面向教育信息化變革的課程教學(xué)改革實踐

毛彧 樓潤平 吉清凱

摘? 要：基于DIKW（Data，Information，Knowledge，Wisdom）層次模型理論，以“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”交互式課程中棧章節(jié)為教學(xué)實例，借助數(shù)字化工具對教學(xué)過程和教學(xué)內(nèi)容進行數(shù)字化重構(gòu)，數(shù)字化交互教學(xué)情景設(shè)計，將DIKW模型理論框架和數(shù)字化教學(xué)改革相結(jié)合，通過分階段、多路徑的問題導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生進行深層次的知識學(xué)習(xí)，提高學(xué)生信息化素養(yǎng)的完整過程，提升學(xué)生信息技術(shù)應(yīng)用能力向提升信息素養(yǎng)轉(zhuǎn)變，以此探索課程教學(xué)改革的實踐路徑。

關(guān)鍵詞：DIKW層次模型;交互式課件;數(shù)字化;數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);棧

中圖分類號：G642? ? ? ? ? 文獻標識碼：B? ? ? ? ? 文章編號：1002-4107（2022）06-0041-05

一、基于DIKW模型，構(gòu)建教育信息化 2.0教學(xué)架構(gòu)

1978年，我國推動電化教育重新起步、全面發(fā)展，教育信息化也隨著信息技術(shù)的應(yīng)用不斷融入到教學(xué)過程中。從電化教學(xué)、多媒體教學(xué)到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，信息化技術(shù)已不斷縱深至教學(xué)過程的各個核心環(huán)節(jié)。當前信息技術(shù)正在向以大數(shù)據(jù)、人工智能和數(shù)字化平臺等為代表的數(shù)字化方向大步邁進，在教育領(lǐng)域，以數(shù)據(jù)驅(qū)動的、線上線下互為延伸的數(shù)字化教育模式正得到越來越廣泛的應(yīng)用。教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型是通過數(shù)據(jù)重塑教育環(huán)節(jié)賦能教研、教學(xué)，是教育信息化整體效率提升的必然途徑，如表1。

在信息管理、信息系統(tǒng)和知識管理學(xué)科中，最基本的模型是DIKW（Data，Information，Knowledge，Wisdom，以下簡稱DIKW）層次模型。在DIKW模型中（流程如圖1所示），信息是被賦予了意義和目標的數(shù)據(jù)。信息和數(shù)據(jù)的區(qū)別在于信息是有意義、有用的，可以回答諸如誰、什么、哪里、多少、什么時候等問題，因此可以賦予數(shù)據(jù)內(nèi)涵，幫助進行決策或行動。因此，信息是采用描述的方式定義知識。而從數(shù)據(jù)到信息的過程即為知識發(fā)現(xiàn)的過程。信息具有兩類特性，即結(jié)構(gòu)性和功能性。信息是組織好的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，與某個特定的目標和上下文有關(guān)聯(lián)，因此是有意義、有價值、有關(guān)聯(lián)的。從這個意義上說，信息和數(shù)據(jù)的差別在于結(jié)構(gòu)，而不是兩者的功能。知識是被處理、組織、應(yīng)用或付諸行動的信息。知識又是框架化的經(jīng)驗、價值、情景信息、專家觀察和基本直覺的綜合，它提供了一個環(huán)境和框架，用于評估和融入新的經(jīng)驗和信息。知識是原語，應(yīng)用于知識者的意識之中。知識通常體現(xiàn)于文檔和資料的描述中，也流轉(zhuǎn)于組織機構(gòu)的流程、處理和實踐中。智慧是啟示性的，本意是知道為什么、知道如何去做。知識與智慧之間存在一種狀態(tài)：理解，它是一種對為什么的欣賞，而智慧則是被評估過的理解。智慧可增加有效性和價值，它蘊含的倫理和美學(xué)價值與主題一脈相承，并且是獨特和個性化的。從DIKW模型的理論框架來看，當數(shù)字化技術(shù)不斷發(fā)展、數(shù)據(jù)成為驅(qū)動核心要素的時候，教育過程也從信息到知識的傳遞，轉(zhuǎn)型為數(shù)據(jù)到智慧的升華。

