基于高階思維的數(shù)字化技術(shù)實(shí)踐

許憬

信息技術(shù)是獲取、處理、傳遞、存儲(chǔ)、使用信息的一門技術(shù)，信息處理的本質(zhì)是數(shù)據(jù)處理，信息經(jīng)過(guò)編碼內(nèi)部呈現(xiàn)的形式是數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)處理的對(duì)象是數(shù)據(jù)，算法選擇的依據(jù)是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)……計(jì)算機(jī)技術(shù)只有遇見數(shù)據(jù)才能讓這門新技術(shù)迸發(fā)物理反應(yīng)甚至發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，否則它僅僅是簡(jiǎn)單工具，而不是智力工具、思維工具。所以，可以這樣認(rèn)為，沒(méi)有數(shù)據(jù)參與的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)算不上真正意義的深度學(xué)習(xí)和高階學(xué)習(xí)。本文旨在嘗試建構(gòu)一種超越了技術(shù)，一種基于實(shí)驗(yàn)、基于數(shù)據(jù)、基于實(shí)證的技術(shù)新課堂。

技術(shù)能否實(shí)驗(yàn)？——一節(jié)課例引發(fā)的思考

案例描述：2017年，我經(jīng)歷了一場(chǎng)徒弟唐寧蘭老師參加的第五屆全國(guó)中小學(xué)信息技術(shù)優(yōu)質(zhì)課的評(píng)比，也參與了其中浙江攝影出版社小學(xué)信息技術(shù)《精彩圖片剪輯》課例的設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)了一番曲折和努力，課例以其設(shè)計(jì)的高度贏得了觀眾的一致好評(píng)，也最終取得了全國(guó)一等獎(jiǎng)的好成績(jī)?；仡櫿麄€(gè)準(zhǔn)備過(guò)程，最初的課堂設(shè)計(jì)預(yù)設(shè)了三個(gè)環(huán)節(jié)：

第一環(huán)節(jié)：識(shí)軟件——指向技術(shù)的概念。通過(guò)ACDsee軟件對(duì)一組原始照片的初始化操作，認(rèn)識(shí)工具軟件的界面、文件及其他操作概念與功能。

第二環(huán)節(jié)：會(huì)剪輯——指向技術(shù)的技能。通過(guò)ACDsee對(duì)兩張方位不當(dāng)、主題散漫的典型照片進(jìn)行加工處理（旋轉(zhuǎn)、裁剪），以達(dá)到預(yù)期的剪輯目標(biāo)。

第三環(huán)節(jié)：善裁剪——指向技術(shù)的技巧。會(huì)剪輯不等于就能剪好照片，裁剪仍需要一定的審美元素和操作技巧，在此環(huán)節(jié)教師通過(guò)三組直觀形象的圖片，結(jié)合“問(wèn)卷星”統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，讓學(xué)生理解剪輯的本質(zhì)，形成合理取舍、個(gè)性化表達(dá)的選擇策略取向等。

課堂原方案歷經(jīng)數(shù)次修改，但無(wú)論怎樣的取巧，都擺脫不了以技術(shù)學(xué)習(xí)為中心，傳統(tǒng)技術(shù)雙基模式的束縛。為實(shí)現(xiàn)實(shí)破，我們經(jīng)過(guò)了一番思考后，提出如下大膽的設(shè)想。第一，能否把動(dòng)手的簡(jiǎn)單圖片剪輯操作設(shè)計(jì)成一個(gè)動(dòng)腦的可探究活動(dòng)？第二，能否讓學(xué)生深度理解和經(jīng)歷真正意義上的數(shù)字化學(xué)習(xí)：剪輯（旋轉(zhuǎn)、裁剪）操作前后，圖片到底發(fā)生著怎樣的、可量化的改變？為此，我們針對(duì)原方案進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)的改造，精簡(jiǎn)了純粹的照片操作處理的訓(xùn)練時(shí)間，新增了一個(gè)思維參與的數(shù)字化實(shí)踐環(huán)節(jié)。

第四環(huán)節(jié)：懂剪輯——指向技術(shù)的思維。根據(jù)提供的“校園”原圖，合理剪輯，觀察并完成圖片剪輯的數(shù)據(jù)信息觀察表（如下頁(yè)表1）;然后結(jié)合記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以得出哪些結(jié)論？

課堂上教師設(shè)計(jì)了一份觀察表單，創(chuàng)建了一次技術(shù)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行了一項(xiàng)數(shù)字記錄，開展了一番數(shù)據(jù)比對(duì)。學(xué)生在數(shù)據(jù)觀察、思維考量之后得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：旋轉(zhuǎn)和裁剪都可以改變圖片;旋轉(zhuǎn)只改變圖片位置，不改變圖片大小;裁剪前后圖片尺寸及文件大小發(fā)生著可量化的改變——變小。

