面向计算思维培养的适应性学习活动设计与实践探讨——以《数据库技术及应用》为例

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论文字数:52522 论文编号:sb2022080822415249217 日期:2022-08-18 来源:硕博论文网

本文是一篇计算机论文,笔者认为适应性学习活动强调在基于适应性学习支架的学习环境中,立足于学生的学习水平,根据学生的学习需要为学生提供实时、准确的反馈,该反馈包括对学生个体和班级整体学习行为数据的描述性统计分析结果、教师的及时性引导,以及根据学习结果所呈现的包含自我解释、有效示例、错误示例、问题解决这四类学习活动类型在内的学习活动,以此帮助学生掌握课程学习过程中出现的薄弱点,优化学习路径与学习方法,进一步提升学生的学习效果。
第一章绪论
1.1研究背景
信息技术的发展推动着社会形态以信息化、智能化和数字化等趋势发展变化,深刻影响着人们日常生活方式和解决问题的思维习惯。越来越多的学者意识到要适应快速发展的信息化社会,需要以提高全民数字素养为目标,培养个体运用信息技术解决实际问题的能力。计算思维作为数字化社会人们解决问题普遍使用的一种思维方法[1],能有效帮助个体适应社会发展,满足社会对人才的需要。因此,培养学习者的计算思维能力,使其成为理论知识、实践能力兼具的复合型人才,是当前教育面临的一项重要任务。
教育部在《关于进一步加强高等学校计算机基础教学的意见》[2]中指出:“计算机基础教学的目标是培养学生利用计算机基础知识、技能解决本专业领域中问题的能力”。2011年,美国计算机科学教师协会在《K-12计算机科学标准》[3]中提出:“学生要在实际的问题解决中运用计算机科学技能,尤其是计算思维”,在阐明计算机科学与计算思维关系的同时,进一步强调了问题解决过程中计算思维所发挥的关键作用,体现出计算思维作为21世纪学生必备的基本能力之一,是以计算机科学为基础发展起来的一种思维方法,在基础概念、问题解决、知识迁移等各个方面都与计算机科学密切相关[4]。2018年,教育部在《教育信息化2.0行动计划》中明确指出要完善课程方案和课程标准,使计算机编程课程内容充分适应信息时代、智能时代的发展需要[5],计算思维作为数字化时代的产物,利用成熟的技术辅助计算机基础课程教学,进而培养学生的计算思维能力,这一做法既满足高等教育利用大学编程类课程培养学生计算思维的基本要求,又能符合当下计算思维教学的基本目标,顺应了数字化时代对复合型人才培养的需要。
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1.2研究问题与目标
1.2.1研究问题
本研究的核心问题是:如何设计适应性学习活动方案来培养大学生的计算思维?这个问题可以分为三个具体的问题:
1.如何构建面向计算思维培养的适应性学习活动模型?
2.如何设计面向大学生计算思维培养的适应性学习活动?
3.面向计算思维培养的适应性学习活动在数据库课程中的实践效果怎么样?
1.2.2研究目标
本研究的研究目标如下:
1.明晰培养大学生计算思维能力的适应性学习活动类型,确定各类活动类型的功能及设计要点。在此基础上基于建构主义学习理论和适应性学习理论,设计出一个面向计算思维培养的适应性学习活动模型。
2.根据适应性学习活动模型确定设计思路,结合课程学习内容完成学习活动设计。
3.对适应性学习活动进行实践,检验面向计算思维的适应性学习活动在课程实施中的有效性。
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第二章文献综述与理论基础
2.1文献综述
2.1.1计算思维的研究现状
随着人工智能的发展,越来越多的国家意识到培养科技人才的重要性,计算思维作为数字化环境中个体必备的核心素养之一,主张在基础教育和高等教育阶段积极推广计算思维教育这一举措受到国内外学者重视。自周以真系统化、规范化提出计算思维的基本定义至今,国内外对计算思维的探索从培养内容、教学方式、测评方法三个方面开展深入研究,并在计算思维理论与实践方面都获得了积极的研究进展,从而推进全球计算思维教育,提高了全民在数据化信息时代的适应能力。
1.培养内容
在培养内容上,计算思维要明确“教什么”的问题,刘敏娜等指出[13]开展计算思维教育需明确三个要点:计算思维的基础概念、计算思维培养内容和先后次序。其中,明晰基础概念是计算思维培养内容的基础,培养内容应包含计算思维中的各个要素、基础概念以及培养顺序。早期关于计算思维的概念较为抽象,涉及思维、元认知、问题解决过程等多个方面。因此,要明确计算思维的培养内容首先要细化计算思维的概念,使其成为可量化的步骤、方法等。为此,包括美国教育技术协会、计算机科学教师协会、英国学校计算工作小组等教育机构,以及David等在内的多个学者都对计算思维定义的具体化作出贡献。通过对计算思维所包含的一系列要素进行归纳梳理、分类总结,获得更加细化的操作性定义。如David等通过对数学和科学课程中的示范性教育活动进行分析整理、同时结合专家访谈,确定了当前数学与科学课程中嵌入计算思维的可行性,得出了计算思维的培养内容要点[14]。
国内对计算思维的研究起步较晚,通过分析已有研究,在综合我国国情的基础上统筹规划各个教育阶段计算思维的培养标准,不断完善计算思维教育教学标准[15]。如钟柏昌等学者在回顾国内外学者关于计算思维的诸种认识的基础上,将国内外学者对于计算思维的认识分为:“问题解决说”、“抽象说”、“自动化说”、“构造说”、“信息表达说”、“社会计算说”、“三维目标说”七种观点[16]。

