面向問題解決能力的高中信息技術“四級四化”課程體系的研究與實踐

莊小云 尹睿

摘 要：本論文提出高中信息技術課程的問題連續(xù)體概念，從問題解決能力的水平層次出發(fā)，提出了面向問題解決的信息技術四級課程結構。本研究進一步闡述了單元化、微型化、項目化、引領化的“四化”課程開發(fā)方法，以期重構優(yōu)化國家課程，創(chuàng)生發(fā)展校本課程，推動學校信息技術課程的層次性、多樣性和選擇性發(fā)展，提升信息技術課程教學與個體能力發(fā)展的契合度，助力學生問題解決能力的培養(yǎng)。

關鍵詞：問題解決;高中信息技術;課程體系

一、問題提出

長期以來，信息技術課程教學以操作技能教學為主，缺乏與信息技術相關的真實問題情境的融入，不利于培養(yǎng)學生創(chuàng)造性解決問題的能力;對于抽象難懂的編程語句內(nèi)容，學生基本采用模仿的方式學習，缺乏運用合理的算法解決問題的能力。進入2010年，隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動技術、人工智能技術等新一代信息技術的迅猛發(fā)展，學生將要面對的未來世界的問題日益復雜多變。信息技術的快速發(fā)展，不斷改變著人們的思維模式，已經(jīng)超越單純的技術工具價值，為信息技術課程注入了新的目標內(nèi)涵與價值定位。2012年，美國計算機教育協(xié)會明確指出信息技術教育不只是“技術工具功能的掌握”，更應從“計算機思維”“合作交流”“計算實踐與編程”等方面發(fā)展學生“核心素養(yǎng)”[1]。2014年，教育部頒布《關于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見》，旗幟鮮明地指出“全面深化課程改革，落實立德樹人根本任務，是提高國民素質(zhì)、建設人力資源強國的戰(zhàn)略行動”，“各學段、各學科、各環(huán)節(jié)都應充分發(fā)揮教育的育人功能，不斷提高學生綜合運用知識解決實際問題的能力”。教育部制定的《普通高中信息技術課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“信息技術新課程標準”）指出“培育以學習為中心的教與學關系，在問題解決過程中提升信息素養(yǎng)”是高中信息技術課程的基本理念之一，“鼓勵學生在數(shù)字化學習環(huán)境中學習與實踐，將知識建構、技能培養(yǎng)與思維發(fā)展融入到運用數(shù)字化工具解決問題和完成任務的過程中”?？梢?，新時代的信息技術教育已經(jīng)從培養(yǎng)學生“信息技術的基本知識和技能”發(fā)展到培養(yǎng)學生“學科核心素養(yǎng)”階段，課程培養(yǎng)的關鍵能力應是運用信息技術學科工具和方法解決問題的能力。

學習理論的研究表明，人類學習歷經(jīng)了“學習即個體獲得”的獲得隱喻和“學習即情境參與”的參與隱喻，當下正在走向“學習即知識創(chuàng)造”的新型隱喻。知識創(chuàng)造隱喻，要求技術不僅為學習者提供學習資源，推進學習者之間的互動交流，更要促成學習者創(chuàng)造新知識及開發(fā)出承載新知識的載體。新知識的載體包括概念、觀點、理論、計劃、方案、產(chǎn)品等多種形式，學習者在學習過程中創(chuàng)造出的知識即是由這些載體所承載。技術在新知識載體的創(chuàng)造中發(fā)揮著認知性中介、實踐性中介、社會性中介和反思性中介等關鍵作用。在信息技術課程中，運用算法和數(shù)字化工具解決問題和完成任務的過程即是知識創(chuàng)造的過程。

目前，高中學校還缺乏系統(tǒng)化、多層次、多樣化的信息技術課程，難以滿足學生個性化發(fā)展需要：面向全體學生開設的國家課程，我們需重構課程內(nèi)容，使教學能夠有效實現(xiàn)問題解決能力的培養(yǎng);面向?qū)W科特長生，我們應提高校本選修課程開發(fā)效率，解決高中學生學業(yè)緊張、學習時間少與學科興趣培養(yǎng)之間的矛盾問題;面向致力于信息技術領域工作的學生，我們應給予學科的專業(yè)引領和生涯規(guī)劃指導。因此，我們需要加強學校信息技術課程建設，重構國家課程，創(chuàng)生校本課程，形成系統(tǒng)化的學校信息技術課程體系;根據(jù)信息技術課程體系中的不同層次、不同類型的課程，開發(fā)出體現(xiàn)基礎性、情境性、時代性和前沿性的內(nèi)容，滿足學生個性化學習需要。

