情境創(chuàng)設(shè)引發(fā)的問題思考

教學(xué)情境是以直觀方式再現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容所表征的實際事物或者實際事物的相關(guān)背景。教師在教學(xué)實踐中，會根據(jù)教學(xué)目標(biāo)要求和具體教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)一種適合學(xué)生產(chǎn)生一定情感反應(yīng)的，能夠使其主動學(xué)習(xí)的，具有學(xué)習(xí)背景、景象和學(xué)習(xí)活動條件的學(xué)習(xí)環(huán)境。通過教學(xué)情境，教師可以使學(xué)生在學(xué)習(xí)中產(chǎn)生情感共鳴，增強他們的情感體驗，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，導(dǎo)引他們循著知識產(chǎn)生的脈絡(luò)去準(zhǔn)確把握學(xué)習(xí)內(nèi)容，還可以幫助學(xué)生實現(xiàn)知識的遷移和應(yīng)用。

那么，使用了教學(xué)情境，就一定能達到理想的效果嗎？鄭毓信教授在《小學(xué)數(shù)學(xué)教育的理論與實踐》一書中曾列舉過一個在美國課堂上發(fā)生的真實例子。為了幫助學(xué)生較好地掌握分?jǐn)?shù)的意義，任課教師專門設(shè)計了這樣一個情境：“瑪麗舉行了一個生日派對，現(xiàn)需要將一個烤好的南瓜餅分給三個小孩，問：每個小孩能得到多少？”出乎意料的是，當(dāng)時班上有一個小孩大聲提出一個問題：“什么是南瓜餅？”對此教師作了簡單的回答，小孩也沒有追問，教學(xué)正常進行。在課堂結(jié)束以后，一個聽課者發(fā)現(xiàn)該小孩還在思考著什么，于是就問他：“你在想什么？”孩子答道：“我在想，南瓜餅到底好吃不好吃?！憋@然，如果這個小孩一直沉浸于這樣一個問題，這堂課對他而言可能收獲不大。

可見，情境創(chuàng)設(shè)也會有負(fù)面影響。因為，由于學(xué)生年齡特征與個體特殊性等因素的影響，我們顯然無法保證由教學(xué)情境調(diào)動學(xué)生的經(jīng)驗和知識一定有利于學(xué)習(xí)活動，而不會起到任何的干擾作用。有些教學(xué)情境的導(dǎo)入可能會造成適得其反的效果。

在計算思維相關(guān)的學(xué)科教學(xué)中，也有類似的現(xiàn)象。教師運用生活實例創(chuàng)設(shè)情境，希望降低學(xué)生理解計算學(xué)科概念的難度，表面上很合理，實際效果卻不一定好。例如，有一堂學(xué)習(xí)算法概念的課，學(xué)習(xí)目標(biāo)是認(rèn)識算法描述及其特點。教師設(shè)計了這樣一個教學(xué)情境并組織學(xué)生活動：一位農(nóng)夫帶著一匹狼、一只羊、一筐白菜過河，由于船太小，農(nóng)夫一次只能帶一樣?xùn)|西過河，狼和羊、羊和白菜不能單獨留在同岸，否則羊或白菜會被吃掉，這是一個經(jīng)典的農(nóng)夫過河問題（如圖1）;教師要求學(xué)生思考并設(shè)計過河方案，并用自然語言描述之;最后，教師運行一個“農(nóng)夫過河”的Flash游戲程序，來驗證學(xué)生的各種方案。實際教學(xué)中，學(xué)生思維很活躍，討論也很積極?；顒又?，教師開始分析“農(nóng)夫過河”的操作步驟來說明算法具有確定性、可執(zhí)行性等特征并歸納得出算法的概念。教師自信地認(rèn)為，這樣的情境和活動設(shè)計可以使學(xué)生在很有趣的氛圍中輕松地學(xué)習(xí)抽象的算法概念，但實際的課堂效果是：雖然“農(nóng)夫過河”的情境導(dǎo)入與學(xué)生討論活動已花費了很多時間，但學(xué)生意猶未盡，當(dāng)教師開始講解算法概念與特征時，學(xué)生的興奮點仍然集中在“農(nóng)夫過河”的方案上，并為不同方案的優(yōu)劣不斷地爭辯。顯然，盡管通過創(chuàng)設(shè)情境調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，但由于過河方案的多樣性與復(fù)雜性，反而干擾了學(xué)生理解算法概念這一學(xué)習(xí)目標(biāo)。

