基于計(jì)算思維培養(yǎng)的DOK深度學(xué)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)研究

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維培養(yǎng)；DOK深度學(xué)習(xí)；教學(xué)設(shè)計(jì)；教學(xué)高效性；中職

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2024）28-0160-04

0 引言

在快速發(fā)展的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和全球互聯(lián)的計(jì)算機(jī)時(shí)代，人們的生活和思維方式被深深地影響著。計(jì)算思維作為人類科學(xué)思維的重要組成部分，涵蓋著問(wèn)題解決、數(shù)據(jù)分析、創(chuàng)新設(shè)計(jì)等多個(gè)領(lǐng)域的思維能力，其培養(yǎng)已然成為社會(huì)人才競(jìng)爭(zhēng)的重要抓手[1]。中職院校作為提升社會(huì)技能水平和培養(yǎng)各行各業(yè)合格人才的關(guān)鍵平臺(tái)，在這個(gè)背景下發(fā)揮著重要作用。2020 年，我國(guó)《中等職業(yè)學(xué)校信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”） [2]明確將計(jì)算思維定義為學(xué)科核心素養(yǎng)，以實(shí)現(xiàn)育人目標(biāo)與新時(shí)代學(xué)生需求的統(tǒng)一發(fā)展。新課標(biāo)強(qiáng)調(diào)課程不再僅追求知識(shí)技能的習(xí)得，而是更注重將思維過(guò)程與技術(shù)工具相結(jié)合，形成在技術(shù)支持下的問(wèn)題解決過(guò)程與方法，以促進(jìn)學(xué)生思維模式和核心素養(yǎng)的發(fā)展。

傳統(tǒng)的知識(shí)導(dǎo)向課堂教學(xué)已無(wú)法滿足新課標(biāo)所強(qiáng)調(diào)的素質(zhì)發(fā)展導(dǎo)向育人目標(biāo)[3-4]，改變?cè)薪虒W(xué)方式是發(fā)展學(xué)生計(jì)算思維的關(guān)鍵所在。深度學(xué)習(xí)作為一種新的教育理念[5]，旨在通過(guò)對(duì)知識(shí)進(jìn)行高度組織和深度加工來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的高階思維。在中職信息技術(shù)教學(xué)活動(dòng)中，這種高階思維體現(xiàn)為計(jì)算思維。因此，深度學(xué)習(xí)是發(fā)展學(xué)iFtfVaFeLNWnYVMb/qzdrA==生計(jì)算思維的重要途徑。深度學(xué)習(xí)的最終實(shí)現(xiàn)需要依托課堂教學(xué)方式的改革[6]。美國(guó)教育評(píng)價(jià)專家Webb為表征學(xué)生的深度學(xué)習(xí)認(rèn)知水平，于1997年提出了DOK（Depth of Knowledge） 模型[7]。近年來(lái)，隨著教育改革的不斷推進(jìn)，DOK模型已被視為教育領(lǐng)域中的重要教學(xué)設(shè)計(jì)工具，用以促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)和培養(yǎng)高階思維能力[8]。

本研究綜合考慮新課標(biāo)對(duì)學(xué)生深度學(xué)習(xí)和計(jì)算思維的發(fā)展要求，深入理解計(jì)算思維、深度學(xué)習(xí)和DOK模型的內(nèi)涵，構(gòu)建了基于計(jì)算思維培養(yǎng)的DOK 深度學(xué)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)模型。同時(shí)，以中職網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)課程為例進(jìn)行案例研究，旨在有效地發(fā)展學(xué)生計(jì)算思維，幫助他們更好地應(yīng)對(duì)未來(lái)的職業(yè)發(fā)展，并為中職院校的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)提供參考。

