面向計算思維培養(yǎng)的支架式教學(xué)模式研究

陳可鈞 裘國永

陜西師范大學(xué) 計算機科學(xué)學(xué)院 陜西 西安 710119

引言

隨著大數(shù)據(jù)和人工智能時代的到來，一種運用計算手段解決問題的思維活動——計算思維成為計算時代的新產(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)教師需要對自己的知識結(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)，難以有針對性地對核心素養(yǎng)進(jìn)行培養(yǎng)。在設(shè)計能夠滿足學(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)容時還有許多問題有待進(jìn)一步改進(jìn)。

1 支架式教學(xué)與計算思維培養(yǎng)的契合點

1.1 學(xué)習(xí)支架

“支架”又稱為“腳手架”，Wood最早將該術(shù)語引入教育領(lǐng)域，描述在學(xué)習(xí)過程中對學(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)上及時為他們提供幫助，并在學(xué)生能夠獨立解決問題時及時撤除[4]。

此外，研究者對學(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]。綜合國內(nèi)近年的研究文獻(xiàn)，根據(jù)學(xué)習(xí)支架的實現(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)支架的實現(xiàn)效果與具體形式

1.2 計算思維

自計算思維概念提出以來，研究者們從不同角度對其進(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]。國際教育技術(shù)協(xié)會（ISTE）和計算機科學(xué)教師協(xié)會（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、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）將其定義為運用計算機科學(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。計算思維內(nèi)涵豐富、評價手段多樣，是信息技術(shù)學(xué)科學(xué)習(xí)效果檢測的重要指標(biāo)。

1.3 兩者的契合點

結(jié)合近年來的研究文獻(xiàn)，國內(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)科集理論和實踐于一身，實踐性很強。高中信息技術(shù)教材中每章都設(shè)有活動項目，部分學(xué)生在項目活動課程中對解題思路毫無頭緒。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)計等實際問題，不斷發(fā)現(xiàn)并跨越最近發(fā)展區(qū)，實現(xiàn)計算思維能力的培養(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，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)生的主觀能動性。

2.1.2 促進(jìn)知識深化原則：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)生主動探究問題解決方法，鼓勵學(xué)生溫故知新，結(jié)合新舊知識更新知識體系。

2.1.3 及時動態(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)建了面向計算思維培養(yǎng)的支架式教學(xué)模式，包括支架準(zhǔn)備、知識講解、引導(dǎo)探究、小組協(xié)作與評價總結(jié)環(huán)節(jié)，教學(xué)模式結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。

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

實施教學(xué)時，教師需要提前對學(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，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，并在組織課堂活動時適當(dāng)提供各類支架進(jìn)行指導(dǎo)；在評價總結(jié)環(huán)節(jié)，不僅要對學(xué)生作品進(jìn)行評價反饋，還要對自己的教學(xué)設(shè)計進(jìn)行反思，并根據(jù)課堂效果和學(xué)生反饋及時調(diào)整學(xué)習(xí)支架。計算思維的五大維度（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)模式能更有針對性地設(shè)計出不同類型的學(xué)習(xí)支架，并在課堂教學(xué)中進(jìn)行實踐，最終促進(jìn)學(xué)生計算思維能力的有效培養(yǎng)。

2.3 特點分析

盡管支架式教學(xué)的研究和應(yīng)用較為廣泛，但針對信息技術(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)課堂課時少、內(nèi)容廣、項目多等特點，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)理論知識的同時，在學(xué)習(xí)支架的指導(dǎo)下利用已有知識和解題線索進(jìn)行主動探究，以計算機思維分析問題，在團隊合作中形成問題解決方案，學(xué)會對他人作品進(jìn)行評價并自我反思，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力。

3 本文教學(xué)模式的教學(xué)案例

本研究實踐于2022年4月至2022年6月，教學(xué)對象是西安市某中學(xué)高一年級學(xué)生，在人教版必修1第一章的教學(xué)中，設(shè)計探究主題《旅游向?qū)А罚耗闶且幻糜蜗驅(qū)?，在本次招待任?wù)前，你需要繪制一張思維導(dǎo)圖，向游客介紹當(dāng)?shù)靥厣Ｆ渲?，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

該班級共有52名學(xué)生，在小組協(xié)作環(huán)節(jié)分成9個小組，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：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，而不是漫無目的地開展項目活動；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，也培養(yǎng)了主動探究知識的習(xí)慣；③在小組合作中分享各自的意見，對問題解決的過程和方法有了更深刻的理解；④掌握了多種評價他人作品的方法，總結(jié)歸納出對自己作品的改進(jìn)建議。

同時，有3名小組長（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小組成員對展示內(nèi)容看法不一，難以在規(guī)定時間內(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，對學(xué)生計算思維的五大維度有所培養(yǎng)，同時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)計中，可以添加角色分工表為任務(wù)分配提供參考，引入對學(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，本研究還需擴大樣本容量和范圍，在其他年級或?qū)W科中進(jìn)行實踐以使研究結(jié)果更具有說服力。

5 結(jié)束語

相對于“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)解題線索主動探究，在學(xué)習(xí)支架的指導(dǎo)下主動對學(xué)習(xí)資源進(jìn)行加工，促進(jìn)知識深化，在培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力方面存在較大優(yōu)勢，以期為相關(guān)研究提供參考。