化学习需求，忽视学生“最近发展区”的问题，并最终体现在计算思维形成的缺失中。

OJ如何促进基于“最近發展区”的计算思维培养

“最近发展区”理论由维果斯基提出，指儿童独立解决问题的实际发展水平与在成人指导下或在有能力的同伴合作中解决问题的潜在发展水平之间的差距。好的教学应该处于“教学最佳期”（儿童现有水平与成人指导后可以达到的水平之间）。[7]

2012年，张浩斌从应用角度出发，设计并开发了基于开放云平台的开源在线评测系统HOSTOJ[8]（简称OJ），并开放了源代码。随后OJ被广泛应用于大学生程序设计竞赛中。2015年后，中学生算法教学开始引入OJ，2018年新课标颁发后，不少地区开始钻研基于OJ的Python算法教学。

采用OJ进行算法学习的好处是教师可以提前将不同难度的项目问题放在OJ上并设置在同一节课的教学内容中，学生根据自己的水平挑战合适难度的题目。OJ的算法题采用实时大数据评测，学生在OJ上自主提交自己的算法答案后就能立即知道对错，便于订正。整个学习过程都是学生自主进行问题分析、算法设计、程序编写并选择感兴趣的问题进行举一反三的练习。学生根据自己的水平选择合适难度的算法问题进行探究解决，实现了基于最近发展区的个性化学习，有助于计算思维的培养。

计算思维培养实践及效果

1.每节课提前准备不同难度的算法题

教师根据教学内容，准备不同难度的算法题，高一Python教学，分为顺序、选择、循环、函数等几个核心章节，针对每个章节，分别选择不同难度的题目。例如，在选择算法模块里，教师可以根据核心素养准备不同难度的项目问题（如右表）。

2.建构新知，根据大数据确定最近发展区

4个项目问题对应不同的计算思维水平，在教师讲授完if...else...格式特点后，学生尝试解决问题1，问题1解决体现出基本的选择型计算思维达成，50%的学生写不出问题2的求余函数，问题3学生因为问题2卡住了，就不敢继续探究，其实问题3非常简单，这里锻炼学生探究未知世界的勇气。到了问题4，读懂题目的含义非常重要，如果没有计算思维中界定问题的能力，问题4就很难下手，而大数据的实际情况也表明，问题4大约有60%的学生都无法找到入手点。

根据课堂大数据实时评测可以找到每个学生的最近发展区，有助于针对性地解决学生存在的问题。

3.提供微视频，根据学情自主或合作学习

教师将事先准备的微视频放在OJ平台上，学生解决第一个问题后，如果第二个问题遇到难处，可以自己查看微视频学习mod运算如何写。第二个问题顺利解决的学生可以直接进入问题3，挑战实际问题解决能力。同样，个别计算思维能力强的学生会提前进入问题4的挑战，也可以同伴互助讨论，或自主学习指导的微视频，成功后可以担任教师的助手，帮助班级其他同学完成对问题的解答。

基于OJ进行自主学习，学生自己选择合适的难度进行挑战，当遇到问题的时候，选择教师提供的支架微视频进行辅助突破，精准地挑战自己的思维难点，逐步培养计算思维。

4.针对课堂实时评价进行精准补偿教学

在学生自主学习的过程中，教师根据OJ平台上的大数据完成情况示意图实时了解学生的完成情况，OJ还提供了代码查看功能，教师可以实时将不同思路的算法代码分享给学生，过程性评价和表现性评价同步进行并嵌入教学过程中，培养学生的计算思维。同时，针对问题4可以在学生自主学习的基础上进行全班辅助讲解，帮助学生更好地分析问题，理解选择算法。本节课的反馈结果也可以作为下节课的学情基础，利用OJ寻找到每个学生的最近发展区，实现教—学—评深度融合。

总结与启示

因材施教不仅仅关注学生已有认知能力，更关注学生能够到达的最近发展区，在大数据时代，利用OJ可以快速测试每个学生的最近发展区，并根据需要提供自主学习的微视频，以促进学生计算思维的养成。实时的评价促进教学方式和教学进度发生巨大的变化，知识的建构从教师静态统一的构建转变为以学生为中心的自主动态变化的构建。期待大数据时代，基于数据的教学能够在每一个学科真正发生，减轻学生的学习负担，提高学习效率。

参考文献：

[1]Wing，J.M.Computational Thinking[J].Communications of the ACM，2006，49（03）：33-35.

[2]ISTE & CSTA.Operational Definition of Computational Thinking for K-12 Education[EB/OL].2011，252（06）：28-30.

[3]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.

[4]任友群，隋丰蔚，李锋.数字土著何以可能？——也谈计算思维进入中小学信息技术教育的必要性和可能性[J].中国电化教育，2016（01）：2-8.

[5]谢忠新，曹杨璐.中小学信息技术学科学生计算思维培养的策略与方法[J].中国电化教育，2015（11）：116-120.

[6]曹蓉.基于项目的信息技术学习——以《智能声控灯》一课为例[J].教育研究与评论（中学教育教学），2020（11）：55-58.

[7]王文静.维果茨基“最近发展区”理论对我国教学改革的启示[J].心理学探新，2000（02）：17-20.

[8]张浩斌.基于开放式云平台的开源在线评测系统设计与实现[J].计算机科学，2012，39（S3）：339-343.

作者简介：曹蓉，女，硕士，中学一级教师，江苏省南京外国语学校教师。

本文是江苏省教育科学“十三五”规划课题“信息学拔尖创新人才培养模式的校本探索”的阶段性成果（编号：B-b/2020/02/70）。