教師需要思考的是，情境創(chuàng)設(shè)對學(xué)生的下一步學(xué)習(xí)帶來什么影響？在情境導(dǎo)入以后學(xué)生是怎樣思維的？理解這些問題，對正確使用情境創(chuàng)設(shè)有所幫助。針對計算思維教育而言，其最終目標(biāo)是通過學(xué)科知識的學(xué)習(xí)發(fā)展學(xué)生的學(xué)科思維，能夠分析清楚學(xué)生對于教學(xué)情境的思維路徑，有實際意義。

從情境信息到數(shù)據(jù)表征的學(xué)生認(rèn)知過程

教師創(chuàng)設(shè)的教學(xué)情境本質(zhì)上是給學(xué)生傳遞了有效的情境信息。信息是反映事物的運動狀態(tài)以及變化方式，信息科學(xué)是以信息為主要研究對象、以信息運動規(guī)律為主要研究內(nèi)容的一門科學(xué)。人們研究信息以及信息科學(xué)，總是希望信息以及信息運動規(guī)律能為人類服務(wù)。認(rèn)識信息及信息科學(xué)的一般原理，有利于幫助我們清晰教學(xué)情境在計算思維教育中的作用。

圖2所示是信息科學(xué)中一種最抽象也最一般的、由認(rèn)知主體和對象客體以及把它們聯(lián)系在一起的信息所構(gòu)成的信息模型。作為認(rèn)知主體的人，在與對象事物打交道時，從對象事物獲取本體論信息并轉(zhuǎn)變?yōu)榈谝活愓J(rèn)識論信息;通過處理信息來深入認(rèn)識對象事物的運動狀態(tài)和方式，形成知識，達到認(rèn)知;然后在此基礎(chǔ)上“再生”第二類認(rèn)識論意義上的信息，即策略信息，作用于對象事物，產(chǎn)生控制行為。

這一模型正好也是人類通過自己的信息器官認(rèn)識世界和改造世界活動的信息模型。在此過程中，本體論信息往往是由光信號、聲音信號等形式讓主體獲取，認(rèn)識論信息往往是用數(shù)據(jù)表征的。對于人類而言，在獲取信息以后，總是需要用字符、數(shù)值或圖像等形式來表征信息，也就是用數(shù)據(jù)來表征信息，這樣可以方便存儲、思考、交流以及控制對象事物。因此，這一模型有著特別重要的意義，它把信息科學(xué)的研究和人類自身的信息處理過程天然地聯(lián)系起來。從信息科學(xué)的基礎(chǔ)理論出發(fā)，可以清楚地反映信息與數(shù)據(jù)的關(guān)系，人們在對對象事物的信息獲取、用數(shù)據(jù)表征事物信息過程中自身實現(xiàn)了知識的獲取和認(rèn)知能力的提高。認(rèn)知信息加工理論也有相似的觀點：學(xué)習(xí)實質(zhì)上是由習(xí)得和使用信息構(gòu)成的。

在教學(xué)環(huán)節(jié)中，學(xué)生對情境信息進行分析、梳理，提煉出與教學(xué)目標(biāo)問題相關(guān)聯(lián)的信息，并通過語言、符號等數(shù)據(jù)形式表征這些信息，這一過程就是學(xué)生認(rèn)識事物的過程。在人類對事物認(rèn)識的過程中，需要用數(shù)據(jù)來表征信息。依據(jù)不同的目標(biāo)要求，數(shù)據(jù)表征信息的維度會不同，數(shù)據(jù)量的大小也會不同。如果對某一事物描述的細(xì)致程度是無止境的，會造成表征信息的數(shù)字量大得無法接受，常規(guī)的做法是提取能代表事物本質(zhì)的特征，就是在大量的信息中找出最能代表某一事物本質(zhì)的子集，用以表征該事物，這也起到了信息壓縮的作用。因此，學(xué)生分析情境信息所做的工作之一就是情境信息的特征提取。

在計算思維的教學(xué)實踐中，教師創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，以達到幫助學(xué)生完成計算學(xué)科知識的學(xué)習(xí)并發(fā)展計算思維的目的。針對教師創(chuàng)設(shè)的情境，學(xué)生以待解決的計算問題為思維目標(biāo)，基于已掌握的計算學(xué)科知識與方法，從情境信息中抽象出相關(guān)的要素，或者是自動化運行的對象，或者是自動執(zhí)行的操作步驟，并且能用形式化的方法準(zhǔn)確表達。這一過程，正是計算思維的方法路徑即“抽象—形式化表達—構(gòu)造—自動化”中的重要步驟。