二、面向問題解決能力的高中信息技術課程結構

（一）高中信息技術問題分類

高中信息技術課程培養(yǎng)的關鍵能力是運用信息技術特有的學科工具和方法解決問題的能力。我們首先要對信息技術課程解決的問題類型進行研究?？ㄋ固匾约夹g問題為研究對象，從技術素養(yǎng)要求的角度將技術問題歸納為以下四種類型：發(fā)現(xiàn)問題、設計問題、故障檢測問題和程序問題[2]。華盛頓大學勞倫斯教授把信息技術學習內(nèi)容分為信息技術技能、算法和數(shù)字化信息、數(shù)據(jù)和信息、程序設計四個方面。在兩位專家研究的基礎上，我們結合高中信息技術課程標準，把信息技術課程常見問題分為數(shù)據(jù)與信息處理問題、算法與程序設計問題、互聯(lián)網(wǎng)故障排除問題、作品設計問題、產(chǎn)品設計問題、改造問題、發(fā)明問題七大類型。美國亞利桑那大學的梅克教授基于對多元智能的研究提出了問題連續(xù)體理論，把問題按解決該問題所需的創(chuàng)造性程度來劃分等級。如從教師和學生兩方面，就問題本身、解決問題的方法、答案這三個維度的已知或未知狀況來劃分;或從問題、方法、答案是唯一的、 系列的還是開放的這一角度來劃分。本研究將問題分為單一性問題、再現(xiàn)性問題、引導性問題、參與性問題和開放性問題。我們以問題連續(xù)體理論為參考，把信息技術課程常見的七大類型問題歸納如表1所示。

從表1問題分類的內(nèi)容看，高中信息技術問題分類涵蓋了信息素養(yǎng)的各方面;從問題結構看，從類型一至類型七，問題從封閉過渡至開放，解決問題的策略和方法以及答案從一系列過渡至無限種，復雜度由簡單至復雜，呈現(xiàn)問題解決的連續(xù)狀態(tài)，也標志著信息技術課程培養(yǎng)學生問題解決能力的不同水平。

（二）面向問題解決能力的高中信息技術四級課程結構構建

學者黃再茂、陳文典在《“問題解決”的能力》中從三個維度分析學生的問題解決能力，即“學生問題解決的態(tài)度”“問題解決的方法和策略”“學生問題解決的品質(zhì)”?；诟咧行畔⒓夹g問題分類的連續(xù)狀態(tài)，我們從以上三個維度對培養(yǎng)問題解決能力水平逐層提高設置，提出了面向問題解決的信息技術四級課程結構（如表2所示），體現(xiàn)了信息技術課程的層次性、多樣性和選擇性，問題解決類型的廣度與深度和培養(yǎng)學生的問題解決能力水平逐級增加。

基礎課程主要是信息技術國家課程，為高一至高二年級學生的全員必修課程，滿足全體學生的學習需求;實踐課程和研發(fā)課程為校本課程、研究性課程及競賽課程，每年為高一和高二年級300多名同學選修，滿足不同層次信息技術特長學生的學習需求;活動課程為學校特色社團活動和英才計劃，滿足致力于信息技術領域工作的學生的需求。

三、面向問題解決能力的高中信息技術課程開發(fā)

（一）“四化”課程開發(fā)方法

安德森的思維適應性控制理論指出認知技能的獲得是這樣一個過程：知識先以陳述性的形式進入記憶系統(tǒng)，然后用弱方法產(chǎn)生問題解決方案，再通過知識編輯過程形成新的認知技能。其中最關鍵的一步是知識編輯過程，包括程序化與合成兩個過程。程序化即形成專門的問題解決方法和技能。合成是組塊化過程，提高問題解決的速度。[3]安德森的思維適應性控制理論為我們開發(fā)四級課程提供了有力的理論框架。以“知識編輯過程”為面向問題解決能力課程開發(fā)關鍵，針對各級課程的目標要求和適用對象，我們依次探索形成單元化、微型化、項目化、引領化的“四化”課程開發(fā)方法：單元化，即緊扣學科大概念，以單元主題統(tǒng)整課程內(nèi)容，實施單元教學，增強課程的系統(tǒng)性。微型化，即以微專題和微資源開發(fā)課程內(nèi)容，實施微型學習，體現(xiàn)課程的靈活性。項目化，即基于真實的社會或生活問題情境，以項目產(chǎn)品開發(fā)為目的研制課程內(nèi)容，實施項目式學習，突出課程的實踐性;引領化，即以職業(yè)生涯規(guī)劃為導向開發(fā)課程內(nèi)容，實施學長引路式學習，突出課程的時代性。