二、基于DIKW架構(gòu)的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”教學(xué)設(shè)計

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)包括：線性表、棧與隊列、串、數(shù)組和廣義表、樹和二叉樹、圖等內(nèi)容。對于基本結(jié)構(gòu)需要講解邏輯結(jié)構(gòu)定義和物理存儲實現(xiàn)以及該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的主要應(yīng)用。學(xué)生對概念理解感覺抽象難懂，這需要引用各種各樣的生活知識來類比，并運用“圖形+代碼”來演示抽象內(nèi)容，指導(dǎo)學(xué)生對知識點所涉及到的算法作逐行分析和比較。應(yīng)用數(shù)字化平臺在課程教學(xué)中實現(xiàn)信息化交互式課程設(shè)計，以問題導(dǎo)向的方式引導(dǎo)學(xué)生進行實踐學(xué)習(xí)，以達到素質(zhì)培養(yǎng)的教學(xué)要求。

（一）棧教學(xué)內(nèi)容分析及教學(xué)框架設(shè)計

“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程是從計算機系統(tǒng)科學(xué)的維度給出棧的定義，傳統(tǒng)棧的教學(xué)過程是從具體棧的定義展開，進而延伸到表示、實現(xiàn)和應(yīng)用。基于對教學(xué)內(nèi)容的全面分析，我們以DIKW模型為理論框架，對教學(xué)過程進行了重構(gòu)，如圖2所示。

首先問題導(dǎo)入：“什么是棧？”，教師通過“舉例→解釋→提問（舉一反三）→討論”的方式來導(dǎo)入棧的概念;接下來講解棧概念，將“?！钡倪壿?、規(guī)則、概念、表象和類比等心理表征，在學(xué)生的思維中構(gòu)造出棧的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，按照棧的順序存儲→棧的鏈式存儲→算法分析的思路來展開，通過分解的形式，將棧的處理要求劃分成各種功能，再抽象舍棄實現(xiàn)細節(jié)，從而得到棧運算的定義;再次實例演示，舉例說明棧的應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生思考、分析、討論其特征點;最后歸納總結(jié)出對棧數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的完整認知，通過布置課后思考題，引導(dǎo)學(xué)生對相關(guān)問題進行深度思考。

（二）數(shù)字化交互式教學(xué)情境設(shè)計

根據(jù)DIKW模型框架下的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計，我們將在棧教學(xué)過程采用數(shù)字化教學(xué)情境，在學(xué)生思維認知中構(gòu)造棧數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的過程。借助數(shù)字化交互式新型互動平臺的教學(xué)情境設(shè)計，課件不再僅僅是教師表述的輔助工具，而是課堂信息交互的中樞和紐帶。不僅教師可以通過平臺進行輔助信息的傳遞，師生之間可以通過平臺進行信息互動，學(xué)生之間也可以通過平臺進行信息交流，使課堂中的每個成員都深度參與到信息交流的過程中，從而對不同的認知個體以靈活變化的信息傳遞方式，統(tǒng)一到課堂的教學(xué)過程中。同時，還將課堂之外的預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)過程借助交互式課件融入到教學(xué)過程中，從而實現(xiàn)了認知過程的時空延伸。

教學(xué)情境設(shè)計遵循教學(xué)過程，按照問題導(dǎo)入、概念、實例演示、課后任務(wù)的導(dǎo)航方式來搭建框架，而實驗課是以教師引導(dǎo)課件為主的動手實踐過程，如圖3所示，平臺的左邊為導(dǎo)航部分可以快速鏈接到相關(guān)的教學(xué)環(huán)節(jié)，右邊展示的是當前講授的內(nèi)容。

