基于計算思維的探究式教學模型構建探析*

趙越茹婷婷杜麗英

（1、吉林建筑大學電氣與計算機學院，吉林長春130118 2、吉林建筑大學基礎科學部，吉林長春130118）

基于計算思維的探究式教學模型構建探析*

趙越1茹婷婷2杜麗英1

（1、吉林建筑大學電氣與計算機學院，吉林長春130118 2、吉林建筑大學基礎科學部，吉林長春130118）

計算思維的培養是當前計算機教學的重要目標，融入計算思維的探究式教學方法是教學改革與研究的熱點問題之一。論文首先針對形式化教學模型ITMCT進行理論探析，以此為基礎完成模型構建，最終實現模型的定量分析。以期有效推動工科院校計算機課程實際教學效果。

探究式教學法；計算思維；計算機課程；高等院校

引言

所謂探究式教學，即在教學過程中，通過教學者對學習者的指導，以“探究、自主、合作”為特點按照教學內容所要求的知識點完成自主學習過程，并輔以小組交流與合作等方式，以期達到課程標準中要求的教學模式［1，2］。探究式教學能夠有效的利用各種教學資源，更好的激發學生的學習興趣，有效解決傳統填鴨式教學方式，是當前工科院校本科教學的一種理想選擇。

一、探究式教學形式化理論基礎探析

探究式教學模式注重充分發揮教學者與學習者各自的優勢與特點，既體現教學者的教學主導作用，又注重體現學習者學習的主體地位［3，4］。為完成計算機課程教學，可以運用探究式教學模式進行教學設計。對于整個計算機課程教學過程，可建立數學函數表達式，如下所示。

式（1）中，探究式教學模式記作Q，F（）為過程函數，教學者動作集記作AT，學習者動作集記作AS。P表示由教學者拋出用于探究教學的問題。也就是說，就同一個P而言AT和AS越多，則越能體現教學者與學習者之間對于知識的拓展、遷移和交流過程。探究式教學模式強調教學者與學習者之間等同的地位，整個教學過程強調教學者運用AT中合適的教學手段完成對于學習者在AS中的引導。而其中引導學習者對于問題解決方式和技巧的訓練也是探究式教學方法的一大特色。

在這里，設定AT和AS的動作集如下。

這里，在AT中，將探究性問題記作q，以此激發學習者探究與學習的動機；將帶有啟發性問題的提出記作i，并由教學者對學習策略進行指導；將學習資源、認知工具和方法性質的指導記作r，由教學者對學習者整個教學過程進行監控；將解決問題所用工具，指導性策略等記作h；將總結、點評及所提出的拓展性問題等記作c。在AS中，將所進入的學習情境及形成的學習狀態記作l；將學習者按照教學者啟發完成的思考過程及學習行動記作t；完成信息收集與加工的過程記作a；將組內成員間討論、協作、共享學習資源的過程記作d；將運用所用知識與方法完成拓展、遷移與討論的過程記作m。

為了完成基于CT的教學過程，需要學習者使用CT所提供的方法對問題進行探究與發現，以期使學習者通過基于科學探究方法擁有像科學家一樣思考問題的能力。為了達到這樣的目的，需要將CT科學的融入到整個基于探究式教學過程中，以使得學習者能夠很快的發現問題和解決問題，提升學習者的學習能力。

二、形式化ITMCT教學模型探索

ITMCT（Inquiry Teaching Model based on Computational Thinking），即基于計算思維的探究式教學模式。它將CT理念融入探究式教學法中，由教學者引導學習者完成學習過程，以此發揮二種方式共同的效果。結合CT的教學思路，將教學者作為主導，以學習者作為主體，構建融入CT理念的探究式教學模式。其數學模型表示如下。

上式中，將融合CT的探究式教學方式記作QCT，CT為計算思維，F（）、P的含義同（1），A'T和A'S分別為教學者和學習者的動作集。在這里我們得到：

也就是說，A'T相對AT又加入了CT遞歸，啟發式推理，關注點分離等方法來完成對于學習者的引導，而A'S相對AS又加入了CT的遞歸，啟發式推理，關注點分離方法來完成解決問題及思考的過程。

在整個教學活動中，基于CT完成探究式教學過程。模型中的教學環節可以劃分為教學過程、教學者活動和學習者活動三個方面。教學者融合CT思想，在A'T中選擇合適的教學模式和方法啟發和引導學習者完成問題的探究和思考。基于CT方式，通過設置一系列探究式問題展開教學過程。由教學者設置教學情境，拋出探究型問題激發學習者的積極性和主動性，循循誘導學習者以啟發方式完成問題的抽象與分解，糾錯與恢復，以期求得問題的解答。而學生一旦掌握這種學習和思維方式，并求得所拋出問題的解答后，教學者再拋出更深層次的問題引導學生完成進一步的思考與學習。接下來的過程也可以通過小組協作等方式共同完成問題的解決，運用CT達到知識的鞏固和遷移的目的。

三、形式化教學模型ITMCT定量分析

作為形式化教學模型，ITMCT在教與學兩方面均起到良好的推動作用。我們在這里以EITMCT表征實際教學效果，而由表征學習者具備的CT能力。對于整個形式化教學模型發生的教學活動，CT方法的使用由公式（2）和（3）中各參數來表征。于是可以獲得每一個教學環節中教學效果函數EITMCT和CT函數CCTS的變化。

作為整個ITMCT教學活動，這里具體劃分為五個環節。①情境創設，在此拋出“探究性問題”；②教學者通過計算思維方法啟發學習者思考；③學習者按照計算思維方式完成探究過程；④用計算思維方法協作學習；⑤總結與評價過程。

如果用Ei和Ci（i=1，2，…，5）分別表示上述各步驟對于學習者的教學效果與和能力培養效果，則通過上述五個教學環節的依次執行，系統性公式可表示如下。

四、結束語

探索以計算思維為核心的探究式教學模式，對探究式教學的理論和CT的發展具有重要意義。形式化結果表達充分表明，在ITMCT教學模式中，融入CT思想的AT與AS方法集能夠更好的啟發和引導學習者完成學習過程，進而增進AT和AS之間的交流過程，幫助學習者養成科學思維的習慣。從而更好的掌握CT方法，提升CT能力。

［1］郭喜鳳，孫兆豪，趙喜清.論計算思維工程化的層次結構［J］.計算機科學，2009，36（4）：64-67.

［2］朱亞宗.論計算思維——計算思維的科學定位、基本原理及創新路徑［J］.計算機科學，2009，36（4）：53-55.

［3］陳國良，董榮勝.計算思維與大學計算機基礎教育［J］.中國大學教學，2011（1）：7-11.

［4］何克抗，吳娟.信息技術與課程整合的教學模式研究之三——“探究性”教學模式［J］.現代教育技術，2008，18（9）：5-10.

It is important to cultivate the computational thinking（CT）in computer courses.Integrating computational thinking with inquiry based teaching method is an hot issue in teaching reform and research.Firstly，the paper analyzed the ITMCT model，after which the model is completed.Finally，quantitative analysis is achieved with the model.With the effort practical teaching effects if promoted.

inquiry based teaching method；computational thinking；computer course；higher education

G642

A

2096-000X（2016）22-0108-02

吉林省教育科學“十二五”規劃課題（GH150337）。

趙越，男，副教授，研究方向為計算機教育，知識工程，計算智能；茹婷婷，女，講師，研究方向為計算化學，有機化學；杜麗英，女，講師，研究方向為計算機基礎教育，數據挖掘。