1 核心概念

1.1 計(jì)算思維

2006年，周以真教授在美國(guó)《Communications ofthe ACM》期刊中首次提出了計(jì)算思維的完整定義，自此引發(fā)了計(jì)算思維研究熱潮。周教授認(rèn)為：計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及理解人類行為等涵蓋廣泛計(jì)算機(jī)科學(xué)范疇的一系列思維活動(dòng)[9]。隨后，學(xué)者們從不同角度給出計(jì)算思維定義，擇其共識(shí)：計(jì)算思維是一種獨(dú)特的解決問(wèn)題過(guò)程，是需要系統(tǒng)培養(yǎng)、科學(xué)鍛煉的一種思維方式，其中蘊(yùn)含了不同的思維要素。由此可知，計(jì)算思維培養(yǎng)與問(wèn)題解決過(guò)程密切相關(guān)。

在郁曉華副教授[10]的研究中，計(jì)算思維子能力被提煉為：?jiǎn)栴}識(shí)別與分解能力、抽象建模能力、算法設(shè)計(jì)能力、自動(dòng)化能力、問(wèn)題遷移能力和計(jì)算觀念，結(jié)合新課標(biāo)對(duì)計(jì)算思維的概述，我們將計(jì)算思維問(wèn)題解決流程概括為界定問(wèn)題、抽象建模、算法設(shè)計(jì)、程序自動(dòng)化和優(yōu)化、遷移應(yīng)用五要素。將計(jì)算思維要素融入教學(xué)能夠?yàn)閷W(xué)生提供系統(tǒng)化和結(jié)構(gòu)化的解決問(wèn)題方法。這種思維方式有助于學(xué)生高效處理問(wèn)題，提高問(wèn)題解決的效率，同時(shí)培養(yǎng)和發(fā)展他們自身的計(jì)算思維能力。

1.2 深度學(xué)習(xí)

深度學(xué)習(xí)理念是由美國(guó)學(xué)者M(jìn)arton和Saljo[11]于1976年在他們對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程的實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)上，針對(duì)孤立記憶和簡(jiǎn)單理解的淺層學(xué)習(xí)而提出來(lái)的[12-13]。之后，Smith[14]、Eric[15]等的研究強(qiáng)調(diào)認(rèn)知策略和認(rèn)知技能的重要性，主張采用多樣化的學(xué)習(xí)方法，并通過(guò)深入分析和處理學(xué)習(xí)過(guò)程以實(shí)現(xiàn)知識(shí)的深度認(rèn)知。2005年，何玲等[16]在國(guó)內(nèi)率先開(kāi)啟了深度學(xué)習(xí)研究，強(qiáng)調(diào)以理解為前提，通過(guò)整合認(rèn)知結(jié)構(gòu)和知識(shí)遷移應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)問(wèn)題解決。何克抗[5]、胡航等[17]專注于建立深度學(xué)習(xí)理論框架，通過(guò)系統(tǒng)研究概念、過(guò)程和作用等方面，指出深度學(xué)習(xí)有助于培養(yǎng)高階思維和深層認(rèn)知能力。劉哲雨等將深度學(xué)習(xí)內(nèi)涵定義為：“深度學(xué)習(xí)是一種以深度理解為起點(diǎn)、以新情境中的遷移為導(dǎo)向、以解決復(fù)雜問(wèn)題和發(fā)展高階思維為目標(biāo)的學(xué)習(xí)方式[18]。”

各個(gè)學(xué)者對(duì)深度學(xué)習(xí)內(nèi)涵的界定均有所區(qū)別，但都強(qiáng)調(diào)深度學(xué)習(xí)的這些特征：（1） 知識(shí)的綜合運(yùn)用、分析與評(píng)價(jià)，而不僅僅是簡(jiǎn)單地記憶和應(yīng)用。（2） 知識(shí)與實(shí)踐的相互作用。要求學(xué)生親自踐行，通過(guò)實(shí)際問(wèn)題的解決完成知識(shí)建構(gòu)與遷移應(yīng)用。（3） 深度學(xué)習(xí)幫助發(fā)展學(xué)生的高階思維與深層認(rèn)知能力。

與傳統(tǒng)的教學(xué)理念相比，深度學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)學(xué)生思維的培養(yǎng)，將知識(shí)在課堂中的地位降低，著重引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用高階思維解決問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)科知識(shí)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，并掌握學(xué)科的本質(zhì)和方法。計(jì)算思維作為學(xué)生必備的高階思維之一，其培養(yǎng)目標(biāo)與基于深度學(xué)習(xí)的教學(xué)理念存在著內(nèi)在的耦合性。

