中學(xué)信息技術(shù)課程設(shè)計的實踐與探究電子教室在中學(xué)程序設(shè)計教學(xué)中的應(yīng)用研究

中學(xué)信息技術(shù)課程設(shè)計的實踐與探究電子教室在中學(xué)程序設(shè)計教學(xué)中的應(yīng)用研究

一、電子教室的定義目前，大多數(shù)高中課程都應(yīng)該使用電子教室。電子教室通?？梢苑譃槿箢?，一是純硬件的多媒體電子教室，二是純軟件的多媒體電子教室，三是軟、硬件結(jié)合的多媒體電子教室。因此，研究者對電子教室有不同的定義。有研究者認(rèn)為，“所謂電子教室，就是由許多電腦軟、硬件組成的電腦教學(xué)網(wǎng)絡(luò)，它有廣播、控制和監(jiān)看的功能”。也有研究者認(rèn)為，電子教室是一種教學(xué)軟件，其主要功能是在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行屏幕傳輸、屏幕監(jiān)看、程序控制、媒體傳送。由于這種電子教室軟件能夠有效地控制學(xué)生的計算機(jī)，并能夠快速、清晰地傳輸圖文與視頻，其已經(jīng)成為教師在網(wǎng)絡(luò)教室開展教學(xué)的必備工具。然而，隨著新課程改革的深入，中學(xué)的信息技術(shù)課堂也在發(fā)生變化，如何針對新型信息技術(shù)課程設(shè)計新型電子教室產(chǎn)品成為值得探討的課題。二、明確程序要求的問題2011-2012學(xué)年，江蘇省天一中學(xué)對其少年部（資優(yōu)學(xué)生部）的信息技術(shù)課程進(jìn)行教學(xué)改革，將程序設(shè)計內(nèi)容（基于Pascal語言）納入信息技術(shù)課程。因為程序設(shè)計課程內(nèi)容較多，同時對于沒有程序設(shè)計基礎(chǔ)的學(xué)生有一定的難度，因此，我們將課程按照難度不同分成初階、中階和高階三個階段。初階程序設(shè)計課程為期一學(xué)期，其主要目標(biāo)是幫助學(xué)生了解Pascal語言的基本語法和基本結(jié)構(gòu)，并使學(xué)生能夠讀懂基于基本語句的程序（一般不超過50行代碼）。中階程序設(shè)計課程為期半學(xué)期，要求學(xué)生能夠使用條件語句和循環(huán)語句進(jìn)行程序設(shè)計，解決簡單數(shù)學(xué)問題。高階程序設(shè)計課程同樣為期半學(xué)期，要求學(xué)生能夠根據(jù)已有的知識自行設(shè)計程序（例如解二元一次方程組、24點運算等程序）并提交作品。在教學(xué)實踐中，我們使用了極域電子教室，這是一款純軟件電子教室產(chǎn)品，在國內(nèi)中小學(xué)中被廣泛使用。它的主要功能有：屏幕廣播、監(jiān)控轉(zhuǎn)播、屏幕錄制、遠(yuǎn)程設(shè)置、遠(yuǎn)程命令、分組管理、隨堂小考、文件分發(fā)、分組教學(xué)、視頻直播、作業(yè)提交等。這些功能幾乎涵蓋了常規(guī)信息技術(shù)課所需要用到的所用功能，能夠?qū)⒔處熜枰驅(qū)W生演示的內(nèi)容與操作很好地展示給學(xué)生，同時教師也可以對學(xué)生進(jìn)行有效的控制。面對傳統(tǒng)的中學(xué)信息技術(shù)課程，功能豐富的極域電子教室游刃有余。但是，在程序設(shè)計課程中，通過一學(xué)年的教學(xué)實踐，我們發(fā)現(xiàn)，僅僅使用極域電子教室現(xiàn)有的功能雖然能夠應(yīng)付教學(xué)，但是有一定局限性。下文將通過兩個教學(xué)案例來具體闡述其局限性。1.選擇合適的程序，保證教學(xué)效率初階程序設(shè)計課程主要是幫助學(xué)生入門，由于大多數(shù)學(xué)生沒有程序設(shè)計的基礎(chǔ)，有的甚至打字都不熟練，因此這一階段的課程對學(xué)生尤為重要，其所用的學(xué)時也最多。