基于计算思维的问题探究式教学模式研究

薛佳楣 苏晓光 马丹丹 孟凡波

摘要：高校计算机基础教学的主要目标之一就是学生计算思维的培养，在大学计算机基础课程中融入问题探究式教学有助于学生实践能力的培养和计算思维的形成。该文介绍了基于计算思维的探究式教学模式的概念，研究了基于计算思维的问题探究式教学模式的实施方法和效果。

关键词：问题探究式教学;计算思维;大学计算机基础;课程改革

中图分类号：G424 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）18-0095-02

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

进入21世纪以来，人类社会完全进入信息时代，计算机在人们日常的工作、学习和生活中起到了越来越重要的作用。计算机基础教育是高等院校通识教育课程的重要组成部分，包括程序设计语言、办公软件、数据结构等非计算机基础教学课程。《大学计算机基础》是一门培养学生计算机基础能力的计算机基础教育实践课程，课程目标是培养学生使用计算机解决实际问题的能力，教学内容包括操作系统、网络、office软件、多媒体技术等。在开展课程教学的过程中，培养学生利用计算机解决实际问题的能力是目前的教学改革主要研究方向。

1 计算思维与问题探究式教学

计算思维（Computational Thinking，后简称CT）是由卡梅隆大学的计算机系主任周以真教授在2006年提出的。周以真定义计算思维是“运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。”计算思维建立在计算和建模之上，能够帮助人们利用计算机处理无法由单人完成的系统设计、问题求解等工作。

问题探究式教学顾名思义就是将问题探究作为教学活动的主题，让学生模拟科学研究的过程来掌握基本概念、寻找客观规律和总结解题方法，其优势在于变被动接受知识为主动探究知识，培养学生独立思考和解决问题的能力。问题探究式教学非常适合自然科学类的课程教学，比如在计算机类课程中可以要求学生利用计算机去探索解决问题的方法，然后总结解决问题的思路。

计算思维的培养是大学计算机基础教学的重要教学内容，经过10多年的探索和实践，计算思维也和听、说、读、写等基本技能一样成为学生必备的核心素养之一。近年来，围绕计算思维培养的教学模式也有了一定成果，其中比较有效的一种就是基于计算思维的探究式教学模式，简称ITMCT（Inquiry Teach-ing Model based on Computational Thinking），在ITMCT中，CT理念和探究式教学完美结合，教师以提问的方式展开教学活动，引导学生主动去思考和学习，最终解决问题并进行总结反思。在ITMCT中，学生是教学主体，教师是教学引导者，学生的思维过程就是计算思维培养的过程。

为了体现CT的培养过程，教师要引导学生利用计算机提供的方法去解决问题，然后反思和探究计算机解决问题的过程，学习并掌握用计算机解决今后工作和学习中遇到问题的方法。由此可见，ITMCT教学模式的开展应结合计算机来设计教学内容，大学计算机基础课程是非常适合的。

大学计算机基础课程开展ITMCT教学可以分为教学过程、教师活动和学生活动3个方面。教师活动包括教学内容设计、作业设计、考评设计等。教师必须在教学内容中体现CT和探究式的内容，选择合适的教学目标和学生问题来引导学生开展学习活动。教学过程中，教师抛出探究性问题来激发学生的主动求知欲，引导学生循序渐进地解决问题，学生要通过一系列的分析、建模、计算、实践和反思的过程来完成问题的求解。在学生完成教学问题的求解后，教师要布置课程作业来引导学生向更深层次的问题进发，课下独立完成并预习下一节课的内容。

2 基于计算思维的问题探究式教学模式设计

基于计算思维的问题探究式教学模式围绕科学性的问题展开，教师引导学生通过独立完成、小组完成、集体讨论等形式进行问题的分析和研究，寻求利用计算机解决问题的方法，最后总结所学知识并反思利用计算建模解决问题的方法。基于计算思维的问题探究式教学模式可以分为问题启发、自主探究、小组合作和总结提升4个环节。

