基于计算思维的教学模式探索 文档

基于计算思维的教学模式探索
美国心理学和教育学家Robert J.Sternberg指出：思维教学的核心理念是培养聪明的学习者，教员不仅要教会学员如何解决问题，也要教会他们发现值得解决的问题。

教员要为学员提供足够的思维空间，设法激励和引导学员自主学习，发现问题所在继而解决问题[1]。

思维教学要以所教授的学员为核心，以培养思维能力为目的，使学员既在思维活动中学习知识，也能够学习思维的方法，达到“鱼”“渔”同授的目的，培养学员良好的思维能力。

1 计算思维
计算思维最早是在2006年，由曾任美国卡内基·梅隆大学计算机科学系主任的周以真（Jeannette M.Wing）教授提出的，他指出：“计算思维代表着一种普遍的认识和一类普适的技能，每一个人，而不仅仅是计算机科学家，都应热心于它的学习和应用。

计算思维是每个人的基本技能，不仅仅是计算机科学家。

我们应当使每个孩子在培养解析能力时不仅掌握阅读、写作和算术，还要学会计算思维。

[2]”
中国科学院计算所李国杰院士也指出：“计算思维是运用计算机科学的基础概念求解问题、设计系统和理解人类行为，它选择合适的方式陈述一个问题、对一个问题的相关方面建模，并用最有效的办法实现问题求解。

[3]”
因此，对计算思维的认识我们可以这样来理解：计算思维是运用计算机科学的基础概念来进行问题的求解，它是一种本质的、所有人都必须具备的思维方式，就像读书、写字一样，成为人们基础的、不可缺少的思维方式。

我们要准备会议，把开会所需的东西放进公文包，这就是“预置和缓存”；当你弄丢了自己的手机，沿着走过的路线去寻找，这就叫“回推”；在食堂排队去买饭时，站在哪一队更快呢？这就是“多服务器系统”的性能模型。

这些都是计算思维在我们生活中的运用。

学会计算思维，是在信息社会中创新的需要。

要培养出创新型人才，教育在思想和方法上就必须摆脱传统教学的偏见，让学员运用高效的思维去思考。

2 基于计算思维的教学模式探索
计算思维是当前教育系统十分关注的一个问题，该文研究的基于计算思维的教学模式，就是综合利用计算思维的教学策略，构建以教员为主导，以学员为主体、以能力培养为目标的思维教学模式。

通过任务引领和问题探究，让学员在不断的探索研究过程中启发思考、总结规律、掌握科学方法，培养学员的创新能力和科学精神，提高独立思考和解决问题的能力。

教员在教学过程中创设提出问题的实际情境，刺激学员发现问题，提出高质量的问题，然后不断引导和启发学员采用转化、约简、递归、仿真、启发式推理等方式进行问题的思考和研究解。

在此过程中，学员对所学知识进行重构，对新旧[4]决的方法．知识进行意义建构的过程就是计算思维能力培养的过程。

通过这
个过程，计算思维潜移默化地被植入学员脑内，学员的抽象思维及推理能力被有效地建立起来。

当学员掌握这一思维方法以后，教员再启发学员运用所学方法解决其它方面的问题。

其教学基本步骤为：一是设置启发性问题，调动学员的学习积极性，激发学习热情；二是用计算思维的方法提示学员，启发其进行独立的思考；三是将学习资源和学习方法通过网络或其它形式提供给学员，指导学员进行学习；四是指导小组讨论、交流，帮助学员对所学知识的内化和进行知识体系构建；五是对学员的学习情况进行总结讲评，提出拓展性问题，深化知识的理解。

学员在学习过程中要根据教员的教学进程，紧跟教学思路，完成各类教学活动。

一是根据教员创设的情境，进入学习状态，形成学习心理；二是根据教员的启发进行思考，展开相应的学习动作；三是对学习资源进行加工整理和提练；四是进行小组协作、讨论交流、共享学习资源、内化知识形成体系；五是运用所学方法对知识进行迁移和拓展。

