陳可鈞 裘國(guó)永

陜西師范大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院 陜西 西安 710119

引言

隨著大數(shù)據(jù)和人工智能時(shí)代的到來(lái)，一種運(yùn)用計(jì)算手段解決問題的思維活動(dòng)——計(jì)算思維成為計(jì)算時(shí)代的新產(chǎn)物[1]?！镀胀ǜ咧行畔⒓夹g(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》將計(jì)算思維列為信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)[2]。當(dāng)今，如何在信息技術(shù)課堂中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力已成為當(dāng)前教育研究的熱門話題。

在新課標(biāo)背景下，信息技術(shù)學(xué)科的培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容發(fā)生了巨大變化，信息技術(shù)教師需要對(duì)自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)做出較大調(diào)整。但是，由于教學(xué)環(huán)境的限制，許多一線教師在教學(xué)中缺乏必要的理論指導(dǎo)，難以有針對(duì)性地對(duì)核心素養(yǎng)進(jìn)行培養(yǎng)。在設(shè)計(jì)能夠滿足學(xué)生需求、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生能力的具體教學(xué)內(nèi)容時(shí)還有許多問題有待進(jìn)一步改進(jìn)。

1 支架式教學(xué)與計(jì)算思維培養(yǎng)的契合點(diǎn)

1.1 學(xué)習(xí)支架

“支架”又稱為“腳手架”，Wood最早將該術(shù)語(yǔ)引入教育領(lǐng)域，描述在學(xué)習(xí)過程中對(duì)學(xué)習(xí)者的有效支持[3]。維果斯基認(rèn)為學(xué)習(xí)支架可以幫助學(xué)習(xí)者跨越最近發(fā)展區(qū)到達(dá)潛在發(fā)展區(qū)，Pressley認(rèn)為學(xué)習(xí)支架應(yīng)該在了解學(xué)生需求的基礎(chǔ)上及時(shí)為他們提供幫助，并在學(xué)生能夠獨(dú)立解決問題時(shí)及時(shí)撤除[4]。

此外，研究者對(duì)學(xué)習(xí)支架的具體類型提出了不同見解。根據(jù)使用目的，Bernie Dodge將其分為接收支架、轉(zhuǎn)換支架和產(chǎn)品支架。根據(jù)表現(xiàn)形式，閆寒冰將其分為范例、問題、建議、向?qū)АD表[5]。綜合國(guó)內(nèi)近年的研究文獻(xiàn)，根據(jù)學(xué)習(xí)支架的實(shí)現(xiàn)效果，大致能分為如表1所示的幾種類型[6]。

表1 學(xué)習(xí)支架的實(shí)現(xiàn)效果與具體形式

1.2 計(jì)算思維

自計(jì)算思維概念提出以來(lái)，研究者們從不同角度對(duì)其進(jìn)行定義。周以真將其定義為問題和解決方案通過信息處理流程描述的思維方式[7]。國(guó)際教育技術(shù)協(xié)會(huì)（ISTE）和計(jì)算機(jī)科學(xué)教師協(xié)會(huì)（CSTA）將其定義為包含確定問題、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)抽象、算法設(shè)計(jì)、整合有效方案以及推廣求解方法的問題解決過程[8]。普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)修訂版（2017年版）將其定義為運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，形成問題解決方案，并遷移到相關(guān)問題的解決過程中。計(jì)算思維內(nèi)涵豐富、評(píng)價(jià)手段多樣，是信息技術(shù)學(xué)科學(xué)習(xí)效果檢測(cè)的重要指標(biāo)。

1.3 兩者的契合點(diǎn)

