大任務驅(qū)動下信息技術(shù)教學的計算思維培養(yǎng)路徑

摘? ? ? 要：計算思維是高中信息技術(shù)學科的核心素養(yǎng)之一，但當前信息技術(shù)教學中存在學生計算思維培養(yǎng)缺位的問題。對此，可以“大任務”為高階理念，引領信息技術(shù)教學的育人方向，厘清大任務驅(qū)動下的教學模式與計算思維培養(yǎng)模式的映射關(guān)系，總結(jié)提煉出大任務驅(qū)動下計算思維的培養(yǎng)路徑。

關(guān) 鍵 詞：大任務；計算思維；核心素養(yǎng)；信息技術(shù)教學；任務驅(qū)動

引用格式：周新.大任務驅(qū)動下信息技術(shù)教學的計算思維培養(yǎng)路徑[J].教學與管理，2024（04）：51-54.

信息技術(shù)的迭代更新推動了社會的快速發(fā)展，也改變著人們的認知模式和思維邏輯。進入高中階段，學生對信息技術(shù)與社會發(fā)展之間的邏輯關(guān)系有更清晰的認知，信息技術(shù)素質(zhì)培養(yǎng)就顯得尤為重要，而在這個階段中計算思維是信息技術(shù)學科核心素養(yǎng)之一。計算思維具體表現(xiàn)為數(shù)據(jù)抽象與自動化運算這兩種方式，它有利于幫助人們更好地適應數(shù)字新時代，解決在大數(shù)據(jù)社會中所面臨的諸多問題。但在現(xiàn)實的高中信息技術(shù)課堂中卻忽視或輕視了學生計算思維的培養(yǎng)，造成了學科素養(yǎng)與實際教學之間的割裂。

在傳統(tǒng)的信息技術(shù)課堂教學中，教師通過布置相關(guān)任務，對任務中所學知識點、語法進行講解，有序指導學生完成學習任務，最后教師加以反思與總結(jié)。信息技術(shù)教學過程中過于強調(diào)編程語言和語法等知識點，學生跟著教師的步驟來完成任務，教學目標停留在關(guān)注知識片段和孤立的訓練技能，課堂教學缺乏整體意識，學生未經(jīng)歷整個思考過程，難以構(gòu)建知識體系，使得思維鍛煉流于形式，高中生的計算思維難以得到有效培養(yǎng)，從而造成了在信息技術(shù)課堂教學中學生的計算思維培養(yǎng)缺位的問題。因此，亟需一種高階理念來引領高中生計算思維培養(yǎng)的發(fā)展方向，這個高階理念就是“大任務”?！按笕蝿铡敝笇卧K涉及的知識與技能、學科核心概念等有機融入到解決生活中的某一主題或活動問題中，由其來統(tǒng)領、驅(qū)動的一個“完整的學習事件”，強調(diào)知識點、操作技能、教學活動、探究問題的結(jié)構(gòu)化。計算思維則是指人通過利用計算機學科的知識和概念來思考和分析問題、建立模型以及解決問題的思維方式和行為，主要包括抽象思維、算法思維、問題求解思維、創(chuàng)新思維。對此，亟需厘清兩者之間的邏輯關(guān)系和契合之處，以“大任務”驅(qū)動學生計算思維的有效培養(yǎng)，探索信息技術(shù)課堂教學中學生計算思維培養(yǎng)的優(yōu)化路徑。

一、大任務驅(qū)動與計算思維培養(yǎng)的映射關(guān)系

結(jié)合大任務與計算思維兩者之間的契合點，現(xiàn)將大任務驅(qū)動下的教學模式與計算思維培養(yǎng)的五個維度一一映射（如圖1），構(gòu)建以終為始的教學理念，將單元模塊涉及的知識與技能、學科核心概念等有機融入一個活動或者主題之中。從學生思維發(fā)展的角度來分解大任務，引導學生自主探究，形成解決問題的具體方案。以項目完成的思維策略，將一個完整的大任務分解為多個系列子任務，經(jīng)過分析與探究，借助解構(gòu)、融合、集成等方式，形成一個完整的項目作品。如此，基于真實生活情境，學生經(jīng)歷了問題的分析、任務的分解、抽象與建模、算法調(diào)試、編程驗證、總結(jié)反思、知識遷移等全過程，可以加深對舊知識的理解，使之內(nèi)化為自身知識結(jié)構(gòu)的一部分，再借助知識遷移來解決問題，提升復雜問題的解決能力，在“潤物細無聲”中培養(yǎng)學生的計算思維。

