從課程設置的角度分析認知工具對高階能力的影響

[摘 要]高階能力是信息時代對人才素質要求所偏重的能力，是以高階思維為核心，解決劣構問題或復雜任務的心理特征。信息與計算科學專業學生認知工具的構建應該基于信息技能的學習，了解認知工具；應依托知識的建構，掌握認知工具；應面向問題的解決，運用認知工具；應基于創新實踐，完善認知工具。在此平臺下學生圍繞信息科學與計算科學等領域中的實際問題，創造性地運用多學科知識，通過虛擬模擬等手法，從中觀察現象，獲取信息，科學分析，科學決策，培養科學研究的態度和能力，掌握科學探索的方法和途徑，發展學生的創造性思維和科學決策能力。

[關鍵詞]認知工具 高階能力 高階思維能力

[中圖分類號] G642.3 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2013）17-0036-02

一、有關概念的界定

高階能力是信息時代對人才素質要求所偏重的能力，是以高階思維為核心，解決劣構問題或復雜任務的心理特征。培養和發展學習者的高階能力是當今素質教育所追求的目標之一，是衡量教育成敗的關鍵因素。高階能力的核心是高階思維能力，許多學者對此做了大量的研究。美國耶魯大學的心理學家斯騰伯格1985年提出三元智力理論，認為成功的智力包括三種形態的智力：分析、創新與實踐的思維能力。香港《課程綱要》提出的五項基本高層次思維能力為：解決問題能力、探究能力、推理能力、傳意能力和構思能力。鐘志賢認為高階能力是指問題求解、決策制定、批判性思維和創造性思維能力，是綜合運用分析性、創造性和實踐性思維的能力。它主要包括創新、問題求解、決策、批判性思維、信息素養、團隊協作、兼容、獲取隱性知識、自我管理和可持續發展十大能力。這十大高階能力不是孤立的、彌散的，而是以高階思維為核心的能力的整體。[1]雖然對高階思維能力的構成，不少學者提出了自己的看法，但大多數存在不同程度的相似。綜上可以看出多數包括了問題分析能力、求解思維能力、創造性思維能力、批判性思維能力等。

信息化時代，已大大地改變了教育模式。除了必須學習那些范疇內知識外，學習的過程、學習的環境和學習的方式以及學習的態度也非常重要。何克抗等論述了教學系統設計中學習環境設計，強調了技術環境設計及計算機作為認知工具的作用。[2]鐘志賢將技術應用作為信息化教學模式的三大支柱之一，[1]用技術來學習，將技術作為學習工具，是信息時代的主要特征之一。

Derry 認為認知工具是支持和擴充使用者思維過程的心志模式和設備。Jonassen 認為認知工具是指各種促進批判性思維、創造性思維和綜合思維能力的軟件系統， 通常是可視化的智能信息處理軟件，如知識庫、語義網絡、幾何圖形證明樹、專家系統等。何克抗指出在現代學習環境中，認知工具主要是指與通信網絡相結合的廣義的計算機工具，用于幫助和促進認知過程，學習者可以利用它來進行信息與資源的獲取、分析、處理、編輯、制作等，也可用來表征自己的思想，替代部分思維，并與他人通信與協作。常用的六種認知工具為：問題/任務表征工具、靜態/動態知識建模工具、績效支持工具、信息搜索工具、協同工作工具、管理與評價工具。[2]以上各位學者對認知工具的界定雖有所不同，但在信息技術環境中，我們可以認為認知工具主要是指與通信網絡相結合的廣義的計算機工具，借助于計算機的各種軟件系統，在課程學習資源利用、情境創設與探究、發現學習、協商學習、交流討論、知識建構與創作實踐等方面發揮著重要的作用。

如何發展和提高學習者的高階思維能力？良好的思維能力需要培養和訓練，最有效的高階能力思維發展方式，應是融合于具體的教學活動過程中，即在完成課堂學習任務，完成教學目標的同時發展高階思維能力。在人才培養過程中，通過恰當的教學條件支持，有助于學生高階思維能力的培養。鐘志賢從理論和實踐的角度論述了運用信息技術及其所構成的新型的學習模式，能有效地促進學習者高階思維能力的發展。[1]

二、信息與計算科學專業學生認知工具的構建

信息與計算科學專業是教育部1998年頒布的一個新的數學類專業，該專業的設置順應了“以信息技術為核心的全球經濟格局”。該專業的培養目標是以信息技術與計算技術的數學基礎為研究對象的理科類專業， 培養具有良好的數學基礎和數學思維能力， 掌握信息與計算科學的基礎理論、方法與技能， 受到科學研究的訓練， 能解決信息技術和科學與工程計算中的實際問題的高級專門人才。其培養的人才應具有良好的數學基礎，能運用知識去解決實際問題，具有較強的知識更新、技術跟蹤與創新能力。這些能力是信息時代對人才的要求，屬于高階能力的范疇。