只有夯實了基礎(chǔ)，學(xué)生才能順利進(jìn)入后面課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)。而這一階段一個非常重要的教學(xué)目標(biāo)就是讓學(xué)生能夠?qū)W會代碼閱讀，并能寫出代碼運行的結(jié)果。因此，在初階程序設(shè)計學(xué)習(xí)階段，學(xué)生就需要進(jìn)行大量的代碼閱讀練習(xí)。進(jìn)行代碼閱讀訓(xùn)練，如果使用極域電子教室的功能，那就需要將練習(xí)代碼發(fā)送到學(xué)生機(jī)，并讓學(xué)生進(jìn)行閱讀。這樣做雖然能夠勉強(qiáng)完成教學(xué)任務(wù)，但是在實踐中我們發(fā)現(xiàn)其教學(xué)效果不佳，并且存在兩個問題：第一，信息反饋不通暢。學(xué)生閱讀程序并寫出結(jié)果后，想要判斷自己的答案是否正確需要對程序進(jìn)行編譯并運行。教師想要獲得學(xué)生的反饋信息也不方便，需要跟學(xué)生一一溝通，這樣教學(xué)效率就會下降。第二，教學(xué)評價無法快速有效完成。學(xué)生雖然能夠通過程序開發(fā)環(huán)境來判斷自己的答案是否正確，或者教師給學(xué)生提供答案幫助他們進(jìn)行評價，但是這樣既沒有效率，學(xué)生也難以了解自己的成績在班級中所處的位置。同時，教師難以快速對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行評價，并且不容易深入了解各個題目對學(xué)生的難易度，因而難以調(diào)整題目難度，進(jìn)而優(yōu)化教學(xué)。在實際教學(xué)過程中，為了應(yīng)對上述兩個實際問題，我們設(shè)計了如圖1所示的Program代碼閱讀系統(tǒng)進(jìn)行教學(xué)支持。學(xué)生使用賬號登錄后，能夠看到不同難度和類別的代碼閱讀習(xí)題，可以根據(jù)自己的能力選擇習(xí)題進(jìn)行練習(xí)，當(dāng)然教師也可以讓學(xué)生統(tǒng)一完成某個部分的習(xí)題。當(dāng)學(xué)生輸入答案后，系統(tǒng)能夠自動判斷答案是否正確，并給出反饋信息。學(xué)生也可以了解自己的做題進(jìn)度與正確率，并可以看到其他同學(xué)的學(xué)習(xí)情況，這樣可以幫助他進(jìn)行調(diào)整。與此同時，教師可以通過系統(tǒng)快速了解學(xué)生的答題情況，大大提高了評價效率。更重要的是，系統(tǒng)可以實時提供每一題的正確率，教師可以根據(jù)這一數(shù)據(jù)及時調(diào)整題目難度，優(yōu)化題目結(jié)構(gòu)。例如，筆者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)與“循環(huán)語句”相關(guān)的題目錯誤率較高，就在課上對“循環(huán)語句”做了深入的講解，并且在“循環(huán)語句”相關(guān)的題目中提供更豐富的提示信息，形成學(xué)習(xí)支架，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)。隨著時間的推移，學(xué)生的代碼閱讀能力有了提升，筆者在題目設(shè)計時就逐步減少提示信息，幫助學(xué)生鞏固已有知識。2.vicos系統(tǒng)輔助教學(xué)當(dāng)學(xué)生完成初階程序設(shè)計課程之后，他們開始學(xué)習(xí)中階程序設(shè)計課程，其主要內(nèi)容為使用條件語句和循環(huán)語句進(jìn)行程序設(shè)計以解決簡單數(shù)學(xué)問題。