通過校本課程實現對學生問題解決能力的培養

李建等

前言：

信息技術學科難免要使用一些信息技術工具，現在市場上可以用的軟、硬件千差萬別，學科體系中對這些又沒有明確的規定，教師如何選擇、如何應用是非常大的問題。李建老師和尚凱老師的這篇文章，從三維目標出發，以瑪扎諾的教育目標分類學作為抓手來進行，綱舉目張，形成非常清晰的脈絡，筆者認為，對同行業者非常有啟發。

問題的提出

信息技術教師在一線實際工作中，始終面臨很多的困擾。其中比較突出的一點就是，作為一門工具型、強調應用性的學科，信息技術如何通過教學活動培養學生對實際問題的解決能力。在課堂教學過程中，教師常常會以合作、探究的項目式教學為主，但這種項目往往是教師為學生預設好的“假項目”，教師心中實際上已經有了解決方案，他們僅僅是為了通過項目式教學的模式提高學生在課堂中的參與度，并串聯課堂中的所有教學內容，達成本節課的教學目標。而如果真正采用PBL（項目式學習）的教學模式，則又面臨課時緊張、階段性成果無法達成，甚至最終無法達成教學目標的窘境。

這些問題引起了筆者的思考：信息技術課堂可以真正培養學生的問題解決能力嗎？是否存在更好的培養學生問題解決能力的主陣地？具有一定研究性、實踐性的，超越課堂上能夠完成的活動、任務目標能夠真正達成嗎？教師應該如何引導和幫助學生完成自主學習？又該為學生自主學習提供哪些適合的目標、資源和活動呢？

筆者認為，為了解決這些問題，信息技術教師有必要對自己的課堂觀做出一些調整。課堂觀的改變，將直接影響課堂上教師和學生之間的教與學活動，并促使課堂教學產生變革，推進上述問題的解決。而課堂教學產生變革，首先的一步就是變革教學設計。筆者所在學校自2012年加入八十教育集團以來，一直在主推“三維度四水平”課堂教學目標。因此，筆者從這一維度重新思考了“校本課程”與“問題解決能力”的定位，以及它們之間的關系。

“三維度四水平”教學目標的內涵

在傳統的教學設計中，我們通常以“三維度”，即知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀來設計教學目標。“四水平”是美國羅伯特·J·瑪扎諾博士及其團隊在《學習目標、形成性評估與高效課堂》一書中提出的理論成果，稱為教學目標的新分類學。它將教學目標由低到高劃分為四個水平，即記憶提取（Retrieval）、理解（Comprehension）、分析（Analysis）、知識運用（Knowledge Utilization）。每個水平都包括一些典型的能力，如表1所示。

“三維度四水平”課堂教學目標具體指在課堂教學目標的設計過程中，以“三維度”為基礎，將其中的“知識與技能”部分，通過“四水平”的理論進一步細化，并從低到高進行呈現，從而實現兩者的有機融合。

“三維度四水平”教學目標視域下的校本課程定位

校本課程是國家課程的延伸拓展，并配合學科國家課程進行相關實踐應用。校本課程應呈現出豐富性和選擇性特點，并以學生發現自己、形成個性特長的自主發展課程為高點進行目標設計。

從“三維度四水平”教學目標出發，并結合校本課程的定位，來重新審視校本課程，筆者認為水平一（記憶提取）和水平二（理解）的教學目標不應在校本課程中出現，校本課程應從更高層次的分析、知識運用的教學目標出發，幫助學生在自己喜愛的領域深度探索，實現特長發展。

而信息技術國家課程由于面臨包括課時安排、學情差異在內的各種實際問題，往往并不能很好地幫助學生達成水平四（知識運用）的教學目標。因此，國家課程和校本課程兩者需要互補，才能最大限度地實現對學生綜合能力與學科核心素養的培養。