三、問題導(dǎo)向的分階段多路徑素質(zhì)培養(yǎng)方式

基于DIKW模型的問題導(dǎo)向素質(zhì)培養(yǎng)模式，通過數(shù)字化平臺，將課程實驗教學(xué)分為三個階段：首先，是個人任務(wù)。先通過簡單的一組對比實例引導(dǎo)學(xué)生動手參與并思考和探索，進入主動認知過程，進一步尋求棧結(jié)構(gòu)的概念及運算，實現(xiàn)學(xué)生與課件的深度交互。其次，是實例演示。在教師示范引導(dǎo)下，學(xué)生在邊學(xué)邊做的過程中掌握其要領(lǐng)，逐漸形成獨立處理類似問題的能力，提升他們的積極性、參與度，以及面對困難問題時的分析與推理等邏輯思考能力，以交互式平臺為樞紐實現(xiàn)師生間的信息交互。最后，是小組任務(wù)。教師搭建一個集思廣益的空間，通過討論、傾聽與共享來構(gòu)建彼此間的共同認知，并為潛在的協(xié)作學(xué)習(xí)機會打下堅實的基礎(chǔ)，實現(xiàn)學(xué)生與學(xué)生的信息交互與學(xué)習(xí)。

（一）獨立學(xué)習(xí)，建立完整認知流程

數(shù)字化交互式平臺包含了完備的知識點，可以作為每個學(xué)生獨立學(xué)習(xí)過程中完整的過程記錄，從而為每個學(xué)生打造一個符合自身認知特點的完整學(xué)習(xí)流程。平臺深度融合了理論教學(xué)和實驗操作，理論課的知識可以通過實驗教學(xué)操作實踐，使學(xué)生做到舉一反三，而交互式平臺可以作為學(xué)生實驗指導(dǎo)書。在棧的學(xué)習(xí)過程中，教師可以通過“問題導(dǎo)入”模塊讓學(xué)生先溫習(xí)知識點，求解階乘的兩種方法對時間和空間的效率有什么樣的影響？在不同的情境下該如何選用更優(yōu)的方法？引導(dǎo)學(xué)生進行思考，聚焦問題本身，將零散、孤立的信息聚集為一個相互關(guān)聯(lián)的思維網(wǎng)絡(luò)。同時，教師可通過以求5的階乘為例，分析講解循環(huán)結(jié)構(gòu)和遞歸兩種不同的實現(xiàn)方式，從而對比引出棧結(jié)構(gòu)的概念，通過觀看程序演示過程及每一步對應(yīng)的代碼跟蹤，讓學(xué)生直觀地理解兩種方法的差異及時間、空間效率，以此為理解本節(jié)概念知識作好準備。

（二）對比學(xué)習(xí)，辨析關(guān)鍵知識

對比組合源自對知覺學(xué)習(xí)的研究，知覺不同于感覺，需要后天培養(yǎng)。通過數(shù)字化手段，可以將關(guān)鍵知識點設(shè)計成對比組合，幫助學(xué)生在眾多感覺中，敏銳地捕捉到與自己有關(guān)的信號。數(shù)字化平臺提供兩種不同存儲方式導(dǎo)航，學(xué)生在存儲方式的對比組合中能夠觀察到極為相似的例子。通過對比組合的學(xué)習(xí)，可以提高學(xué)生對知識理解的精度，增強知識的可用性。

數(shù)字化平臺可以在教學(xué)過程中運用對比組合，讓學(xué)生來辨別事例的差異而非反復(fù)記憶概念，從而獲得更深刻的認知。針對順序存儲和鏈式存儲結(jié)構(gòu)的不同，學(xué)生通過概念、運算來對比學(xué)習(xí)，可以更好地理解抽象概念，以及提高在實際問題中恰當應(yīng)用知識的意識。