1.3 教學(xué)設(shè)計(jì)工具：知識(shí)深度（DOK）模型

DOK模型被分為四個(gè)層級(jí)，每個(gè)層級(jí)代表著學(xué)生對(duì)學(xué)科知識(shí)的不同認(rèn)知水平，如表1 所示。其中DOK1、DOK2與淺層學(xué)習(xí)相對(duì)應(yīng)，DOK3、DOK4與深度學(xué)習(xí)相對(duì)應(yīng)[19]。通過(guò)分析DOK模型各個(gè)層次的含義與模塊內(nèi)容，不難發(fā)現(xiàn)，利用DOK模型進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)能夠更有效地將知識(shí)點(diǎn)分級(jí)整合到課程設(shè)計(jì)中，指導(dǎo)學(xué)生逐步從表面到深層次進(jìn)行思考，實(shí)現(xiàn)漸進(jìn)式的深度思考。DOK模型在教學(xué)設(shè)計(jì)中幫助教師設(shè)計(jì)層次不同的問(wèn)題和任務(wù)，促進(jìn)學(xué)生不同層次學(xué)習(xí)和思維能力的培養(yǎng)，同時(shí)協(xié)助評(píng)估學(xué)生知識(shí)內(nèi)容的掌握程度，以實(shí)時(shí)改進(jìn)教學(xué)設(shè)計(jì)，提高教學(xué)效果。

2 基于計(jì)算思維培養(yǎng)的DOK 深度學(xué)習(xí)模型教學(xué)路徑探究

計(jì)算思維存在著難以在單個(gè)知識(shí)點(diǎn)講解或理論層面的應(yīng)用中形成的問(wèn)題，其培養(yǎng)需要大量知識(shí)點(diǎn)的交織學(xué)習(xí)和應(yīng)用以及實(shí)踐操作，故選擇操作性極強(qiáng)的項(xiàng)目式教學(xué)來(lái)組織課堂。而程序化的計(jì)算思維問(wèn)題解決流程是一個(gè)從理論學(xué)習(xí)到實(shí)踐應(yīng)用的完整環(huán)節(jié)，能夠?yàn)榻處熖峁┙虒W(xué)框架，引導(dǎo)學(xué)生分析和解決問(wèn)題，促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)。

本研究具體教學(xué)設(shè)計(jì)思路為：在課堂教學(xué)中依托DOK模型評(píng)估學(xué)生認(rèn)知發(fā)展水平，導(dǎo)入具有一定難度的項(xiàng)目任務(wù)后，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行逐層分解，將困難場(chǎng)景演變?yōu)檫M(jìn)階型學(xué)習(xí)任務(wù)與活動(dòng)，并融入計(jì)算思維問(wèn)題解決流程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)的發(fā)生與深化和計(jì)算思維的培養(yǎng)。教學(xué)設(shè)計(jì)模型如圖1所示。

本研究教學(xué)設(shè)計(jì)包括課前準(zhǔn)備、課堂教學(xué)和課堂評(píng)價(jià)三個(gè)模塊，其中核心是課堂教學(xué)模塊。這里，課堂教學(xué)的開(kāi)展以前期準(zhǔn)備為基礎(chǔ)，這兩個(gè)模塊整體設(shè)計(jì)需要強(qiáng)調(diào)的是：

1） 課堂教學(xué)設(shè)計(jì)要在了解學(xué)生已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)、評(píng)估學(xué)生認(rèn)知發(fā)展水平和分析教材的基礎(chǔ)上，將知識(shí)點(diǎn)整合導(dǎo)入計(jì)算思維問(wèn)題解決過(guò)程，設(shè)計(jì)不同難度的學(xué)習(xí)任務(wù)。

