ACM通信

的观点

引导学生发展基本技能

由克利夫Kussmaul
ACM通信，2020年2月，第63卷第2期，35-37页
10.1145 / 3376893
评论

最近的调查^4，10表明雇主希望求职者在沟通、团队合作、信息处理、批判性思维和解决问题方面拥有广泛的“专业”技能。与此同时，教师经常感到压力，要“涵盖”更多的课程内容，并感到没有足够的时间让学生学习关键概念和发展这些技能。教师们也觉得学生们不投入，不提问也不回答问题，很难批判性地思考和解决问题。教师还能做些什么来帮助学生参与课堂，掌握内容，培养重要技能?

想象一个教室，学生们积极合作处理信息;批判性地思考问题;识别和评估可能的解决方案;互相分享见解和问题。这要从我的第一门CS课程的第一天开始，当时没有编程经验的学生使用一个数字猜测游戏来开发算法复杂性分析的关键思想(参见Simon等人的描述)。¹¹)．这种情况还会持续到人工智能和编程语言等高级课程。一名毕业生指出，这种方法“实际上为我提供了实践经验，让我能够完成工作中立即需要完成的任务。在实习期间，这种做法给了我一个明显的优势，让我被聘用了。”

ICAP(交互式、建设性、主动和被动)框架¹描述随着学生从被动到主动、建设性(产生理解)到互动(与同伴讨论)的进步，学习结果如何提高。在最近的几十年里，教师们已经开发了基于教育研究的教学方法，帮助学生互动，构建理解，并发展重要的技能。这些方法包括基于案例的学习、结对编程、同伴指导、同伴主导的团队学习、基于问题的学习、基于项目的学习和面向过程的指导探究学习(POGIL)(概述参见Eberlein等人)。²和Simon等人。¹¹)．

POGIL专注于学生如何通过强调技能和能力来学习过程学习的概念(POGIL中的“面向过程”)以及具体的概念和内容。^9，12在POGIL课堂中，学生们以团队形式(通常是35人)进行互动，共同完成活动，讨论每个问题，并确保团队成员理解并同意每个答案。每个团队成员都有一个专注于特定技能的角色，这个角色在每个班级轮换，以帮助每个学生实践所有的技能。例如，经理记录时间并鼓励所有团队成员参与，记录员为团队记录关键概念和见解，演示者与其他团队和老师分享团队的结论。指导员不是讲师，而是一个积极的促进者，他观察团队，促使成员专注于他们的角色，回答团队无法解决的问题，并引导课堂讨论，通常基于活动中的关键问题。

每个POGIL活动都是用模型(例如，代码、图表、图表、表)专门设计的，每个活动后面都有一系列的问题来引导学生构建理解(POGIL中的“引导查询”)。例如,图1展示了关于Python语言编码风格的CS1活动的A部分。(示例答案以蓝色斜体显示。)问题1提示团队探索两个代码片段(X和Y)，注意差异，讨论并决定哪一个更好。对于许多学生来说，这些答案并不明显，所以一开始他们可能不同意，但经过讨论，大多数团队达成了共识。问题2促使他们讨论并提出一般性的见解和建议。因此，每个团队将考虑他们对Q1的答案，形成见解，并清晰地表达出来。问题3引入了一个新术语(“自记录代码”)，并提示团队将其与第二季度的见解联系起来。问题4提示团队将这些见解应用到新的、更长的代码片段中。同样，团队成员可能一开始不同意，但通常会达成共识。因此，当团队在活动中工作时，他们会处理信息，批判性地思考和解决问题，并与他们的团队、老师和整个班级交流。

图1。Python风格的面向过程的引导探究学习(POGIL)活动节选。

大多数POGIL活动都有几个这样的探索-发明-应用(EIA)学习周期。例如，在Python样式的活动中，EIA循环在B部分中重复，其中包含函数名的代码片段，在C部分中重复注释。类似的结构用于其他语法元素和更复杂的示例，这取决于课程和学生经验的水平。其他活动使用较长的代码样本，并指导学生识别和纠正缺陷，重构和扩展代码，或分析算法的复杂性。活动可以使用许多其他模型:存储设备大小和访问时间的表(内存层次结构);烤饼干的配方(项目进度安排);普通的魔法方块和8个贴图谜题(搜索策略);方程(神经网络和遗传算法)。随着学生获得技能和内容知识，他们能够在较少的指导下探索更复杂的模型，发明更复杂的想法，并将他们的见解应用于更大、更抽象的问题。

当团队工作时，教师在教室里走来走去观察，并提出诸如“你认为这两个片段有什么不同?”、“你团队中的每个人都同意这个答案吗?”或“你能把你的见解改写成完整的句子吗?”等问题。同时，教师也要了解学生知道什么(不知道什么)，以及如何修改活动来更好地指导学生学习。在大多数团队回答完问题后，老师可能会要求一些团队向全班报告他们的答案，这样所有团队都可以检查他们的工作。那些不愿分享自己答案的学生，往往渴望分享他们团队的答案。导师可能会要求一些团队在黑板上写下他们对Q4的答案，或者通过电子方式分享，然后主持一个简短的讨论，讨论答案中的任何差异。在团队完成活动后，老师会花几分钟的时间来强调关键的观点，并提示团队反思他们所学到的东西，他们如何作为一个团队工作，以及他们如何在未来改进。家庭作业可能会促使学生(单独、结对或小组)将良好的编码风格应用到他们自己的代码或教师提供的示例中。

其他学科对POGIL的研究(如Farrell^3., Moog⁸)普遍发现，与传统教学方法相比，学生的流失率更低，对内容的掌握程度更高，学生的积极态度更强。在一项研究中,¹³有机化学第二课的第一天，学生们对有机化学一课的内容进行了突击测试。有机化学第一课POGIL部分的学生成绩明显好于讲授部分的学生，尽管测试是由授课老师写的。计算机科学中对POGIL的研究较少，但结果令人鼓舞。在将CS1课程转换为POGIL课程后，女性的通过率增加，而男性的通过率没有增加。⁶在一个软件项目课程中，POGIL活动帮助学生理解了交流在实际软件项目中的重要性。⁷在一项调查中(总结在图2)， CS POGIL的教师报告说，学生们更活跃、更投入，更好地理解概念，更擅长团队合作、沟通和批判性思维。⁵

图2。CS教员(n=26)对POGIL有效性的看法。

因此，POGIL既可以提高学生的学习成果，也可以发展关键技能。POGIL已在中学和中学后的环境中跨STEM学科使用。POGIL项目(参见http://pogil.org)审查和认可POGIL活动，并提供一系列关于课堂促进、活动创作和相关主题的广泛研讨会。美国国家科学基金会已经资助了许多项目来支持POGIL，包括几个专注于计算学科的项目。要了解关于一系列计算主题的POGIL活动的更多信息，请参见http://cspogil.org．

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