基于計(jì)算思維培養(yǎng)的高中信息技術(shù)支架式教學(xué)

張燕

【摘 要】本文根據(jù)《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版2020 年修訂）》分析了計(jì)算思維的內(nèi)涵及水平劃分，闡述了支架式教學(xué)的涵義及其在計(jì)算思維培養(yǎng)中的優(yōu)勢(shì)；采用了案例分析法，介紹在高中信息技術(shù)課堂上通過(guò)支架式教學(xué)來(lái)培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的方法與策略，以期為高中信息技術(shù)學(xué)科的教學(xué)提供參考。

【關(guān)鍵詞】高中信息技術(shù)；支架式教學(xué)；計(jì)算思維

【中圖分類(lèi)號(hào)】G434? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

【論文編號(hào)】1671-7384（2024）06-065-03

《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020 年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“新課標(biāo)”）在“學(xué)科核心素養(yǎng)”中提出，計(jì)算思維是高中信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，高中信息技術(shù)課程要肩負(fù)起培養(yǎng)高中學(xué)生計(jì)算思維的重要使命[1]。基于計(jì)算思維培養(yǎng)，創(chuàng)新高中信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)手段是值得廣大信息技術(shù)教師深入探討的話(huà)題。筆者在工作中把支架式教學(xué)的理念和方法引入高中信息技術(shù)課堂教學(xué)，在培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維上取得了較好的效果。

相關(guān)概念內(nèi)涵

在探討通過(guò)支架式教學(xué)來(lái)培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維之前，我們需要先明晰計(jì)算思維和支架式教學(xué)的概念以及它們之間的關(guān)系。

新課標(biāo)指出，計(jì)算思維是指在信息活動(dòng)中，能夠采用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法界定問(wèn)題、抽象特征、建立結(jié)構(gòu)模型、合理組織數(shù)據(jù)；通過(guò)判斷、分析與綜合各種信息資源，運(yùn)用合理的算法形成解決問(wèn)題的方案；總結(jié)利用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的過(guò)程與方法，并遷移到與之相關(guān)的其他問(wèn)題解決中的思維方法。[2]

在新課標(biāo)中，計(jì)算思維的培養(yǎng)被分為四個(gè)水平：預(yù)備級(jí)、水平1、水平2和水平3?？筛爬榻鉀Q問(wèn)題前的分析類(lèi)能力、解決問(wèn)題時(shí)的設(shè)計(jì)類(lèi)能力以及解決問(wèn)題后的遷移類(lèi)能力[3]。

支架式教學(xué)是一種以學(xué)生為中心的教學(xué)模式，它注重為學(xué)生提供適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)和支持，來(lái)幫助他們掌握知識(shí)并逐漸提升能力。教師不僅要為學(xué)生搭建支架以幫助他們提升能力，還要根據(jù)學(xué)生的進(jìn)步情況逐漸拆除支架[4]。

計(jì)算思維與支架式教學(xué)的關(guān)系如下。一是支架式教學(xué)適用于大部分課程內(nèi)容，它是一種非常靈活的教學(xué)策略。支架式教學(xué)中的支架有多種，包括圖表支架、問(wèn)題支架、資源支架和范例支架等形式。教師可根據(jù)不同的教學(xué)環(huán)節(jié)而選用不同的支架類(lèi)型來(lái)支撐教學(xué)，貫穿在問(wèn)題分解、算法設(shè)計(jì)、抽象和自動(dòng)化的過(guò)程中，通過(guò)支架式教學(xué)能更好地培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。二是支架式教學(xué)可為學(xué)生提供多種層次的學(xué)習(xí)“腳手架”，它能很好地滿(mǎn)足不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。三是支架式教學(xué)能有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，使之建立學(xué)習(xí)信心、培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)和問(wèn)題解決的能力。

應(yīng)用支架式教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的案例

本文以“走進(jìn)二維碼”一課為例，介紹筆者在高中信息技術(shù)課堂上應(yīng)用支架式教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的一些探索。

1.案例介紹

本案例以“為學(xué)生社團(tuán)制作個(gè)性化宣傳二維碼”為背景開(kāi)展支架式教學(xué)，內(nèi)容包括二維碼的使用、原理、安全防范及制作等方面的內(nèi)容，從“看外表—探原理—做設(shè)計(jì)—想未來(lái)”四個(gè)維度層層遞進(jìn)來(lái)開(kāi)展教學(xué)。教學(xué)實(shí)踐開(kāi)展地點(diǎn)是S市Ｔ高中的計(jì)算機(jī)教室，學(xué)校信息中心的服務(wù)器搭建了Moodle平臺(tái)，為學(xué)生提供網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間。教學(xué)實(shí)踐班級(jí)的學(xué)生以4人小組為單位開(kāi)展自主探究學(xué)習(xí)。

2.案例的支架設(shè)計(jì)

筆者應(yīng)用支架式教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維，對(duì)“走進(jìn)二維碼”一課進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)（表1）。

