一种基于计算思维的中小学信息技术教师培训课堂教学模型建构
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摘要：中小学信息技术教师是学生计算思维形成的启蒙者，在中小学信息技术教师的课堂培训中，依据建构主义学习理论与教师的实际情况，确定恰当的教学策略，建构“教师为主导，学习者为主体，计算思维培养为主线”的课堂教学模型，使学习者在掌握知识与技能的同时，促进计算思维的升华。
中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）36-8345-03
2006年3月，美国卡内基·梅隆大学计算机科学系主任周以真（Jeannette M. Wing）教授在美国计算机权威期刊《Communications of the ACM》杂志上给出并定义计算思维（Computational Thinking）。[1] 计算思维概念的提出，标志着信息技术科学从前沿高端到基础普及的转型，改变了关于信息技术“狭义工具论”的观点。[2] 2010年11月，陈国良院士在第六届大学计算机课程报告论坛上所作的报告，第一次正式提出了将“计算思维能力培养”作为计算机基础课程教学改革切入点的倡议。[3]
当前信息技术教学融入计算思维，主要是指教学方法改革。其中，对计算机的认知能力和应用计算机的问题求解能力是计算机基础教学最主要的两个培养目标。[4] 计算思维从依托程序设计思想解决问题的角度出发，强调解决问题的方法、思路。当一个问题有解后，归纳总结解决问题的思路，抽象出解决问题的数学模型，思考还有哪些问题可使用相同的思维和方法来解。
中小学信息技术教师是中小学生信息素养形成的启蒙者，对中小学生未来计算思维与信息素养的形成将产生重要的影响。一方面，中小学信息技术教师，传授的知识技能主要以信息技术为主；另一方面，引导学生解决问题的手段与方法也是以运用信息技术手段为主。因此，要使中小学生的信息素养中具有计算思维，必需先使中小学信息技术教师具有计算思维的意识。因此，在中小学信息技术教师培训中，如何建构基于计算思维培养的课堂教学模型，具有一定的讨论意义。
1 构建基于计算思维的中小学信息技术教师培训的课堂教学模型的理论基础
中小学信息技术教师培训的课堂教学中，一方面学习的内容以信息技术的内容为主，有利于计算思维的开展与应用。另一方面，大部分课程运用信息化教学手段进行教学，信息化教学最大的优势在于建构教学情景，即将学习者置身于真实任务情景中；同时，中小学信息技术教师具有良好的专业技能与实践经验，具备研究性学习的知识、技能与经验，这些都有利于运用建构主义学习理论指导中小学信息技术教师培训的课堂教学。因此，构建基于计算思维的中小学信息技术教师培训的课堂教学模型的理论基础主要有两个，一是计算思维理论，二是建构主义学习理论。
1.1计算思维
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，以及人类行为理解的涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。计算思维具有设计、构造的特点，以抽象化与自动化为特征。[1] 人类的活动总是受到大脑思维的支配，因此在教育教学活动中，思维对人的知识获取、技能培养起着决定性的作用。那么，中小学信息技术教师运用信息技术知识技能的思维活动（即运用信息技术手段解决日常工作中的问题、传授信息技术知识的思维活动）属于哪种思维类型？根据思维过程中是以日常经验还是以理论、设计构造为指导，思维可分为实证思维、逻辑思维、计算思维三类。由于中小学信息技术教师应用知识技能的思维活动、以及主要从事的教学研究工作所运用的思维具有设计、构造的特点，同时具有抽象化与自动化的思维特征（即程序设计式的特征）。根据思维的分类与计算思维的含义，这种思维属于计算思维。培养具有计算思维的中小学信息技术教师，有助于不断更新教师的教育理念、思维方式乃至知识技能，带动中小学信息技术教学变革，将最新的思维方式传授给下一代。