1.創(chuàng)新任務主題，滲透計算思維

根據(jù)皮亞杰的認知發(fā)展理論，中學生處于形式運算階段，擁有較豐富的生活體驗，具備一定的抽象思維能力，是學生計算思維形成的重要時期。因此，教師要樹立為培養(yǎng)學生計算思維而教的育人理念，課堂上巧設能夠引起學生認知沖突的大任務。首先，大任務主題的確定要與學生的生活背景相關(guān)聯(lián)，喚起學生已有的感性認識，了解任務完成的實際意義，從而激發(fā)學生自主探究的興趣，培養(yǎng)學生的學習內(nèi)驅(qū)力。其次，大任務內(nèi)容的確定要契合學生已有知識結(jié)構(gòu)，貼近學生的最近發(fā)展區(qū)，引導學生展開頭腦風暴，積極主動思考，并運用計算機的思維方式來完成大任務，在無形中滲透用計算思維解決問題的意識。

2.創(chuàng)新任務實施，培養(yǎng)計算思維

計算思維的培養(yǎng)是一個系統(tǒng)工程。學生在完成具有挑戰(zhàn)性的任務過程中，通過分析任務并將其與生活實際相關(guān)聯(lián)，激活已有認知，在發(fā)散性思維的基礎上從多個視角來抽象問題的特征，用計算機科學領域的思想方法來聚焦和轉(zhuǎn)換問題，并建立相應結(jié)構(gòu)模型，然后通過算法來形成解決任務的方案，使用畫程軟件、Python等數(shù)字化資源來模擬、仿真和驗證算法，最后交流、反思優(yōu)化任務的解決方案，并將這個能力遷移到其他任務的完成。學生經(jīng)歷解決任務的螺旋式過程，在數(shù)字化的學習環(huán)境中主動構(gòu)建知識，掌握知識之間的聯(lián)系并形成知識鏈。學生自主合作探究，積極主動對任務完成進行檢查、控制、調(diào)節(jié)和反饋，培養(yǎng)其批判思維和元認知能力，發(fā)展學生任務完成的創(chuàng)新力和實踐力，從而提高課堂學習的質(zhì)量，有效培養(yǎng)學生的計算思維。

3.創(chuàng)新任務評價，提升計算思維

評價是教學的重要組成部分，是促進知識應用與遷移，提升計算思維的重要途徑。在大任務驅(qū)動下的信息技術(shù)教學中，每個階段都要設計可以證明學生達成學習結(jié)果的證據(jù)，開展跟蹤性評價。教師需要充分發(fā)揮評價的診斷和改進功能，注重情境與任務之間的關(guān)聯(lián)，突出評價主體多元化，運用問卷星、騰訊在線等多樣性的數(shù)字化資源，對學生的課前、課中、課后進行多元評價。教師還需要營造寬松、民主的評價氛圍，鼓勵學生評價個人和同學的學習情況，評價教師的教學，并提出自己的觀點，以評促教；引導學生對自身認知結(jié)構(gòu)和學習過程進行批判性審視，對學習過程進行有效調(diào)控，強化行動和結(jié)果之間的聯(lián)結(jié)，以評促學，進而提升學生的計算思維。

大任務驅(qū)動下的信息技術(shù)教學使知識之間建立了有效聯(lián)系，有利于學生的知識遷移和思維生成。從計算思維培養(yǎng)的五個維度來分析、分解大任務，在整體學習過程中學生經(jīng)歷了完整的問題解決過程，將問題解決的能力融入學生的自主意識，從而培養(yǎng)學生的創(chuàng)造力、邏輯思維能力，發(fā)展學生的計算思維。

