基于創設技術需求環境下課堂教學模式的研究

盧慶廣 張艷

摘要：作者對創設技術需求環境下的三類課堂教學模式，如何在高中信息技術學科核心素養思想理念指導下，全面提升高中學生的信息素養水平進行了深入的分析研究。三類課堂教學模式相輔相成、相互促進，為數字化時代培養創新型人才奠定了堅實基礎。

關鍵詞：信息技術；思維導圖；計算思維；框架思維；數字化學習與創新；信息素養

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2019）01-0049-04

課題“基于創設技術需求環境下課堂教學模式的研究”立項于《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》頒布后，在這次頒布的課程標準中，高中信息技術學科課堂教學的思想理念發生了變化，即從早期的以傳授信息技術基礎知識和基本操作技能為主轉變為今天以培養學生核心素養為目標。另外，在普通高中課程改革過程中，浙江省把信息技術學科納入高考選考科目來進行選拔創新型人才，安徽省內大部分市都把信息技術學科列入中考，選擇上機操作考試，分數是30分。這些都充分說明了信息技術學科在信息化時代的重要性，而在信息技術課堂中培養創新型人才的關鍵是技術需求環境下課堂教學如何構思設計。

筆者借鑒美國芝加哥大學教授布魯姆1956年提出的“教學目標分類法”——學生的初級認知到高級認知過程為記憶、理解、應用、分析、評價、創新，提出信息技術課堂教學就是培養學生大腦認知新技術從低階思維到高階思維逐步建立的過程。由于學生認知信息技術知識的水平以及對新技術需求的程度不同，因材施教顯得特別重要，因此，筆者結合學生在不同技術需求環境下的情況，闡述在信息技術學科課堂教學中如何更高效地學習新技術。

自主學習——建立思維導圖

一般地，信息技術課堂教學是從學生認知、接觸信息技術基礎知識和基本操作技能開始。以廣東教育出版社出版的普通高中教材《信息技術基礎》中的必修模塊為例，教師基本是按部就班地傳授計算機發展歷程以及計算機的基本組成和常識。而對于還沒有實行新課程改革的省份，現在信息技術課堂教學的重任還是指導、傳授學生如何操作Office軟件。學生剛接觸信息技術基礎知識和辦公軟件基本操作技能的階段就是認知的初級階段，在該階段，讓學生記憶、理解以及應用所學知識非常關鍵。

因此，筆者根據信息技術課堂教學需求不同技術模塊任務，創設學生在生活中、學習中遇到的不同技術模塊需求環境，引導學生結合教師資料共享區提供的資源包自主學習。

1.課前資源包準備

在翻轉課堂教學中，課題組成員會分工準備好每一節課的教學資源包。以《3.2表格信息的加工與表達》一課為例，首先，根據要學習的新技術內容，讓學生觀看一段情境視頻，使其產生要模仿學習的需求心理，視頻中介紹學生體質健康調查情況，讓數據指導我們健康生活；其次，構思設計詳實細致的導學案，告訴學生怎樣一步一步打開電子表格進行操作，對于在操作中可能存在的疑難點，教師錄制微課視頻供學生觀看模仿；最后，建議學生陪同父母進行健康體檢，引導學生關愛父母身心健康。

2.課中自主學習——形成思維導圖

學生對身心健康了解后，在日常生活中，會有意識地注意一天三餐的飲食情況，合理搭配飲食均衡，進而借助豐富的網絡資源自主學習身體質量指數（BMI）的相關計算知識。

①身體質量指數（BMI）這個概念，是由19世紀中期比利時的通才凱特勒最先提出的。它的計算公式如下：體質指數（BMI）=體重（kg）÷身高^2（m）。從BMI公式中可以看出，體質指數與體重和身高有關，通過調查數據（如下表），學生還發現體質指數與性別和年齡有關，從而建構出體質指數“胖瘦程度”的數學模型。

②自主學習導學案后建立體質指數表格，輸入相關數據，進行相關基本操作。學生初步學會應用電子表格，在處理數據方面如何使用公式計算、函數計算，在統計分析方面如何進行排序、篩選、分類匯總等，在圖表報告方面如何插入圖表以及報告文本的形成。對電子表格的處理可以在學生大腦中建構起思維導圖，從而使學生在健康體檢需求計算分析中學會電子表格的基本操作技能。

3.課后學以致用新技術

在高中信息技術課堂教學中，在恰當的時間、技術需求環境下，學生學習新技術的效率是高效的。例如，在思維導圖的制作中可以引導學生借助迅捷思維導圖和FScapture7.2（中文綠色特別版）嘗試對各科的基礎知識進行總結以及將知識體系框架形成思維導圖，從而提高學生學習新技術的效率，在此過程中，學生的思維能力處于逐漸上升階段。在自主學習中，大腦建構思維導圖的過程全面提升了學生的信息素養水平，為學生進一步在日常生活和學習中應用、分析、評價新技術奠定了堅實的基礎。

合作探究——培養計算思維

1.計算思維的起源

2006年3月，周以真教授首次提出計算思維的概念，即計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計，以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。

《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》給出的計算思維的定義是：計算思維是指個體運用計算機科學領域的思想方法，在形成問題解決方案的過程中產生的一系列思維活動。由此可見，計算思維是用新技術解決新問題的一系列思維活動過程。筆者根據自己的理解，對計算思維的概念進行形象化、具體化的表述，即在新課程改革中教師如何創設新技術需求環境下的新問題，如何引導學生面對新技術需求環境下的新問題進行信息化數據抽象，如何分析、抽象、建立新問題與新技術之間的橋梁紐帶關系——設計算法，如何選擇最優化的算法設計方案應用新技術解決新問題。