1.2建构主义学习理论
建构主义学习理论认为“情境”、“协作”、“会话”和“意义建构”是学习环境中的四大要素，提倡在教师指导下，以学习者为中心的学习，强调学习者对知识的主动探索、主动发现和对所学知识意义的主动建构。建构主义学习理论的意义建构，是指学习者在更接近实际情境的学习中，以个人原有的经验、心理结构和信念为基础建构新知识，赋予新知识个人理解的意义。建构主义学习理论既强调学习者的认知主体作用；又不忽视教师的指导作用。明确教师是意义建构的帮助者、促进者。
2 基于计算思维的中小学信息技术教师培训课堂教学模型建构
2.1课堂教学模型建构的要素分析
运用建构主义学习理论，建构基于计算思维的中小学信息技术教师培训课堂教学模型需要关注“情境”、“协作”、“会话”和“意义建构”四个要素。
情境。学习环境中的情境是建构主义学习环境下教学设计的重要内容。基于计算思维的中小学信息技术教师培训课堂教学，在教师的引领和丰富学习资源的支持下，通过专题，为学习者进行研究性学习创造良好的学习情境。为学习者的协作、会话提供保障。
以专题为中心组织研究与学习，符合中小学信息技术教师的认知能力与实践经验。[5]由于中小学信息技术教师具有良好的信息技术专业背景与丰富的实践经验，同时，参训学习者有较高的学习需求，希望通过学习提高自己的专业、职业能力。这些基本因素，为运用建构主义学习理论以小组为单位进行专题协作学习提供了坚实的知识、技能支持，具备创建教学情境的先决条件。
协作。协作是在目标实施过程中，个人与个人之间的协调、配合、协商。基于计算思维的中小学信息技术教师培训课堂教学，小组学习成员围绕学习专题，以计算思维为意义建构的核心展开研究性学习。反复思考、探索信息技术条件下问题求解的思维过程与方法；商榷、讨论和辩论，通过思维的碰撞产生新的认知与思维的升华。
会话。会话是协作过程中的最基本的方式。基于计算思维的中小学信息技术教师培训课堂，学习小组成员之间通过会话，商讨如何完成规定的专题学习任务、制定研究计划。同时，每个学习者的思维成果通过会话为整个学习群体所共享。
意义建构。意义建构是整个学习过程的最终目标，建构的意义是指掌握事物的性质、规律以及事物之间的内在联系。在中小学信息技术教师培训课堂学习过程中，将计算思维作为意义建构的最终目标，帮助学习者建构对学习专题内容所反映的事物性质、规律以及该事物与其它事物之间内在联系的深刻理解。从而形成依托信息技术进行专题研究时问题解决的思维模式，即计算思维。
2.2 课堂教学模型建构的教学策略设计
课堂教学模型建构的总体思路是：依托建构主义学习理论与计算思维培养目标，首先教师以专题为切入点为学习者构建真实的教学情境，使学习者带着问题、任务进入真实的情景。其次在教师的指导下，学习者通过自身及相互间知识、技能、经验的再重组，运用约简、归纳、抽象等思维方式，抽象出解决问题的数学模型，实现知识、技能的迁移。在完成任务的同时，促进思维的升华。整个学习过程中始终强调学习意义的建构，即计算思维的建构。
结合建构主义学习理论，基于计算思维的中小学信息技术教师培训课堂教学策略设计着重关注以下6方面的问题：①以计算思维培养为学习意义建构的核心。②教学关系以学习者为主体，教师为主导。③学习活动具有个性化特点。④学习方式以专题为中心，以任务来驱动。⑤学习过程以协作、会话、共同建构为主。⑥学习成果具有创造性、创新性、典型性特征。
2.3 课堂教学模型构建
基于计算思维的中小学信息技术教师培训课堂教学，结合建构主义学习理论，构建“教师为主导，学习者为主体，计算思维培养为主线”的课堂教学模型，如图1所示。
图1 “主导-主体-思维”课堂教学模型