“三維度四水平”教學目標視域下的問題解決能力定位

從教學目標新分類學中對四水平的劃分中可以明確看到，問題解決（Problem-Solving）能力被直接劃分到了最高的第四層目標中。關于問題解決能力，在新分類學中對其還有一些更具體的行為描述，包括解決、你將如何克服……、適應、為……開發一種策略、為……找出一種方法、在……條件下你如何達成目標。

結合從“三維度四水平”教學目標視域下對“校本課程”與“問題解決能力”兩者的定位來綜合分析，這兩者其實是不謀而合的。也就是說，相對于完成國家基礎課程的信息技術課堂，校本課程是培養學生問題解決能力的更好舞臺。通過學生與教師之間的雙向選擇，校本課程在一定程度上消除了學情上的差異，同時確保了學生的興趣與教學內容的一致性。因而教師可以更自由地在校本課程中基于PBL的原則，為學生設計更具有挑戰性、建構性，與學生個性高度一致的學習活動，從而幫助學生提高問題解決能力。

通過校本課程培養學生問題解決能力的實踐探索

1.校本課程中教學媒介的選擇

目前的初中信息技術教材包括信息與信息技術基礎、計算機網絡基礎、文字處理、表格數據處理與分析、圖像處理、音頻和視頻制作、制作動畫、網站設計、智能處理與編程等九個模塊。

2017年7月20日，國務院出臺《新一代人工智能發展規劃》（以下簡稱《規劃》），提出了面向2030年我國新一代人工智能發展的指導思想、戰略目標、重點任務和保障措施。《規劃》確定了中國人工智能產業三步走的戰略目標，部署構筑我國人工智能發展的先發優勢，加快建設創新型國家和世界科技強國。隨著《規劃》的出臺，各省市也在逐步推廣人工智能進校園活動。初中信息技術課堂中，“智能處理與編程”單元在初中階段信息技術總課時中占有的比例在逐漸上升。在筆者所在的學校，該單元已經占到了初中階段總課時的三分之一。同時，原有教材中用于該單元教學的Visual Basic軟件也已經被替換成了更容易被學生接受的圖形化程序設計軟件Scratch。

在選擇校本課程教學媒介的過程中，我們認為應該保證國家課程與校本課程的一致性與延展性，也就是說，將它們視為一個整體進行考慮。學生在校本課程中所學的內容應該是信息技術課堂的有效延伸，同時也應該成為高中信息技術課堂的有效鋪墊。因此，我們最終選定了Arduino平臺作為校本課程的媒介。

Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺，包含硬件（各種型號的Arduino板）和軟件（Arduino IDE）。學生通過基于C語言的Arduino IDE開發環境進行程序設計，利用各種各樣的傳感器來感知環境，并控制燈光、馬達、聲音等各種裝置來反饋、影響環境，進而實現完全的智能化控制。

Arduino可以作為信息技術課中Scratch程序設計的良好延伸。由于Arduino的軟、硬件都是開源的，因此在國內外有大量的相關公司以Arduino產品原型為基礎，在開源的基礎上進行開發。在這種背景下，事實上除了官方的Arduino IDE這一編程工具，我們還可以在教育市場中看到很多不同的開發工具，其中比較著名的包括慧編程公司的mBlock，以及北京師范大學米思齊團隊打造的Mixly。

mBlock軟件是基于Scratch 2.0軟件二次開發而成，因此它的軟件界面、操作邏輯和Scratch同出一轍，有Scratch學習經驗的學生可以很快上手。借助該軟件，學生可以很容易地從信息技術課堂遷移到校本課程課堂中來，迅速進入學習和探索的狀態。

Mixly軟件則是一款基于Java軟件開發的圖形化C語言編程工具。它完全基于C語言的語法結構，僅僅只是把程序命令以圖形化的方式呈現給學生，同時提供圖形化程序翻譯為C語言的功能。

