面向计算思维wpbl教学模式探究

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1、面向计算思维WPBL教学模式探究　　[摘要]针对传统WPBL教学模式在计算思维能力培养方面的不足，提出了面向计算思维的WPBL教学模式及其数学模型。新模式拓展了教师动作集和学生动作集，即教师基于网络环境资源，设置一组面向计算思维的、层次递进的问题情境，并利用网络教学平台对教学过程进行整体把握和指导，引导学生自主开展一系列围绕问题情境的活动，在完成整个教学过程的同时将计算思维渗透到自身的知识体系和能力中。最后通过案例分析和教学实验说明了所提出的教学模式的有效性。[关键词]网络环境；计算思维；PBL；WPBL[中图分类号]G434[文献标志码]A

2、[作者简介]张蕾（1980—），女，甘肃武威人。讲师，主要从事计算机教学及计算机网络理论研究工作。E-mail：40220953@qq.com。一、引言2006年3月，美国卡内基·梅隆大学计算机科学系主任周以真教授在美国计算机权威期刊《CommunicationsoftheACM》杂志上给出了计算思维（Computational15Thinking）的定义[1]。随即，计算思维成为国内外教育界及相关领域学者广泛关注的概念，计算思维和理论思维、实验思维一起成为推动人类文明进步和科技发展的三大支柱[2]。因此，在教学的同时注重计算思维的培养以及基

3、于计算思维的各种教学模式的研究成为了计算机教育者关注的焦点。2008年，美国国家计算机科学技术教学者协会（CSTA）发布了得到美国微软公司支持的《计算思维：一个所有课堂问题解决的工具》（ComputationalThinking：AProblemSolvingToolForEveryClassroom）的报告[3]。在软件工程课程中引入计算思维的关注点分离方法，并指出：作为最重要的计算思维原则之一，关注点分离是计算科学和软件工程在长期实践中确立的一项方法论原则；[4]2009年，董荣胜在《计算思维与计算机导论》一文中探讨了计算机导论课程的改革

4、目标是以计算思维能力培养为核心[5]；王挺等结合计算思维概念分析了计算思维在编译理论和技术发展中的作用，并结合编译课程教学中的知识点，探讨了教学中如何结合具体案例培养计算思维[6]。尽管如此，计算思维在具体课程教学过程中的培养仍处于摸索阶段，还没有一套完整科学的方法体系。近年来，随着现代信息技术的迅猛发展，在教学领域中不断涌现出各种基于网络环境的新型教学模式。其中网络环境下的问题学习（WebProblem-Based15Learning简称WPBL）教学模式，强调利用网络多媒体教室、校园网、互联网、教学平台、多媒体教学软件、网络课程等网络环境

5、及资源将学习设置到复杂的、有意义的问题情境中，通过学习者合作解决真实性问题，来掌握隐含在问题中的科学知识，并形成解决问题的技能，最终完成知识构建[7]。当前，以问题为基础开展的学习和教学活动已经成为国外教学改革浪潮中的基本思路，并迅速拓展到教育、经济、管理、数学、建筑、法律及社会工作等专业领域[8]；在国内，医学教育中已经逐步采用这种教学模式，其他教育领域也正开展相关探索研究[9]。传统的WPBL教学模式并没有关注于计算思维能力的培养，本文对传统的WPBL教学模式进行了改进，使其更有利于计算思维能力的培养。首先对计算思维的内涵进行了概述，然后

6、提出了面向计算思维的WPBL教学模式，并结合具体案例剖析了该教学模式的具体过程。该模式不仅对WPBL教学模式进行了进一步的研究和扩展，而且还在问题学习的过程中培养了学生使用计算思维方法分析解决问题的能力，同时，更有利于现代教育技术工作者进一步开展基于网络环境的新型教学模式的探讨和研究。二、面向计算思维的WPBL教学模式（一）计算思维15目前国际上广泛认同的计算思维定义来自周以真教授。他认为，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，以及人类行为理解的涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动[10]。典型的计算思维包括一系列广泛的计

7、算机科学的思维方法：递归、抽象和分解、保护、冗余、容错、纠错和恢复，利用启发式推理来寻求解答，在不确定情况下的规划、学习和调度等。表1中对计算思维的概念进行了详细的解释：（二）现有WPBL教学模式及存在的问题基于李克东教授对教学模式的定义与分析[12]，结合网络环境的特点，王超杰在《WPBL教学模式的构成要素分析》一文中将WPBL教学模式定义为：在现代教育思想、教学理论与学习理论的指导下，在网络化教学环境和教学资源的支持下，以问题为中心，教与学活动中各要素之间稳定的关系和活动进程结构形式。同时，提出WPBL教学模式的构成要素为问题情境、网络环

8、境资源、现代教与学理论、教师及学生五部分[13]。因此，针对WPBL教学模式可以建立如下数学模型：式（1）中，W表示WPBL教学模式；F（15）是一个过程函数；P表