3 基于计算思维的教学案例应用
基于计算思维教学模式我们在不断探索过程中，在进行VB语
言程序设计的教学中，我们运用了这种教学模式，起到了良好的效果。

3.1创新情景，激发学习兴趣
第一步，教员设置基于计算思维的启发性问题。

例如，在学习VB语言的“递归算法”时，我们先设置启发性
的问题来吸引学员的注意力：
教员在纸上写一个词“坚持”，在上课之前事先告诉其中的一个学员，要求从第一排的第一个学员开始，每位学员只问他相邻的学员，每位学员最多只能被问一次，而且一个学员不能再问第二人，当任何一个学员知道了答案，要求立即告诉曾经问过他的那个学员，不能告诉其它人，然后知道内容的学员，继续向前告之，以此类推；一直到第一个学员结束。

在这个过程中，第一个学员想知道结果，就必须第二个学员知道，第二个学员想知道结果，就必须第三个学员知道，同理，一直往后进行；当有一个学员知道结果后，就逐级向前告知，一直返回到第一个学员，任务结束。

这个过程就是递归算法的思想的简单表述。

学员在学习过程中兴趣很高，与纯粹的数字问题相比，学习起来要快，更加容易走进递归的思维模式，为进一步学习递归算法埋下伏笔。

3.2 运用计算思维的方法，启发思考
第二步，教员将计算思维的方法融入教学的过程中，启发学员运用计算思维的方式进行思考。

教学过程中，教员要掌握好教学进程，在恰当的时机和关键环节，提示学员用计算思维各种方法来思考问题，提供学习策略上的指导。

在前面引导学员运用递归思维的基础上提出“猴子吃桃问题”，（有一天小猴子摘若干个桃子，它吃了一半，觉得不够，
又多吃了一个。

第二天，又吃了一半，吃完觉得不过瘾，又多吃
了一个，以后小猴子都是吃尚存桃子一半多一个。

到第10天早
上小猴子再去吃桃子的时候，看到只剩下一个桃子。

问小猴子第一天共摘下了多少个桃子？）教员在提出问题后，启发学员是否可以用计算思维的递归方法解决。

给出表格，引导学员运用计算思维的递归方法，逆向思维，从表格的后面往前填写。

通
过填写表格，学员对递归算法中递归展开和回归有了直观的认识，递归展开过程是把问题的计算规模逐步变小的过程。

如第n天的桃子数可以找出规律tao（n） =（tao（n+1）+1）*2。

在回归
过程中，由最简单的解，逐级返回。

即第10天的桃子数为1个，第9天是（1+1）*2=4个，以此类推，前一天桃子数即是后一天的桃子数加上1后的2倍。

通过这种分析，教员引导学员以递归算法的逆向思维求解问题，在分析的过程中体会递归算法。

学员通过运用计算思维的方法思考，逐步掌握递归算法，当遇到类似问题时就会能够使用计算思维的方法去解决问题。

3.3 提供资源、方法，培养自主学习
第三步，教员通过网络提供学习的资源，学习资源不局限于单个问题，是对相关问题的覆盖，以达到开拓学员视野丰富知识面的目的，同时启发学员运用计算思维的方法，对知识进行归纳和提炼。

使学教员通过教学网络提供递归算法学习的相关知识内容，
员对递归算法有进一步的认识，同时提出递归的方法步骤，并指
导学员建立数学模型：
假设第n，（n=3时。

通过这种交流讨论，进一步培养学员分析问题、归纳、梳理知识的能力。

3.5 总结拓展
第五步，教员进行点评、总结，并对知识进行拓展。

教员运用计算思维的方法对课程内容进行高度概括、归纳、总结，从知识的体系结构、学习的方法步骤以及学员的协作交流和计算思维训练情况等方面对学员进行综合评估，并提供知识拓展的学习资源。

学员在教员的提示下对知识点进行归纳和总结，将新知识内化，同时通过对拓展知识的学习加深对知识点的理解。

通过这样的教学，学员能够主动进行思考，加强了对知识的总结和梳理，达到了培养学员自学、知识迁移和自我建构知识体系的能力的目的。

思维学习的目的是为了创造，思维发展水平是学员成才的关键，思维方式对学员的成长具有非常重要的影响。

教学实践表明，基于计算思维的教学模式充分发挥了学员的主观能动性，使他们积极参与教学过程，锻炼了计算思维和创新能力，并对学习过程有一个正确的方向把握，对提高教学质量有很大的帮助，为学员
提供了受益终生的学习方法。

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