（三）實例編程，實現(xiàn)認知過程的深度交互

面對棧結(jié)構(gòu)應(yīng)該如何使用，一開始學(xué)生毫無頭緒，所以，教師要圍繞實例講解棧結(jié)構(gòu)在解決實際問題的過程，將步驟型的任務(wù)一步步示范出來，供學(xué)生參考，以促進學(xué)生主動參與學(xué)習(xí)。這樣既能夠幫助初學(xué)者搞清楚關(guān)鍵步驟，又能提高其解決問題的能力。教師通過信息化交互平臺的內(nèi)容引導(dǎo)學(xué)生探索解決問題的實踐過程，學(xué)生親身體驗棧結(jié)構(gòu)的應(yīng)用過程，能賦予抽象的知識與符號真實具體的含義，棧結(jié)構(gòu)就能靈活地運用起來，解決實際生活中的問題。從生活中發(fā)現(xiàn)問題，分析并找到解決的算法，最后通過計算機程序得以實現(xiàn)，將實際問題與抽象算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生強關(guān)聯(lián)，逐步構(gòu)建出解決問題的思維模式。

（四）分組任務(wù)，融入集體學(xué)習(xí)建立共性認知

學(xué)生在經(jīng)過個人學(xué)習(xí)與參與學(xué)習(xí)之后，最后通過合作完成小組任務(wù)。個人學(xué)習(xí)實例編程，重在理解和模仿，分組任務(wù)在實例的基礎(chǔ)上進行延伸，讓學(xué)生將“?！睉?yīng)用到實際的生活當中。面對不同的結(jié)構(gòu)在不同的場景需要考慮實現(xiàn)過程，一起交流學(xué)習(xí)可以激發(fā)小組成員參與的積極性，學(xué)習(xí)者能夠保持注意力，并不斷換位思考來了解別人的想法，進行信息的有效交流，并促進對問題全方位、多角度的理解，從而建立對教學(xué)內(nèi)容的共性認知，并且學(xué)會如何更有效地與別人進行信息交流和協(xié)作。

四、數(shù)字化評價與反思體系

教學(xué)過程中教與學(xué)的即時反饋對教學(xué)改進尤為重要，通過數(shù)字化手段，在教評體系中引入手機App，并進行實時問卷反饋，可以及時掌握教學(xué)動態(tài)，通過自我評價、生生互評、師生互評、自我反思、小組合作反思的多環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)采集評估，建立科學(xué)的素質(zhì)評估體系，可以從學(xué)生、學(xué)習(xí)小組、教師等多維度、多層面綜合評價教學(xué)效果，并建立有效的反饋系統(tǒng)，全面提升教學(xué)質(zhì)量。如圖4所示。

教育信息化 2.0時代，數(shù)字化技術(shù)將使教學(xué)層面從信息向數(shù)據(jù)延伸，數(shù)據(jù)成為教育系統(tǒng)性革新的內(nèi)生變量，從而推進教育理念更新、形式變化、系統(tǒng)重構(gòu)。教育信息化2.0的主要內(nèi)涵就是在教育信息化1.0的硬件基礎(chǔ)上，以軟件+數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，將外部力量轉(zhuǎn)換成內(nèi)生力量，實現(xiàn)數(shù)字教育資源的開放共享，引領(lǐng)教育現(xiàn)代化。通過在教育領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)從信息化向數(shù)字化的延伸，使高校教學(xué)由“知識培養(yǎng)”向“素質(zhì)培養(yǎng)”轉(zhuǎn)變。基于DIKW理論框架，采用數(shù)字化手段對“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程中棧的教學(xué)過程進行重構(gòu)，引導(dǎo)學(xué)生進行深層次的知識學(xué)習(xí)，提高學(xué)生信息化素養(yǎng)的完整過程。在后續(xù)教學(xué)過程中不斷踐行知行合一的教育理念，廣泛應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)，深入探索以素質(zhì)教育為核心目標的教學(xué)改革。

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[責任編輯? 姜? ? 雯]

收稿日期：2021-11-30

作者簡介：毛彧（1980—），女，貴州遵義人，海南大學(xué)管理學(xué)院副教授，博士，主要從事信息管理研究。

基金項目：海南大學(xué)教育教學(xué)改革研究項目“移動互聯(lián)網(wǎng)時代的教學(xué)模式研究”（hdjy1915）;海南省高等學(xué)校教育教學(xué)改革研究資助項目“大數(shù)據(jù)時代下物流管理專業(yè)復(fù)合型人才培養(yǎng)的課程改革研究”（Hnjg2020-7）

通訊作者：吉清凱