刘琼， 史诺， 杨鹏(.杨凌职业技术学院 信息工程分院，杨凌 700；.杨凌职业技术学院 机电工程分院，杨凌 700；.西北农林科技大学 机械与电子工程学院，杨凌 700)

面向计算思维能力培养的移动设备情境创设

刘琼1， 史诺2， 杨鹏3
(1.杨凌职业技术学院 信息工程分院，杨凌 712100；2.杨凌职业技术学院 机电工程分院，杨凌 712100；3.西北农林科技大学 机械与电子工程学院，杨凌 712100)

为了提高杨凌职业技术学院计算机专业学生的计算思维能力，依据建构主义的学习理论，综合“互联网+高职教育”的特点，利用移动设备进行了课堂教学的情境创设。该方法通过引入二维码技术，将教学视频、教学内容、拓展学习资料等制作成二维码卡片，学生通过移动设备扫描二维码从而感受到虚拟的学习环境。结果表明：改革对教师和学生都产生了积极影响，不仅促进了课堂教学的根本性变革，而且为学生的发展创造了新的机遇，有助于提高人才培养的质量。

计算思维； 教学情境； 情境创设； 互联网； 移动设备； 二维码

Abstract： To improve the computational thinking abilities of our computer science students in authors' universityes, the classroom teaching situations using mobile devices were created on the basis of constructivism theory and the characteristics of Internet and higher vocational education to improve students’ computational thinking abilities. By introducing the two-dimensional codes, the teaching videoes, contents and expanding learning materials were programmed into two-dimensional cards. Students felt the virtual learning environments by scanning the two-dimensional code using mobile devices. The results show that it has a positive impact on both teachers and students. Not noly does it promote the fundamental changes in classroom teachings, but also it creates new opportunities for students. It helps to improve the quality of personnel trainings.

Keywords： Computational thinking; Teaching situations; Situation creations; The Internet; Mobile devices; Two-dimension code

0 引言

计算思维是指运用计算机科学的思想来进行问题处理的思维方式。在信息时代，计算思维的应用已不仅仅局限于计算机领域，在生活生产的众多领域中，它提供了求解问题的有效方法和手段[1-2]。提高学生的计算思维能力是计算机职业教育的核心目标，依据建构主义学习理论，综合“互联网+高职教育”的特点，《C语言程序设计》课程教学组提出了采用移动设备创建学习情境，培养学生计算思维能力的策略，并于2016年春季开始对信息管理13016班学生进行教学改革与实践，取得了初步成效。

1 情境学习理论

情境学习理论的主旨思想是在应用情境中，学习者与学习环境之间产生交互，进而推动学习者掌握知识与技能[3]。在传统程序设计课程的教学中，教师及学生都将大量精力聚焦于语法结构，而琐碎、枯燥的语法细节与应用情境并没有进行耦合，导致程序设计思想没有得到应有的重视，教学效果差强人意。

学习情境可以是真实环境，也可以是虚拟仿真环境。在现有的课堂理论教学过程中，创建虚拟的仿真学习情境是较为经济、也是较为容易组织实施的方式。因此，在《C语言程序设计》实际教学中，创建帮助学生理解的语法结构、语法规则等内容应用情境，引导学生个体体会程序设计的思想，才可能促进学生的编程能力的提高，培养其具有一定的计算思维能力去解决实际项目。

2 情境构建

课程教学组以生活、工作中的情境为原型，经过难度简化、细节删除后，创建了体重指数的计算、华氏温度与摄氏温度的转换、某年某月所含天数的计算、九九乘法口诀表的输出、猜数字游戏、学生成绩管理系统等学习情境，结合教材中的顺序结构、分支结构、循环结构、函数、指针等内容对学生进行程序设计课程的教学，并鼓励学生发挥主观能动性进行自由探索。

如何将学习情境用简单、易懂的方式表达出来也是我们面临的难点，经过多方搜资调研与讨论，我们确定以RAPTOR软件为切入点，利用它基于流程图的可视化编程开发的特点，针对所设计的情境进行算法流程设计和运行验证，为教学提供虚拟仿真环境的实验平台。RAPTOR流程图可以直观地创建和执行，对学习者语法的要求可以降低至最低限度，因此学生的注意力可以最大限度跟踪流程图的执行过程，潜移默化的培养计算思维能力[4]。因为RAPTOR流程图可以很方便的生成C#、C++、JAVA等高级程序设计语言或exe可执行程序，因此学生在关注流程图的同时，可以将语法等琐碎内容融入整个程序中理解，达到“既见树木，又见森林”的效果。

