設(shè)計型學(xué)習(xí)模式下的計算思維培養(yǎng)策略

史慧姍

摘要：計算思維是創(chuàng)新型人才的必備能力，是信息技術(shù)學(xué)科的核心素養(yǎng)。為尋求與之相適應(yīng)的教學(xué)方式，本文從設(shè)計型學(xué)習(xí)的角度分析其培養(yǎng)策略。分析了設(shè)計型學(xué)習(xí)和計算思維的相關(guān)研究、理論和模型后，得出基于設(shè)計型學(xué)習(xí)的計算思維培養(yǎng)方法：確定挑戰(zhàn)性問題，幫助學(xué)生完型加工;促進(jìn)交流分享，幫助完善、反思解決方案;及時反饋，幫助優(yōu)化迭代。

關(guān)鍵詞：設(shè)計型學(xué)習(xí);計算思維;培養(yǎng)策略

一、背景

地平線報告（基礎(chǔ)教育版）指出，“培養(yǎng)中小學(xué)生的計算思維是21世紀(jì)一個重要的課題，計算思維應(yīng)該是閱讀、寫作、計算之外的另外一項必須熟練掌握的基本技能[1]”。計算思維是創(chuàng)新型人才所必須具備的一種思維能力。響應(yīng)世界教育的潮流和國家的政策，全國各地都開始注重培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，而編程教學(xué)作為培養(yǎng)學(xué)生教育思維的主要形式，在中小學(xué)教學(xué)中也越趨普及化，不少城市已經(jīng)把編程教學(xué)加入到信息技術(shù)常規(guī)課程中。然而，通過觀察信息技術(shù)教材發(fā)現(xiàn)，目前的編程教育仍然采用最為傳統(tǒng)的由局部知識逐步過渡到整體的“順向”教學(xué)，這并不利于以問題解決為核心的計算思維的培養(yǎng)。而計算思維是一種較為新鮮的基本技能，需要使用與之相匹配的教學(xué)方式來培養(yǎng)，針對傳統(tǒng)技能的傳統(tǒng)教學(xué)方式已很難滿足教學(xué)需求。為尋求合適的計算思維培養(yǎng)方法，可從新的教育形態(tài)中獲得啟發(fā)。中小學(xué)教育近年來涌現(xiàn)出很多例如創(chuàng)客、STEM教育等創(chuàng)新性的教育形態(tài)，各種創(chuàng)新的教學(xué)方式也隨之被提出，《深圳市中小學(xué)學(xué)科教育與創(chuàng)客教育融合指南》（簡稱“指南”）就提出七種與創(chuàng)客教育高度相關(guān)的教學(xué)方式。計算思維與創(chuàng)客教育密不可分，兩者的核心都是解決問題。因此，《指南》對于計算思維的培養(yǎng)教學(xué)同樣具有參考價值，根據(jù)計算思維的特點，可發(fā)現(xiàn)設(shè)計型學(xué)習(xí)方式與之高度契合，研究如何通過設(shè)計型學(xué)習(xí)方式培養(yǎng)計算思維，為計算思維的教學(xué)提供了一種創(chuàng)新性的途徑，與此同時也拓展了設(shè)計型學(xué)習(xí)的應(yīng)用領(lǐng)域。