2003年，信息與計算科學專業教學指導委員會制訂了“信息與計算科學專業教學規范”，[3]規范中明確指出課程的結構分為四大類：公共基礎課、專業基礎課、專業課、專業選修課。每一類包含若干門課，我們依據課程的教學目標和教學內容，將相關課程進行重新整合、歸類，闡述了了解、掌握、運用與完善認知工具的過程及學生能力的發展。

（1） 基于信息技能的學習，了解認知工具

該平臺主要依托于計算機概論、程序設計與算法語言、數學類工具軟件等課程的學習。計算機概論介紹計算機文化、組成、網絡，常用軟件的操作，建立信息與資源的獲取、編輯能力，發展信息技能。課程程序設計與算法語言介紹面向對象和面向過程兩類程序設計方法，讓學生了解、理解算法概念，掌握編程的基本方法。課程數學類工具軟件通過介紹Matlab、Lingo、Spss等專有的數學軟件，發展學生用工具表征數學問題、理解數學概念、從事科學計算的能力。

這些課程的學習有助于學生認識和了解認知工具，發展信息技能，建立算法概念，掌握程序設計方法，擴充和完善計算工具，為進一步學習提供認知工具平臺。

（2） 依托知識的建構，掌握認知工具

該平臺主要基于離散數學、數據結構等課程的學習。離散數學提供了處理離散結構的描述工具和方法，提高抽象思維和嚴格的邏輯推理能力。數據結構介紹了幾類數據結構的特征、有關操作的算法和應用，發展學生在求解實際問題中選擇合適的數據組織形式的能力，提高學生的算法設計和編寫高效程序的能力。課程一方面介紹有豐富和完善的理論知識，同時也需將理論上推出的結論通過認知工具去實現。學生通過編程解決問題，從中需分析現象，獲取信息，解釋和組織個人知識，表達、表現和反思自己的知識，從而達到知識的建構。

這些課程為學生提供了觀察和實驗的學習環境，促進了學生對所學知識的理解與概括，提升了算法設計、算法分析的能力，為進一步理解和掌握認知工具提供了平臺。

（3） 面向問題的解決，運用認知工具

該平臺主要依托數學建模、數值分析、運籌學等課程的學習。數學建模是運用數學的語言和方法，通過抽象、簡化建立能近似刻畫并“解決”實際問題的一種強有力的數學手段。數值分析是研究用計算機求解科學計算問題的數值計算方法及其理論的學科。運籌學是以定量分析為主來研究經濟活動或社會生活中的優化決策、科學管理等問題，應用系統的、科學的、數學分析的方法，通過建模、檢驗和求解數學模型而獲得最優決策的科學。課程的特點是將數學、計算機有機地結合起來去解決實際問題，使學生了解利用數學理論和方法去分析和解決問題的全過程。

這些課程為學生利用認知工具，構建情境探究、發現學習、問題解決的平臺。在此平臺下，將問題情境化，分析建模，用認知工具求解，觀察結果，分析結論，從而提升發現問題、解決問題的能力，發展了學生問題解決和批判性思維能力。

（4） 基于創新實踐，完善認知工具

“信息與計算科學專業教學規范”依據不同的專業方向提供了三類專業選修課供各校選擇。課程軟件方法、數值并行算法、科學與工程計算的近代方法、計算智能、計算機圖形學與可視化、信息工程概論等專業選修課及該專業的實習、畢業設計等實踐性教學環節為學生利用認知工具創作實踐，構建開發應用的平臺。這些課程將會以多種形式為學生提供創作實踐的任務（問題），學生不僅需要綜合應用認知工具，還需發展完善認知工具。

在此平臺下學生圍繞信息科學與計算科學等領域中的實際問題，創造性地運用多學科知識，通過虛擬、模擬等手法，從中觀察現象，獲取信息，科學分析，科學決策，培養科學研究的態度和能力，掌握科學探索的方法和途徑，發展學生的創造性思維和科學決策能力。

以上我們從信息與計算科學課程設置的角度，構建了基于認知工具發展高階能力的四個平臺，每個平臺的構建依托著幾門主要課程，但是其他課程對這些平臺的構建也有著一定的影響，而且每個平臺是隨著課程的開設、學習的深入不斷發展和完善的。教學中關注這些平臺的形成，對發展學生的高階思維能力有著積極的作用。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 鐘志賢.信息化教學模式-理論建構與實踐例說[M].北京：教育科學出版社，2005：35-48.

[2] 何克抗，林君芬，張文蘭.教學系統設計[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3] 信息與計算科學專業教學規范[J].大學數學，2003（19）.

[責任編輯：鐘 嵐]