二、大任務驅(qū)動下計算思維培養(yǎng)的實踐路徑

高中信息技術(shù)教學實踐中，教師要以“大任務”作為重要武器，對信息技術(shù)教育內(nèi)容進行邏輯梳理、綜合考量和統(tǒng)籌兼顧，充分考慮高中生的現(xiàn)有知識結(jié)構(gòu)和身心發(fā)展水平，以發(fā)展學生核心素養(yǎng)為導向，以學科邏輯主線為錨點來有效串聯(lián)系列子任務中的知識點，以數(shù)字化學習資源作為問題解決的工具支架，從而使學生在自主完成大任務的過程中提升計算思維能力。

1.創(chuàng)新教學實施，構(gòu)建學習平臺

教師要立足教材內(nèi)容，充分利用教育資源，不斷創(chuàng)新教育教學方式，有效組織信息技術(shù)教育活動，指導學生熟練運用信息技術(shù)手段自主構(gòu)建學習發(fā)展模型，培育學生的計算思維能力。教師在實踐教學中，需要整合各類學習平臺，廣泛收集優(yōu)秀的教學案例，提取和凝練有利于學生學習和發(fā)展的資源，搭建多元豐富的信息技術(shù)學習平臺，借助平臺共享和吸納新知識、新思想和新方法，尊重學生的個性化發(fā)展與個性化需求，呼應新時代社會發(fā)展的迫切需要。新時代更加關(guān)注創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，在高中階段進行計算思維培養(yǎng)有利于學生創(chuàng)新思維、梳理邏輯。學生在教師搭建的多元學習平臺中可以掌握知識體系、鍛煉技能技巧，充分發(fā)揮自身潛能，科學規(guī)劃未來的發(fā)展藍圖。換言之，教師搭建的學習平臺要給予學生充足的時間和空間，使學生能夠充分發(fā)揮自身的想象力、組織力和創(chuàng)造力，在厘清知識發(fā)展脈絡和思維邏輯結(jié)構(gòu)的動態(tài)發(fā)展過程中逐漸形成計算思維，構(gòu)建計算思維的學習模型，解決真實問題。

教師需要在教學實踐中充分考慮學生的實際情況，科學規(guī)劃和制定信息技術(shù)教育教學方案，立足學生的學習情況和社會的發(fā)展需要，更新和創(chuàng)設適合學生計算思維發(fā)展的教學內(nèi)容，擬定有意義、有價值、有啟發(fā)的學習問題，使學生經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的全過程，從而有效發(fā)展其計算思維，推動其思維的創(chuàng)新性發(fā)展，滿足核心素養(yǎng)發(fā)展要求。大任務的分解應建立在學生的已有認知基礎上，設置相應的活動任務，教師需要為學生完成任務提供恰當?shù)闹Ъ苄凸ぞ?，引導學生主動探究、合作交流，實現(xiàn)知識的自主構(gòu)建，從而超越當前的最近發(fā)展區(qū)而達到下一階段的發(fā)展水平，不斷提升自己的最近發(fā)展區(qū)。根據(jù)課程發(fā)展目標和學生核心素養(yǎng)培養(yǎng)來設置并分解大任務，將培養(yǎng)學生的數(shù)據(jù)分析、信息加工、算法設計和自動化編程等素養(yǎng)貫穿于任務的整體過程中，在提升學生問題解決能力的同時有效培養(yǎng)學生的計算思維。