2） 在真實(shí)情境中應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題是評(píng)估學(xué)生核心素養(yǎng)的最佳方法，所以應(yīng)注重課堂項(xiàng)目的情境化，以引起學(xué)生共鳴和思考，激發(fā)學(xué)生課堂參與積極性。

3） 計(jì)算思維問(wèn)題解決流程“五要素”在計(jì)算思維培養(yǎng)中為教師開(kāi)展教學(xué)提供抓手，為學(xué)生分析、解決問(wèn)題提供思路，構(gòu)成教學(xué)循環(huán)過(guò)程。然而，針對(duì)不同的課堂任務(wù)，這五個(gè)步驟并非必不可少的，可以根據(jù)任務(wù)的具體復(fù)雜程度，適當(dāng)省略或重復(fù)某些步驟，以靈活應(yīng)對(duì)。

課程評(píng)價(jià)模塊并非只發(fā)生在課程結(jié)束時(shí)，而是貫穿于整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程的持續(xù)活動(dòng)。在本研究中，課程評(píng)價(jià)旨在將學(xué)生內(nèi)隱的計(jì)算思維變化以可視化形式呈現(xiàn)出來(lái)[20]。評(píng)價(jià)采用過(guò)程性評(píng)價(jià)和總結(jié)性評(píng)價(jià)兩種方式，同時(shí)要求師生共同參與。這種多樣化的評(píng)價(jià)方式有助于提升評(píng)價(jià)質(zhì)量，能夠更全面地綜合評(píng)判學(xué)生計(jì)算思維的變化?？偟膩?lái)說(shuō)，對(duì)于計(jì)算思維的評(píng)價(jià)是基于課堂教學(xué)目標(biāo)基礎(chǔ)上的評(píng)價(jià)，不能脫離課堂教學(xué)目標(biāo)，二者是相輔相成的。

3 基于計(jì)算思維培養(yǎng)的DOK深度學(xué)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)例

為了更有效地制定因材施教的教學(xué)策略，在對(duì)中職課程進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，必須首先充分了解中職學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)。調(diào)查顯示，中職學(xué)生普遍存在入學(xué)時(shí)基礎(chǔ)薄弱、學(xué)習(xí)熱情不高、更依賴?yán)蠋煹闹笇?dǎo)和監(jiān)督、缺乏自主學(xué)習(xí)能力的現(xiàn)狀。然而，值得注意的是，他們易于接受新事物、新觀念，適應(yīng)性強(qiáng)[21]。本研究在充分考慮新課標(biāo)教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)及中職學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，選取中職網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)課程中的第七章“表單的應(yīng)用”內(nèi)容為例展開(kāi)教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)。

3.1 教學(xué)設(shè)計(jì)—課前準(zhǔn)備

1） 學(xué)情分析。學(xué)生對(duì)網(wǎng)頁(yè)開(kāi)發(fā)比較感興趣，對(duì)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言有了一定的了解，具備簡(jiǎn)單代碼編寫能力；其喜歡形象化、活動(dòng)式的教學(xué)內(nèi)容，適應(yīng)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的學(xué)習(xí)模式。

2） 內(nèi)容解讀。本章節(jié)是對(duì)表單的定義標(biāo)簽和表單元素及屬性設(shè)置的知識(shí)學(xué)習(xí)。通過(guò)課程學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠掌握表單基礎(chǔ)知識(shí)，能夠在網(wǎng)頁(yè)中創(chuàng)建表單來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁(yè)登錄、注冊(cè)等功能，培養(yǎng)計(jì)算思維能力。

3） 課堂活動(dòng)設(shè)計(jì)。課程首先以“用戶登錄界面”為例介紹課程內(nèi)容，通過(guò)簡(jiǎn)單案例的分析和實(shí)踐，幫助學(xué)生掌握表單基礎(chǔ)知識(shí)；接著，引入“用戶注冊(cè)頁(yè)面”項(xiàng)目，通過(guò)實(shí)踐操作鞏固學(xué)習(xí)成果，并提升學(xué)生的問(wèn)題解決能力和計(jì)算思維。最后，通過(guò)設(shè)置進(jìn)階項(xiàng)目“小米商城用戶注冊(cè)頁(yè)面”，將理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際情境中，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)造力，提出新穎的注冊(cè)頁(yè)面設(shè)計(jì)理念和功能需求。這樣的安排有助于學(xué)生在不斷遷移和應(yīng)用中熟練掌握計(jì)算思維問(wèn)題解決流程，實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維的培養(yǎng)目標(biāo)。