课题组将创建的虚拟学习情境都利用RAPTOR进行了流程设计，例如学生成绩管理系统中的根据学生的成绩给出相应的考核水平等级的流程图，如图1所示。

图1 学生考核水平等级的流程图

并将流程图在RAPTOR中运行以确保流程图中程序逻辑的正确性。所有的创建过程都录制了微视频，清晰表达了程序设计思想。

3 移动设备情境再现

纸质教材是支撑传统教学的教育资源最普遍的载体，但是内容封闭、单一，将我们所创建的教学视频、教学内容、拓展学习资料等与纸质教材相结合形成复合学习材料，才能将学习情境表现出来构成增强型学习环境[5]。

3.1 二维码技术的引入

二维码是采用特定的几何图形按一定规律在平面上分布的黑白相间的图形。其技术原理是利用与二进制相对应的几何图案来表达计算机内部逻辑 “0”和“1”，从而表示出相应的文字数值信息，并可通过图像处理设备和光电扫描设备来实现信息的自动处理。由于二维码在横向和纵向两个方位同时表达信息，因此存储量大，且可靠性高、可存储图片、视频、声音等信息。因此近年来，二维码技术在安检系统、证件管理、医疗医药等领域都得到了广泛应用[6-8]。

将二维码应用在教育当中是在信息化教学环境下出现的新模式，目前开展的基于二维码的多媒体学习主要聚焦于应用模式研究和学习效率研究两个方面[9]。我们经过初步分析后认为，随着技术的不断进步，诸如智能手机、平板电脑的成本不断降低，已在学生群体中普及，学生上课玩手机的现象已成为困扰现代教育的一个难题，将二维码技术应用在教学中，在wifi环境下学生利用智能移动设备的摄像头对准二维码进行扫描，就可以快速链接到存储在网络上的教学资源，这样就可将手机的定位从玩具转变为移动学习平台，不仅可以实现情境再现，而且有效缓解了学生利用手机娱乐的依赖性。

3.2 二维码的制作

3.2.1 课程网络平台的建设

虽然可以将教学视频上传至视频网站并通过审核后生成二维码，但是为了做到教学资源的集中、完善，最有效的方式是建设课程网络平台，我们将教学视频、图片、动画、教学内容、拓展学习资料等教学资源上传，并按照知识点与技能点进行归类，每一个单独的学习资源都会对应一个具体的URL地址，便于教师进行资源管理。

3.2.2 二维码生成

二维码是移动互联网的入口，利用移动设备进行情境创设需将每个资源对应的URL地址进行编码。二维码的编码的生成需要进行数据分析、数据编码、纠错编码、构造最终数据信息、构造矩阵、掩膜、处理格式和版本信息等流程，需要专业人员来完成，为了提高效率，可利用网络上免费的二维码生成器进行编码。目前，国内应用较多的有草料二维码生成器(http://cli.im)、联图二维码(www.liantu.com)、微微在线二维码生成器(http://www.wwei.cn)等，只要将每个要展示的学习资源的URL地址输入到上述网站对应的输入框后就可直接生成二维码，即时输入即时生成[10]。

3.2.3 卡片制作

由于二维码的纠错能力强，利用点阵、激光、喷墨等常见的打印技术制作的二维码即使破损、沾污的面积达到50%，也能正常读取完整的信息，且二维码可转印至纸张、PVC、金属等材料表面，对于印刷介质要求不高。铜版纸由于色彩还原度好、厚度适中，因此我们采用的做法是将生成的二维码图片保存，在WORD文档处理软件上进行排版设计后打印至铜版纸制成的小卡片上，卡片可重复利用。总体来讲，二维码卡片制作成本低、简单易用。

3.3 二维码的识读

二维码的识读设备有扫描枪、读取器等，纸张上印刷的二维码只需在智能移动设备上安装相关的应用APP，扫描后就可实现视频的播放和各种资源的呈现。能够实现二维码识读的移动应用有很多，学生最常用的是微信的 “扫一扫”功能，在WIFI覆盖的条件下，可以快速识读二维码，并流畅呈现虚拟的学习情境。学生在学习过程中扫描二维码，如图2所示。