2.立足生活實際，聯(lián)結(jié)具體項目

大任務統(tǒng)領下的計算思維培養(yǎng)需要立足學生的生活實際，融入學生學習生活的每個領域，起到潤物細無聲的效果。教師需要聯(lián)結(jié)具體的項目，以項目或任務驅(qū)動學生的學習發(fā)展，促使學生逐漸養(yǎng)成計算思維。在這個發(fā)展過程中教師要先對學生的具體情況進行仔細分析，在掌握學生大致情況的基礎上，因材施教、對癥下藥，選擇采用比較有利于學生發(fā)展的教學方式，推動教學工作的穩(wěn)步發(fā)展；教師要選擇符合學生發(fā)展的學習項目，與學生的實際生活相聯(lián)系，精選適合學生發(fā)展的項目主題，梳理有利于學生發(fā)展的項目內(nèi)容，嚴格把控項目準備、設計、實施、評估等發(fā)展過程，使得項目學習具有可行性，從而有效培養(yǎng)學生的計算思維。例如，Python課程數(shù)字化游戲教學能夠顯著改善高中生的計算思維態(tài)度，顯著提升高中生的計算思維技能，這是因為游戲來源于生活，能夠激發(fā)學生的學習興趣。

在信息技術(shù)教育教學中還需要堅持循序漸進的原則，學習不是一蹴而就的，需要經(jīng)歷一定的發(fā)展過程才能發(fā)展計算思維。例如，在《高中信息技術(shù)·必修1·數(shù)據(jù)與計算》“編程計算”章節(jié)的教學時，其教學目標是學生需要掌握做出判斷的分支、周而復始的循環(huán)、可以利用的代碼以及計算機解決問題的全過程等知識，且能綜合運用相應知識設計不同結(jié)構(gòu)的代碼程序來實現(xiàn)復雜問題的解決。這一章節(jié)的學習內(nèi)容具有一定的復雜性，需要教師一步一步地引導學生學習知識，進行知識的銜接與運用，實現(xiàn)知識遷移。對此，教師可以在這個發(fā)展過程中設置具體的項目任務推動學生的學習、知識和思維進階，將生活中的問題轉(zhuǎn)換為運用數(shù)字化工具自動解決問題的方案。以“自動求解兔子數(shù)列”的Python教學為例，教師創(chuàng)設解決“兔子數(shù)列（斐波那契數(shù)列）”這個經(jīng)典數(shù)學問題作為本單元大任務來統(tǒng)領，驅(qū)動目標設定、教學方法和教學內(nèi)容的發(fā)展方向，促使學生在連貫性任務的完成中進行深度思考，從而持續(xù)地進行計算思維的培養(yǎng)和訓練。

3.創(chuàng)建教學情境，借力實踐任務

教師在開展信息技術(shù)教學時需要重視情境對于學生學習的重要性，積極創(chuàng)建有利于學生成長的教學情境，拉近課程與學生之間的關(guān)系，激發(fā)學生的認知沖突，培養(yǎng)學生探索未知的欲望。教師創(chuàng)設教學情境時可以借助數(shù)字化學習資源，采用問題、視頻、游戲活動等多元化形式來幫助學生分析和理解信息技術(shù)知識，深入探索知識背后的邏輯結(jié)構(gòu)和方法觀念，從而在學習過程中形成計算思維。以問題創(chuàng)設情境，如以“學校每天上下課時間的自動打鈴是怎樣實現(xiàn)的？”這一問題導入與“循環(huán)”相聯(lián)系的編程教學。不同的導入方式，可以創(chuàng)建不同的教學情境，發(fā)揮不同的教學效果，產(chǎn)生不同的教育影響。

根據(jù)具身認知理論，在開展高中信息技術(shù)課堂教學的過程中，教師創(chuàng)設多元且豐富的教學情境以激發(fā)學生對信息技術(shù)學科的學習興趣，分配給學生有梯度的實踐任務以完成不同選修模塊的學習內(nèi)容，在實踐任務的完成過程中形成計算思維。例如，在《高中信息技術(shù)·必修2·信息系統(tǒng)與社會》“信息系統(tǒng)的集成”章節(jié)的教學時，教師可以借助“微信小程序”信息系統(tǒng)的設計等新穎方式吸引學生學習興趣，激發(fā)學生學習動機，在發(fā)展學生知識、技能和思維的過程中聯(lián)系生活實際，學生綜合應用學科知識有效地解決生活實際問題。又如，在使用Python完成“漢諾塔”搬盤子這一具有難度的任務過程中，教師引導學生分析問題特征，將大的問題分解成規(guī)模較小的問題，建立結(jié)構(gòu)模型，最后通過遞歸函數(shù)來解決問題，在層層遞進的任務完成過程中，學生體會到成功的快樂，讓學習在課堂真正發(fā)生，從而提升了學生計算思維的深度和廣度。