結(jié)合近年來(lái)的研究文獻(xiàn)，國(guó)內(nèi)學(xué)者從不同的研究角度發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)支架應(yīng)用于信息技術(shù)課堂能有效培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，例如王肖蓮的Scratch教學(xué)[9]、王晶晶的Swift教學(xué)[10]、潘麗麗的情境式教學(xué)[11]。信息技術(shù)學(xué)科集理論和實(shí)踐于一身，實(shí)踐性很強(qiáng)。高中信息技術(shù)教材中每章都設(shè)有活動(dòng)項(xiàng)目，部分學(xué)生在項(xiàng)目活動(dòng)課程中對(duì)解題思路毫無(wú)頭緒。為此，教師應(yīng)提供各類學(xué)習(xí)支架使學(xué)生能快速明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，引導(dǎo)學(xué)生形成解題思路，利用各種資源解決數(shù)據(jù)收集處理、算法與程序設(shè)計(jì)等實(shí)際問題，不斷發(fā)現(xiàn)并跨越最近發(fā)展區(qū)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維能力的培養(yǎng)。

2 支架式教學(xué)的框架構(gòu)建

2.1 設(shè)計(jì)原則

2.1.1 體現(xiàn)學(xué)生主體原則：學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，只有充分了解學(xué)生的認(rèn)知水平和思維特點(diǎn)，才能找到學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”，通過引導(dǎo)探究，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。

2.1.2 促進(jìn)知識(shí)深化原則：學(xué)習(xí)支架不能直接給出答案，而只是提供線索，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探究問題解決方法，鼓勵(lì)學(xué)生溫故知新，結(jié)合新舊知識(shí)更新知識(shí)體系。

2.1.3 及時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整原則：學(xué)習(xí)者特征和學(xué)習(xí)任務(wù)難度不盡相同，學(xué)習(xí)支架的設(shè)計(jì)既要符合學(xué)習(xí)者在不同認(rèn)知階段的學(xué)習(xí)需要，也要根據(jù)任務(wù)難度設(shè)計(jì)不同程度的學(xué)習(xí)支架。

2.2 模式構(gòu)建

在遵循上述原則的基礎(chǔ)上，本文構(gòu)建了面向計(jì)算思維培養(yǎng)的支架式教學(xué)模式，包括支架準(zhǔn)備、知識(shí)講解、引導(dǎo)探究、小組協(xié)作與評(píng)價(jià)總結(jié)環(huán)節(jié)，教學(xué)模式結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。

圖1 面向計(jì)算思維培養(yǎng)的支架式教學(xué)模式的結(jié)構(gòu)框架

實(shí)施教學(xué)時(shí)，教師需要提前對(duì)學(xué)生認(rèn)知水平和思想特征有所了解，做好支架搭建的準(zhǔn)備；在課堂中創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生掌握課堂知識(shí)，達(dá)到一定的認(rèn)知水平；接著通過提供資源、設(shè)置任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度思考，并在組織課堂活動(dòng)時(shí)適當(dāng)提供各類支架進(jìn)行指導(dǎo)；在評(píng)價(jià)總結(jié)環(huán)節(jié)，不僅要對(duì)學(xué)生作品進(jìn)行評(píng)價(jià)反饋，還要對(duì)自己的教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行反思，并根據(jù)課堂效果和學(xué)生反饋及時(shí)調(diào)整學(xué)習(xí)支架。計(jì)算思維的五大維度（創(chuàng)造力、算法思維、批判性思維、問題解決、合作與溝通能力）在教學(xué)活動(dòng)的不同環(huán)節(jié)均有所體現(xiàn)，教師通過該教學(xué)模式能更有針對(duì)性地設(shè)計(jì)出不同類型的學(xué)習(xí)支架，并在課堂教學(xué)中進(jìn)行實(shí)踐，最終促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維能力的有效培養(yǎng)。

