基于計算思維的問題驅(qū)動教學(xué)模式構(gòu)建與實踐

江榕春

當(dāng)前信息技術(shù)教學(xué)中，教師常常偏重對學(xué)生操作技能的訓(xùn)練。在應(yīng)試教育的影響下，學(xué)生只能停留于淺表層面而缺乏創(chuàng)新能力，思維方式僵化，缺乏發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的思維能力，無法應(yīng)對復(fù)雜的局面，不能解決面對的新問題。筆者試圖改革現(xiàn)有的教學(xué)模式，構(gòu)建基于計算思維的問題驅(qū)動教學(xué)模式，力求以計算思維為導(dǎo)向，在程序設(shè)計以及信息加工各模塊教學(xué)過程中，體現(xiàn)計算思維的特征，讓學(xué)生掌握計算思維的典型方法，成為具有計算思維的創(chuàng)新型人才。

● 基于計算思維的問題驅(qū)動教學(xué)模式的構(gòu)想

在《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（征求意見稿）》中，對計算思維的概念描述是“個體運用計算機科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在形成問題解決方案的過程中產(chǎn)生的一系列思維活動。具備計算思維的學(xué)生，在信息活動中能夠采用計算機可以處理的方式界定問題、抽象特征、建立結(jié)構(gòu)模型、合理組織數(shù)據(jù)；通過判斷、分析與綜合各種信息資源，運用合理的算法形成解決問題的方案；總結(jié)利用計算機解決問題的過程與方法，并遷移到與之相關(guān)的其他問題解決中”?？梢?，計算思維有助于提高學(xué)生的核心競爭力、創(chuàng)新力，也利于培養(yǎng)學(xué)生最優(yōu)化解決問題的能力。那么，如何有效培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力呢？這需要將學(xué)生置于真實的問題情境中，親身經(jīng)歷探究的和邏輯的思考過程，尋求問題解決方案，這樣他們才能獲得問題解決的能力?；谟嬎闼季S的問題驅(qū)動教學(xué)模式正是在這種需求下提出的，既符合計算思維構(gòu)造的特征，又便于教師實施課堂教學(xué)。

問題驅(qū)動教學(xué)模式是以問題為中心的教學(xué)方式，由教師活動、學(xué)生活動和計算思維方法三部分組成，教師需要挖掘教材文本和教學(xué)案例，為學(xué)生設(shè)計并創(chuàng)建良好的問題情境，提供線索引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生自主思考，組織討論以及評價總結(jié)等工作。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中需要自主地探索學(xué)習(xí)，與教師及其他同學(xué)合作、互動，采用計算思維的方法建構(gòu)知識點，尋求適合求解問題的方法，從而更好地解決問題。計算思維方法應(yīng)貫穿問題驅(qū)動學(xué)習(xí)過程的始終。教師引導(dǎo)學(xué)生自主探索，學(xué)生在求解問題的過程中使用計算思維方法，并在獲取知識的過程中進(jìn)行反思，形成科學(xué)的思維觀?？梢?，該教學(xué)模式的根本任務(wù)是問題解決，其靈魂則在于學(xué)習(xí)者的自主學(xué)習(xí)能力，目標(biāo)則是讓學(xué)生成為“有思想的人”。

● 基于計算思維的問題驅(qū)動教學(xué)模式的課堂實施

問題驅(qū)動教學(xué)模式的主要教學(xué)環(huán)節(jié)包括設(shè)定問題情境、設(shè)計有效問題、尋找問題解決方案、提供線索解決問題和評價問題解決過程等五個部分。每一個環(huán)節(jié)都需要依據(jù)計算思維的特征展開，教師在教學(xué)中充當(dāng)啟發(fā)者和指導(dǎo)者，提出問題并創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生緊緊圍繞問題去討論，尋找解決辦法。學(xué)生在自主學(xué)習(xí)、主動探究的過程中形成發(fā)散思維，提高自身的綜合素質(zhì)。

1.設(shè)定問題情境

問題驅(qū)動教學(xué)模式的前提是設(shè)定一個適當(dāng)?shù)膯栴}情境。教師要從教學(xué)需要出發(fā)，根據(jù)學(xué)生的興趣、心理和已掌握的知識，結(jié)合學(xué)生的日常生活，設(shè)定一個綜合性較強、能引發(fā)思考的問題情境。那么，如何才能創(chuàng)造引發(fā)思考的情境呢？筆者認(rèn)為，首先要尋求學(xué)習(xí)任務(wù)的真實性，而不是為了問題而問題。只有現(xiàn)實性的問題，才能讓學(xué)生體悟到學(xué)習(xí)的意義與切實性。