图2 学生扫描二维码

3.4 教学应用

移动设备情景再现模型将《C语言程序设计》课程的教学过程分为以下4个阶段：课前预习、课堂教学、课后巩固和学习评价。每个阶段都有相应的学习任务。

3.4.1 课前预习

在教学内容正式实施之前，教师就布置课前的预习任务。教师将制作好的二维码卡片提前分发给学习小组并提出项目任务，学生利用智能移动设备(如手机、平板电脑等)对二维码卡片进行扫描，从而获取学习资源。通过与学习情境相关的微视频的观看，真实的图片与场景再现会使学生对于教师提出的项目任务建立宏观印象，使学生对将要学习的知识点有了较好的认知，同时，学习资源的动态呈现也提高了学生的学习兴趣，有助于提高学习效率。

3.4.2 课堂教学

课堂上，教师进行教学任务的分析，详细讲解具体实施过程，学生扫码后参照RAPTOR流程图与教师的实际讲解来把握解决问题的主体框架与脉络；最后，再扫描相应的二维码卡片来观看程序的实际应用效果。在教学实施中，通过移动设备以二维码为纽带将实际情境、网络空间与课堂空间有机串联起来，实现了课堂中的情境再现，学生的学习兴趣和乐趣被充分调动起来。

3.4.3 课后巩固

学生在课后巩固阶段，可以自行扫描教师分发的二维码卡片，实现教学情境的再现；同时，学生也可以利用自己的闲暇时间，碎片化学习相关知识点从而提升教学效果。

4 应用效果评价

4.1 教师自评

在互联网+的时代大背景下，利用移动设备进行课堂教学的情境创设为教师带来了颠覆性的变化，不仅促进了教师对教学内容、教学资源、教学方式等内容做出了根本性变革，而且为教师的发展创造了新的机遇，课程教学组6位成员应用此教学模式后进行自评，从有用度、易用度、适用度三个维度进行考察，统计结果，如表1所示。

表1 问卷调查统计结果

从统计结果中可以得出教师对于这种教学模式变革较为满意，且自身能力可以胜任课程改革的需求。

4.2 学生评价

我们对学生进行了问卷调查，并对调研数据进行了信度、效度检验，整体信度克朗巴哈系数值为0.855，内部一致性较佳；同时，结构效度值都在0.5以上，说明问卷的设计较为理想，结构良好。问卷调查结果简单总结如下：(1)授课方式较新颖，具有吸引力；(2)创造出的学习情境有助于激发学习兴趣；(3)课后也可以通过扫码便捷浏览学习资源，操作便捷。但是，有个别学生反应对于该模式不适应，主要表现在课堂上交叉使用教材与移动设备，教学组织与实施稍显混乱。对于学生反应的不足之处是课题组以后需要着重改进的地方，增强复合学习材料的一体化建设。同时，我们用随机抽样的方式对采用新模式与传统模式的授课班级进行了技能测试，新模式下的学习者编程能力明显强于传统模式的学习者，计算思维能力已经初步形成。

5 总结

我们以《C语言程序设计》课程为对象，应用移动设备创设学习情境，综合应用了RAPTOR、课程网络平台、二维码技术等进行课程改革，并对课改效果进行了分析，可以形成如下初步结论：

1.利用移动设备进行情境创设在互联网+的时代背景下技术成熟、简单易用，将其引入程序设计课程教学中的可操作性强。

2. 利用移动设备进行情境创设对教师与学生都产生了积极影响，有助于提升高职计算机类专业学生的计算思维能力，提高了人才培养质量。

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SituationalCreationsintheAbilityTrainingofComputationalThinkingbyUsingMobileDevices

Liu Qiong1, Shi Nuo2, Yang Peng3
(1. College of Information Engineering, Yangling Vocational & Technical College, Yangling 712100, China; 2. College of Mechanical & Electrical Engineering, Yangling Vocational & Technical College, Yangling 712100, China;3. College of Mechanical and Electronic Engineering, Northwest A&F University, Yangling 712100, China)

G712

A

2017.01.08)

陕西省职业技术教育学会2016年度教育科研规划立项课题项目(SZJY-1604)。

刘 琼(1984-)，女，西安人，硕士，讲师，研究方向：职业教育理论与实践等。 史 诺(1985-)，杨凌，硕士，讲师，研究方向：职业教育。 杨 鹏(1990-)，青岛，硕士，助教，研究方向：思想政治教育。

1007-757X(2017)09-0018-03