如何在高中信息技術(shù)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的高階思維

劉宜銘

摘 要：高階思維的培養(yǎng)是指培養(yǎng)學(xué)生將解決問題的步驟分解成若干個(gè)模塊，并在模塊間進(jìn)行聯(lián)系，從而更好地解決問題的思維能力。這種思維方式可以幫助學(xué)生更有條理地理解、掌握新的知識(shí)，也可以幫助學(xué)生更加順暢地進(jìn)行思維活動(dòng)和記憶，從而更好地解決實(shí)際問題。

關(guān)鍵詞：高階思維；信息技術(shù) ；編程思維

【中圖分類號(hào)】G632 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2097-2539（2023）23-0076-03

本文系教育部福建師范大學(xué)基礎(chǔ)教育課程研究中心2022年度開放課題“基于‘讀·思·達(dá)教學(xué)法下探索校本‘培青策略的研究”（立項(xiàng)編號(hào)：KCB2022051）階段性研究成果。

近年來，隨著新一代人工智能的高速發(fā)展，學(xué)生和教師對(duì)信息技術(shù)學(xué)習(xí)和教學(xué)都應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)。而高階思維是適應(yīng)現(xiàn)代教學(xué)發(fā)展的一種新思維，它是高階能力的核心。高階能力指的是指創(chuàng)新能力、問題求解能力、決策力和批判性思維能力。高階思維能力集中體現(xiàn)了知識(shí)時(shí)代對(duì)高素質(zhì)人才提出的新要求，是適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的關(guān)鍵能力。信息技術(shù)教師要培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力，可以從以下幾個(gè)方面入手。

一、培養(yǎng)學(xué)生的編程思維

在編程思維中，學(xué)生要學(xué)會(huì)將復(fù)雜的編程過程分解成一些可以實(shí)現(xiàn)的小步驟，從而構(gòu)建出一個(gè)完整的代碼架構(gòu)。此外，學(xué)生還要學(xué)會(huì)運(yùn)用新的知識(shí)和技術(shù)，不斷地改進(jìn)模塊結(jié)構(gòu)，從而能夠更好地完善功能，提升代碼性能，這一過程可以有效提高學(xué)生的高階思維能力。

第一，培養(yǎng)學(xué)生高階思維的最佳方式是在信息技術(shù)教學(xué)過程中引導(dǎo)學(xué)生通過算法進(jìn)行練習(xí)。首先，學(xué)生在學(xué)習(xí)編程時(shí)應(yīng)該接觸一些基本的算法，并且知道它們是如何工作的。其次，學(xué)生應(yīng)該練習(xí)算法，不斷熟悉它們，并且充分理解它們的工作原理。最后，學(xué)生可以嘗試使用算法解決實(shí)際問題，從而讓自己更加熟悉算法的運(yùn)行機(jī)制。通過不斷的練習(xí)，學(xué)生可以掌握高階思維，更好地把握算法的運(yùn)行機(jī)制。同時(shí)將算法歸類，把它們之間的聯(lián)系系統(tǒng)地表達(dá)出來，這樣才能理解概念的內(nèi)涵，形成高階思維。

第二，編程思維轉(zhuǎn)化為高階思維可以說是一種分析思維，即從宏觀角度出發(fā)，將一個(gè)復(fù)雜的概念分解為若干個(gè)有機(jī)的模塊，并進(jìn)行細(xì)致的分析，從而更好地解決問題。具體來講，可以將程序或系統(tǒng)的功能分解成若干個(gè)獨(dú)立的模塊，對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行分析，了解每個(gè)模塊的功能、職責(zé)以及模塊之間的相互作用，最終組合出一個(gè)完整的程序或系統(tǒng)。通過練習(xí)，學(xué)生能夠鍛煉自身的邏輯能力，加強(qiáng)對(duì)概念之間關(guān)系的把握，進(jìn)而形成高階思維。

第三，加強(qiáng)對(duì)實(shí)際問題編程的訓(xùn)練。實(shí)際問題的解決要求學(xué)生能夠?qū)⒏拍钪g的關(guān)系運(yùn)用到實(shí)際問題中，從而更有條理地解決問題，這也是培養(yǎng)學(xué)生高階思維的一種方式。教師要在信息技術(shù)編程教學(xué)中注重綜合性訓(xùn)練，綜合性訓(xùn)練能夠幫助學(xué)生加深對(duì)概念之間關(guān)系的把握，并強(qiáng)化學(xué)習(xí)者對(duì)新知識(shí)的記憶，從而進(jìn)一步鞏固高階思維能力。

