《青少年编程与数学》课程方案：4、课程策略2_1
《青少年编程与数学》课程方案：4、课程策略2_1
- 一、工程师思维
- （一）工程师思维的要点
- （二）项目式学习
- （三）知识的构建
- （四）大概念教学
- （五）记忆和理解
- 二、使命感驱动
- （一）人生假设
- （二）使命感的自发性
- （三）兴趣和激情
- （四）社会责任感
- （五）设定目标和挑战
- （六）引导思考与反思
- 三、价值观引领
- （一）联系实际生活
- （二）故事化学习
- （三）个性化学习
- （四）批判性思维
- （五）创新能力
- （六）成长型思维
- （七）翻转课堂
《青少年编程与数学》课程策略强调采用工程师思维，避免重复造轮子，培养使命感，通过探索兴趣、教育社会责任等方法增强青少年责任感。课程倡导价值观引领，如联系实际生活、项目式学习等，激发学生对编程与数学的热情。同时，强调学习现代化，包括接纳先进科学思想、应用先进学习方法和工具，科学管理时间。此外，提倡工作生活化，追求高质量生活，与时代共进，融合最新编程技术，掌握先进学习工具，参与技术社群，培养终身学习能力。
一、工程师思维
（一）工程师思维的要点
在工程领域，”不重复造轮子”是一个广为流传的比喻，意味着在开始一个新项目时，优先考虑使用已有的、经过验证的技术、组件或解决方案，而不是从头开始创建那些已经普遍存在的基础功能。利用现成的部件或软件库可以显著加快开发速度，使团队能够将更多时间和资源集中在项目的创新点和核心价值上。重新开发已经存在的技术或部件需要大量投入，包括时间、人力和资金。使用现有解决方案可以大幅降低这些成本。成熟的技术和组件经过广泛测试，其稳定性和可靠性通常更高，减少了因从零开始开发可能导致的错误和漏洞。采用行业标准和通用组件有助于促进不同系统之间的兼容性和互操作性，有利于技术生态的健康发展。
在这里，我要强调的是，在学习知识的过程，尤其是数学，把前人都已经证明过无数次的定理和定律并不需要我们总是重新再证明多次，而是应用掌握如何使用它的结论。我们用勾股定理来说明这个问题的严重性，没有一个人是直接使用它的结论来完成一个生产过程中所需要的计算，但每个人都曾经证明过它，尽管是从别人那里学习的证明方法，便从来不允许省略这一过程，在以往的学生学习过程中，每个人都把前人的足迹重走一遍，这是典型的“重复造轮子”，这种极端严重的重复劳动不知道什么时候能够避免，每个人在自己学习过程中，可以适当减少一些这样的重复劳动。
而工程师在建造一个工程的时候，显然不是每一个工程部件是否可以使用都要自己证明一遍才能使用的。这就相当于一个车间工作的师傅，在安装轮子之前，总是认为别人造的轮子并没有亲自证明过，就拒绝安装，而一定要自己去造一个一样。因此现实中一定不是这样的，每个生产者只是完成自己那个工序上的任务就行了，别人完成的部分都相信是正确的，为什么学生的学习过程不是这样的呢，这个问题显然有点复杂。但主要原因，是把每一个学生都当成科学家来培养的。
（二）项目式学习
工程师思维自然会适应于项目式学习，每一个单元都要知道自己在做什么，是项目的哪一部分。项目式学习（Project-Based Learning，简称PBL）是一种学生中心的教育方法，它通过让学生参与和完成具有实际意义的项目来促进深度学习。在PBL中，学生通常围绕一个核心问题或挑战进行探索，通过研究、合作和创新来解决问题。这种学习方式强调以下几个关键要素：
- 真实性：项目通常与现实世界的问题或挑战相关，使学生能够将所学知识应用于实际情境中。
- 探究：学生通过提问、研究和探索来深入理解问题。
- 合作：学生通常在小组中工作，通过团队合作来完成项目。
- 反思：学生在学习过程中不断反思自己的工作和学习过程。
- 展示：项目最终的成果需要以某种形式展示给同学、教师或其他人。
项目式学习鼓励学生发展批判性思维、解决问题的能力、沟通技巧和自我管理能力。它也有助于学生更好地理解学习内容，因为它们是在解决实际问题的过程中学习到的。
（三）知识的构建
工程师思维是知识构建过程的具体化。学习是一个学习者主动完成的知识构建的过程。
伊曼努尔·康德（Immanuel Kant）是18世纪的德国哲学家，他对认识论和形而上学做出了重要贡献。康德认为，知识不是被动接受的，而是通过我们自己的心智活动主动构建的。他的这一观点可以在他的认识论中找到依据，尤其是他关于先验知识与后验知识的区分。康德的这些观点对后来的教育理论和学习理论产生了深远的影响，特别是在如何理解学习过程中个体的主动性和已有知识对新知识构建的影响方面。他的理论强调了学习不仅仅是对信息的被动接受，而是个体在已有知识基础上主动构建新理解的过程。