1.單元化

對于基礎課程，即全體學生的必修課程，我們提出信息技術課程單元化開發(fā)流程（如圖1），即聚焦學科大概念，在分析課程標準、教材和學情基礎上對課程內(nèi)容進行知識編輯，把具體化的知識和技能轉化為信息技術學科結構化知識，并結合信息技術情境形成問題鏈，最后設計學習活動。其中，針對“數(shù)據(jù)與信息處理問題”，我們從利用數(shù)據(jù)處理方法和技術工具解決問題的角度提出建立單元結構化知識流程，包括“數(shù)據(jù)收集—數(shù)據(jù)分析—數(shù)據(jù)可視化表達”。針對“程序設計問題”，我們從利用編寫程序解決問題的角度提出建立單元結構化知識流程，包括“分析問題—設計方案—編程調(diào)試”。

2.微型化

對于實踐課程，為學生個性化發(fā)展而設計，屬于部分學生選修的校本課程。針對高中學生學業(yè)壓力，校本課程學習時間難以保證，我們提出“微型化”這種全新形態(tài)的課程開發(fā)形式（如圖2）。基于微型化開發(fā)的校本課程在評估學生需求和問題解決能力水平基礎上，結合信息技術情境提出互聯(lián)網(wǎng)故障排除問題、作品設計問題和產(chǎn)品設計問題。課程開發(fā)最關鍵的一步知識編輯過程體現(xiàn)故障排除過程或者作品設計過程，重點是排除故障的方法和開發(fā)工具的使用。我們把該部分問題一級級分割，最終形成小問題組成的問題鏈。每個問題呈現(xiàn)一個微小的知識點，并提供對應的微課。學生在微課和自主學習任務單引導下自定步調(diào)地開展學習。

3.項目化

基于項目的學習活動能促進學生運用知識和技能解決現(xiàn)實生活中復雜的問題。這與三級課程要求的問題解決能力水平一致。對于課程研發(fā)，我們提出基于項目式學習的課程開發(fā)方法（如圖3），即學生以信息技術為主要工具，融合科學原理、工程思維和數(shù)學方法形成一個植根于真實問題的產(chǎn)品，從而發(fā)展跨學科知識連接能力和問題解決能力。學生首先針對信息技術情境主動提出需要改良的問題，然后運用科學方法對問題進行探究，接著設計項目方案，并用技術解決問題最終形成植根于問題的產(chǎn)品。為了更好支持學生開展個性學習和項目研發(fā)，我們還提供了網(wǎng)絡學習空間，不但實現(xiàn)了學習資源共享，同時還支持老師、學生與家長在學習過程中信息的交流、共享、溝通和反思。

4.引領化

與信息技術相關的社團活動、科技節(jié)、科技英才計劃、大師講座和研學等活動被定義為活動課程。項目組提出了信息技術活動課程“引領化”開發(fā)方法（如圖4）?！耙I化”課程開發(fā)方法打破了年級界限，在社團活動室開展項目活動，通過專家學者項目點撥、專業(yè)引領、生涯規(guī)劃、學業(yè)指導，讓學生在學習中少走彎路，并在信息技術專業(yè)上樹立目標，不懈奮斗，努力向前。社團活動和科技節(jié)由高三或者高二學長引領高一社團成員，他們會把信息技術學習的經(jīng)驗和方法傳授給學弟，研究的成果會通過科技節(jié)展示。科技英才計劃、研學和大師講座活動由專家學者、家長、校友和IT 精英參與課程開發(fā)，他們會把更多信息技術專業(yè)前景和學科思維方法分享給學生，堅定學生對信息技術專業(yè)學習的信心。

（二）面向問題解決的信息技術“四級四化”課程體系

基于“單元化”“微型化”“項目化”“引領化”課程開發(fā)方法，我們最終形成了面向問題解決的信息技術“四級四化”課程體系（如圖5）。

四、結束語

面向問題解決能力的中學信息技術四級課程體系使我們通過基礎課程的普及挖掘更多有潛質(zhì)的學生，學生進一步通過實踐課程和研發(fā)課程的培養(yǎng)問題解決能力得到更加系統(tǒng)培養(yǎng)，最終通過活動課程的引領，走上數(shù)字化人才培養(yǎng)專業(yè)道路。

[1]李鋒.發(fā)展關鍵能力，培養(yǎng)數(shù)字公民：面向核心素養(yǎng)的信息技術課程設計[M].上海：華東師范大學出版社，2020：52-54.

[2]CUSTER R L.Design and Problem Solving in Technology Education [J]. NASSP Bulletin，1999，83（608）：24.

[3]辛自強.問題解決與知識建構[M].北京：教育科學出版社，2004：16.

（責任編輯 孫震華）