中学信息技术课程设计的实践与探究电子教室在中学程序设计教学中的应用研究

中学信息技术课程设计的实践与探究电子教室在中学程序设计教学中的应用研究

一、电子教室的定义目前，大多数高中课程都应该使用电子教室。电子教室通常可以分为三大类，一是纯硬件的多媒体电子教室，二是纯软件的多媒体电子教室，三是软、硬件结合的多媒体电子教室。因此，研究者对电子教室有不同的定义。有研究者认为，“所谓电子教室，就是由许多电脑软、硬件组成的电脑教学网络，它有广播、控制和监看的功能”。也有研究者认为，电子教室是一种教学软件，其主要功能是在网络环境下进行屏幕传输、屏幕监看、程序控制、媒体传送。由于这种电子教室软件能够有效地控制学生的计算机，并能够快速、清晰地传输图文与视频，其已经成为教师在网络教室开展教学的必备工具。然而，随着新课程改革的深入，中学的信息技术课堂也在发生变化，如何针对新型信息技术课程设计新型电子教室产品成为值得探讨的课题。二、明确程序要求的问题2011-2012学年，江苏省天一中学对其少年部（资优学生部）的信息技术课程进行教学改革，将程序设计内容（基于Pascal语言）纳入信息技术课程。因为程序设计课程内容较多，同时对于没有程序设计基础的学生有一定的难度，因此，我们将课程按照难度不同分成初阶、中阶和高阶三个阶段。初阶程序设计课程为期一学期，其主要目标是帮助学生了解Pascal语言的基本语法和基本结构，并使学生能够读懂基于基本语句的程序（一般不超过50行代码）。中阶程序设计课程为期半学期，要求学生能够使用条件语句和循环语句进行程序设计，解决简单数学问题。高阶程序设计课程同样为期半学期，要求学生能够根据已有的知识自行设计程序（例如解二元一次方程组、24点运算等程序）并提交作品。在教学实践中，我们使用了极域电子教室，这是一款纯软件电子教室产品，在国内中小学中被广泛使用。它的主要功能有：屏幕广播、监控转播、屏幕录制、远程设置、远程命令、分组管理、随堂小考、文件分发、分组教学、视频直播、作业提交等。这些功能几乎涵盖了常规信息技术课所需要用到的所用功能，能够将教师需要向学生演示的内容与操作很好地展示给学生，同时教师也可以对学生进行有效的控制。面对传统的中学信息技术课程，功能丰富的极域电子教室游刃有余。但是，在程序设计课程中，通过一学年的教学实践，我们发现，仅仅使用极域电子教室现有的功能虽然能够应付教学，但是有一定局限性。下文将通过两个教学案例来具体阐述其局限性。1.选择合适的程序，保证教学效率初阶程序设计课程主要是帮助学生入门，由于大多数学生没有程序设计的基础，有的甚至打字都不熟练，因此这一阶段的课程对学生尤为重要，其所用的学时也最多。只有夯实了基础，学生才能顺利进入后面课程内容的学习。而这一阶段一个非常重要的教学目标就是让学生能够学会代码阅读，并能写出代码运行的结果。因此，在初阶程序设计学习阶段，学生就需要进行大量的代码阅读练习。进行代码阅读训练，如果使用极域电子教室的功能，那就需要将练习代码发送到学生机，并让学生进行阅读。这样做虽然能够勉强完成教学任务，但是在实践中我们发现其教学效果不佳，并且存在两个问题：第一，信息反馈不通畅。学生阅读程序并写出结果后，想要判断自己的答案是否正确需要对程序进行编译并运行。教师想要获得学生的反馈信息也不方便，需要跟学生一一沟通，这样教学效率就会下降。第二，教学评价无法快速有效完成。学生虽然能够通过程序开发环境来判断自己的答案是否正确，或者教师给学生提供答案帮助他们进行评价，但是这样既没有效率，学生也难以了解自己的成绩在班级中所处的位置。同时，教师难以快速对学生的学习情况进行评价，并且不容易深入了解各个题目对学生的难易度，因而难以调整题目难度，进而优化教学。在实际教学过程中，为了应对上述两个实际问题，我们设计了如图1所示的Program代码阅读系统进行教学支持。学生使用账号登录后，能够看到不同难度和类别的代码阅读习题，可以根据自己的能力选择习题进行练习，当然教师也可以让学生统一完成某个部分的习题。当学生输入答案后，系统能够自动判断答案是否正确，并给出反馈信息。