基于PBL教學模式的計算思維培養模式研究

馬玉慧，生詩蕊

渤海大學，遼寧錦州121000

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基于PBL教學模式的計算思維培養模式研究

馬玉慧，生詩蕊

渤海大學，遼寧錦州121000

摘要目前，計算思維能力的培養雖然受到了廣泛關注，但是，采用何種模式才能更為有效地培養計算思維仍是一個值得關注的問題。結合PBL教學模式的特點，構建在網絡環境下培養計算思維的模型，并將計算思維的一系列方法運用到具體的教學步驟中去。基于PBL教學模式的計算思維培養不僅可以提高教學者的教學效率，而且可以提升學習者的學習效果和計算思維能力。

關鍵詞PBL教學模式；計算思維；網絡環境

計算思維中的“計算”是廣義的計算。隨著信息化的全面推進，“計算機”變得無處不在、無事不用，網絡延伸到各個角落，加上數據積累的簡單化、容易化，使計算思維成為人們認識和解決問題的重要思維方式之一。[1]一個人若不具備計算思維能力，將在從業競爭中處于劣勢；一個國家若不使廣大受教育者得到計算思維能力的培養，在激烈競爭的國際環境中將不可能引領而處于落后地位。[2]隨著當代科學技術的快速發展，計算機技術在各個領域的廣泛應用，計算機已經在人類日常生活中有越來越重要的作用。因此，計算思維的培養引起了越來越多人的重視。

一、PBL與計算思維特點

（一）PBL教學模式特點

PBL（Problem-Based Learning，基于問題的學習，也稱作問題式學習）以學生為中心的教育方式，它強調把學習設置到復雜的、有意義的問題情景中，通過教師的指導和學習者的合作來解決真正的問題，從而學習隱含在問題背后的科學知識，形成解決問題的技能和自主學習的能力。[3]在當今課程改革和創新教育的大背景下，問題是課程的起點，只有在不斷地發現和解決問題的循環往復過程中，學生的高級思維能力才能得以發展，目前幾乎所有的教學活動都與各式各樣的問題密切聯系。

（二）計算思維特點

周以真教授指出：計算思維就是運用計算機科學的基本概念去求解問題，設計系統和理解人類的行為，它包括了涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。計算思維包含一系列方法如：啟發式推理，關注點分離，分解任務，遞歸思維回推，仿真解決抽象問題，并行處理，折衷思維處理等方法。[4]如應用關注點分離的方法將問題進行準確定位，在生活中買衣服不僅注重美觀，還要注重實用的特性，這就是并行處理。

在PBL模式的教學過程中培養學習者的計算思維能力，要將教學者、學習者與問題緊密地結合起來，這樣，學習者作為獲取知識的主體不僅要掌握基礎知識，更要提高分析解決問題的能力。

二、基于PBL教學模式的計算思維培養構建

（一）構建依據

在計算機廣泛應用的信息時代，計算思維的教育不是為了讓受教育者成為計算機科學家，而是讓受教育者學會像科學家一樣去思考問題。而采用PBL教學模式培養學生的計算思維是以學生為中心，計算思維內容和問題為基本點，課程為主線設計學習活動，通過學生的自主學習和合作交流解決問題，內化知識，學到學科背后的知識。

（二）基于PBL教學模式的理論基礎

在網絡環境下的自主學習中，盡管強調以學習者自學為主，但這其中并不意味著沒有教學者的參與，只是教學者的角色發生了變化，從講壇上的“講者”變成了學習資源的設計與組織者、學習輔導者和學習過程的評估者，其過程仍然是一個教學過程。[5]在網絡環境下，基于PBL教學模式的學習顛覆了傳統的灌輸式教學模式，而且這種學習模式不僅僅是計算思維的培養方法，更是為教學者與學習者提供了更好的教學方法，讓學習者可以運用網絡進行高效的學習。通常情況下，網絡環境下的PBL教學模式培養計算思維的過程包括四個因素：教學者、學習者、問題、網絡環境。為了更好地表述這四個因素的關系，可以用如下模型表示：

P=F（Pt，Ps，Q，W）

其中P表示網絡環境下的PBL教學模式，F（）是一個過程函數，Pt是教師活動，Ps是學生活動，Q表示與教學內容相關的能夠引起學生興趣的真實性問題，W表示師生同處的網絡的環境。

