趙越茹婷婷杜麗英

（1、吉林建筑大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)學(xué)院，吉林長春130118 2、吉林建筑大學(xué)基礎(chǔ)科學(xué)部，吉林長春130118）

基于計(jì)算思維的探究式教學(xué)模型構(gòu)建探析*

趙越1茹婷婷2杜麗英1

（1、吉林建筑大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)學(xué)院，吉林長春130118 2、吉林建筑大學(xué)基礎(chǔ)科學(xué)部，吉林長春130118）

計(jì)算思維的培養(yǎng)是當(dāng)前計(jì)算機(jī)教學(xué)的重要目標(biāo)，融入計(jì)算思維的探究式教學(xué)方法是教學(xué)改革與研究的熱點(diǎn)問題之一。論文首先針對形式化教學(xué)模型ITMCT進(jìn)行理論探析，以此為基礎(chǔ)完成模型構(gòu)建，最終實(shí)現(xiàn)模型的定量分析。以期有效推動(dòng)工科院校計(jì)算機(jī)課程實(shí)際教學(xué)效果。

探究式教學(xué)法；計(jì)算思維；計(jì)算機(jī)課程；高等院校

引言

所謂探究式教學(xué)，即在教學(xué)過程中，通過教學(xué)者對學(xué)習(xí)者的指導(dǎo)，以“探究、自主、合作”為特點(diǎn)按照教學(xué)內(nèi)容所要求的知識點(diǎn)完成自主學(xué)習(xí)過程，并輔以小組交流與合作等方式，以期達(dá)到課程標(biāo)準(zhǔn)中要求的教學(xué)模式［1，2］。探究式教學(xué)能夠有效的利用各種教學(xué)資源，更好的激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有效解決傳統(tǒng)填鴨式教學(xué)方式，是當(dāng)前工科院校本科教學(xué)的一種理想選擇。

一、探究式教學(xué)形式化理論基礎(chǔ)探析

探究式教學(xué)模式注重充分發(fā)揮教學(xué)者與學(xué)習(xí)者各自的優(yōu)勢與特點(diǎn)，既體現(xiàn)教學(xué)者的教學(xué)主導(dǎo)作用，又注重體現(xiàn)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的主體地位［3，4］。為完成計(jì)算機(jī)課程教學(xué)，可以運(yùn)用探究式教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。對于整個(gè)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)過程，可建立數(shù)學(xué)函數(shù)表達(dá)式，如下所示。

式（1）中，探究式教學(xué)模式記作Q，F(xiàn)（）為過程函數(shù)，教學(xué)者動(dòng)作集記作AT，學(xué)習(xí)者動(dòng)作集記作AS。P表示由教學(xué)者拋出用于探究教學(xué)的問題。也就是說，就同一個(gè)P而言AT和AS越多，則越能體現(xiàn)教學(xué)者與學(xué)習(xí)者之間對于知識的拓展、遷移和交流過程。探究式教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)教學(xué)者與學(xué)習(xí)者之間等同的地位，整個(gè)教學(xué)過程強(qiáng)調(diào)教學(xué)者運(yùn)用AT中合適的教學(xué)手段完成對于學(xué)習(xí)者在AS中的引導(dǎo)。而其中引導(dǎo)學(xué)習(xí)者對于問題解決方式和技巧的訓(xùn)練也是探究式教學(xué)方法的一大特色。

在這里，設(shè)定AT和AS的動(dòng)作集如下。

這里，在AT中，將探究性問題記作q，以此激發(fā)學(xué)習(xí)者探究與學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)；將帶有啟發(fā)性問題的提出記作i，并由教學(xué)者對學(xué)習(xí)策略進(jìn)行指導(dǎo)；將學(xué)習(xí)資源、認(rèn)知工具和方法性質(zhì)的指導(dǎo)記作r，由教學(xué)者對學(xué)習(xí)者整個(gè)教學(xué)過程進(jìn)行監(jiān)控；將解決問題所用工具，指導(dǎo)性策略等記作h；將總結(jié)、點(diǎn)評及所提出的拓展性問題等記作c。在AS中，將所進(jìn)入的學(xué)習(xí)情境及形成的學(xué)習(xí)狀態(tài)記作l；將學(xué)習(xí)者按照教學(xué)者啟發(fā)完成的思考過程及學(xué)習(xí)行動(dòng)記作t；完成信息收集與加工的過程記作a；將組內(nèi)成員間討論、協(xié)作、共享學(xué)習(xí)資源的過程記作d；將運(yùn)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(xué)過程，需要學(xué)習(xí)者使用CT所提供的方法對問題進(jìn)行探究與發(fā)現(xiàn)，以期使學(xué)習(xí)者通過基于科學(xué)探究方法擁有像科學(xué)家一樣思考問題的能力。為了達(dá)到這樣的目的，需要將CT科學(xué)的融入到整個(gè)基于探究式教學(xué)過程中，以使得學(xué)習(xí)者能夠很快的發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，提升學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)能力。