所謂簡單數(shù)學(xué)問題，是指常見的一些數(shù)學(xué)問題，使用條件結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡單組合（結(jié)構(gòu)嵌套不超過3層），并進(jìn)行程序設(shè)計就能解決的問題，一般代碼不超過50行。例如，在屏幕上顯示九九乘法表，顯示斐波那契數(shù)列，求兩個整數(shù)的最大公約數(shù)等。在這一階段的教學(xué)開展之初，筆者主要使用極域電子教室的功能進(jìn)行教學(xué)。例如，利用屏幕廣播功能，演示不同題目的解法、寫代碼的格式等；利用文件分發(fā)功能將一些樣例程序發(fā)給學(xué)生，讓他們進(jìn)行參考和修改；利用考試系統(tǒng)進(jìn)行一些知識記憶的訓(xùn)練，幫助學(xué)生對Pascal語言的基本語法有更深入的了解。但是，程序設(shè)計是實踐性很強(qiáng)的課程，學(xué)生需要進(jìn)行大量的上機(jī)訓(xùn)練進(jìn)行自主探究。面對這一課程特點，極域電子教室的功能就存在一定的局限性，它能很好地支持教師為主體的演示和講解，但是無法高效地支撐以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)與探究。為了應(yīng)對這一問題，提升教學(xué)效率，在教學(xué)實踐中，我們采用Vijos系統(tǒng)輔助教學(xué)，幫助學(xué)生進(jìn)行簡單問題的程序設(shè)計訓(xùn)練。Vijos系統(tǒng)即高效信息學(xué)在線評測系統(tǒng)（見圖2），是一個基于Web形式的信息學(xué)評測系統(tǒng)，同時是一個集成題庫、測試、討論等主要功能于一體的網(wǎng)絡(luò)平臺。該系統(tǒng)最初是為信息學(xué)奧林匹克競賽而設(shè)計，但是其功能非常適合我們當(dāng)前的教學(xué)內(nèi)容，因此我們在自己的服務(wù)器上部署了Vijos系統(tǒng)，并針對具體教學(xué)情況設(shè)計了題庫。學(xué)生通過賬號登錄后，可以選擇不同類別和不同難度的題目進(jìn)行程序設(shè)計練習(xí)。系統(tǒng)會即時編譯學(xué)生提交的程序，并反饋程序中存在的問題，例如，程序中存在語法錯誤，那么就會告訴學(xué)生程序有編譯錯誤；如果學(xué)生提交的程序在測試數(shù)據(jù)的測試下沒有能夠完全匹配正確答案，學(xué)生就會馬上知道程序存在邏輯問題。這樣，教師的主要任務(wù)就是根據(jù)教學(xué)進(jìn)度精心設(shè)計題庫，對系統(tǒng)的題目進(jìn)行合理的部署和安排。而學(xué)生的主要任務(wù)就是在系統(tǒng)提供的題庫引導(dǎo)下進(jìn)行自主練習(xí)和探究，完成不同難度和類別的題目，掌握課程內(nèi)容并達(dá)成課程目標(biāo)。與此同時，Vijos系統(tǒng)具有強(qiáng)大的后臺數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能，它可以統(tǒng)計每一題的提交率和正確率，這樣教師就可以及時調(diào)節(jié)題庫的難度，使訓(xùn)練難度趨于合理。使用Vijos系統(tǒng)進(jìn)行測驗與考試也非常方便，這就為教師對學(xué)生進(jìn)行評價提供了便利，提高了教學(xué)評價的效率和效果。三、總結(jié)與討論1.以學(xué)生為中心的傳統(tǒng)課堂模式雖然極域電子教室有豐富的功能模塊，但是在實踐中，應(yīng)對程序設(shè)計這種課程時還是存在一定局限性，而這種局限性源自于其以教師為中心的功能設(shè)計。極域電子教室雖然有強(qiáng)大且豐富的功能，如屏幕廣播、監(jiān)控轉(zhuǎn)播、屏幕錄制、遠(yuǎn)程設(shè)置、遠(yuǎn)程命令、分組管理、隨堂小考、文件分發(fā)、分組教學(xué)、視頻直播等等，但是這些功能主要為教師教學(xué)服務(wù)，幫助教師更好地管理學(xué)生。