学生也可以了解自己的做题进度与正确率，并可以看到其他同学的学习情况，这样可以帮助他进行调整。与此同时，教师可以通过系统快速了解学生的答题情况，大大提高了评价效率。更重要的是，系统可以实时提供每一题的正确率，教师可以根据这一数据及时调整题目难度，优化题目结构。例如，笔者在教学中发现与“循环语句”相关的题目错误率较高，就在课上对“循环语句”做了深入的讲解，并且在“循环语句”相关的题目中提供更丰富的提示信息，形成学习支架，促进学生学习。随着时间的推移，学生的代码阅读能力有了提升，笔者在题目设计时就逐步减少提示信息，帮助学生巩固已有知识。2.vicos系统辅助教学当学生完成初阶程序设计课程之后，他们开始学习中阶程序设计课程，其主要内容为使用条件语句和循环语句进行程序设计以解决简单数学问题。所谓简单数学问题，是指常见的一些数学问题，使用条件结构和循环结构进行简单组合（结构嵌套不超过3层），并进行程序设计就能解决的问题，一般代码不超过50行。例如，在屏幕上显示九九乘法表，显示斐波那契数列，求两个整数的最大公约数等。在这一阶段的教学开展之初，笔者主要使用极域电子教室的功能进行教学。例如，利用屏幕广播功能，演示不同题目的解法、写代码的格式等；利用文件分发功能将一些样例程序发给学生，让他们进行参考和修改；利用考试系统进行一些知识记忆的训练，帮助学生对Pascal语言的基本语法有更深入的了解。但是，程序设计是实践性很强的课程，学生需要进行大量的上机训练进行自主探究。面对这一课程特点，极域电子教室的功能就存在一定的局限性，它能很好地支持教师为主体的演示和讲解，但是无法高效地支撑以学生为中心的学习与探究。为了应对这一问题，提升教学效率，在教学实践中，我们采用Vijos系统辅助教学，帮助学生进行简单问题的程序设计训练。Vijos系统即高效信息学在线评测系统（见图2），是一个基于Web形式的信息学评测系统，同时是一个集成题库、测试、讨论等主要功能于一体的网络平台。该系统最初是为信息学奥林匹克竞赛而设计，但是其功能非常适合我们当前的教学内容，因此我们在自己的服务器上部署了Vijos系统，并针对具体教学情况设计了题库。学生通过账号登录后，可以选择不同类别和不同难度的题目进行程序设计练习。系统会即时编译学生提交的程序，并反馈程序中存在的问题，例如，程序中存在语法错误，那么就会告诉学生程序有编译错误；如果学生提交的程序在测试数据的测试下没有能够完全匹配正确答案，学生就会马上知道程序存在逻辑问题。这样，教师的主要任务就是根据教学进度精心设计题库，对系统的题目进行合理的部署和安排。而学生的主要任务就是在系统提供的题库引导下进行自主练习和探究，完成不同难度和类别的题目，掌握课程内容并达成课程目标。与此同时，Vijos系统具有强大的后台数据统计功能，它可以统计每一题的提交率和正确率，这样教师就可以及时调节题库的难度，使训练难度趋于合理。使用Vijos系统进行测验与考试也非常方便，这就为教师对学生进行评价提供了便利，提高了教学评价的效率和效果。三、总结与讨论1.以学生为中心的传统课堂模式虽然极域电子教室有丰富的功能模块，但是在实践中，应对程序设计这种课程时还是存在一定局限性，而这种局限性源自于其以教师为中心的功能设计。极域电子教室虽然有强大且丰富的功能，如屏幕广播、监控转播、屏幕录制、远程设置、远程命令、分组管理、随堂小考、文件分发、分组教学、视频直播等等，但是这些功能主要为教师教学服务，帮助教师更好地管理学生。这些功能在应对知识讲授为主的课程时可以游刃有余，但是面对程序设计这种偏重于技能学习、自主探究的课程时就显得力不从心了。从程序设计课程教学的实践来看，由于极域电子教室的功能主要强调教师向学生单向的信息传播，在反馈评价的功能上略显不足。例如，在初阶程序设计课程中，学生需要实时了解自己的答题情况，教师也需要及时了解学生的总体情况，如果仅仅使用屏幕广播、文件分发与收集功能，虽然也能够完成教学，但是这样教学效率就会大大降低。在中阶程序设计课程中，同样存在信息反馈的问题，更重要的是，这一阶段的课程教学需要有一个难度合适的题库。