現(xiàn)在我們提倡的高階學(xué)習(xí)是一種需要智力深度參與和介入的學(xué)習(xí)模式?，F(xiàn)代信息技術(shù)已經(jīng)從關(guān)注知識(shí)、關(guān)注技術(shù)、關(guān)注方法的課堂，逐漸實(shí)現(xiàn)著向關(guān)注素養(yǎng)（包括審美）再到關(guān)注思維的課堂的轉(zhuǎn)型升級(jí)。案例中數(shù)據(jù)觀察表的設(shè)計(jì)便是給我們的信息技術(shù)課堂提供了一種技術(shù)學(xué)習(xí)的全新認(rèn)知模式——基于高階思維的數(shù)字化實(shí)踐。

參數(shù)操作讓高階思維真正發(fā)生

計(jì)算機(jī)是一項(xiàng)操作性非常強(qiáng)的學(xué)科，其實(shí)我們可以根據(jù)思維的介入程度將計(jì)算機(jī)操作分為兩類：基本操作和高級(jí)操作（如圖1）?；静僮饕部梢哉J(rèn)為是通識(shí)化操作，它通過(guò)簡(jiǎn)單的鼠標(biāo)操作行為或基本的菜單選擇就可以實(shí)現(xiàn)?；静僮髦簧婕傲?xí)慣性動(dòng)作、默認(rèn)參數(shù)的運(yùn)用，無(wú)需太多思維參與或只需低階思維介入。高級(jí)操作，亦稱帶參數(shù)操作（這里的參數(shù)指廣義上的參數(shù)），需要通過(guò)內(nèi)部的高級(jí)選項(xiàng)設(shè)置、參數(shù)的精準(zhǔn)定位甚至算法設(shè)計(jì)、過(guò)程定義才能進(jìn)行。高級(jí)操作需要智力甚至高階思維的參與，數(shù)字化學(xué)習(xí)必然涉及參數(shù)選項(xiàng)的操作。

例如，VJC仿真軟件操控電機(jī)并實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的直行與右轉(zhuǎn)效果，只需拖動(dòng)“啟動(dòng)電機(jī)”模塊和“直行”“右轉(zhuǎn)”模塊至主程序流程圖進(jìn)程（使用默認(rèn)值，無(wú)需改變參數(shù)）便可以實(shí)現(xiàn)，此即為基本操作（圖2為模塊的默認(rèn)操作）。如果使用電機(jī)并要求實(shí)現(xiàn)指定的速度直行或指定的角度右轉(zhuǎn)，則要對(duì)“啟動(dòng)電機(jī)”模塊和“直行”“右轉(zhuǎn)”模塊內(nèi)部的多項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行科學(xué)設(shè)置才能實(shí)現(xiàn)指定的運(yùn)行效果，此項(xiàng)操作涉及數(shù)據(jù)設(shè)置和思維參與，即為高級(jí)操作（圖3為電機(jī)的參數(shù)設(shè)置，左右電機(jī)的默認(rèn)功率均為80，現(xiàn)在根據(jù)需要將右電機(jī)功率值更改為30）。

信息技術(shù)的高級(jí)操作不僅體現(xiàn)在對(duì)VJC、Scratch等智能模塊的有形參數(shù)設(shè)置上，有些應(yīng)用軟件的技術(shù)細(xì)節(jié)看似“簡(jiǎn)單”，但深究其中，事實(shí)上有很多內(nèi)涵和選項(xiàng)也是參數(shù)范疇，但我們卻極少涉足。義務(wù)教育階段的信息技術(shù)操作，如Word、Excel、PPT、圖片處理等，一般學(xué)生只需掌握默認(rèn)操作或簡(jiǎn)單操作即可，但為達(dá)到某些特殊的效果、復(fù)雜的操作和深度的學(xué)習(xí)則必然會(huì)涉及高級(jí)菜單選項(xiàng)設(shè)置，即稱高級(jí)操作。如Excel的連續(xù)數(shù)據(jù)求和，只需選定數(shù)據(jù)區(qū)塊然后直接單擊工具欄的“∑”按鈕即可，此即為基本操作;但如果是不連續(xù)的精準(zhǔn)求和則需輸入對(duì)應(yīng)的函數(shù)公式才能實(shí)現(xiàn)，這個(gè)過(guò)程則稱高級(jí)操作。

案例：Scratch軟件控制寵物“貓”走步的三重境界。

（1）向前移動(dòng)? ? 默認(rèn)值實(shí)踐（簡(jiǎn)單操作）。

（2）用3秒時(shí)間向前移動(dòng)200步? ?規(guī)定性實(shí)踐（復(fù)雜操作）。

（3）用規(guī)定時(shí)間向前移動(dòng)至指定位置? ? 探究性實(shí)踐（高級(jí)操作）。

再如，Scratch模擬多角色的相遇問(wèn)題時(shí)，它的過(guò)程用時(shí)與目標(biāo)位置不是直接給定的，均需要復(fù)雜計(jì)算與反復(fù)嘗試等高級(jí)智力的深度參與才能實(shí)現(xiàn)。這個(gè)操作的過(guò)程即屬高級(jí)操作。