教学实施过程中，教师需要明确主题任务、确定学习活动的时间与进度，随时监督与引导学习者的学习活动。学习者则在教师引导下，以小组为单位进行探究合作学习，完成学习任务。教学模型强调教师的主导地位与学习者的主体地位，教师的主要作用是引领学习者的学习、为学习者提供学习支架，并积极参与到学习者的学习活动中；学习主体则通过“专题学习选择主题自主探究、合作学习成果展示交流评价检测修改成果创新提升”的主线展开学习；重视评价反馈。该教学模型，建议每4～6人组成一个学习小组，在教师的引领下以小组为单位协作学习。具体教学过程可通过以下步骤来实施：
①教师以专题的形式，全面讲解，提供学习讨论的主题。教师从理论与实践的全局，阐述研究主题的全貌、最新发展方向、研究热点等，引领学习者的学习，使学习者形成概念并掌握一定的基础知识；为学习小组提供可选择研究、讨论主题，供学习小组选择；鼓励学习小组自定研究主题。
②选题。学习小组根据成员的自主意愿，选择1个研究专题。
③自主探究。在教师的引导下，学习小组依据讨论主题，应用教师提供的学习支架，结合自己的实际工作经验、专业知识，围绕主题查找资料、文献，进行自我探究以及小组内部研讨、合作学习，并形成统一的小组研讨成果（观点、结论、方法、方案）。总结分析解决问题的思维过程，达到探究学科知识与提高计算思维的目的。
④展示交流。以小组为单位在全班展示自己的研讨成果，交流各自的收获与心得，发挥人才资源优势，通过归纳、约简，阐述问题求解的思路、方法、算法设计。使学习者能共享相互之间的研讨成果，达到共同进步的目的。
⑤评价纠错。各小组间相互评价，学习者学会正确评价的方法；共同研讨，肯定正确的方面，改进不足之处；完善成果，抽象出正确解决问题的思路，使学习者在知识、技能、思维等方面得到检验与提高。
⑥创新提升。通过前面的学习，在教师的引领下，对所学知识内容进行拓展升华，总结经验，理清思路，提高认识，形成此类问题解决的数学模型，并且能创造性地运用所学知识、计算思维解决新问题。
该课堂教学模型中，强调学习者计算思维的培养。即在学习的每个环节，重视学习者分离、归纳、递归、约简、抽象等思维方法的运用与提炼。通过具体知识、技能的合理运用，总结出运用信息技术解决一般问题的思维模型（算法），提倡思维模型的建构与拓展。其中步骤①、②可以为学习者创造良好的学习情境；步骤③、④、⑤为学习者协作、会话提供有利条件；步骤⑥实现最终意义建构。通过该课堂教学模型的六个步骤的教学活动，可以达到计算思维的培养、了解学科当前的研究热点、加强专业技能的应用培养、提高职业素养、建立良好的交流平台与智盟资源的教学目的。
3 结束语
基于计算思维的中小学信息技术教师培训课堂教学模型优化了教学过程，紧紧围绕计算思维的培养展开，使教师、学习者、教学内容与计算思维培养有机的结合起来，既体现了教师的主导作用，又充分发挥学习者的主体作用，同时强调了学习者的计算思维，是一种符合学习者（信息技术在职教师）认知特点的课堂教学模型。
建构合理的课堂教学模型进行中小学信息技术教师的培训，可促进教师教育理念、计算思维的全面提升，促进教师专业知识与专业技能的进步，提高教师运用信息技术解决教学重点与难点的能力，使教师的计算思维能力、教学设计能力、教学操作能力、教学监控能力和教学反思能力得到全面提高。
参考文献：
[1] 何钦铭，陆汉权，冯博琴. 计算机基础教学的核心任务是计算思维能力的培养[J]. 中国大学教学，2010（9）： 5-9.
[2] 姜永生. 基于大学计算机基础课程的计算思维培养的教学模型研究[J].电脑知识与技术，2012，8（14）：3316-3318.
[3] 冯博琴. 对于计算思维能力培养“落地”问题的探讨[J]. 中国大学教学，2012（9）：6-9.
[4] 牟琴，谭良，吴长城. 基于计算思维的网络自主学习模式的研究[J]. 网络教育与远程教育，2011（5）：53-59.
[5] 王增海.做好骨干教师省级培训工作的三个步骤[J]. 师资建设，2009，22（16）：15-16.