研究案例|郁晓华:流程图支持下的计算思维培养实践研究

网友投稿 2019-10-23 13:58

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笔者在以往的编程教学实践中,曾探索多种方法致力于培养学生的计算思维能力(问题识别、问题分解、抽象、问题解决),尝试通过项目教学将课程分为多个项目,每一个项目拆解为多个子任务,学生完成所有子任务的同时即实现了项目目标。

但在问题分解环节,却一直未能找到合适的方法提高学生问题分解意识及能力,学生在接下来的学习中盲目进行编程开发(方案的实施环节),长此以往并不利于计算思维能力的培养。

一、思维可视化是计算思维培养的前提

郁晓华等人基于现有计算思维能力培养的困境,提出:能否引入一种思维加工的辅助工具,用以记录并显性化呈现学习者的思维从识别问题到形成方案的全过程,从而更好地帮助师生理解学习中的过程性信息,进而有针对性地加以评价和调整,使计算思维的发展回归核心本质?

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二、利用流程图为计算思维“发声”

在郁晓华等人的研究中,基于工程设计的问题解决视角,围绕项目主题,使用流程图作为“思维发声”支架,聚焦于学习者的思维加工过程和方法习得。

表1 计算思维与流程图的映射关系(杨超培,1999;DeCaprio,1981; lzu&Weerasingle,2014)

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图1 流程图支持下的计算思维教学过程

研究对象

上海某中学6年级~8年级的学生,共19人(6年级5人,7年级8人,8年级6人)

研究过程

借助App Inventor(可视化编程工具软件),利用流程图作为思维过程的承载工具,开展18课时3主题的项目式编程教学。

实验评价方式及数据处理

(1)流程图的数据(每个项目满分12分)

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表2 评分过程案例表

(2)前后测的数据

试卷参考Román-González等(2017)所编制的计算思维测试题,从算法、逻辑思维和抽象三个角度客观反映学生计算思维在认知层面的发展变化。

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图2 计算思维测试题题例

(3)App作品的数据

从作品的基本完成情况、功能的拓展创新情况等方面考察学生的计算思维在操作层面上的变化。

(4)作品反馈问答的数据

学生的自我评价,对所学问题解决的计算技术与方法的表述,以及技术和方法的可迁移性思考。

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图3 反馈问答示例图

三、手绘思维导图是值得尝试的途经

该研究初步证明了这一方式能够有效促进学习者计算思维中问题识别、问题分解、抽象、算法和逻辑等维度的发展,其中对流程图得分高或得分提升幅度大的学习者的促进效果更加显著。

笔者在接下来的编程教学中,将会尝试让学生手绘思维导图构建问题的解决思路,并在此基础上进行编程开发。

但是由于学生的认知能力水平有所差异,在最初教学时,应提供给学生一个支撑框架,帮助学生厘清问题解决思路;同时,项目任务的拆解也应具有一定的顺序性和逻辑性,能够帮助学生不断发现问题,并解决问题。此外,该篇文章中的四种评价方式也能帮助笔者更好地评估学生计算思维能力的提升情况。

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