以問題沖突促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)意想象與高階思維發(fā)展

周迎春

問題體驗(yàn)中的認(rèn)知需求是學(xué)生在已有知識(shí)的基礎(chǔ)上，試圖通過(guò)對(duì)問題的深層探究以解決認(rèn)知沖突的內(nèi)部沖動(dòng)或力量。它直接推動(dòng)了學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的產(chǎn)生，是學(xué)習(xí)從問題情境進(jìn)入問題探究階段的關(guān)鍵因素。因此情境的創(chuàng)設(shè)需要隱含認(rèn)知需求的觸發(fā)因子，另外教學(xué)設(shè)計(jì)要凸顯認(rèn)知沖突，讓學(xué)生參與解決問題的沖動(dòng)主動(dòng)生成。這也是信息技術(shù)課堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維等高階思維，提升學(xué)生核心素養(yǎng)的關(guān)鍵所在。近期，筆者作為評(píng)委參與了省市級(jí)多個(gè)評(píng)優(yōu)課研討活動(dòng)，并在省級(jí)活動(dòng)中執(zhí)教了“畫正多邊形”的公開課，在評(píng)價(jià)主客體的角色轉(zhuǎn)換中認(rèn)識(shí)到：近年來(lái)信息技術(shù)教材已經(jīng)多次更新，教師的教學(xué)理念亦在同步跟進(jìn)，智能文明時(shí)代確實(shí)需要教師在傳遞知識(shí)技能的同時(shí)，進(jìn)一步精心設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)，訓(xùn)練和提升學(xué)生的高階思維。

一、問題情境項(xiàng)目化設(shè)計(jì)，

助力學(xué)生順應(yīng)性遷移

情境有助于使問題從抽象走向真實(shí)，并提升學(xué)生的好奇心和參與熱情，附著于真實(shí)情境的知識(shí)技能更有利于學(xué)生的存儲(chǔ)與提取。筆者在執(zhí)教“畫正多邊形”一課時(shí)，要求學(xué)生掌握畫筆模塊的諸多控件，歸納正多邊形的繪制規(guī)律和方法。考慮到前一課是“青蛙過(guò)河”，于是本課進(jìn)行了個(gè)性化的情境設(shè)計(jì)，繼續(xù)沿用了青蛙的角色，從網(wǎng)上下載荷花背景圖，再編輯圖片形成最終場(chǎng)景，任務(wù)變成：青蛙要進(jìn)行跳躍比賽，請(qǐng)你編制Scratch程序繪制比賽路徑圖（見圖1）。一開始，學(xué)生先完成青蛙點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的跳躍，這只要提取目標(biāo)所在的X、Y坐標(biāo)即可，至此只是對(duì)前一課知識(shí)的復(fù)習(xí)回顧。新的問題是“要留下痕跡”，學(xué)生必須自學(xué)課本，了解如何落筆、清空、設(shè)定筆的顏色和大小等。當(dāng)然，要完成第一個(gè)任務(wù)“正三角形的繪制”，如果用鼠標(biāo)提取頂點(diǎn)坐標(biāo)后再繪制不夠精確，于是“移動(dòng)N步”控件需加入其中，之后的調(diào)試又會(huì)遇到角色方向的準(zhǔn)確定位、未知步數(shù)的“探測(cè)”計(jì)算獲取等子問題。當(dāng)完成了正三角形的場(chǎng)地“競(jìng)賽”后，再遷移到正方形場(chǎng)地的“復(fù)賽”就順理成章了。

二、沖突設(shè)置分層遞進(jìn)，

能力提升潛移默化

要在教學(xué)設(shè)計(jì)中精準(zhǔn)添加情境，前提是對(duì)教材進(jìn)行精細(xì)解讀。此外，情境的設(shè)計(jì)應(yīng)該有連續(xù)性，既要靠近學(xué)生的生活，又要注意分層遞進(jìn)。在這一課的設(shè)計(jì)中，筆者依次設(shè)計(jì)了正三角形的場(chǎng)地軌跡，在任務(wù)示意圖中有紅色的軌跡，學(xué)生可以參照繪制。在正方形的繪制任務(wù)圖中，需要學(xué)生自己觀察并抽象出任務(wù)的實(shí)質(zhì)。難度更大的第三項(xiàng)任務(wù)是在棋盤格上繪制正八邊形（見圖2），學(xué)生要思考如何最大化的問題，要在繪制前自行設(shè)計(jì)規(guī)劃比賽軌跡草圖，然后提取諸如起點(diǎn)坐標(biāo)定位、步數(shù)提取計(jì)算等。而在實(shí)境進(jìn)階環(huán)節(jié)，則需要學(xué)生在舞臺(tái)上繪制最大的圓形軌跡或8字形軌跡圖。最后的創(chuàng)意拓展則是讓學(xué)生自己利用已學(xué)的知識(shí)和技能繪制心中所想。