二、形式化ITMCT教學(xué)模型探索

ITMCT（Inquiry Teaching Model based on Computational Thinking），即基于計(jì)算思維的探究式教學(xué)模式。它將CT理念融入探究式教學(xué)法中，由教學(xué)者引導(dǎo)學(xué)習(xí)者完成學(xué)習(xí)過程，以此發(fā)揮二種方式共同的效果。結(jié)合CT的教學(xué)思路，將教學(xué)者作為主導(dǎo)，以學(xué)習(xí)者作為主體，構(gòu)建融入CT理念的探究式教學(xué)模式。其數(shù)學(xué)模型表示如下。

上式中，將融合CT的探究式教學(xué)方式記作QCT，CT為計(jì)算思維，F(xiàn)（）、P的含義同（1），A'T和A'S分別為教學(xué)者和學(xué)習(xí)者的動(dòng)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(fā)式推理，關(guān)注點(diǎn)分離等方法來完成對于學(xué)習(xí)者的引導(dǎo)，而A'S相對AS又加入了CT的遞歸，啟發(fā)式推理，關(guān)注點(diǎn)分離方法來完成解決問題及思考的過程。

在整個(gè)教學(xué)活動(dòng)中，基于CT完成探究式教學(xué)過程。模型中的教學(xué)環(huán)節(jié)可以劃分為教學(xué)過程、教學(xué)者活動(dòng)和學(xué)習(xí)者活動(dòng)三個(gè)方面。教學(xué)者融合CT思想，在A'T中選擇合適的教學(xué)模式和方法啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)習(xí)者完成問題的探究和思考。基于CT方式，通過設(shè)置一系列探究式問題展開教學(xué)過程。由教學(xué)者設(shè)置教學(xué)情境，拋出探究型問題激發(fā)學(xué)習(xí)者的積極性和主動(dòng)性，循循誘導(dǎo)學(xué)習(xí)者以啟發(fā)方式完成問題的抽象與分解，糾錯(cuò)與恢復(fù)，以期求得問題的解答。而學(xué)生一旦掌握這種學(xué)習(xí)和思維方式，并求得所拋出問題的解答后，教學(xué)者再拋出更深層次的問題引導(dǎo)學(xué)生完成進(jìn)一步的思考與學(xué)習(xí)。接下來的過程也可以通過小組協(xié)作等方式共同完成問題的解決，運(yùn)用CT達(dá)到知識的鞏固和遷移的目的。

三、形式化教學(xué)模型ITMCT定量分析

作為形式化教學(xué)模型，ITMCT在教與學(xué)兩方面均起到良好的推動(dòng)作用。我們在這里以EITMCT表征實(shí)際教學(xué)效果，而由表征學(xué)習(xí)者具備的CT能力。對于整個(gè)形式化教學(xué)模型發(fā)生的教學(xué)活動(dòng)，CT方法的使用由公式（2）和（3）中各參數(shù)來表征。于是可以獲得每一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中教學(xué)效果函數(shù)EITMCT和CT函數(shù)CCTS的變化。

作為整個(gè)ITMCT教學(xué)活動(dòng)，這里具體劃分為五個(gè)環(huán)節(jié)。①情境創(chuàng)設(shè)，在此拋出“探究性問題”；②教學(xué)者通過計(jì)算思維方法啟發(fā)學(xué)習(xí)者思考；③學(xué)習(xí)者按照計(jì)算思維方式完成探究過程；④用計(jì)算思維方法協(xié)作學(xué)習(xí)；⑤總結(jié)與評價(jià)過程。

如果用Ei和Ci（i=1，2，…，5）分別表示上述各步驟對于學(xué)習(xí)者的教學(xué)效果與和能力培養(yǎng)效果，則通過上述五個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的依次執(zhí)行，系統(tǒng)性公式可表示如下。

四、結(jié)束語

探索以計(jì)算思維為核心的探究式教學(xué)模式，對探究式教學(xué)的理論和CT的發(fā)展具有重要意義。形式化結(jié)果表達(dá)充分表明，在ITMCT教學(xué)模式中，融入CT思想的AT與AS方法集能夠更好的啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)習(xí)者完成學(xué)習(xí)過程，進(jìn)而增進(jìn)AT和AS之間的交流過程，幫助學(xué)習(xí)者養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)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(jì)算思維工程化的層次結(jié)構(gòu)［J］.計(jì)算機(jī)科學(xué)，2009，36（4）：64-67.

［2］朱亞宗.論計(jì)算思維——計(jì)算思維的科學(xué)定位、基本原理及創(chuàng)新路徑［J］.計(jì)算機(jī)科學(xué)，2009，36（4）：53-55.

［3］陳國良，董榮勝.計(jì)算思維與大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育［J］.中國大學(xué)教學(xué)，2011（1）：7-11.

［4］何克抗，吳娟.信息技術(shù)與課程整合的教學(xué)模式研究之三——“探究性”教學(xué)模式［J］.現(xiàn)代教育技術(shù)，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(xué)“十二五”規(guī)劃課題（GH150337）。

趙越，男，副教授，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)教育，知識工程，計(jì)算智能；茹婷婷，女，講師，研究方向?yàn)橛?jì)算化學(xué)，有機(jī)化學(xué)；杜麗英，女，講師，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育，數(shù)據(jù)挖掘。