二、設(shè)計型學(xué)習(xí)與計算思維培養(yǎng)的契合度

設(shè)計型學(xué)習(xí)與計算思維培養(yǎng)之間有較高契合度。首先，對比設(shè)計型學(xué)習(xí)與計算思維可發(fā)現(xiàn)，兩者的核心內(nèi)容都是“問題解決”。計算思維是通過利用計算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念來解決問題，設(shè)計系統(tǒng)和理解人類行為的一系列思維活動[2]。設(shè)計型學(xué)習(xí)是一種基于項目的學(xué)習(xí)：學(xué)生通過設(shè)計和制作從未見過的學(xué)習(xí)對象來消化他們將要從課本中學(xué)習(xí)的知識。設(shè)計型學(xué)習(xí)方式是典型的“做中學(xué)”[3]，要求學(xué)生根據(jù)教師的要求先設(shè)計（制作）一個粗略但相對完整的任務(wù)完成模型（或問題解決方案），在此過程中要深入、反復(fù)地使用相關(guān)知識。第二，計算思維提升的內(nèi)驅(qū)力能夠融合在設(shè)計型學(xué)習(xí)的指導(dǎo)思維模型中。計算思維提升的內(nèi)在驅(qū)動力包括：處理復(fù)雜問題的自信心;解決困難問題的恒心;對不確定性或模糊事物的承受力;處理開放性問題的能力;能夠與他人溝通和合作，以實現(xiàn)共同的目標(biāo)或解決方案。設(shè)計型學(xué)習(xí)的指導(dǎo)思維是其創(chuàng)建者尼爾森提出的逆向思維，其構(gòu)成如圖1所示[4]，包括：確定教學(xué)內(nèi)容、從課程中確定問題、陳述挑戰(zhàn)、建立評價標(biāo)準(zhǔn)、讓學(xué)生動手實驗、指導(dǎo)課程和學(xué)生反思設(shè)計。學(xué)生主要需要完成一個針對課程內(nèi)容的挑戰(zhàn)，需要動手試驗、交流分享、重復(fù)試錯等，計算思維提升的內(nèi)驅(qū)力能夠在此過程中被激發(fā)。

設(shè)計型學(xué)習(xí)和計算思維培養(yǎng)的契合點是本研究尋找培養(yǎng)方法的主要依據(jù)，再結(jié)合計算思維的操作性定義，融合信息技術(shù)的特征，可以把培養(yǎng)的關(guān)注點放在：用計算機(jī)語言闡述復(fù)雜、困難的問題;使用計算機(jī)解決問題;面對開放性問題，能夠確定、分析和實施可能的解決方案;在分析和實施解決方案時不斷克服困難和優(yōu)化迭代;在與他人的交流分享中完善、反思解決方案。