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2.2理论基础
2.2.1适应性学习理论
作为数字化学习方式的一种,适应性学习主张将学生的个体特征作为切入点,在学生学习过程中呈现与之认知能力、学习风格等相适应的学习内容与学习策略,为学生个性化学习需求提供了支持。从适应性学习的特征、学习模式出发,对适用性学习理论进行全面阐述。
1.适应性学习的特征
要了解适应性学习的特征,关键在于对适应性学习定义的准确把握。目前国内外对适应性学习侧重强调两种,一种是基于系统支持的学习,该系统可根据学生学习数据自动调整学习内容和教学策略,并输出结果以供学习者学习需求。另一种是数字化学习,重点强调利用数字化技术支持与引导教育的作用。可以看出,两种定义都关注信息化技术在学习者学习过程中发挥的作用,同时以学生需求为导向进行系统内部学习资源、学习方法的设计,充分体现了以学生为中心的学习,这与余胜泉提出的适应性学习特征不谋而和,本研究进一步对余胜泉提出的特征作出具体描述。
2.适应性学习的学习模式
通过对已研究文献的进一步分析发现,余胜泉以适应性学习的特征为基础提出了适应性学习模式,该模式也受到众多学者的认可。与此同时,国外在设计适应性学习系统时也继承了适应性学习模式的三个关键环节,即“学习诊断、学习内容的动态组织与呈现、学习策略”,如Huang等基于学生在线学习行为日志设计与开发了智能诊断系统,该系统工作机制包括:对学生使用主题搜索功能和与学习伙伴交流时产生的学习数据进行初步诊断分析,根据诊断结果构建学生基于网络的学习模型,同时呈现对应的主题内容,通过反馈结果对学习模型进行不断完善迭代,最终形成高效学习的优化方案[66]。
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第三章面向计算思维培养的适应性学习活动类型及模型设计...................24
3.1面向计算思维培养的适应性学习活动类型选择................................24
3.1.1数据库课程中包含的计算思维要素...................................24
3.1.2数据库课程中的适应性学习............................26
第四章数据库课程中面向计算思维培养的适应性学习活动设计.........................43
4.1数据库课程中面向计算思维培养的适应性学习活动设计思路............................43
4.1.1设计出发点:知识获取过程中产生的学习行为.........................................43
4.1.2设计关键点:基于学习者认知能力的学习活动类型推送.........................44
第五章面向计算思维培养的适应性学习活动实践与效果评析..........................68
5.1活动实施.......................................68
5.2活动实践效果分析..............................69
第五章面向计算思维培养的适应性学习活动实践与效果评析
5.1活动实施
适应性学习活动设计方案的实施过程中充分结合了面对面学习与在线学习支架的优势,利用《数据库技术及应用》这门课程进行知识点讲解、任务布置、活动组织引导、以及根据适应性学习数据进行教学调整和差异化指导,此活动充分发挥了适应性学习支架的作用。首先,该支架既满足了不同学生的学习需求,帮助学生及时了解与掌握自己的不足,并依据学生的学习状况选择测试题的难易程度,从而提高了学习的质量与效率;又帮助教师掌握学生的学习情况,从而及时的调整教学。其次,该支架提高了学生对编程工具的体验效果,常规的数据库教学中教师普遍使用Microsoft Visual Studio(简称VS)这一编程工具,其属性设置、工程复杂等因素对初学者存在一定的困难[129],因此支架的设计则排除了不必要的干扰,给予学生充足的时间去关注问题情境,为学生营造了适应学生当前学习水平的学习环境,从而提高学生的专注力,学生通过完成学习任务最终实现计算思维的提升。同时,研究在学习过程中引入了QQ群,学生可在群内进行交流讨论、完成任务的截图打卡等多种学习活动,从多方面实现教学目的最优化。
再者,根据与任课教师的前期沟通,研究中查询语句的相关内容教学总共为期八周,《数据库技术及应用》课程是每周两次四课时的“2+2”的课程模式,即包括两节理论课和两节实验上机课。因此,教学活动的开展主要包括师生双方参与的学习活动和学生自主完成的适应性学习活动。总体而言,活动实施过程分为三个阶段:首先,课程开始前对学生的计算思维水平进行前期调研,利用ISTE制定的CTS量表[130]对每位学生进行计算思维能力测量,为后续阶段的研究打下基础。