這些功能在應(yīng)對知識講授為主的課程時可以游刃有余，但是面對程序設(shè)計這種偏重于技能學(xué)習(xí)、自主探究的課程時就顯得力不從心了。從程序設(shè)計課程教學(xué)的實踐來看，由于極域電子教室的功能主要強(qiáng)調(diào)教師向?qū)W生單向的信息傳播，在反饋評價的功能上略顯不足。例如，在初階程序設(shè)計課程中，學(xué)生需要實時了解自己的答題情況，教師也需要及時了解學(xué)生的總體情況，如果僅僅使用屏幕廣播、文件分發(fā)與收集功能，雖然也能夠完成教學(xué)，但是這樣教學(xué)效率就會大大降低。在中階程序設(shè)計課程中，同樣存在信息反饋的問題，更重要的是，這一階段的課程教學(xué)需要有一個難度合適的題庫。利用屏幕廣播功能向?qū)W生演示不同題目的解法、講解例題，并在學(xué)生自己練習(xí)時進(jìn)行一對一輔導(dǎo)，這樣雖然能夠完成教學(xué)任務(wù)，但是由于難以搜集和分析反饋數(shù)據(jù)，難以優(yōu)化題庫進(jìn)而優(yōu)化教學(xué)。以教師為中心的功能設(shè)計并非極域電子教室的缺點，而是當(dāng)前電子教室產(chǎn)品的普遍現(xiàn)象。有一項研究指出，電子教室軟件“總體而言教師類功能占86%，學(xué)生類功能僅占14%。換句話說，企業(yè)大都站在‘管理學(xué)生’的角度來設(shè)計軟件，大部分功能是為教師的控制和管理服務(wù)的，忽視了對課堂教學(xué)的主體（即學(xué)生）主動學(xué)習(xí)和積極探索的技術(shù)支持”。與此同時，傳統(tǒng)課堂都是以知識講授為主，這種以教師為中心的電子教室產(chǎn)品有通用性，能夠很好地為這種課堂服務(wù)。以高中信息技術(shù)課為例，課程的多數(shù)內(nèi)容是需要學(xué)生記憶的陳述性知識，比如信息的特征及獲取過程、搜索引擎的分類等。當(dāng)然也有需要上機(jī)操作練習(xí)的內(nèi)容，例如文本加工、音頻處理等，但是這些訓(xùn)練內(nèi)容的交互性沒有程序設(shè)計強(qiáng)，與此同時難度也比較低，因此在教學(xué)的反饋與評價方面沒有很高的要求。在這樣的課堂上，極域電子教室的功能已經(jīng)足夠豐富，甚至不少功能都不需要使用。然而，我校所探究的程序設(shè)計課程并非傳統(tǒng)信息技術(shù)課程，而是基于建構(gòu)主義的新課程。建構(gòu)主義是我國新課程改革的重要理論依據(jù)，其要求我們在教學(xué)中應(yīng)該尊重學(xué)生的經(jīng)驗和個性，以學(xué)生為中心，以學(xué)生的活動為中心。建構(gòu)主義認(rèn)為，知識并非是外在的，教學(xué)的目的也并非傳授外部知識。教師應(yīng)該為學(xué)習(xí)者設(shè)計建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境，幫助和促進(jìn)學(xué)習(xí)者完成知識的建構(gòu)。漢納芬認(rèn)為，建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境是以學(xué)習(xí)者為中心的，而我們所實踐的程序設(shè)計課程正是要以學(xué)生為中心，為其構(gòu)建建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境。首先，從課程自身的特點來看，程序設(shè)計要求學(xué)生進(jìn)行自主探究并解決問題，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自主性。