從驗(yàn)證性操作實(shí)踐到探究性數(shù)字化實(shí)踐

信息技術(shù)是一門操作性、實(shí)踐性極強(qiáng)的學(xué)科，現(xiàn)實(shí)的信息技術(shù)課堂上存在著三種由低到高不同思維層次的典型操作實(shí)踐模式：驗(yàn)證性實(shí)踐、制作性實(shí)踐、任務(wù)型實(shí)踐。思維性、智能性是計(jì)算機(jī)區(qū)別于其他工具的重要特征，我們不能將信息技術(shù)課堂簡(jiǎn)化到形式上的打字課、畫圖課、作品課等，更不能用簡(jiǎn)單的驗(yàn)證性操作替代具備思維含量的探究性實(shí)踐（如圖4）。所謂探究性實(shí)踐，就是將計(jì)算機(jī)當(dāng)作一種環(huán)境，將信息技術(shù)學(xué)習(xí)當(dāng)作一種實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生通過(guò)類似于科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)探究的方式，解決計(jì)算機(jī)問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的規(guī)律，獲取計(jì)算機(jī)知識(shí)，并從中學(xué)會(huì)信息技術(shù)的方法和技能，形成信息技術(shù)的思維方式。

計(jì)算機(jī)提供的不僅是一種技術(shù)環(huán)境，一種輔助工具，一種學(xué)習(xí)對(duì)象，更是學(xué)科學(xué)習(xí)有效的實(shí)驗(yàn)工具。探究性實(shí)踐離不開數(shù)據(jù)的操作。數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新是信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，信息技術(shù)正是實(shí)現(xiàn)人類數(shù)字化生存的重要渠道，但環(huán)境的信息化并不代表著學(xué)習(xí)的數(shù)字化，也沒(méi)有實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)方式的真正變革。信息技術(shù)課堂內(nèi)的數(shù)字化學(xué)習(xí)必須與數(shù)字打交道，“沒(méi)有數(shù)據(jù)參與的數(shù)字化學(xué)習(xí)，只是信息技術(shù)學(xué)科學(xué)習(xí)的一大笑話?！?/p>

從驗(yàn)證性實(shí)踐到探究性實(shí)踐，我們可探尋到信息技術(shù)課堂發(fā)展的一條脈絡(luò)：從收斂到發(fā)散，從傳授到研究，從重技術(shù)到重思維的過(guò)程。這條脈絡(luò)是教育發(fā)展的趨勢(shì)，也引導(dǎo)本學(xué)科發(fā)展的主線索?；诟唠A思維的數(shù)字化技術(shù)實(shí)踐便是探究性實(shí)踐的一種形式。

例如，初中信息技術(shù)《圖像格式》對(duì)圖片格式的文字描述是一筆帶過(guò)的，如何讓學(xué)生真正體會(huì)三種圖片格式的差異性及其不同價(jià)值是本課時(shí)技術(shù)學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。為解決問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了一份實(shí)驗(yàn)表單（如表2）。

案例：將一張1兆左右的BMP圖片分別保存成不同位深的BMP、JPG和GIF格式圖片，然后觀察屏幕記錄數(shù)據(jù)，完成實(shí)驗(yàn)表單，并嘗試得出你的技術(shù)結(jié)論。

從表2轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的操作到記錄，技術(shù)的結(jié)論是不難得出的，學(xué)生很容易從表單的數(shù)據(jù)和圖片比對(duì)中理解不同圖片格式的差異，從而辨析不同技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)劣。數(shù)字化的實(shí)踐給技術(shù)學(xué)習(xí)提供了一個(gè)有效的腳手架。

信息技術(shù)環(huán)境下的數(shù)字化實(shí)踐是由一系列高級(jí)操作組成的，它包含了屏幕觀察、數(shù)據(jù)記錄，并經(jīng)歷了相關(guān)的復(fù)雜操作和高階思維的訓(xùn)練。就像《精彩圖片剪輯》《圖片格式》等課例設(shè)計(jì)，從照片剪輯前后，從圖片的轉(zhuǎn)化前后，我們已從看得見的模糊感知，轉(zhuǎn)換為真真切切體驗(yàn)到、摸得著的數(shù)據(jù)變化，這是探尋科學(xué)的實(shí)證主義，也是我們數(shù)字化實(shí)踐的一種有益嘗試，該模式實(shí)現(xiàn)了技術(shù)學(xué)習(xí)從定性到定量、從驗(yàn)證性操作到探究性實(shí)踐、從低級(jí)認(rèn)知到高級(jí)認(rèn)知的變化。