后来的构建主义学习理论（Constructivist Learning Theory）包含了这些思想，它认为知识不是被动接受的，而是学习者通过活动、体验和社会互动，在特定社会文化背景中，基于自己的经验主动构建出来的。构建主义学习理论强调以下几个关键点：
主动学习：学习者通过主动探索、实验和问题解决来构建知识。
经验的重要性：个人的经验是学习过程中不可或缺的部分，新知识是在已有经验的基础上构建的。
社会互动：学习是一个社会化过程，通过与他人的交流和合作，学习者可以扩展和深化自己的理解。
情境学习：知识是在特定的情境中构建的，学习应当与实际应用情境相结合。
认知冲突：认知冲突或困惑可以激发学习者深入探究和重新构建知识。
反思：学习者通过反思自己的思考过程和经验，可以更好地理解和整合新知识。
知识观：构建主义认为知识不是绝对的，而是相对的，随着新信息和经验的加入而不断变化。
教师角色：教师是学习过程的促进者和指导者，而非知识的单向传递者。
构建主义学习理论对教育实践有着深远的影响，特别是在课程设计、教学方法和学习评估方面。它鼓励使用问题导向的学习、合作学习、探究学习等方法，以促进学生深度理解和批判性思维的发展。
（四）大概念教学
大概念教学（Big Ideas Teaching）是一种教育方法，它侧重于教授学生核心的、普遍的、跨学科的概念，而不是仅仅教授零散的事实或技能。这种方法认为，通过理解这些大概念，学生可以更好地连接不同学科的知识，形成更深层次的理解，并能够将所学应用于新的情境中。大概念教学的特点包括：
- 跨学科性：大概念往往跨越多个学科领域，帮助学生看到不同学科之间的联系。
- 深度理解：通过深入探讨大概念，学生可以形成对复杂问题和现象的深刻理解。
- 持久性：大概念是持久的，它们在学生的生活和未来的学习中都具有相关性。
- 整合性：这种方法强调将不同学科的知识整合在一起，形成综合性的理解。
- 应用性：鼓励学生将大概念应用于现实世界的问题解决中，提高实际应用能力。
- 批判性思维：通过探讨大概念，学生可以发展批判性思维，学会质疑和分析。
大概念教学通常与以下步骤相结合：
- 引入问题：通过提出一个引人入胜的问题或挑战，激发学生的好奇心和探究欲。
- 探索和研究：学生通过研究、讨论和实践活动来探索大概念。
- 整合知识：将不同学科的知识整合，形成对大概念的全面理解。
- 应用和实践：将大概念应用于实际问题，进行实践操作或项目。
- 反思和评估：学生和教师对学习过程和结果进行反思和评估，以促进持续的学习和发展。
大概念教学有助于培养学生的综合思维能力、创新能力和终身学习能力。这种思想在近年成为盛行，一些教学研究者希望以此形成教育的突破，而工程师思维可以完全否定并替代它。
- 大概念教学的目标模糊，所谓核心素养，究竟不知何用。工程师思维非常明确，有一个目标工程或一个方向的目标工程。
- 大概念教学仍然是一个教学过程，不是一学习过程。这个顺序错了，由于将强调了抽象化，增加了理解难度，因而只能是一个教学过程，还提高了对老师的要求。
- 大概念教学是从概念到概念，不重视实践环境，忽略了知识在社会生活和生产中的意义。
大概念教学把学生都当成未来坐而论道不参与社会实践的教授，大多数学生是达不到这个目标的，也不应当以此为目标。
（五）记忆和理解
一旦学习者完成了自身知识体系的构建，并不需要过多的记忆，也不一定需要深入的理解。对学习者的要求可以降低70%以上。以往的教育都是科学家思维，而且是所有学科的科学家，学语文时，把学生当成未来的文字学家、语法学家、修辞学家、文学家、文学评论家；学外语把学生当成未来的翻译家；学政治把学生当成未的国家领导人；学物理、学生物、学地理、学历史等概莫能外，都是科学家思维。这是极端有害的。
在学习过程中要更多地运用工程师思维，而不是科学家思维。因此本课程是一个工科的学科定位，而不是理科。
二、使命感驱动
（一）人生假设
每个来到这个世界上，都是有使用命的。这是一个人生的假设，否则包括学习在内的任务行为都是不成立的。
（二）使命感的自发性
使青少年明确他们的使命感是一个涉及家庭、学校和社会多方面的综合过程。但是，如果是因外在原因而产生的目标，那不叫使命感，那叫任务。使命感是指他自己本来就觉得那是他的任务，青少年明确使用感的过程是自发的，是来自己内心的，是不受外力影响的。