目前，高中階段的信息技術課程主要包括數據與計算、信息系統與社會兩個必修模塊。其中數據與計算的教學過程主要基于Python語言。從初中階段的Scratch圖形化編程工具，過渡到完全依靠命令行輸入代碼的Python語言，難免會為學生帶來一些認知上的障礙。相比較而言，有C語言程序設計學習基礎的學生將更容易過渡到高中信息技術課堂中Python語言程序設計的學習過程中。通過Mixly軟件，學生可以逐步從圖形化的C語言程序設計，過渡到真正的C語言程序設計，為高中階段的信息技術學習做好銜接，打下基礎。

綜上所述，Arduino開源電子平臺是非常適合用于校本課程的教學媒介。

2.課程大綱的設置

信息技術課堂中的Scratch程序設計課程，雖然是以圖形化編程為主，但整個教學活動依然是圍繞傳統的程序設計課程中經常探討的輸入輸出、變量、運算、程序結構等知識點來展開。與Scratch不同，Arduino開源電子平臺的課程不會花費大量時間幫助學生理解上述程序設計的基本知識，而是將重點放在如何利用各種各樣的傳感器來感知環境，并控制燈光、馬達、聲音等各種裝置來反饋、影響環境。從“三維度四水平”教學目標來分析，這也意味著基于Arduino平臺的校本課程，在程序設計相關課程的體系中跳過了“記憶提取”和“理解”兩個水平，直接進入了“分析”與“知識運用”兩個水平，與之前章節對校本課程的定位一致。

上述分析并不意味著Arduino系列校本課程在教學目標的設定上不存在“記憶提取”和“理解”這兩個水平的目標。作為一項對學生而言很陌生的新事物，在其自身的知識體系中，Arduino的一些基本的操作、概念諸如串口的連接、程序的下載，依然需要學生進行記憶（記憶提取水平），有關數字輸入、模擬輸入、數字輸出、模擬（PWM）輸出等概念也依然需要學生進行辨析（理解、分析水平）。但是，就Arduino開源電子平臺自身的知識體系而言，整個校本課程的重點也還是放在“知識運用”水平上，通過一些開放式的問題，培養學生設計方法和策略，并最終達成目標的能力，提高學生的問題解決能力。

具體到筆者所在學校實際的Arduino系列校本課程課時安排，如表2所示。

3.通過校本課程培養學生的問題解決能力

在校本課程的建構過程中，有60%的課程是基于某個主題的挑戰任務。例如智能風扇挑戰，教師僅僅要求在這個任務中，至少用到數字輸入、模擬輸入、數字輸出、模擬（PWM）輸出這四類元件中的兩類，能實現的功能不做限制，而且越多越好。通過這種開放式的任務，學生可以在基本的規則框架下任意發揮，思考自己需要用哪些零部件，思考每一種元件該用到哪個位置，思考每一個零部件的作用怎樣最大限度地發揮，這樣的思維過程，對提高學生解決問題的能力有很大的幫助。

在校本課程的實施過程中，自主學習、合作探究的學習模式，對提高學生解決問題能力也有很大的幫助。在這方面，筆者在課堂上為學生創設良好的合作學習環境，使學生有充足的空間去發揮。同時也擺正自己與學生的關系，將自己設定為學生學習的支持者、學生問題的輔導者、學生活動的組織者，引導學生通過支撐材料自主學習、合作學習。

最后，對作品的反復改良優化、逐步創新，也是提高學生問題解決能力的重要手段。當學生完成任務之后，教師應能夠敏銳地找到作品中值得改良的關鍵點，為學生提出有價值的意見，引發學生的思考。例如在巡線小車挑戰中，教師會引導和幫助學生一步步將巡線所需的灰度傳感器從多個最終減少為一個，再一步步在一個灰度傳感器支撐下，將小車巡線能力逐步優化，幫助學生感受思維進步、迭代的過程。

結語

基于信息技術課程的校本課程的設計與實施，以Arduino開源電子平臺為載體，在實現對基礎課程的有效延伸之余，通過一些開放性的項目，有效地訓練了學生的大腦思維，并進一步鞏固、拓展了學生的基本知識，使學生在合作與探索中能夠主動發現問題，并積極地去解決問題，最終實現了學生思維創造性的提升，以及問題解決能力的提高。