计算机论文参考
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第六章研究总结与反思
6.1研究总结
本研究通过对国内外相关文献进行梳理分析构建培养学生计算思维能力的适应性学习活动模型。首先对计算思维的培养内容、教学方式、测评方法等进行分析总结,接着对基于个人特征的适应性学习现状进行剖析,最后以适应性学习理论和建构主义学习理论为理论基础,结合数据库课程中计算思维的培养特点,设计出适应性学习活动模型,从而为适应性学习活动的设计与实施提供方向性指导。在设计适应性学习活动之前,一方面对面向计算思维培养的适应性学习活动类型进行功能解读及要点剖析,并最终确定包含自我解释(SE)、有效示例(WE)、错误示例(EE)和问题解决(PS)这四种类型的适应性学习活动序列。另一方面,对适应性学习活动设计的特点进行分析,并以学习活动序列作为学生学习的适应性,以学习行为数据作为教师教学的适应性。在设计适应性学习活动的过程中,从设计起点、设计关键点、设计结果三个层面提出数据库课程中面向计算思维培养的适应性学习活动设计思路,其中,把知识获取过程中产生的学习行为作为设计的起点,把基于学习者认知能力的学习活动类型推送作为设计的关键点,设计了学习活动序列及适应性学习策略,把满足不同学习需求,提高学生计算思维能力作为最终的设计结果,通过教师的适应性引导、平台的实时诊断,把培养计算思维作为学生适应性学习的核心目标,依据此设计出具体的适应性学习活动。最后,以《数据库技术及应用》课程为例进行教学实践,在整个实践过程中,针对学生每次完整参与适应性支架的前后测成绩,以及学生的计算思维评测成绩等进行深入分析。课程结束后,结合学生的反思总结报告进行编码分析,深入了解学生对适应性学习活动的满意程度及评价建议,主观了解学生计算思维的变化,从而验证通过适应性学习活动促进学生计算思维能力发展的有效性。
参考文献(略)


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