在網絡環境下的PBL教學模式，要求學習者能夠準確地發現問題，并且通過網絡環境快速地查找資料解決問題。在這種教學模式中Q和W尤為主要，W所提供的教學情境越真實，教學資料越多，Pt的教學活動進行的越順利，則Ps的學習效果越好。

（三）基于PBL教學模式的計算思維模型構建

基于PBL教學模式的計算思維培養是以學生在“真實世界”可能遭遇的非結構化的跨學科的問題為學習的起點，引起學生的學習興趣，而學生的一切學習內容都是以問題為中心點，注重因材施教，在小組合作學習和自主學習過程中教師起主導作用，通過問題的解決使學生發現學科背后的知識，培養學生的計算思維、自主學習能力和創新能力。在每一個問題完成和每個課程單元結束時，進行自我評價和小組評價，深入學習探究，通過學習者的鞏固和交流掌握解決問題的方法，拓展思維空間。因此，可以用如下模型表示：

Pct=F（Ptct，Psct，Q，W）

Pct表示在網絡環境下運用PBL教學模式進行計算思維能力的培養，F（）是運用PBL培養計算思維的過程函數，Ptct表示教學者運用計算思維方法指導教學活動，Psct表示學習者運用計算思維方法進行學習，Q表示問題，W表示網絡環境。

一般情況下，在這個過程中，Ptct，Psct還包含如下因素：

Ptct={w，p，z，f}

Psct={w'，p'，z'，f'}

w表示為學習者提供良好的網絡環境和相關的學習資料，p表示在真實或者接近真實的情境中引出的問題，z表示在教學活動中教學者對教學活動的指導與把握，f表示教學活動中的反思與評價。

w'表示在Ptct創設的環境下進行更有效的學習，p'表示在Ptct的幫助下發現與課程內容相關的問題，z'表示在Ptct的指導下進行自主學習、交流討論與合作學習，f'表示在Ptct的幫助下對知識進行鞏固、拓展和遷移。

在通常情況下，Ptct要運用仿真、簡約轉化等計算思維方法指導學習者進行高效率的學習。Psct要運用遞歸，折衷、關鍵點分離的計算思維方法進行知識的內化。

在網絡環境下的PBL教學模型是建構主義教學理論與教育技術理論的整合，這種教學模式對計算思維的培養更加有效。

（四）基于PBL教學模式的計算思維實踐模型構建

PBL教學模式是課堂教學過程中的主要環節和步驟，指導整個教學活動的組織和內容的設計，是培養計算思維的命脈。因此，以師生共同發展為目的，通過對教學過程的分析對學習者的計算思維培養進行研究，在這里用Asct表示學習者的計算思維能力。

1.課前準備，包括教學環境設計和教學準備。學生知識的獲取與內化，離不開學習環境的支撐。利用計算思維方法與特性搭建個性化和協作化學習的網絡平臺，一方面可以讓學生查找相關資料自主學習，另一方面也可以合作交流。課堂活動開始之前，教師根據教學內容、教學目標編寫教學案例，案例的編寫要與學生日常生活中所遇到的現實問題聯系。因此有A1=G1（Xw'），A1表示在課前準備活動中計算思維的培養效果，G1（）表示計算思維培養的效果函數，X w'表示在教學者創設的相關問題情境中學習者可以更有效地進行學習。

2.課中活動設計，包括異質分組、問題識別、開展探究、策略選擇與應用及成果展示等幾個環節。

教師在分組方面，不僅要尊重學生的意愿，還要考慮學生擅長的方面，以保證學生的興趣與異質的共同存在。因為不同的學生發現問題、解決問題的角度不一樣，從而縮小各小組之間的差距，有利于開展教學活動。根據教師的案例分析，運用計算思維的方法特點進行問題的識別。因此有A2=G2 （Xp'），A2表示在問題識別活動中，計算思維的培養效果，G2（）表示計算思維培養的效果函數，X p'表示在教學者的指導下，運用計算思維方法引導學習者提出與教學內容相關的問題，可以引發學習者的興趣，激發學習者的求知欲。

在運用計算思維開展探究的過程中，學生要查閱相關資料，思考已經掌握的相關問題的信息進行自主學習，之后進行合作學習；教師在學生的交流討論過程中要提供必要的指導，將集體的智慧凝結在一起，指導學生發現學科背后的知識，并與其他學科知識結合。因此有A3=G3（Xz'），A3表示在探究活動中，計算思維的培養效果，G3（）表示計算思維培養的效果函數，X z'表示學習者在教學者的指導下，利用已有資源和計算思維方法進行自主學習，構建知識體系之后與其他學習者進行交流討論，完善問題答案，有助于培養學習者終身學習的能力。