2.在新問題需求環境下學習新技術

（1）如何創設新技術需求環境下的新問題

信息技術課堂教學的主導者是教師，而學生的合作探究以及學習任務的安排在于教師如何設計新技術需求環境下的新問題。例如，在學?；虬嗉壟e行的各種演講比賽中，要求將各位選手比賽的成績和排名以及演講時間的多少隨時在大屏幕上更新顯示。因此，設計演講比賽評分系統成為迫切需求，而電子表格中的排序算法是生產廠商設計好的，利用其對學習成績進行排序很方便，但針對特定要求卻無法滿足，所以在設計演講比賽評分系統之前，各種排序算法成為學生創作新作品的核心技術需求。

新問題的提出是教師基于學生對排序算法的困惑以及學習排序算法的需求環境，而此時在開發創作數字化作品之前，核心的新問題就是排序算法。

（2）如何引導學生面對新技術需求環境下的新問題進行生活化數據抽象

對生活化的新問題進行科學化的抽象分析，就是將生活化的新問題數據“剝離”出來，建立計算機需要的信息，使數據與信息形成一一對應關系。在此問題中，即將每一位選手的號、姓名、演講題目、成績、演講時間及變化中的名次，進行生活化數據抽象成計算機能夠處理的信息。

（3）如何分析、抽象、建立新問題與新技術之間的橋梁紐帶關系——設計算法

生活化數據抽象成信息后與數字化工具如何建立起橋梁紐帶關系，是“界定問題—抽象特征—建立結構模型—合理組織數據—判斷、分析與綜合各種信息資源—設計算法—用數字化工具解決問題”的一系列思維活動過程。

此時，學生會有合作探究各種排序算法的心理需求，而我們經常遇到的最簡單的有三種排序算法：選擇排序、冒泡排序和插入排序。三種排序算法的基本思想很相似，并且它們的平均時間復雜度均為0（n^2）。此時，可以引導學生思考：如果需要排序的數據量很大，計算起來需要時間很長，能否有更好的算法？教師在合適的時機引入快速排序法、堆排序法和歸并排序法。對于更深入的算法研究，可引導學生借助網絡資源合作探究，深層次地分析、思考，并明確計算機在執行快速排序、堆排序和歸并排序情況下，處理大數據量時的時間復雜度為0（nlog2n）。

學生在對各種排序算法深入思考、分析研究，論證各種排序算法的時間復雜度時，發現快速排序需要將要排序的數據分割成獨立的兩部分，其中一部分的所有數據比另外一部分的所有數據都要小，然后再按此方法對這兩部分數據分別進行快速排序，整個排序過程可以遞歸進行，最終能使整個數據變成有序序列。

在編程實現最優化算法的思考中，開展各小組間“頭腦風暴”活動，激發學生的求知欲望，探討遞歸算法的實現過程，是解決快速排序法搭建新技術需求環境下的新問題與數字化工具之間的橋梁紐帶關系。

（4）選擇最優化的算法設計方案解決新問題

在解決新問題需求環境下學習新技術是高效率的，而掌握新技術的核心是設計最優化算法——快速排序法，并且深刻理解遞歸的含義。

此時，通過開展小組間“頭腦風暴”，合作探究各種排序算法一系列思維活動是培養學生計算思維能力的過程，是學生思維能力逐漸上升的階段，大腦的認知過程趨于完善，信息技術課堂教學中體現了對學科核心素養——計算思維能力的培養。

交流探討——構建框架思維

1.框架思維的定義

框架思維是模擬建筑設計師進行科學構思、規劃與設計數字化作品整體框架，利用數字化工具創作數字化作品，解決數字化需求環境下的新問題的一種思想理念。

2.創作數字化作品——框架思維的形成過程

①整體規劃。學生創作數字化作品就像建筑設計師建造高樓大廈一樣，需要進行數字化作品的科學構思、整體規劃設計（以演講比賽評分系統為例）。

②交流探討。在利用數字化工具創作需求環境下的數字化作品時，學生首先根據已學信息技術基礎知識和基本操作技能，選用有一定熟練程度的數字化工具。其次，在數字化作品開始構思設計時，集思廣益、交流探討，特別是對新技術疑難問題進行分析、研討、論證，在學生現有技術水平基礎上商討創作數字化作品的可行性。最后，對綜合性大型數字化作品嘗試分工協作，共同創作數字化作品。

3.測試、完善和美化數字化作品

通常數字化作品完成后，要對其技術檢測性、功能完善性、程序移植性進行測試。另外，在對創作的數字化作品的實現功能、交互功能完善后，還要對作品的外觀進行美化，達到科學性、創新性、藝術性的要求。

結語

筆者構思設計了三類課堂教學模式，層層遞進、螺旋式上升培養學生的思維能力。以思維導圖繪制為主的課堂教學模式有助于學生快速進行新技術基礎知識的學習和總結；以計算思維探究為主的課堂教學模式有助于學生分析、抽象、建立各種結構模型的疑難技術問題解決；以框架思維構建設計、創作為主的課堂教學模式有助于學生在數字化時代創作數字化作品。在數字化時代的信息技術課堂教學模式中，它們之間相互配合、相互促進、協調統一，共同促進學生的思維能力達到高階思維水平——創新。

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基金項目：此文系安徽省教育信息技術研究2017年度立項課題“基于創設技術需求環境下課堂教學的研究”（立項號：AH2017080）的階段性研究成果。