基于计算思维的探究式教学模型构建探析*

赵越茹婷婷杜丽英

（1、吉林建筑大学电气与计算机学院，吉林长春130118 2、吉林建筑大学基础科学部，吉林长春130118）

基于计算思维的探究式教学模型构建探析*

赵越1茹婷婷2杜丽英1

（1、吉林建筑大学电气与计算机学院，吉林长春130118 2、吉林建筑大学基础科学部，吉林长春130118）

计算思维的培养是当前计算机教学的重要目标，融入计算思维的探究式教学方法是教学改革与研究的热点问题之一。论文首先针对形式化教学模型ITMCT进行理论探析，以此为基础完成模型构建，最终实现模型的定量分析。以期有效推动工科院校计算机课程实际教学效果。

探究式教学法；计算思维；计算机课程；高等院校

引言

所谓探究式教学，即在教学过程中，通过教学者对学习者的指导，以“探究、自主、合作”为特点按照教学内容所要求的知识点完成自主学习过程，并辅以小组交流与合作等方式，以期达到课程标准中要求的教学模式［1，2］。探究式教学能够有效的利用各种教学资源，更好的激发学生的学习兴趣，有效解决传统填鸭式教学方式，是当前工科院校本科教学的一种理想选择。

一、探究式教学形式化理论基础探析

探究式教学模式注重充分发挥教学者与学习者各自的优势与特点，既体现教学者的教学主导作用，又注重体现学习者学习的主体地位［3，4］。为完成计算机课程教学，可以运用探究式教学模式进行教学设计。对于整个计算机课程教学过程，可建立数学函数表达式，如下所示。

式（1）中，探究式教学模式记作Q，F（）为过程函数，教学者动作集记作AT，学习者动作集记作AS。P表示由教学者抛出用于探究教学的问题。也就是说，就同一个P而言AT和AS越多，则越能体现教学者与学习者之间对于知识的拓展、迁移和交流过程。探究式教学模式强调教学者与学习者之间等同的地位，整个教学过程强调教学者运用AT中合适的教学手段完成对于学习者在AS中的引导。而其中引导学习者对于问题解决方式和技巧的训练也是探究式教学方法的一大特色。

在这里，设定AT和AS的动作集如下。

这里，在AT中，将探究性问题记作q，以此激发学习者探究与学习的动机；将带有启发性问题的提出记作i，并由教学者对学习策略进行指导；将学习资源、认知工具和方法性质的指导记作r，由教学者对学习者整个教学过程进行监控；将解决问题所用工具，指导性策略等记作h；将总结、点评及所提出的拓展性问题等记作c。在AS中，将所进入的学习情境及形成的学习状态记作l；将学习者按照教学者启发完成的思考过程及学习行动记作t；完成信息收集与加工的过程记作a；将组内成员间讨论、协作、共享学习资源的过程记作d；将运用所用知识与方法完成拓展、迁移与讨论的过程记作m。

为了完成基于CT的教学过程，需要学习者使用CT所提供的方法对问题进行探究与发现，以期使学习者通过基于科学探究方法拥有像科学家一样思考问题的能力。为了达到这样的目的，需要将CT科学的融入到整个基于探究式教学过程中，以使得学习者能够很快的发现问题和解决问题，提升学习者的学习能力。

二、形式化ITMCT教学模型探索

ITMCT（Inquiry Teaching Model based on Computational Thinking），即基于计算思维的探究式教学模式。它将CT理念融入探究式教学法中，由教学者引导学习者完成学习过程，以此发挥二种方式共同的效果。结合CT的教学思路，将教学者作为主导，以学习者作为主体，构建融入CT理念的探究式教学模式。其数学模型表示如下。

上式中，将融合CT的探究式教学方式记作QCT，CT为计算思维，F（）、P的含义同（1），A'T和A'S分别为教学者和学习者的动作集。在这里我们得到：

也就是说，A'T相对AT又加入了CT递归，启发式推理，关注点分离等方法来完成对于学习者的引导，而A'S相对AS又加入了CT的递归，启发式推理，关注点分离方法来完成解决问题及思考的过程。

在整个教学活动中，基于CT完成探究式教学过程。模型中的教学环节可以划分为教学过程、教学者活动和学习者活动三个方面。教学者融合CT思想，在A'T中选择合适的教学模式和方法启发和引导学习者完成问题的探究和思考。基于CT方式，通过设置一系列探究式问题展开教学过程。由教学者设置教学情境，抛出探究型问题激发学习者的积极性和主动性，循循诱导学习者以启发方式完成问题的抽象与分解，纠错与恢复，以期求得问题的解答。而学生一旦掌握这种学习和思维方式，并求得所抛出问题的解答后，教学者再抛出更深层次的问题引导学生完成进一步的思考与学习。接下来的过程也可以通过小组协作等方式共同完成问题的解决，运用CT达到知识的巩固和迁移的目的。

三、形式化教学模型ITMCT定量分析

作为形式化教学模型，ITMCT在教与学两方面均起到良好的推动作用。我们在这里以EITMCT表征实际教学效果，而由表征学习者具备的CT能力。对于整个形式化教学模型发生的教学活动，CT方法的使用由公式（2）和（3）中各参数来表征。于是可以获得每一个教学环节中教学效果函数EITMCT和CT函数CCTS的变化。

作为整个ITMCT教学活动，这里具体划分为五个环节。①情境创设，在此抛出“探究性问题”；②教学者通过计算思维方法启发学习者思考；③学习者按照计算思维方式完成探究过程；④用计算思维方法协作学习；⑤总结与评价过程。

如果用Ei和Ci（i=1，2，…，5）分别表示上述各步骤对于学习者的教学效果与和能力培养效果，则通过上述五个教学环节的依次执行，系统性公式可表示如下。

四、结束语

探索以计算思维为核心的探究式教学模式，对探究式教学的理论和CT的发展具有重要意义。形式化结果表达充分表明，在ITMCT教学模式中，融入CT思想的AT与AS方法集能够更好的启发和引导学习者完成学习过程，进而增进AT和AS之间的交流过程，帮助学习者养成科学思维的习惯。从而更好的掌握CT方法，提升CT能力。

［1］郭喜凤，孙兆豪，赵喜清.论计算思维工程化的层次结构［J］.计算机科学，2009，36（4）：64-67.

［2］朱亚宗.论计算思维——计算思维的科学定位、基本原理及创新路径［J］.计算机科学，2009，36（4）：53-55.

［3］陈国良，董荣胜.计算思维与大学计算机基础教育［J］.中国大学教学，2011（1）：7-11.

［4］何克抗，吴娟.信息技术与课程整合的教学模式研究之三——“探究性”教学模式［J］.现代教育技术，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

吉林省教育科学“十二五”规划课题（GH150337）。

赵越，男，副教授，研究方向为计算机教育，知识工程，计算智能；茹婷婷，女，讲师，研究方向为计算化学，有机化学；杜丽英，女，讲师，研究方向为计算机基础教育，数据挖掘。