（三）兴趣和激情
帮助青少年发现他们真正热爱的事物，并鼓励他们在这些领域深入探索。当青少年对某个领域或社会议题充满热情时，更容易发展出改变现状的欲望和责任感。家长和老师需要提供一些条件，让他们得以接触兴趣和激情的目标。
（四）社会责任感
在学校课程中融入社会责任和公民教育的内容，讨论全球性问题如气候变化、贫困、平等和正义，让青少年认识到作为社会成员的责任和可以扮演的角色。当他意识到他是这个世界的组成部分、是人类社会的一分子的时候，必然激发他的社会责任感，这是使命感的一部分。
（五）设定目标和挑战
鼓励青少年设定个人目标，无论是学业上的还是其他领域的，同时也要设定一些需要努力和坚持才能达成的社会目标。达成这些目标的过程能够培养他们的毅力和使命感。这是使命感的具体形式。
（六）引导思考与反思
引导他们思考个人行动如何与更广泛的社会福祉相联系，鼓励自我反思和批判性思维。通过这些方法，可以引导青少年心中使命感种子生根发芽，帮助他们成长为有责任感、有同情心和愿意为社会作出贡献的成年人。
三、价值观引领
在编程与数学教学过程中，对青少年进行价值与兴趣引导是一个重要而细致的任务。这不仅能够激发他们对这些学科的热情，还能帮助他们建立起解决复杂问题的能力和持久的学习动力。实际上成年人的每一个言行，无不对青少年的价值观构成影响。
（一）联系实际生活
展示编程与数学在日常生活中的应用实例，比如如何通过编程控制智能家居、处理日常事物等，以及数学在机械、建筑设计、金融等领域的运用。让青少年理解学习这些知识不仅仅是为了考试，而是解决实际问题和创造价值的工具。
（二）故事化学习
在学习过程中，利用历史上的数学家、程序员的故事，或者现代科技发展中的有趣案例，来了解编程与数学的发展历程和重要性。故事化的学习方式能够让抽象的概念变得生动有趣，增加学生的代入感和探索欲。这个内容在引导学习兴趣方面很有用处。
（三）个性化学习
由于是主动学习，每个学生的兴趣和学习风格都是不同的，必然获取多样化的学习资源和路径。可以通过在线课程、编程游戏、数学解谜、工作坊等形式，使学生根据自己的兴趣和能力选择学习内容和节奏。实际上每个学生都需要高水平的个性化指导，但如果不具备条件，独立获取知识的过程也是很有益处的，但当你身边没有老师指导的情况，需要更加广泛地获取信息以补充不足，且须加强思考。
（四）批判性思维
在主动学习过程中，必然形成批判性思维，因为要靠自己的判断获取吸收知识。教育者不能强势地告诉他一个无可辩驳的结论，然后还假惺惺地让学生们支质疑，世界上有什么事比这个更虚伪吗？
（五）创新能力
在你不给他一个结论时，自然就有了创新能力。
（六）成长型思维
价值观引领是成长型思维中的一部分，但我认为这一部分更重要。
成长型思维（Growth Mindset）是由心理学家卡罗尔·德韦克（Carol S. Dweck）提出的概念，它指的是一种信念，即个人的能力、智力和才能是可以通过努力、学习和坚持不懈来发展和提高的。与之相对的是固定型思维（Fixed Mindset），这种思维模式认为个人的能力是天生的、固定的，无法通过努力来改变。拥有成长型思维的人更有可能在面对挑战时保持积极，更愿意尝试新事物，并且在遇到困难时更不容易放弃。这种思维方式在教育、职业发展和个人生活中都有积极的影响。
很多来源于传统教育的思想都有一个严重的问题，就是学生可以有自己的想法，但是实际上我早就做严格的限制。就养在室内的花草，你是可以成长，也是希望你长得好，不过就这么个有限的空间。
（七）翻转课堂
翻转课堂（Flipped Classroom）是一种教育方法，它将传统的课堂教学模式颠倒过来。在翻转课堂模式中，学生在课前通过观看视频、阅读材料或完成其他预习任务来学习新知识，而课堂时间则用于讨论、解决问题、合作学习和深入探究。翻转课堂的目的是通过将学习过程从被动接受转变为主动探索，提高学生的参与度和学习效果。它也使得教师能够更有效地利用课堂时间，针对学生的个别需求进行教学。并不是所有内容都适合讨论。我说的翻转课堂是指将学生和老师的位置翻转一下。
就是老师必须放弃自己高高在上的位置，学生自己是学习的主人，是成长的主体（请参考《青少年成长管理》）。老师和电脑上的视频一样，学生需要时就播放一下，不需要时你就可以闭上你的臭嘴。老师是为学生服务的，要甘当服务生。这才是真正的翻转课堂。这也是价值观问题。
通过上述方法，可以在编程与数学教育中有效地引导青少年发现价值、激发兴趣，帮助他们在未来的学习和职业生涯中建立坚实的基础。