在實際的教學(xué)實踐中，教師通常不是把學(xué)生帶領(lǐng)到真實的生產(chǎn)或生活場景之中，而是以文字、圖片或者視頻等數(shù)據(jù)形式在課堂上描述情境信息。但是，這并不能說明學(xué)生是直接從數(shù)據(jù)認(rèn)知的，而是學(xué)生依據(jù)已有的經(jīng)驗，將教師描述情境的數(shù)據(jù)還原為原事物的情境信息，并開展相應(yīng)的情境分析。從數(shù)據(jù)描述還原其事物的準(zhǔn)確程度，既取決于數(shù)據(jù)表征信息的詳略程度，也取決取于還原技術(shù)。對于學(xué)生而言，則還需要考慮到學(xué)生已有的經(jīng)驗以及還原能力。因此，在表述所設(shè)計的教學(xué)情境時，情境信息與目標(biāo)問題的關(guān)聯(lián)度、情境描述的詳略、學(xué)生已有的經(jīng)驗以及學(xué)生的還原能力都是教師需要考慮的要素。

以模型建立為目標(biāo)的情境信息再生

人們獲取對象事物信息的目的是要想辦法利用所獲取的信息去反作用于對象事物，對其進行調(diào)整和控制，從而改造世界。因此，人們需要對所感知的信息做出判斷，這既是信息識別問題，也是信息再生問題。在解決計算問題時，這種信息再生通常是以構(gòu)建計算模型來完成的。從對象事物信息的獲取到計算模型的建立，體現(xiàn)了計算思維能力，這正是計算思維教育需要特別關(guān)注的教學(xué)環(huán)節(jié)。

例如，在一堂小學(xué)生的圖形化編程課中，教師播放了一段F1賽車片段的視頻，然后告訴學(xué)生本課的學(xué)習(xí)任務(wù)是編寫一個賽車游戲程序。教師設(shè)計這樣一個情境的理由是：第一，通過觀看激烈的賽車場景，激發(fā)學(xué)生進一步學(xué)習(xí)的興趣;第二，通過觀看視頻了解賽車細(xì)節(jié)，為編寫賽車游戲程序提供素材。

對學(xué)生而言，觀看了賽車視頻，獲取了相關(guān)信息，接下來需要進行信息處理和信息再生。信息再生需要達到的最終目標(biāo)，是能夠完成賽車游戲程序的編制。通常的方法是先要建立相應(yīng)的計算模型，以便構(gòu)造程序。也就是說，學(xué)生通過對F1賽車情境信息的分析，希望能有效地建立模型。模型就是根據(jù)研究對象的特點，舍棄次要的、非本質(zhì)的因素，抓住主要的、本質(zhì)的因素，從而建立一個易于研究、易于計算的，能反映研究對象目標(biāo)要求的新形象。在計算學(xué)科，建立模型就是運用一種類似或近似的思想，表達出一般化的計算方法或計算過程。

依據(jù)計算的要求，模型可分為以下三類：對象模型，反映研究對象以及對象屬性和行為;條件模型，把研究對象所涉及的外部條件理想化，排除外部條件中干擾對象行為的次要因素，突出外部條件的本質(zhì)特征和最主要的因素;過程模型，把對象涉及的處理過程理想化、純粹化以后抽象出來的一種計算步驟或過程。在賽車游戲中，需要確定的對象有相關(guān)的賽道、賽車、障礙物等，這些對象之間的相互關(guān)系，以及賽車對象在鍵盤或鼠標(biāo)操控下的執(zhí)行流程等。

從情境信息分析到模型建立，是運用計算學(xué)科知識與方法解決計算問題的重要環(huán)節(jié)。因此，在播放賽車視頻以后，教師不應(yīng)該簡單地要求學(xué)生開始編寫程序，而應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生梳理情境信息，用計算學(xué)科的專業(yè)知識與方法抽象出編程所需要的關(guān)鍵信息，并形成準(zhǔn)確的形式化表達。涉及的內(nèi)容有：①在游戲程序中，需要抽象出哪些場景或?qū)ο?，如賽道、賽車，以及需要幾輛賽車;②賽車等對象的行為以及對應(yīng)的執(zhí)行流程;③比賽的規(guī)則以及對象之間的關(guān)系，如獎勵或懲罰規(guī)則等。