三、基于設(shè)計型學(xué)習(xí)的計算思維培養(yǎng)策略

根據(jù)設(shè)計型思維的逆向思維模型和上述分析得出的培養(yǎng)關(guān)注點，確定以下計算思維培養(yǎng)策略。（一）確定挑戰(zhàn)性問題，幫助學(xué)生完型加工。設(shè)計型學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)完型加工，即先對問題確定一個整體的解決方案。而小學(xué)生的問題解決能力還有限，要學(xué)生進(jìn)行完型加工存在一定難度，這就需要教師在確定問題前仔細(xì)分析教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目的，對問題的類型和難度有一個準(zhǔn)確的把握，對于學(xué)生的整體設(shè)計也要搭建相關(guān)的腳手架，以避免與教學(xué)目標(biāo)無關(guān)的因素妨礙學(xué)生解決問題。在確定挑戰(zhàn)性問題之前，教師應(yīng)該精確把握教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容，并且對設(shè)計任務(wù)所涉及的知識點進(jìn)行扼要的講解，對于有一定難度的課題，教師還可以先展示相關(guān)的設(shè)計實例，讓學(xué)生模仿設(shè)計，把設(shè)計難度調(diào)整到學(xué)生的可接受范圍內(nèi)。問題的難度應(yīng)該符合學(xué)生的附近發(fā)展區(qū)規(guī)律，在達(dá)到教學(xué)目標(biāo)的基礎(chǔ)上有適當(dāng)?shù)陌胃?。確定挑戰(zhàn)性問題之后，首先應(yīng)該給予學(xué)生適當(dāng)?shù)墓膭?，可以提出小組競爭、上臺展示等規(guī)則，提高學(xué)生解決問題的內(nèi)驅(qū)力。留意學(xué)生的實時反應(yīng)，若出現(xiàn)畏難情緒，可以考慮再適當(dāng)降低難度，或者增加獎勵措施。第二，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)確立評價標(biāo)準(zhǔn)，告知學(xué)生按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計才算是達(dá)到要求，以保證整個設(shè)計過程不偏離課程內(nèi)容并最大程度地運(yùn)用到相關(guān)知識點。（二）促進(jìn)交流分享，幫助完善、反思解決方案。教師確定好挑戰(zhàn)任務(wù)后，學(xué)生需要提出整體的設(shè)計方案，這一過程可以以小組合作的形式進(jìn)行，小組成員間相互合作交流，取長補(bǔ)短。交流分享應(yīng)該貫穿設(shè)計前、中、后。在確定設(shè)計方案前，小組內(nèi)部相互交流，合力提出初步方案;設(shè)計方案時，小組內(nèi)部根據(jù)出現(xiàn)問題提出解決方案，不斷完善方案;在學(xué)習(xí)者提交了自己的設(shè)計成果之后，最為重要的一步就是集體展示與共同分享。此環(huán)節(jié)逐一展示作品并引導(dǎo)學(xué)習(xí)者進(jìn)行自我評價與同伴評價，目的在于促進(jìn)相互學(xué)習(xí)與競爭，并引發(fā)自我反思[5]。（三）及時反饋，幫助優(yōu)化迭代。設(shè)計型學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)設(shè)計過程的優(yōu)化迭代，設(shè)計過程需要多次的修改完善，上述的小組合作能夠一定程度上提供支持，但最有效的反饋必定是教師提供的具有專業(yè)性的反饋。因此，上述的小組合作就顯得很有必要，因為若以學(xué)生個體為單位，教師根本無法顧及到每一位學(xué)生，而以小組為單位的話，能大大減輕教師的負(fù)擔(dān)，并提高反饋的質(zhì)量。然而面對這么多小組，并且考慮到各小組的情況復(fù)雜性，教師要針對設(shè)計作品所存在地問題提供反饋仍然存在難度。對此，教師可以通過巡堂分析各小組存在的一些共性問題，或者是與教學(xué)內(nèi)容密切相關(guān)的重點問題，統(tǒng)一在全班進(jìn)行提醒和反饋。

四、總結(jié)與展望

設(shè)計型學(xué)習(xí)模式為計算思維培養(yǎng)提供了一種可行且有效的實施指導(dǎo)，本研究所得出的策略為計算思維培養(yǎng)提供了新思路，為計算思維培養(yǎng)提供了更具體的實施策略，發(fā)揮了設(shè)計型學(xué)習(xí)模式的價值。在后續(xù)的研究中，將進(jìn)一步在通過課堂實踐，得到更細(xì)致、具有參考價值的實踐經(jīng)驗，提煉總結(jié)出設(shè)計型學(xué)習(xí)模式下計算思維培養(yǎng)的實施方法和實施模型。

參考文獻(xiàn)：

[1]NMC Horizon Report 2017 K-12 Edition[EB/OL].[2018-01-30]. http：//www.nmc.org/publication/nmccosn-horizon-report-2017-k-12-edition/.

[2]Jeannette M. Wing. Computational Thinking[J].Communications of the ACM，2006，49（3）：33-35.

[3]宋承昊.從學(xué)習(xí)方式變革看課程建設(shè)[Z].深圳市：城市學(xué)院課程與評價改革研究院，2019.

[4]王佑鎂，李璐.設(shè)計型學(xué)習(xí)——一種正在興起的學(xué)習(xí)范式[J].中國電化教育，2009（10）：12-16.

[5]莊科君，賀寶勛.設(shè)計型學(xué)習(xí)：高校實驗課堂教學(xué)模式創(chuàng)新——以《多媒體課件制作》實驗教學(xué)為例[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2013，23（04）：110-113.

（深圳市坪山區(qū)坪山實驗學(xué)校）