3.2 教學(xué)設(shè)計(jì)—課堂教學(xué)

以下是“用戶注冊(cè)頁(yè)面”項(xiàng)目為例的教學(xué)設(shè)計(jì)，如表2所示。

3.3 教學(xué)設(shè)計(jì)—課堂評(píng)價(jià)

為了全面評(píng)估學(xué)生的計(jì)算思維發(fā)展?fàn)顩r和判斷他們是否具備運(yùn)用計(jì)算思維解決問(wèn)題的意識(shí)和能力，我們從以下兩個(gè)方面具體出發(fā)。

一方面，在課堂上采取過(guò)程性評(píng)價(jià)方式，通過(guò)判斷計(jì)算思維能力的外在表現(xiàn)變化情況來(lái)評(píng)估學(xué)生的計(jì)算思維能力發(fā)展情況。例如，通過(guò)觀察學(xué)生參與課堂活動(dòng)的表現(xiàn)，密切關(guān)注他們解決問(wèn)題的思考方式、步驟和所采用的計(jì)算方法。組織小組討論和合作項(xiàng)目，讓學(xué)生在團(tuán)隊(duì)合作中共同解決問(wèn)題，觀察他們?cè)诮涣?、思考深度和解決問(wèn)題效率方面的表現(xiàn)。同時(shí)，教師可以利用學(xué)生自評(píng)和互評(píng)的方式，促進(jìn)學(xué)生的思考和自我反思，幫助他們?cè)u(píng)估在“抽象建模”“算法設(shè)計(jì)”等計(jì)算思維環(huán)節(jié)中的表現(xiàn)情況。

另一方面，在課堂中進(jìn)行總結(jié)性評(píng)價(jià)，考查學(xué)生在分解、抽象、建模、遷移等計(jì)算思維方面的理論和認(rèn)知方面變化。這些內(nèi)在思維變化可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試、成果展示、問(wèn)卷調(diào)查和項(xiàng)目總結(jié)報(bào)告等可視化方式展現(xiàn)，以前后測(cè)結(jié)果對(duì)比分析學(xué)生思維變化情況?？偟膩?lái)說(shuō)，計(jì)算思維的評(píng)價(jià)基于教學(xué)目標(biāo)和學(xué)生課堂實(shí)踐表現(xiàn)展開(kāi)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文以探討在數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和全球互聯(lián)的信息時(shí)代背景下如何培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維為主題展開(kāi)。通過(guò)對(duì)新課標(biāo)的分析和應(yīng)用Webb提出的DOK模型，建立了基于計(jì)算思維培養(yǎng)的深度學(xué)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)模型，并以網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)課程為例展示了相應(yīng)的教學(xué)設(shè)計(jì)案例。在這一過(guò)程中，本文深入研究了計(jì)算思維的重要性，并探討了如何通過(guò)教學(xué)實(shí)踐來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，使其學(xué)會(huì)應(yīng)用計(jì)算思維解決問(wèn)題。計(jì)算思維的培養(yǎng)是長(zhǎng)期循序漸進(jìn)的過(guò)程，不僅僅是依靠少數(shù)項(xiàng)目式教學(xué)，而需師生共同努力、長(zhǎng)期正向反饋和調(diào)整。未來(lái)，筆者將繼續(xù)探索并完善這一教學(xué)模型，以提高教學(xué)效率和學(xué)生的學(xué)習(xí)成效。同時(shí)，期望本研究能為信息技術(shù)教育領(lǐng)域的教學(xué)實(shí)踐提供有益的啟示和指導(dǎo)，并推動(dòng)中職教育中計(jì)算思維培養(yǎng)的深入發(fā)展。