由此可見，教學(xué)情境是學(xué)生的思維材料，建立模型是學(xué)生思維的目標(biāo)，在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生依據(jù)已掌握的學(xué)科知識與方法進行分析、梳理，歸納出與目標(biāo)問題高度相關(guān)的信息，為構(gòu)造自動化建立模型。其中，教師在導(dǎo)入教學(xué)情境以后，還需要做的引導(dǎo)工作有：第一，積極調(diào)動學(xué)生已有的經(jīng)驗，幫助學(xué)生還原情境信息，如賽車什么時候會減速、賽車手犯規(guī)如何處罰等，以豐富建立模型的材料;第二，引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)目標(biāo)要求梳理并提取關(guān)鍵信息，如通過設(shè)計學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)單，提供學(xué)習(xí)支架，幫助學(xué)生梳理對象、規(guī)則，以及所涉及的對象行為等;第三，指導(dǎo)學(xué)生規(guī)范地表達計算模型，如用流程圖描述操作序列。學(xué)生運用自己的思維經(jīng)歷了情境信息的再生過程，體現(xiàn)計算思維教育。而情境信息再生得到的結(jié)果，既可以用于學(xué)生間的交流，也可以施效于下一步的程序構(gòu)造。

情境創(chuàng)設(shè)的真實性要求分析

在廣泛開展項目學(xué)習(xí)的大環(huán)境下，設(shè)計并開展真實項目任務(wù)的要求，也促使我們思考創(chuàng)設(shè)真實的教學(xué)情境的必要性。

處于不同年齡段的學(xué)生，自然會對教師設(shè)計的教學(xué)情境的真實性做出自己的判斷。針對小學(xué)低齡段學(xué)生，教師設(shè)計了這樣一個情境：新年快到了，班級要開聯(lián)歡會，我們要為聯(lián)歡活動設(shè)計海報，并用繪圖軟件來制作這樣一張海報。相信不少學(xué)生會憧憬這樣的聯(lián)歡活動，并開展學(xué)習(xí)與制作海報。針對高中階段的學(xué)生，教師設(shè)計這樣的情境：學(xué)校馬上要召開詩詞大會，同學(xué)們對學(xué)校圖書館提出了資料數(shù)字化的要求，你作為學(xué)校圖書館的志愿者，能為圖書館做些什么工作？顯然，高中學(xué)生并不會以為學(xué)校真的要召開詩詞大會，而只是假設(shè)將自己置身圖書館志愿者考慮問題而已，并且還會猜測接下來教師會講授什么內(nèi)容。實際上，被學(xué)生識別是真情境還是假情境并不重要，重要的是接下來有意義的學(xué)習(xí)是否真的發(fā)生。

教學(xué)情境的設(shè)計有三方面的考慮：第一，設(shè)置的情境主題能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生樂于參與，同時能夠調(diào)動學(xué)生已有的經(jīng)驗，使學(xué)生能夠?qū)⒆陨碓O(shè)置在這樣的情境之中考慮問題;第二，設(shè)置的情境應(yīng)該與教學(xué)主題有強關(guān)聯(lián)性，通過情境的描述或通過教師合理的引導(dǎo)，學(xué)生能夠快速地調(diào)用自己已經(jīng)掌握的學(xué)科知識并產(chǎn)生學(xué)習(xí)新知識的需求，來解決情境問題;第三，情境復(fù)雜度的設(shè)計，是對學(xué)習(xí)目標(biāo)要求的考量，因為學(xué)生對情境進行抽象與分析，是學(xué)生解決問題能力的體現(xiàn)。真實情境的學(xué)習(xí)環(huán)境對于項目學(xué)習(xí)有其必要性，項目學(xué)習(xí)強調(diào)的基于真實問題的學(xué)習(xí)任務(wù)不僅更容易被學(xué)生理解，而且有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。通過真實的情境和問題，可以讓學(xué)生接觸到復(fù)雜的、結(jié)構(gòu)不良的問題，有利于促進學(xué)生高階的、綜合的思維發(fā)展。但是，項目學(xué)習(xí)不是唯一使用教學(xué)情境的學(xué)習(xí)方式，通過情境引入來開展常規(guī)的教學(xué)活動，教學(xué)情境的設(shè)計首先需要考慮是否能高效完成教學(xué)目標(biāo)。真實問題具有挑戰(zhàn)性，但難度往往難以把握，問題的復(fù)雜性也會削弱與主題的關(guān)聯(lián)性。因此，充分認(rèn)識復(fù)雜的教學(xué)情境與學(xué)生綜合思維能力培養(yǎng)目標(biāo)的關(guān)系，適當(dāng)簡化情境條件，降低學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷，有效實現(xiàn)學(xué)科知識的學(xué)習(xí)和計算思維的培養(yǎng)，是很好的教學(xué)策略。