第二，從教學(xué)的實踐來看，程序設(shè)計的知識需要學(xué)生自己建構(gòu)，而我們需要根據(jù)學(xué)生自身的經(jīng)驗與特點為他們提供認(rèn)知工具，幫助和促進(jìn)他們學(xué)習(xí)。因此，在新課程改革的大背景下，在以學(xué)生為中心的程序設(shè)計課程實踐中，我們不難發(fā)現(xiàn)，電子教室的設(shè)計也需要改變。電子教室應(yīng)該從“以教師為中心”的功能設(shè)計轉(zhuǎn)向“以學(xué)生為中心”的功能設(shè)計，在新的產(chǎn)品中加入更多的“學(xué)生功能”，從而能夠更好地支持以學(xué)生活動為中心的新型課程，更好地輔助教師進(jìn)行教學(xué)。2.為學(xué)生提供支架電子教室軟件設(shè)計從教師中心向?qū)W生中心轉(zhuǎn)變的核心是搭建教學(xué)支架。第一，為學(xué)習(xí)者提供學(xué)習(xí)支架。所謂學(xué)習(xí)支架，“就是針對學(xué)習(xí)者定制的幫助，有效的支架為學(xué)習(xí)者提供提示與線索幫助學(xué)習(xí)者自主完成學(xué)習(xí)任務(wù)”?，F(xiàn)有的電子教室軟件沒有針對程序設(shè)計這種強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主探究的課程進(jìn)行設(shè)計，也沒有針對學(xué)生的自主學(xué)習(xí)活動設(shè)計功能。因此，未來的電子教室產(chǎn)品應(yīng)該要針對特定的課程圍繞學(xué)生及學(xué)生的活動增加功能模塊，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)搭建學(xué)習(xí)支架。例如，我們在教學(xué)實踐中使用的Program代碼閱讀系統(tǒng)和Vijos系統(tǒng)就可以輔助電子教室，針對程序設(shè)計課程，為學(xué)生搭建學(xué)習(xí)支架，促進(jìn)和幫助他們完成程序設(shè)計課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)。第二，為教師提供教學(xué)支架。新課程改革要求“教學(xué)應(yīng)該通過設(shè)計一項重大任務(wù)或問題以支撐學(xué)習(xí)者積極的學(xué)習(xí)活動，幫助學(xué)習(xí)者成為學(xué)習(xí)活動的主體”，面對這種新型教學(xué)，教師就需要新型教學(xué)工具來支撐教學(xué)。與此同時，新課程改革要求關(guān)注過程評價而非結(jié)果評價，要注意有效評價和教學(xué)整合。這同樣需要工具的支持。在程序設(shè)計課程中，Program代碼閱讀系統(tǒng)和Vijos系統(tǒng)一方面輔助教師進(jìn)行教學(xué)，另一方面也為教學(xué)評價提供了支撐。尤其是系統(tǒng)能夠記錄很多過程數(shù)據(jù)，在某種程度上為過程評價提供了依據(jù)。因此，未來的電子教室產(chǎn)品應(yīng)該要增加相應(yīng)的功能模塊來滿足不同課程的需求，尤其是能夠關(guān)注到學(xué)習(xí)過程的評價功能模塊。四、電子教室的設(shè)計探究隨著新課程改革的深入，學(xué)校的課堂正在發(fā)生巨大的變化，電子教室產(chǎn)品同樣需要與時俱進(jìn)。在我們所進(jìn)行的程序設(shè)計課程改革實踐中，我們發(fā)現(xiàn)需要有新的功能模塊來補(bǔ)充現(xiàn)有的電子教室軟件。雖然Program代碼閱讀系統(tǒng)和Vijos系統(tǒng)能夠為我們的教學(xué)實踐服務(wù)，但是其功能還不完善，且整合性差，相互之間數(shù)據(jù)不能兼容，也不能與電子教室整合使