第四，在編程數(shù)據(jù)處理技術(shù)中，培養(yǎng)學(xué)生高階思維的關(guān)鍵是要把復(fù)雜的任務(wù)分解成一系列可重復(fù)的步驟，每一步都有明確的目標(biāo)和輸出，以便更好地理解和控制處理過程。此外，還要注意模塊之間的耦合度，以便更好地控制處理過程。模塊思考還可以幫助學(xué)生找到更有效的解決方案，大大提高數(shù)據(jù)處理的效率。

二、培養(yǎng)學(xué)生的轉(zhuǎn)換思維

轉(zhuǎn)換思維是要求學(xué)生從課堂獲得信息、理論和思想，再通過轉(zhuǎn)換去實(shí)現(xiàn)新的、更高效的問題解決方案的能力。轉(zhuǎn)換思維可以幫助培養(yǎng)學(xué)生高階思維，學(xué)生可以把不同的知識(shí)模塊鏈接起來，形成新的思維模塊，從而提高學(xué)習(xí)效率。為了培養(yǎng)學(xué)生的高階思維，信息教師在教學(xué)活動(dòng)中可以采取以下措施。

一是注重培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)表面上看起來是不同要求的共性，并把它們結(jié)合起來，從而更全面地解決問題。這要求學(xué)生學(xué)會(huì)跨學(xué)科轉(zhuǎn)換思維，把學(xué)到的知識(shí)和技能結(jié)合在一起，以解決問題并獲得有意義的結(jié)果。

二是通過轉(zhuǎn)換思維培養(yǎng)學(xué)生的高階思維是一種能夠幫助學(xué)生拓展思維、提高解決問題能力的教育方式。它強(qiáng)調(diào)的是通過使用不同的思維模式來探索、發(fā)現(xiàn)和解決問題，從而讓學(xué)生具備更加多元的思維和更強(qiáng)的分析能力，并學(xué)會(huì)從不同的角度思考問題，從中發(fā)現(xiàn)更多的可能性，從而開發(fā)出新的解決方案。例如教師在“數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用”教學(xué)中可以使用系統(tǒng)思維模式來識(shí)別問題的各個(gè)細(xì)節(jié)，使用分析思維模式來分析問題的原因，使用抽象思維模式找出可以解決問題的方案，以及使用設(shè)計(jì)思維模式來設(shè)計(jì)新的解決方案等。

三、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維

創(chuàng)新思維是指將自己的想法結(jié)合新的思維方式去發(fā)現(xiàn)問題并找到新的解決方案的能力。它的核心是自由思考、不斷改變思維方式去激發(fā)新的想法。

在信息技術(shù)教學(xué)中，要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，就要讓學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)有深刻的理解，并運(yùn)用所學(xué)的新知識(shí)、新技術(shù)或新方法去解決問題。教師可以設(shè)計(jì)一些創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生自主地發(fā)現(xiàn)問題，讓學(xué)生學(xué)會(huì)思考問題的關(guān)聯(lián)，嘗試用不同的方法去解決問題。還要不斷提高學(xué)生的觀察力、想象力和分析思維能力。

第一，教師可以將創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)課堂教學(xué)結(jié)合起來，引導(dǎo)學(xué)生自主地發(fā)現(xiàn)問題，嘗試不同的方法去解決問題，讓學(xué)生學(xué)會(huì)思考問題的關(guān)聯(lián)，并加深對(duì)新知識(shí)的理解，從而啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。在創(chuàng)新思維訓(xùn)練過程中，學(xué)生要學(xué)會(huì)積極思考問題的根本原因，從而掌握分析解決問題的方法和步驟。教師也可創(chuàng)設(shè)多情境設(shè)計(jì)，讓學(xué)生在不同的情境中學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)新的知識(shí)，從而更加靈活地運(yùn)用知識(shí)，掌握創(chuàng)新的方法，并且鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)散思維，讓學(xué)生更加靈活地思考問題，尋求更多的解決問題的方法。

第二，注重引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)，讓學(xué)生更加深入地理解知識(shí)，掌握創(chuàng)新能力，并且能夠根據(jù)實(shí)際情況做出正確的選擇。新課標(biāo)項(xiàng)目學(xué)習(xí)中也更注重培養(yǎng)學(xué)生的合作能力，鼓勵(lì)學(xué)生在小組中協(xié)作，學(xué)會(huì)更多的技能的同時(shí)加強(qiáng)溝通交流，共同探索解決問題的方法。

四、培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維

批判性思維可以讓學(xué)生學(xué)會(huì)分析問題，思考可能的結(jié)果，并加以理性分析，能夠幫助學(xué)生從復(fù)雜的選項(xiàng)中做出正確的決定，學(xué)生利用批判性思維更容易看到大局全景。