例如，學(xué)校會舉辦一些有特色的活動，如校園歌手大獎賽、科技節(jié)等，這些活動都是創(chuàng)設(shè)生活情境的鮮活主題。在活動中，可能需要尋找伴奏帶、制作卡拉OK帶，需要現(xiàn)場統(tǒng)計各位選手的得分情況并進(jìn)行排名，或者需要現(xiàn)場調(diào)音或錄像等，這些活動都需要信息技術(shù)的支持，教師如果善于挖掘這些資源，充分調(diào)用學(xué)生的現(xiàn)成經(jīng)驗，就會讓學(xué)生感到信息技術(shù)的實用性、先進(jìn)性，從而產(chǎn)生學(xué)習(xí)的沖動。

2.設(shè)計有效問題

問題驅(qū)動教學(xué)模式的關(guān)鍵在于問題的設(shè)計，教師通過有效提問，引導(dǎo)學(xué)生逐步深入思考。首先，問題是根據(jù)一定的教學(xué)目標(biāo)提出來的，目標(biāo)是設(shè)問的方向、依據(jù)，也是問題的價值所在。其次，知識是一種建構(gòu)的過程，教師的教學(xué)工作必須發(fā)揮支撐的功能，不僅要從內(nèi)容上把握學(xué)科的本質(zhì)，而且要真正逼近學(xué)生的學(xué)習(xí)活動與思維過程。因此，有效的問題應(yīng)具備以下特征：①問題宜具體，指向和措辭清晰明確；②問題設(shè)計要揭示矛盾，引起思考；③要有邏輯地、連續(xù)地提問題；④問題設(shè)計要拓展課程領(lǐng)域，調(diào)動學(xué)生已有的知識經(jīng)驗；⑤問題具有水平區(qū)分度和開放性；⑥問題具有創(chuàng)新性。

例如，筆者在講授蘇科版七年級信息技術(shù)教材第一章第一節(jié)《漢字的編碼》時，就是通過以下一連串的問題展開教學(xué)的。

問題1：最近小明用Word制訂了一個英語學(xué)習(xí)計劃，并把電子稿通過郵件發(fā)給了在美國留學(xué)的姐姐請她幫忙參考，可是她的電腦是純英文操作系統(tǒng)，打開小明的學(xué)習(xí)計劃后，她看到的都是亂碼，請思考原因？（引入漢字編碼）

問題2：電腦中要輸入、存儲、顯示漢字，需要具備哪些條件呢？

問題3：漢字的輸入碼很多，如果計算機內(nèi)存放的是輸入碼本身，就會造成存儲容量浪費、增加處理漢字的難度等問題，如何解決呢？（引入漢字的機內(nèi)碼）

問題4：BIG5碼是什么編碼？簡體中文（GB2312）又是什么編碼？是因為這兩種編碼不同才導(dǎo)致了亂碼嗎？

問題5：機內(nèi)碼以二進(jìn)制代碼的形式存在，如何在屏幕上顯示或通過打印機打印漢字的字型呢？（引入字型碼）

問題6：如何造字呢？（用實踐活動理解三種編碼的關(guān)系）

本節(jié)課由“純英文的操作系統(tǒng)無法處理漢字”這一真實的問題情境引入，引起學(xué)生關(guān)注電腦漢化的相關(guān)問題，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。在隨后的教學(xué)中，筆者創(chuàng)設(shè)了一系列層層遞進(jìn)的問題，讓學(xué)生不斷感受所學(xué)內(nèi)容的實用價值，如從學(xué)生熟悉的輸入法入手，探討各種輸入法的優(yōu)缺點，從亂碼問題入手，探討計算機內(nèi)漢字編碼的統(tǒng)一問題，通過造字程序體會外碼、內(nèi)碼、字型碼之間的關(guān)系等，層層揭開漢字處理的神秘面紗，也充分體現(xiàn)了計算機處理問題的一般規(guī)律。

3.尋找問題解決方案

真實的問題往往是復(fù)雜的，這就要求學(xué)生在問題解決過程中把問題抽象和化簡。首先確認(rèn)所需解決的問題，思考如何通過計算機和其他工具來解決問題；其次思考運用怎樣的知識才有效，并且收集必要的信息，考慮各種的邊緣情況和可能的失敗情況，符合邏輯地組織和分析數(shù)據(jù)；最后通過觀察問題解決過程中出現(xiàn)的問題來調(diào)整相關(guān)方法，在物理世界的限制下進(jìn)行工作。endprint

例如，在江蘇科學(xué)技術(shù)出版社出版的七年級第三章第2節(jié)《數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計》的教學(xué)中，筆者設(shè)計了一個“讓數(shù)據(jù)引導(dǎo)健康生活”的問題情境，意在通過計算體重指數(shù)BMI來自動判別人的胖瘦程度。筆者根據(jù)“初步界定問題—建構(gòu)模型—邏輯化組織數(shù)據(jù)—自動化計算—推廣”這一計算思維的思考過程，引導(dǎo)學(xué)生像計算機科學(xué)家一樣思考解決問題的方式。