表1的問(wèn)題支架，包括內(nèi)容問(wèn)題、單元問(wèn)題、基本問(wèn)題。其中，內(nèi)容問(wèn)題是指事實(shí)性的知識(shí)問(wèn)題，它有著封閉性的“正確”答案，通常指向?qū)W科知識(shí)的學(xué)習(xí)和具體技能的掌握；單元問(wèn)題是指基于某一單元知識(shí)的開(kāi)放性問(wèn)題，它具有引發(fā)討論、激發(fā)和維持學(xué)生興趣的特點(diǎn)，是為了發(fā)展學(xué)生高級(jí)思維能力而設(shè)計(jì)的問(wèn)題；基本問(wèn)題是指最高級(jí)、最抽象的開(kāi)放性問(wèn)題，它超越單元的限制，指向?qū)W科核心思想和深層次理解的、能夠揭示學(xué)科內(nèi)涵的具有豐富性和復(fù)雜性的問(wèn)題。

3.案例的教學(xué)實(shí)踐過(guò)程

“走進(jìn)二維碼”一課的教學(xué)實(shí)踐情況如下。其中，設(shè)計(jì)意圖和支架目的部分僅描述與計(jì)算思維培養(yǎng)相關(guān)的內(nèi)容。

（1）活動(dòng)環(huán)節(jié)一：導(dǎo)入

教師活動(dòng)：1.播放視頻，展示生活中的二維碼應(yīng)用場(chǎng)景。2.提出問(wèn)題：二維碼這個(gè)黑白小方塊是如何裝下大千世界的呢？學(xué)生活動(dòng)：思考并討論二維碼的應(yīng)用。

設(shè)計(jì)意圖：在日常生活中，認(rèn)識(shí)數(shù)字化表示信息的優(yōu)勢(shì)。（預(yù)備級(jí)）

支架的目的：運(yùn)用視頻資源支架直觀明了地創(chuàng)設(shè)情境 ，問(wèn)題支架明確課堂教學(xué)主題。

（2）活動(dòng)環(huán)節(jié)二：看外表

教師活動(dòng)：1.引導(dǎo)學(xué)生觀察二維碼，提出內(nèi)容問(wèn)題：什么是二維碼？從外表看二維碼是由什么組成的？它的外形有什么特點(diǎn)？2.布置學(xué)生動(dòng)手掃幾張?zhí)厥獾亩S碼，并總結(jié)規(guī)律。學(xué)生活動(dòng)：觀察二維碼，思考內(nèi)容問(wèn)題并回答。動(dòng)手操作，師生討論發(fā)現(xiàn)并總結(jié)規(guī)律。

設(shè)計(jì)意圖：在日常生活中，認(rèn)識(shí)數(shù)字化表示信息的優(yōu)勢(shì)。（預(yù)備級(jí)）

支架的目的：用問(wèn)題支架來(lái)引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展討論，讓學(xué)生對(duì)二維碼有感性認(rèn)識(shí)的同時(shí)，產(chǎn)生進(jìn)一步探究原理的欲望。

（3）活動(dòng)環(huán)節(jié)三：探原理

教師活動(dòng)：1.布置學(xué)生要完成“項(xiàng)目學(xué)習(xí)記錄單”中關(guān)于二維碼原理的填空題。2.巡視學(xué)生自學(xué)效果，及時(shí)提供幫助。3.講解題目。4.提出問(wèn)題：所有的二維碼都安全嗎？它的安全防范措施有哪些？5.組織小組討論并聽(tīng)取小組結(jié)論。學(xué)生活動(dòng)：1.觀看微課、完成填空題。參與師生共同討論以下問(wèn)題：二維碼中黑白小方塊代表的意義是什么？三個(gè)角落“回”字型方塊有什么作用？二維碼的版本和容錯(cuò)等級(jí)包括幾個(gè)？2.觀看教師提供的文章，小組同學(xué)討論二維碼的安全問(wèn)題以及總結(jié)提出二維碼安全防范措施。

設(shè)計(jì)意圖：針對(duì)給定的任務(wù)進(jìn)行需求分析，明確需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。（水平1）

支架的目的：?jiǎn)栴}支架、圖表支架（項(xiàng)目單中的問(wèn)題）給學(xué)生指明探究的方向，利用資源支架（兩個(gè)微課）及互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境為學(xué)生提供探究的幫助，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)信息科技原理的學(xué)習(xí)興趣及主動(dòng)探究的熱情。

（4）活動(dòng)環(huán)節(jié)四：做設(shè)計(jì)

教師活動(dòng)：1.展示范例、布置任務(wù)、明確制作要求；提出問(wèn)題：如何利用現(xiàn)有的素材生成二維碼？讓自己創(chuàng)作的社團(tuán)二維碼更富特色的方法有哪些？2.巡視學(xué)生探究過(guò)程，及時(shí)提供幫助。3.教師評(píng)價(jià)、生生評(píng)價(jià)。學(xué)生活動(dòng)：1.小組討論分工安排、明確主題、創(chuàng)作思路和策略。2.分工完成素材收集整理。3.借助網(wǎng)站學(xué)習(xí)資料的幫助，按照各種評(píng)價(jià)量規(guī)的要求完成制作。