2.1 问题启发阶段

问题探究式教学的核心内容就是教学问题，问题的提出要围绕课程内容和计算机应用展开。教师可以从教材或生活实际出发来设计教学问题，也可以从上一教学环节学生反思阶段提出的某个问题出发来设计。问题提出的原则是能够启发学生独立思考和主动进行实践，难度不易过高否则会造成学生的厌学情绪，难度适中可以有效激发学生的求知欲和独立完成任务的积极性。例如在大学计算机基础课程中，学习网络时可以设计网络的工作原理这一问题，针对不同阶段的学习分别设计数据的定义、通信原理、网络分层结构等内容来展开教学活动。让学生从教材、网络和其他资料中探究发现网络的工作原理，掌握数据、通信、网络设备、网络层次结构等知识点。

2.2 自主探究阶段

自主探究阶段体现了学生学习的内在需要，教师应引导学生主动探究解决问题的方法，要积极调动学生的积极性。自主探究阶段教师要把握主动性、问题导向、开放性等原则，培养学生独立分析问题和解决问题的能力。比如在学习哈夫曼树结构时，教师除了要安排学生去研究哈夫曼树的基本知识外，还要引导学生独立分析该结构的特征，提出为何不存在度为1的节点这一问题，这可以为后续的教学活动开展提供新的探究式问题。

2.3 小组合作阶段

自主探究培养学生独立思考的能力，学生在掌握一定教学知识后就会有自己的理解，此时可以组织学生分组合作继续进行探究式学习。由于学生在进入高校之前接触计算机的程度不同，对于计算机基础课程的相关知识掌握程度也不同，教师应鼓励学生进行合作、对话、分享和互动。首先是根据自主探究阶段的表现将不同层次的學生分为3-4个层次，然后交叉各层次的学生组成探究小组进行后续学习。教师也要在分组完成之后提出适合小组探究的新问题，让同学们在组内进行探究式学习，组长负责组织和记录，培养学生的团队合作精神。比如在学习二叉树知识点时，教师可以要求学生小组讨论树、二叉树、森林等结构的概念和规律，以小组讨论的方式来帮助低层次学生快速理解相关知识点，让各层次小组成员分别理解之后再进行集中讨论，指出部分组员的错误并帮助其纠正学习方法。

2.4 总结提升

总结提升阶段也是很重要的一个环节，学生通过自我反思，和教师一起进一步梳理相关问题的解决策略，提升理论的理解水平。在总结提升环节，教师充分发挥主导作用，做好学生学习的促进者，可以先由学生自己或以小组汇报的形式总结，其他组或个人补充说明，然后教师针对不同层次的学生给予不同的指导和要求，也就是教师应通过自己的外因作用，调动起学生的内因的积极性。

3 结束语

大学计算机基础课程是一门实践性和综合性较强的通识教育课程，通过引入问题探究式教学模式，引导学生去主动分析问题、提出问题和解决问题，这对于培养学生的计算思维是非常有效的。学生在学习课程之后能够掌握计算机的使用技巧、网络信息检索和分析的方法，这有助于他们在今后的学习和工作中能使用计算机解决实际问题。ITMCT以学生为课堂中心，以问题为主线，教师为主导，通过问题探究过程来培养学生的计算思维，帮助学生构建计算机核心素养，这符合我国对高等院校计算机教学的基本要求。在今后的教学工作中，对大学计算机基础的ITMCT教学模式还要不断研究和改进，下一步的主要研究方向是构建符合学生实际和学校办学理念的考评机制，以及提高教师队伍的计算机综合素质等。

参考文献：

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【通联编辑：唐一东】

基金项目：黑龙江省教育科学“十三五”规划2018年度备案课题（项目编号：GJC1318107）;黑龙江省教育科学“十三五”规划2019年度重点课题（编号：GJB1319144）;佳木斯大学2018年教育教学研究项目（编号：2018JYXB-041）

作者简介：薛佳楣（1974-），女，黑龙江佳木斯人，副教授，碩士，主要研究方向为数据库、软件工程;通讯作者：苏晓光（1974-），女，黑龙江佳木斯人，实验师，硕士，主要研究方向为数据挖掘、恢复，数据处理与优化。