由于BMI指數(shù)模型是已知的，需要通過體重和身高來計算，因此組織數(shù)據(jù)時，必須包含這兩個字段，另外由于判斷男女胖瘦的標(biāo)準(zhǔn)不同，還需要包含性別字段，這樣經(jīng)過師生討論，確立所需字段，選擇Excel或WPS表格軟件創(chuàng)建全班學(xué)生的體質(zhì)健康狀況表，并在線收集數(shù)據(jù)后，就可以運用公式來計算第一位學(xué)生的BMI指數(shù)，而其他學(xué)生的BMI指數(shù)則可以利用填充柄工具來自動填充。計算完BMI值后，就可以利用if函數(shù)自動判別胖瘦等級。

借助計算思維的思考方式，筆者引導(dǎo)學(xué)生掌握了建構(gòu)模型和邏輯化組織數(shù)據(jù)的方法，并實現(xiàn)了自動化計算的處理。這一問題解決方案的形成過程，改變了學(xué)生“想不到”利用表格來解決問題的現(xiàn)狀，從思維層面和能力層面進(jìn)行了提升。

4.提供線索解決問題

問題驅(qū)動教學(xué)模式的靈魂是學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。在知識建構(gòu)過程中最重要的是從學(xué)習(xí)者自身經(jīng)驗到假設(shè)生成的過程。問題求解是一項復(fù)雜的思維活動，無論是什么樣的思維形式，都是由一系列實踐中可操作的方法構(gòu)成。從開放性課題的設(shè)定到開放性結(jié)局的過程，教師要運用計算思維的特征，組織“競爭、思辨、質(zhì)疑、反饋”性的教學(xué)活動，提供線索啟發(fā)學(xué)生主動思考，并把探究的過程還給學(xué)生，與他們展開扎扎實實的對話。在這種對話過程中運用眾多的知識技能，確立若干層級的下位目標(biāo)，邏輯地展開問題解決的過程，得出結(jié)論之前給予學(xué)生充分思考的時間，促進(jìn)學(xué)生的反思性思維，形成深度學(xué)習(xí)的思維文化。

在課堂學(xué)習(xí)中，不同的學(xué)生對同一知識點在理解角度、思維方式、深度、廣度等方面都存在差異，這種差異對實現(xiàn)學(xué)生的思維碰撞極為有利。課堂教學(xué)應(yīng)積極引導(dǎo)學(xué)生把自己的思考方法、策略、對問題的見解與別人交流，讓學(xué)生在思維的交流中發(fā)現(xiàn)各自的不同（產(chǎn)生碰撞），并分析產(chǎn)生不同的原因，把深層次帶有規(guī)律性的問題發(fā)現(xiàn)出來，將該問題的求解過程進(jìn)行推廣并移植到更廣泛的問題中。

5.對問題解決的評價

本環(huán)節(jié)包括對問題解決過程的評價和對問題解決結(jié)果的評價兩部分。前者是對問題解決方案、方法和過程的評價，后者是對問題解決結(jié)果的評價，主要是電子作品或者程序執(zhí)行效率等的評價。一般而言，真實性的問題往往并不局限于一個正解，或者并非局限于定型化的解法，但可以通過評價和對比發(fā)現(xiàn)最優(yōu)化的問題解決方案。而對于問題解決結(jié)果的評價，則可以通過展評作品，依據(jù)預(yù)先設(shè)計的量規(guī)來進(jìn)行自評、互評。

● 結(jié)語

真正的學(xué)習(xí)不僅在于知識的習(xí)得、理解和鞏固，還在于知識的有意義運用和創(chuàng)造?；谟嬎闼季S的問題驅(qū)動教學(xué)模式以設(shè)計問題情境為前提，以設(shè)計有效問題為關(guān)鍵，以提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力為靈魂，以培養(yǎng)學(xué)生運用計算思維的方法進(jìn)行問題解決為終極目標(biāo)，注重思維能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)了相關(guān)理論知識和操作技能的同時，能運用計算思維的方法解決日常生活中的問題，在強化教師及學(xué)生對計算思維認(rèn)知的同時，也探索出了如何培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力的有效途徑，在當(dāng)前形勢下不失為一種改良的教學(xué)模式，然而該模式對教師的教學(xué)設(shè)計和課堂引導(dǎo)能力都提出了更高的要求，對學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力可能也估計不足，而且探究性學(xué)習(xí)本身效率不高。因此，該模式還需要在今后的教學(xué)實踐中不斷探索和改進(jìn)。endprint