技能的提升需要分層設(shè)計(jì)任務(wù)，因此，筆者在這一教學(xué)案例的設(shè)計(jì)中，以比賽軌跡圖繪制為主線，每一個(gè)任務(wù)都比前一個(gè)有所深入，需要使用新的問題解決策略。在一個(gè)個(gè)任務(wù)的轉(zhuǎn)換中，問題沖突不斷發(fā)生。在解決一個(gè)個(gè)新問題的過(guò)程中，學(xué)生的知識(shí)技能得到了潛移默化的提升，達(dá)到了潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲的效果。

三、引領(lǐng)跨越問題沼澤，

逐步晉級(jí)高階學(xué)習(xí)

教學(xué)是慢的藝術(shù)，學(xué)生思維的跟進(jìn)需要時(shí)間。不能為了趕進(jìn)度而讓學(xué)生直接下載復(fù)制粘貼教師的“下水方案”，要讓學(xué)生獨(dú)立或者小組共同完成“思考—實(shí)驗(yàn)—完善”的過(guò)程，而不是因循守舊。在經(jīng)歷過(guò)反復(fù)迭代演進(jìn)過(guò)程，體驗(yàn)了困頓、醒悟、失敗、成功等多種情緒之后，相應(yīng)的思維能力才能在內(nèi)化的過(guò)程中不斷提升。“教師演示解決問題的路徑—學(xué)生依樣畫葫蘆”的習(xí)慣一旦形成模式，學(xué)生就容易產(chǎn)生依賴。為此，在本課的設(shè)計(jì)中，筆者在各個(gè)環(huán)節(jié)、各項(xiàng)任務(wù)中預(yù)設(shè)了大量問題沖突，如把線性問題改為非良構(gòu)問題：移動(dòng)步數(shù)需要學(xué)生自己通過(guò)坐標(biāo)探查來(lái)計(jì)算獲取;棋盤格中正八邊形的最大化需要預(yù)先設(shè)計(jì)定位;機(jī)器人巡跡圖則要求圓及半圓的最大化，還需要圓的周長(zhǎng)計(jì)算等數(shù)學(xué)知識(shí)的融合。再如，在學(xué)生完成任務(wù)時(shí)新增一些問題沖突：在畫好正方形后，請(qǐng)思考如何讓每一條線的顏色及粗細(xì)都有所不同。預(yù)設(shè)該問題沖突的目的，是讓學(xué)生把畫筆模塊中的“將畫筆顏色增加為”及“將畫筆粗細(xì)增加為”兩個(gè)控件利用起來(lái)。更重要的是，此時(shí)學(xué)生的思維再次進(jìn)入了“循環(huán)語(yǔ)句”，要模擬多次循環(huán)后再拖拽控件運(yùn)行驗(yàn)證。

四、精心設(shè)計(jì)問題，培養(yǎng)學(xué)生高階思維

“畫正多邊形”一課的教學(xué)目標(biāo)是學(xué)會(huì)畫筆模塊控件的使用，并且學(xué)會(huì)正多邊形的編制。事實(shí)上，畫筆也是讓思維可見的工具，教師要注重通過(guò)一系列預(yù)設(shè)的項(xiàng)目任務(wù)對(duì)學(xué)生進(jìn)行計(jì)算思維等高階思維的培養(yǎng)。通過(guò)程序的自動(dòng)化實(shí)施，畫筆的實(shí)時(shí)繪制呈現(xiàn)可讓學(xué)生在編程時(shí)獲得寶貴的直接體驗(yàn)，讓他們能根據(jù)呈現(xiàn)結(jié)果慢慢調(diào)整控件命令參數(shù)，逐漸靠近預(yù)設(shè)目標(biāo)。例如，在繪制正多邊形時(shí)，有的學(xué)生發(fā)現(xiàn)第二次繪制時(shí)畫歪了，于是添加了控制角色方向的控件;在繪制正八邊形時(shí)感覺沒有放在正中心位置，于是修改了起點(diǎn)坐標(biāo)。這樣，在程序反復(fù)調(diào)整修改的過(guò)程中，培養(yǎng)了迭代思維。