在信息技術(shù)教學(xué)中，教師要提高學(xué)生的思考能力，可以引導(dǎo)學(xué)生批判性地看待各個(gè)問題，注重實(shí)際操作，學(xué)會(huì)將不同的知識(shí)點(diǎn)和技術(shù)結(jié)合起來。

第一，提高學(xué)生思考能力。教師通過課堂教學(xué)、實(shí)踐活動(dòng)、社會(huì)實(shí)踐等形式，引導(dǎo)學(xué)生熟悉信息科技發(fā)展的相關(guān)知識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)信息判斷意識(shí)的理解，培養(yǎng)學(xué)生的判斷思維能力，提高解決問題的能力。

第二，引導(dǎo)學(xué)生思考。教師可以通過引導(dǎo)和提問的方式來幫助學(xué)生學(xué)會(huì)判斷信息的準(zhǔn)確性和可靠性，表達(dá)自己的想法，激發(fā)學(xué)生的思維創(chuàng)造力，培養(yǎng)判斷思維能力。

第三，開展有趣的活動(dòng)。通過開展有趣的活動(dòng)，讓學(xué)生樂于實(shí)踐，在不斷的實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生的判斷思維能力。

五、培養(yǎng)學(xué)生的建模能力

抽象思維能力是計(jì)算機(jī)科學(xué)的理論基礎(chǔ)，還是一種重要的思維方式。高中學(xué)生需要通過還原性思維建立與計(jì)算模型的關(guān)系，這個(gè)過程需要多方面的抽象思維。對(duì)于一個(gè)復(fù)雜問題，教師要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)已知的條件和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和篩選，建立起問題中相關(guān)變量或因素之間的規(guī)律。如經(jīng)典案例：一農(nóng)夫帶著一只狼、一只羊和一籃白菜準(zhǔn)備過河。河上沒有橋，只有一艘小船。規(guī)定農(nóng)夫每次只能帶一樣?xùn)|西上船，且船上沒有農(nóng)夫時(shí)不能過河。問：農(nóng)夫怎樣過河？這道題一定很多人都見過，也一定會(huì)做。但試問：如果要求最快方式渡河，應(yīng)怎樣解答？教師可引導(dǎo)學(xué)生用建?？焖俳鉀Q這個(gè)問題：將人、狼、羊、菜在左岸（這里即開始渡河前農(nóng)夫所在岸）與否的狀態(tài)設(shè)為（K1，K2，K3，K4）（Kn=0或1，n=1，2，3，4），其中1表示在左岸，0表示不在左岸，如（1，1，0，1）即人、狼、菜在左岸，羊在右岸。狀態(tài)用An表示，n為渡河次數(shù)加一。這里要注意的是，在所有狀態(tài)中，只有部分是滿足條件的。（此后該狀態(tài)稱為A狀態(tài)）將渡河時(shí)船上狀態(tài)設(shè)為（Z1，Z2，Z3，Z4）（Zn=0或1，n=1，2，3，4），用Rk表示。1表示該次渡河上了船，0表示沒上船。同理，也只有一部分狀態(tài)是滿足條件的。當(dāng)Z1=1恒成立。（此后該狀態(tài)稱為B狀態(tài)）下面，用窮舉法將An和Rk加起來，其加法滿足二進(jìn)制加法（0+0=0，1+0=1，0+1=1，1+1=10），以此表示所有可能的渡河情況。其中，“√”表示該狀態(tài)可取，“×”表示不可取，“∷”表示與前面狀態(tài)重復(fù)。

上例可以看到，建模將數(shù)學(xué)與實(shí)際應(yīng)用問題相結(jié)合，可以拓寬學(xué)生的知識(shí)面，發(fā)揮其想象力和創(chuàng)造力。這種計(jì)算思維模式可以培養(yǎng)學(xué)生從實(shí)際問題出發(fā)，利用模型求解實(shí)際問題，促使學(xué)生運(yùn)用所學(xué)數(shù)學(xué)知識(shí)和計(jì)算機(jī)知識(shí)來分析、解決問題，突破純理論課程的障礙，理順問題的邏輯結(jié)構(gòu)，激發(fā)學(xué)生的求知欲望。

六、培養(yǎng)學(xué)生的解模能力

計(jì)算思維可以使學(xué)生創(chuàng)造新的表達(dá)形式、構(gòu)建工具和培養(yǎng)創(chuàng)造力，實(shí)際解模過程一般可分為以下幾個(gè)方面。