4.培養(yǎng)邏輯能力，促進思維生成

根據(jù)皮亞杰認知發(fā)展理論，高中生處于形式運算階段，教師在課堂教學中要加強學生邏輯思維能力的培養(yǎng)，從而使學生逐漸形成計算思維。計算思維并不是簡單地指向編程思維，而是包含多層次、多維度的抽象性思維，教師可以在融合多學科領域的大任務中嵌入計算思維的教學，將計算思維作為有效解決現(xiàn)實生活實際問題的有力武器。計算思維的真正形成并不依賴于簡單的知識傳授，更傾向于長期的實踐，與其他常見思維發(fā)展路徑一致，都需要經(jīng)歷一定階段的磨練與反思，才能最終形成計算思維。在這個發(fā)展過程中，編程教學是培養(yǎng)學生計算思維最便捷的方法，教師需要創(chuàng)新編程教學的內(nèi)容與方式，更新編程教學的方法和過程，助力學生有效掌握編程知識，鍛煉邏輯思維能力。學生在編程教學中通過發(fā)現(xiàn)、分析、解決編程問題，不斷提升自身的邏輯思維能力和抽象思維能力，有利于幫助學生解決在不同學科領域中遇到的抽象問題，并將這些抽象的學科問題轉(zhuǎn)化為對應的計算模型，運用計算思維有效地解決問題。比如，開展游戲化學習能夠顯著提高高中生計算思維，所以在開展具體的教學活動時，教師可以在學科教學中融入游戲化學習，深度開展跨科融合，有效激發(fā)學生的學習動機，從而提升學生學習的積極性。

學生在任務解決的過程中主動運用流程圖來表示算法、編程驗證，以解決學習中遇到的多元復雜問題，從而在問題的解決過程中提升邏輯思維能力，在提升問題解決能力的過程中自然生成計算思維。在分析問題的過程中，最重要的是要對問題進行抽象化分析，引導學生找出大任務共同的、主要的本質(zhì)特征，并舍棄大任務非主要的特征，進而形成抽象能力。教師從培養(yǎng)學生抽象思維的角度設計課堂教學過程，將課堂教學抽象成一個問題求解模型，通過自然語言、電子表格等工具分析問題、探尋規(guī)律，構(gòu)建問題解決的數(shù)學模型，提升學生的抽象思維能力。問題的抽象是計算思維最重要的特征，在高中信息技術(shù)課堂教學中，以培養(yǎng)學生的抽象思維能力為目標，引導學生多角度、多維度分析問題特征、建立問題結(jié)構(gòu)模型，是學生勝任未來數(shù)字社會挑戰(zhàn)的不可或缺的關(guān)鍵能力，這也是信息技術(shù)學科中抽象思維最獨特、最核心的育人價值體現(xiàn)。

大任務驅(qū)動下的高中生計算思維培養(yǎng)，通過創(chuàng)設基于生活情境中的大任務進行單元教學，由一個貫穿始終的大任務來統(tǒng)領發(fā)展方向，并對大任務進行分析與分解，形成融合單元知識點及學科素養(yǎng)的系列子任務，再對任務進行抽象與建模、流程圖表示算法、計算機編程自動實現(xiàn)。在解決問題的整體過程中不僅培養(yǎng)了學生的計算思維，同時計算思維也可以促進學生解決更深層次的問題，從而實現(xiàn)學生計算思維的有效培養(yǎng)，形成問題、知識、能力相互支撐、相互促進的良好穩(wěn)定的知識結(jié)構(gòu)。

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【責任編輯? ? 郭振玲】

*該文為2023-2024學年江陰市教育科研專項資金項目（自主項目）“數(shù)字素養(yǎng)視域下的高中工程創(chuàng)客教育課程體系的建構(gòu)”（JY2023B06）的階段性研究成果