設(shè)計(jì)意圖：針對(duì)較為復(fù)雜的任務(wù)，能運(yùn)用形式化方法描述問(wèn)題，并采用模塊化和系統(tǒng)化方法設(shè)計(jì)解決問(wèn)題的方案。（水平2）

支架的目的：利用圖表支架（思維導(dǎo)圖）幫助學(xué)生對(duì)任務(wù)要求進(jìn)行梳理。資源支架為學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)、解決問(wèn)題提供了個(gè)性化的幫助。范例支架和評(píng)價(jià)支架為學(xué)生解決問(wèn)題提供了一個(gè)明確的方向和指引。

（5）活動(dòng)環(huán)節(jié)五：想未來(lái)

教師活動(dòng)：1.提出單元問(wèn)題：二維碼會(huì)用完嗎？師生共同討論。2.播放微視頻（內(nèi)容是科技在生活中的應(yīng)用）。3.提出基本問(wèn)題：科技可以解決人類(lèi)的所有問(wèn)題嗎？4.教師小結(jié)。學(xué)生活動(dòng)：思考教師提出的問(wèn)題，并積極參與討論。

設(shè)計(jì)意圖：能把利用信息技術(shù)解決問(wèn)題的過(guò)程遷移到學(xué)習(xí)和生活的其他相關(guān)問(wèn)題的解決過(guò)程。（水平3）

支架的目的：?jiǎn)栴}支架引發(fā)學(xué)生思考，把問(wèn)題解決的過(guò)程遷移到生活中；進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生探究常見(jiàn)技術(shù)背后科學(xué)原理的熱情。

4.案例反思

從上述課堂教學(xué)案例中可以發(fā)現(xiàn)，計(jì)算思維的培養(yǎng)不限于編程教學(xué)課程。采用科學(xué)有效的教學(xué)手段進(jìn)行課堂引導(dǎo)，幾乎所有類(lèi)型的信息技術(shù)課程都能開(kāi)展學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)[5]?；谟?jì)算思維培養(yǎng)的高中信息技術(shù)支架式教學(xué)還可以有如下做法：（1）通過(guò)各種類(lèi)型的支架引導(dǎo)學(xué)生從觀察、分析到解決問(wèn)題，培養(yǎng)了學(xué)生分析、抽象、系統(tǒng)和模塊化思維的能力。（2）設(shè)計(jì)清晰有序合理的支架，每個(gè)支架都要有明確的核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)，使之有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究熱情，有助于培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題以及知識(shí)應(yīng)用遷移的能力，促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)。（3）在課堂實(shí)施的過(guò)程中，教師也可靈活地根據(jù)學(xué)生現(xiàn)實(shí)情況拆除支架，以培養(yǎng)學(xué)生更高階的思維能力。

結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐證明，通過(guò)支架式教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維是一種較好的教學(xué)方法。但在教學(xué)實(shí)施中要注意以下三個(gè)方面：一是要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)環(huán)節(jié)選好支架使用的切入點(diǎn)，對(duì)于內(nèi)容簡(jiǎn)單、學(xué)生容易掌握的知識(shí)技能無(wú)需使用支架，其他的知識(shí)技能則要使用支架，以助于學(xué)生掌握有關(guān)的知識(shí)與技能、培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維等信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)。二是支架的設(shè)計(jì)要能啟發(fā)學(xué)生的思維、幫助學(xué)生突破難點(diǎn)，有助于學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)。三是支架的使用要根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況靈活搭建或者拆除，有時(shí)雖然我們?yōu)閷W(xué)生搭建好了學(xué)習(xí)支架，但如果學(xué)生深入思考、不斷嘗試也能解決問(wèn)題，這時(shí)我們就要拆除支架，鼓勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、探索解決問(wèn)題的方案，培養(yǎng)學(xué)生的高階思維。

支架式教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維中的應(yīng)用目前正在探索階段，如何更好地通過(guò)支架式教學(xué)助力學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)，有待我們進(jìn)一步研究。

注：本文系廣東省2022年度中小學(xué)教師教育科研能力提升計(jì)劃項(xiàng)目“基于網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)的高中信息技術(shù)項(xiàng)目式教學(xué)研究”（課題編號(hào)：2022YQJK207）的研究成果之一

參考文獻(xiàn)

[2]中華人民共和國(guó)教育部. 普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）[S]. 北京：人民教育出版社，2020.

任友群，黃榮懷. 普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)解讀[M]. 北京：高等教育出版社，2018.

楊璐. 支架式教學(xué)在高中信息技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用研究[J]. 赤子（上中旬），2014（9）： 131.

鄭茜. 信息技術(shù)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的策略研究 [J]. 現(xiàn)代教育技術(shù)， 2017. 27（8）： 121-123.