第一，引導(dǎo)學(xué)生使用計(jì)算機(jī)和其他工具來解決問題。傳統(tǒng)教學(xué)往往采用滿堂灌的教學(xué)方法，難以充分展現(xiàn)學(xué)生的個(gè)性。而建模教學(xué)重點(diǎn)是引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)際問題建立相互關(guān)系，并給出符合實(shí)際要求的結(jié)果和方案。它既具有理論性，又具有實(shí)踐性，既需要思維的量，又需要思維的深度。在建模過程中，學(xué)生要依據(jù)給定條件自行尋求解決問題的最佳途徑和方法，這恰好就是創(chuàng)造性思維的最基本特征，解模本身就是一種創(chuàng)造性的思維活動(dòng)。

第二，邏輯組織和分析數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的教學(xué)著眼于一些基本概念或定義，以簡(jiǎn)練的方式得出結(jié)論，部分學(xué)生照搬理論，無法解決實(shí)際問題。高階思維有助于提升學(xué)生的創(chuàng)造性思考能力，可以幫助學(xué)生厘清問題的關(guān)聯(lián)和內(nèi)在聯(lián)系，并且可以引導(dǎo)學(xué)生對(duì)目標(biāo)進(jìn)行創(chuàng)新思考，在經(jīng)過邏輯分析之后，可以更好地找到解決問題的辦法。

第三，建模教學(xué)要求學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)語言和方法，抽象、概括客觀事物的內(nèi)在規(guī)律，構(gòu)建有待解決的實(shí)際問題的教學(xué)模型，這可以鍛煉和提高學(xué)生的表達(dá)能力，使他們能夠?qū)W習(xí)用建模方法主動(dòng)、客觀和辯證地分析問題。

第四，學(xué)會(huì)識(shí)別和分析。教師要培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、敢于創(chuàng)新的精神。理論和實(shí)踐的距離是不可否認(rèn)的，引導(dǎo)學(xué)生將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐能力，能夠培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、勇于創(chuàng)新的精神。

七、培養(yǎng)學(xué)生的元認(rèn)知

元認(rèn)知是指對(duì)自己的認(rèn)知過程進(jìn)行監(jiān)控、調(diào)控和反思的能力，它可以幫助學(xué)生更深入地理解和控制自己的思維過程，從而有效地應(yīng)用學(xué)習(xí)策略、解決問題，并更好地適應(yīng)新的學(xué)習(xí)環(huán)境和挑戰(zhàn)。通過元認(rèn)知，學(xué)生能夠更自主地管理自己的學(xué)習(xí)過程，并對(duì)自己的學(xué)習(xí)策略進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)整和優(yōu)化，可以通過以下兩方面培養(yǎng)學(xué)生元認(rèn)知。

一是學(xué)生自我監(jiān)控和調(diào)節(jié)。學(xué)生在學(xué)習(xí)中要加強(qiáng)自我監(jiān)控和調(diào)節(jié)，監(jiān)控自己的學(xué)習(xí)過程，了解自己的學(xué)習(xí)進(jìn)展和掌握情況，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題和改進(jìn)學(xué)習(xí)方法。通過元認(rèn)知，學(xué)生可以自主調(diào)整學(xué)習(xí)策略和方法，選擇最適合自己的學(xué)習(xí)方式，提高學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)成果。

二是教師創(chuàng)設(shè)任務(wù)和引導(dǎo)。教師可以通過不同的方法來培養(yǎng)學(xué)生的元認(rèn)知能力，讓學(xué)生學(xué)會(huì)有效地調(diào)控情緒，以便更好地集中注意力和解決問題?？梢酝ㄟ^鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)反思、自我評(píng)估和設(shè)計(jì)目標(biāo)，提供多樣化的學(xué)習(xí)任務(wù)和挑戰(zhàn)，讓學(xué)生在解決實(shí)際問題中嘗試新的學(xué)習(xí)方法和解決方案等，從而提升他們的高階思維水平。

八、結(jié)語

總之，在信息技術(shù)教學(xué)中，教師應(yīng)該注重對(duì)學(xué)生高階思維能力的培養(yǎng)，引導(dǎo)和教育把各個(gè)知識(shí)點(diǎn)連接起來，理解和記憶信息技術(shù)相關(guān)知識(shí)，并能夠運(yùn)用這些知識(shí)去實(shí)現(xiàn)新的、有創(chuàng)意的問題解決方案，從而形成一種高階思維。同時(shí)教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生開展信息創(chuàng)新，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力，讓學(xué)生學(xué)會(huì)利用信息技術(shù)改造現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，提升學(xué)生高階思維能力。

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