2.3 特點(diǎn)分析

盡管支架式教學(xué)的研究和應(yīng)用較為廣泛，但針對(duì)信息技術(shù)學(xué)科的相關(guān)文獻(xiàn)仍然較少。本文基于高中信息技術(shù)課堂課時(shí)少、內(nèi)容廣、項(xiàng)目多等特點(diǎn)，將支架式教學(xué)引入高中信息技術(shù)課堂，使學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)，在學(xué)習(xí)支架的指導(dǎo)下利用已有知識(shí)和解題線索進(jìn)行主動(dòng)探究，以計(jì)算機(jī)思維分析問題，在團(tuán)隊(duì)合作中形成問題解決方案，學(xué)會(huì)對(duì)他人作品進(jìn)行評(píng)價(jià)并自我反思，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。

3 本文教學(xué)模式的教學(xué)案例

本研究實(shí)踐于2022年4月至2022年6月，教學(xué)對(duì)象是西安市某中學(xué)高一年級(jí)學(xué)生，在人教版必修1第一章的教學(xué)中，設(shè)計(jì)探究主題《旅游向?qū)А罚耗闶且幻糜蜗驅(qū)В诒敬握写蝿?wù)前，你需要繪制一張思維導(dǎo)圖，向游客介紹當(dāng)?shù)靥厣?。其中，教師成果展示如圖2所示，教學(xué)過程如表2所示。

圖2 《旅游向?qū)А方處煶晒故?/p>

表2 《旅游向?qū)А方虒W(xué)過程

4 支架式教學(xué)的應(yīng)用效果和反思

該班級(jí)共有52名學(xué)生，在小組協(xié)作環(huán)節(jié)分成9個(gè)小組，其中有47名學(xué)生（90.4%）表示該教學(xué)模式為他們提供了較大的幫助，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：①能夠快速明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，在收集和分析數(shù)據(jù)前已有大致方向，而不是漫無(wú)目的地開展項(xiàng)目活動(dòng)；②通過教師設(shè)置的梯度任務(wù)，了解當(dāng)堂課的具體學(xué)習(xí)內(nèi)容，既學(xué)習(xí)了課本知識(shí)，也培養(yǎng)了主動(dòng)探究知識(shí)的習(xí)慣；③在小組合作中分享各自的意見，對(duì)問題解決的過程和方法有了更深刻的理解；④掌握了多種評(píng)價(jià)他人作品的方法，總結(jié)歸納出對(duì)自己作品的改進(jìn)建議。

同時(shí)，有3名小組長(zhǎng)（33.3%）反映小組協(xié)作環(huán)節(jié)的不足之處：①組內(nèi)分工不明確，部分組員需要擔(dān)任多種角色，因任務(wù)過重從而降低了積極性；②小組成員對(duì)展示內(nèi)容看法不一，難以在規(guī)定時(shí)間內(nèi)討論出所有組員都滿意的結(jié)果。

本文中的教學(xué)模式充分發(fā)揮了學(xué)生的學(xué)習(xí)主體性，以小組合作的形式探究知識(shí)，對(duì)學(xué)生計(jì)算思維的五大維度有所培養(yǎng)，同時(shí)也存在一定的局限性，如分工不明確、討論不充分等。在后續(xù)課程的支架設(shè)計(jì)中，可以添加角色分工表為任務(wù)分配提供參考，引入對(duì)學(xué)生的課堂討論積極性和學(xué)習(xí)態(tài)度等數(shù)據(jù)的分析。此外，本研究還需擴(kuò)大樣本容量和范圍，在其他年級(jí)或?qū)W科中進(jìn)行實(shí)踐以使研究結(jié)果更具有說(shuō)服力。

5 結(jié)束語(yǔ)

相對(duì)于“教師講，學(xué)生聽”的傳統(tǒng)教學(xué)模式，本文的支架式教學(xué)模式更加注重學(xué)生的主體性。將該模式應(yīng)用于高中信息技術(shù)課堂，學(xué)生能夠根據(jù)解題線索主動(dòng)探究，在學(xué)習(xí)支架的指導(dǎo)下主動(dòng)對(duì)學(xué)習(xí)資源進(jìn)行加工，促進(jìn)知識(shí)深化，在培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力方面存在較大優(yōu)勢(shì)，以期為相關(guān)研究提供參考。