由于學(xué)校本身是一個特殊的情境，這會導(dǎo)致學(xué)習(xí)情境脈絡(luò)從社會生活中隔離出來。因此，我們需要清楚，即使學(xué)生面對的是一個完全真實的問題，他們往往也會有意無意地忽視各種現(xiàn)實考慮，并單純地從當(dāng)前的學(xué)科學(xué)習(xí)角度去認(rèn)識它的意義和價值。作為某一個課堂教學(xué)的教學(xué)情境，能夠指向?qū)W習(xí)目標(biāo)，提供學(xué)生思維材料，引導(dǎo)學(xué)生進入學(xué)習(xí)狀態(tài)，就是一個有效的教學(xué)情境設(shè)計。同時，教師的重要作用還在于引導(dǎo)學(xué)生用計算學(xué)科的觀點思考與分析情境信息，用計算學(xué)科的方法解決問題。

指向計算思維的情境創(chuàng)設(shè)

情境創(chuàng)設(shè)，是為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個有利于顯性知識傳遞和隱性知識生成的學(xué)習(xí)環(huán)境，努力解決學(xué)生認(rèn)識過程中的抽象與形象、理論與實際、理性與感性以及新舊知識之間的關(guān)系和矛盾。因此，在情境創(chuàng)設(shè)階段，教師需要做的是：創(chuàng)設(shè)積極的交流共享環(huán)境，組織學(xué)生交流討論;制訂恰當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)策略，促進學(xué)生積極思考;適當(dāng)?shù)貙W(xué)生的行為給予反饋，以便學(xué)生調(diào)整自己，完成知識的學(xué)習(xí)與綜合運用。

從情境信息中進行分析、梳理，基于對計算原理的認(rèn)知基礎(chǔ)，運用抽象的方法，形成計算模型，并且用數(shù)據(jù)的形式完成形式化表達，這一從信息到數(shù)據(jù)的過程符合信息科學(xué)的一般理論，也是教師認(rèn)識抽象、模型、形式化表達等關(guān)鍵詞在學(xué)生計算思維形成過程中真正作用的基礎(chǔ)。學(xué)生從情境信息分析到計算模型數(shù)據(jù)表達的思維過程，是信息再生即知識產(chǎn)生與學(xué)習(xí)的過程，也是計算思維養(yǎng)成的重要環(huán)節(jié)（如79頁圖3）。讓學(xué)生經(jīng)歷這樣的過程，是計算思維培養(yǎng)的一種有效方法。

教學(xué)情境是為教學(xué)目標(biāo)達成服務(wù)的，真實的、復(fù)雜的情境不一定是最好的，關(guān)鍵是要考慮學(xué)生在對情境信息的獲取、識別、再生過程中是否發(fā)生與教學(xué)目標(biāo)相關(guān)的學(xué)習(xí)行為。如果對學(xué)生運用計算學(xué)科知識分析問題解決問題的能力培養(yǎng)有一定的要求，則需要根據(jù)目標(biāo)要求來設(shè)計教學(xué)情境的復(fù)雜度。如果是基礎(chǔ)性概念的學(xué)習(xí)，過于復(fù)雜的教學(xué)情境可能會使學(xué)生迷失方向。仍以上述算法概念學(xué)習(xí)的課為例，如果不是采用“農(nóng)夫過河”的故事，而是選用“把長頸鹿放進冰箱需要分幾步”這樣的問題作為教學(xué)情境導(dǎo)入，可能更直接，效果也更好。

情境創(chuàng)設(shè)，既包括教師設(shè)計情境的故事情節(jié)與問題，也包括教師引導(dǎo)學(xué)生共同解決問題，即通過師生對話，共同思考，共同探求，共同解決問題，共同獲得知識。基于解決問題的教學(xué)方法，其基本形式是教學(xué)對話和課堂討論，該方法需要學(xué)生掌握一定的基礎(chǔ)知識，能洞察和判斷知識的相互關(guān)系，并能在一定的條件下加以應(yīng)用。在教學(xué)對話環(huán)節(jié)，需要防止課堂滑入自由討論，從而放任學(xué)生自主決定討論方向和內(nèi)容;需要防止教師主宰課堂，過度干預(yù);需要防止陷入學(xué)生提問、教師作答的問答提示法教學(xué)。通過對話、討論、思考，幫助學(xué)生信息再生，建立計算模型，促進學(xué)生計算思維的形成。

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