利用屏幕广播功能向学生演示不同题目的解法、讲解例题，并在学生自己练习时进行一对一辅导，这样虽然能够完成教学任务，但是由于难以搜集和分析反馈数据，难以优化题库进而优化教学。以教师为中心的功能设计并非极域电子教室的缺点，而是当前电子教室产品的普遍现象。有一项研究指出，电子教室软件“总体而言教师类功能占86%，学生类功能仅占14%。换句话说，企业大都站在‘管理学生’的角度来设计软件，大部分功能是为教师的控制和管理服务的，忽视了对课堂教学的主体（即学生）主动学习和积极探索的技术支持”。与此同时，传统课堂都是以知识讲授为主，这种以教师为中心的电子教室产品有通用性，能够很好地为这种课堂服务。以高中信息技术课为例，课程的多数内容是需要学生记忆的陈述性知识，比如信息的特征及获取过程、搜索引擎的分类等。当然也有需要上机操作练习的内容，例如文本加工、音频处理等，但是这些训练内容的交互性没有程序设计强，与此同时难度也比较低，因此在教学的反馈与评价方面没有很高的要求。在这样的课堂上，极域电子教室的功能已经足够丰富，甚至不少功能都不需要使用。然而，我校所探究的程序设计课程并非传统信息技术课程，而是基于建构主义的新课程。建构主义是我国新课程改革的重要理论依据，其要求我们在教学中应该尊重学生的经验和个性，以学生为中心，以学生的活动为中心。建构主义认为，知识并非是外在的，教学的目的也并非传授外部知识。教师应该为学习者设计建构主义学习环境，帮助和促进学习者完成知识的建构。汉纳芬认为，建构主义学习环境是以学习者为中心的，而我们所实践的程序设计课程正是要以学生为中心，为其构建建构主义学习环境。首先，从课程自身的特点来看，程序设计要求学生进行自主探究并解决问题，强调学生的自主性。第二，从教学的实践来看，程序设计的知识需要学生自己建构，而我们需要根据学生自身的经验与特点为他们提供认知工具，帮助和促进他们学习。因此，在新课程改革的大背景下，在以学生为中心的程序设计课程实践中，我们不难发现，电子教室的设计也需要改变。电子教室应该从“以教师为中心”的功能设计转向“以学生为中心”的功能设计，在新的产品中加入更多的“学生功能”，从而能够更好地支持以学生活动为中心的新型课程，更好地辅助教师进行教学。2.为学生提供支架电子教室软件设计从教师中心向学生中心转变的核心是搭建教学支架。第一，为学习者提供学习支架。所谓学习支架，“就是针对学习者定制的帮助，有效的支架为学习者提供提示与线索帮助学习者自主完成学习任务”。现有的电子教室软件没有针对程序设计这种强调学生自主探究的课程进行设计，也没有针对学生的自主学习活动设计功能。因此，未来的电子教室产品应该要针对特定的课程围绕学生及学生的活动增加功能模块，为学生自主学习搭建学习支架。例如，我们在教学实践中使用的Program代码阅读系统和Vijos系统就可以辅助电子教室，针对程序设计课程，为学生搭建学习支架，促进和帮助他们完成程序设计课程内容的学习。第二，为教师提供教学支架。新课程改革要求“教学应该通过设计一项重大任务或问题以支撑学习者积极的学习活动，帮助学习者成为学习活动的主体”，面对这种新型教学，教师就需要新型教学工具来支撑教学。与此同时，新课程改革要求关注过程评价而非结果评价，要注意有效评价和教学整合。这同样需要工具的支持。在程序设计课程中，Program代码阅读系统和Vijos系统一方面辅助教师进行教学，另一方面也为教学评价提供了支撑。尤其是系统能够记录很多过程数据，在某种程度上为过程评价提供了依据。因此，未来的电子教室产品应该要增加相应的功能模块来满足不同课程的需求，尤其是能够关注到学习过程的评价功能模块。四、电子教室的设计探究随着新课程改革的深入，学校的课堂正在发生巨大的变化，电子教室产品同样需要与时俱进。在我们所进行的程序设计课程改革实践中，我们发现需要有新的功能模块来补充现有的电子教室软件。虽然Program代码阅读系统和Vijos系统能够为我们的教学实践服务，但是其功能还不完善，且整合性差，相互之间数据不能兼容，也不能与电子教室整合使