策略選擇與應用，是指學生在交流討論的過程中，不斷發現問題解決問題，經過一系列地研究探索，運用遞歸思維回推，仿真解決抽象問題，并行處理等方法形成最終的設計。在這個過程中，不僅僅完成由計算機教育向信息教育轉化的過程，更是將信息素養和計算思維融合到信息技術過程中去。提升學生分析問題、解決問題的能力。

學生在成果展示過程中，要進行多方面的思考。在這個過程中，學生要進行自評和反思，想想自己哪些方面做得好，哪些方面做得不好，教師要對每個作品進行評價，指出優點和缺點。學生在反思與思維的碰撞中鞏固基礎知識，構建知識體系內化知識，拓展思維空間。

3.課后測評，傳統的教學評價體系主要是面向低水平的認知領域，忽視了對于學生學習能力、學習態度、過程發展以及高級思維技能的評價。過度地重視學生的分數，評價結果不能真實全面地反映學習者的能力水平。因此，對于學生的評價，不僅要考慮學生的知識掌握程度，更要考慮學生的思維能力是否提高。對于基礎知識的評價，主要注重學生在解決問題時所表現出的準確程度、時間效率以及尋求正確方法的能力，可以采用標準化測試。而過程評價要盡可能地在真實環境中進行，主要評價學習者在學習過程中是否有重要的觀點，是否有效地整合了相關領域內的知識，是否有思維的轉變等。因此有A4=G4（Xf'），A4表示在課后評價中，計算思維的培養效果，G4（）表示計算思維培養的效果函數，X f'表示在網絡環境中，學習者在教學者的指導幫助下，進行效果評價和綜合評價，在這個過程中，加深對基礎知識的認識，并能夠將所學知識進行遷移，達到舉一反三的目的。

綜上所述，Asct=A1+ A2+ A3+ A4

因此，基于計算思維的PBL教學模式，是以學生在“真實世界”可能遭遇的非結構化的問題為學習的起點，引起學生的學習興趣，而學生的一切學習內容都是以問題為中心點，在小組合作學習和自主學習過程中，教師起主導作用，給學生提供解決問題的策略，但是不能直接告訴學生答案，通過問題的解決使學生發現學科背后的知識，培養學生的計算思維、自主學習能力和創新能力。在每一個問題完成和每個課程單元結束時，進行自我評價和小組評價，深入學習探究，通過學習者的鞏固和交流掌握解決問題的方法，拓展思維空間。PBL教學模式通過問題背景的設定，與學生的真實生活緊密聯系，讓學生在解決問題的過程中層層深入，更好地培養學生的計算思維能力。

三、結束語

在學習生活中，當學習者接觸到某種新奇的、不理解的事物時，好奇心就會主動驅使其去了解它，從而達到解決問題的目的。所以說，計算思維過程主要體現在問題解決的過程中。當一個人對別人問他的東西都很熟悉時，就毋需思考，只要運用他記憶中的知識就可以了，這就體現了計算思維的抽象和自動化特點。因此，探究采用何種教學模式培養學生的計算思維，對學習者的發展有重要意義。本文將計算思維與PBL教學步驟相結合，可以更有效地培養學生的計算思維和信息素養能力。

[參考文獻]

[1]李小明，蔣宗禮等.積極研究和推進計算思維能力的培養[J].計算機教育，2012（5）.

[2]蔣宗禮.計算思維之我見[J].中國大學教學，2013（9）.

[3]韓秋楓，孔波，李祁.大學計算機課程引入基于計算思維的問題探究式教學的思考[J].計算機工程與科學，2014（4）.

[4]張蕾.面向計算思維的WPBL教學模式研究[J].課程與教學，2014（3）.

[5]牟琴，譚良，吳長城.基于計算思維的網絡自主學習模式的研究[J].網絡教育與遠程教育，2011 （5）.

（責任編輯：彭琳琳）

文獻標識碼A

中圖分類號G434

收稿日期2016-01-27

作者簡介：馬玉慧（1974-），女，遼寧錦州人，渤海大學教育與體育學院副教授，博士，研究方向：教育技術學、人工智能在教育中的應用研究、知識工程；生詩蕊（1992-），女，遼寧葫蘆島人，渤海大學信息科學與技術學院碩士研究生，研究方向：計算思維的培養模式。