簡(jiǎn)單地說(shuō)，計(jì)算思維可分為抽象和自動(dòng)化兩個(gè)步驟，再分得更細(xì)一些，則有結(jié)構(gòu)分解、實(shí)體抽象、模型構(gòu)建及自動(dòng)化實(shí)施。筆者在教學(xué)設(shè)計(jì)中注重增加情境及項(xiàng)目化的任務(wù)設(shè)計(jì)，使學(xué)生在問題解決的過(guò)程中經(jīng)歷任務(wù)的分解、抽象及自動(dòng)化（編程）的過(guò)程。例如，拓展環(huán)節(jié)是要在Scratch舞臺(tái)上繪制一個(gè)最大的圓形路徑，學(xué)生要將任務(wù)分解成一系列具體問題：最大圓的半徑應(yīng)是多少;周長(zhǎng)如何計(jì)算;如果以360邊形為圓的話，每條邊的步數(shù)如何;起點(diǎn)如何定位等。另外，在不同的任務(wù)環(huán)節(jié)將出現(xiàn)循環(huán)算法思想，包括拓展環(huán)節(jié)的創(chuàng)意無(wú)極限，以及在舞臺(tái)上畫完一個(gè)橫向的8字型機(jī)器人軌跡圖后如何再畫一個(gè)縱向的8字型軌跡圖。又如，“畫一個(gè)螺旋狀的彩虹”（見圖3）更是添加了循環(huán)的嵌套。以上問題設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上都指向了諸如歸納思維、發(fā)散思維、計(jì)算思維等高階思維的培養(yǎng)。

五、引入人工智能，

提高跨學(xué)科解決問題的能力

在江蘇省信息技術(shù)評(píng)優(yōu)課《身邊的人工智能》中，一位教師重組教材后以“流連彭城 回眸楚漢”為主題，設(shè)計(jì)了“智能規(guī)劃游覽彭城”這一主項(xiàng)目。在開始時(shí)出示徐州的幾位歷史名人，讓學(xué)生利用人工智能平臺(tái)的“百度識(shí)圖”進(jìn)行辨認(rèn)，然后設(shè)置問題沖突：如何改革現(xiàn)有的人工驗(yàn)票流程，提升驗(yàn)票速度？學(xué)生討論后引出了圖像識(shí)別：一方面要機(jī)器學(xué)習(xí)采集人臉數(shù)據(jù)，另一方面還要通過(guò)Scratch調(diào)用機(jī)器學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行程序調(diào)試。最后要求學(xué)生進(jìn)行智能路程規(guī)劃，學(xué)生又下載了旅游APP進(jìn)行個(gè)性化旅游方案的確認(rèn)?；谡鎸?shí)情況并從學(xué)生角度出發(fā)的整體化教學(xué)設(shè)計(jì)讓人耳目一新，圖像識(shí)別智能路程規(guī)劃等AI技術(shù)刷新了學(xué)生的認(rèn)知，使學(xué)生整堂課都沉浸在新鮮刺激的跨域解決問題的過(guò)程中，有利于提高學(xué)生面向未來(lái)的素養(yǎng)。

基于項(xiàng)目的Scratch教學(xué)可以通過(guò)項(xiàng)目化的情境設(shè)計(jì)，以問題沖突的有效設(shè)置為策略，激發(fā)學(xué)生的好奇心與想象力，有效地達(dá)成思維層面的培養(yǎng)目標(biāo)。如今諸多編程軟件隨著軟硬件的迭代演進(jìn)而產(chǎn)生，最終又將會(huì)被更新的版本刷新，但是蘊(yùn)涵其中的高階思維能力，諸如迭代思維、遞歸思維、循環(huán)思維、發(fā)散思維等才是核心素養(yǎng)的真正體現(xiàn)，無(wú)論軟件如何更新升級(jí)，個(gè)體只要擁有了這些思維能力，就可以以不變應(yīng)萬(wàn)變了。

（責(zé)任編輯? ?郭向和）