基于高階思維的數字化技術實踐

許憬

信息技術是獲取、處理、傳遞、存儲、使用信息的一門技術，信息處理的本質是數據處理，信息經過編碼內部呈現的形式是數據，計算機處理的對象是數據，算法選擇的依據是數據結構……計算機技術只有遇見數據才能讓這門新技術迸發物理反應甚至發生化學反應，否則它僅僅是簡單工具，而不是智力工具、思維工具。所以，可以這樣認為，沒有數據參與的計算機學習算不上真正意義的深度學習和高階學習。本文旨在嘗試建構一種超越了技術，一種基于實驗、基于數據、基于實證的技術新課堂。

技術能否實驗？——一節課例引發的思考

案例描述：2017年，我經歷了一場徒弟唐寧蘭老師參加的第五屆全國中小學信息技術優質課的評比，也參與了其中浙江攝影出版社小學信息技術《精彩圖片剪輯》課例的設計。經過了一番曲折和努力，課例以其設計的高度贏得了觀眾的一致好評，也最終取得了全國一等獎的好成績。回顧整個準備過程，最初的課堂設計預設了三個環節：

第一環節：識軟件——指向技術的概念。通過ACDsee軟件對一組原始照片的初始化操作，認識工具軟件的界面、文件及其他操作概念與功能。

第二環節：會剪輯——指向技術的技能。通過ACDsee對兩張方位不當、主題散漫的典型照片進行加工處理（旋轉、裁剪），以達到預期的剪輯目標。

第三環節：善裁剪——指向技術的技巧。會剪輯不等于就能剪好照片，裁剪仍需要一定的審美元素和操作技巧，在此環節教師通過三組直觀形象的圖片，結合“問卷星”統計數據，讓學生理解剪輯的本質，形成合理取舍、個性化表達的選擇策略取向等。

課堂原方案歷經數次修改，但無論怎樣的取巧，都擺脫不了以技術學習為中心，傳統技術雙基模式的束縛。為實現實破，我們經過了一番思考后，提出如下大膽的設想。第一，能否把動手的簡單圖片剪輯操作設計成一個動腦的可探究活動？第二，能否讓學生深度理解和經歷真正意義上的數字化學習：剪輯（旋轉、裁剪）操作前后，圖片到底發生著怎樣的、可量化的改變？為此，我們針對原方案進行了現場的改造，精簡了純粹的照片操作處理的訓練時間，新增了一個思維參與的數字化實踐環節。

第四環節：懂剪輯——指向技術的思維。根據提供的“校園”原圖，合理剪輯，觀察并完成圖片剪輯的數據信息觀察表（如下頁表1）;然后結合記錄實驗數據，可以得出哪些結論？

課堂上教師設計了一份觀察表單，創建了一次技術實驗，進行了一項數字記錄，開展了一番數據比對。學生在數據觀察、思維考量之后得出實驗結論：旋轉和裁剪都可以改變圖片;旋轉只改變圖片位置，不改變圖片大小;裁剪前后圖片尺寸及文件大小發生著可量化的改變——變小。

現在我們提倡的高階學習是一種需要智力深度參與和介入的學習模式。現代信息技術已經從關注知識、關注技術、關注方法的課堂，逐漸實現著向關注素養（包括審美）再到關注思維的課堂的轉型升級。案例中數據觀察表的設計便是給我們的信息技術課堂提供了一種技術學習的全新認知模式——基于高階思維的數字化實踐。

參數操作讓高階思維真正發生

計算機是一項操作性非常強的學科，其實我們可以根據思維的介入程度將計算機操作分為兩類：基本操作和高級操作（如圖1）。基本操作也可以認為是通識化操作，它通過簡單的鼠標操作行為或基本的菜單選擇就可以實現。基本操作只涉及習慣性動作、默認參數的運用，無需太多思維參與或只需低階思維介入。高級操作，亦稱帶參數操作（這里的參數指廣義上的參數），需要通過內部的高級選項設置、參數的精準定位甚至算法設計、過程定義才能進行。高級操作需要智力甚至高階思維的參與，數字化學習必然涉及參數選項的操作。

例如，VJC仿真軟件操控電機并實現簡單的直行與右轉效果，只需拖動“啟動電機”模塊和“直行”“右轉”模塊至主程序流程圖進程（使用默認值，無需改變參數）便可以實現，此即為基本操作（圖2為模塊的默認操作）。如果使用電機并要求實現指定的速度直行或指定的角度右轉，則要對“啟動電機”模塊和“直行”“右轉”模塊內部的多項參數進行科學設置才能實現指定的運行效果，此項操作涉及數據設置和思維參與，即為高級操作（圖3為電機的參數設置，左右電機的默認功率均為80，現在根據需要將右電機功率值更改為30）。

信息技術的高級操作不僅體現在對VJC、Scratch等智能模塊的有形參數設置上，有些應用軟件的技術細節看似“簡單”，但深究其中，事實上有很多內涵和選項也是參數范疇，但我們卻極少涉足。義務教育階段的信息技術操作，如Word、Excel、PPT、圖片處理等，一般學生只需掌握默認操作或簡單操作即可，但為達到某些特殊的效果、復雜的操作和深度的學習則必然會涉及高級菜單選項設置，即稱高級操作。如Excel的連續數據求和，只需選定數據區塊然后直接單擊工具欄的“∑”按鈕即可，此即為基本操作;但如果是不連續的精準求和則需輸入對應的函數公式才能實現，這個過程則稱高級操作。

案例：Scratch軟件控制寵物“貓”走步的三重境界。

（1）向前移動? ? 默認值實踐（簡單操作）。

（2）用3秒時間向前移動200步? ?規定性實踐（復雜操作）。

（3）用規定時間向前移動至指定位置? ? 探究性實踐（高級操作）。

再如，Scratch模擬多角色的相遇問題時，它的過程用時與目標位置不是直接給定的，均需要復雜計算與反復嘗試等高級智力的深度參與才能實現。這個操作的過程即屬高級操作。

從驗證性操作實踐到探究性數字化實踐

信息技術是一門操作性、實踐性極強的學科，現實的信息技術課堂上存在著三種由低到高不同思維層次的典型操作實踐模式：驗證性實踐、制作性實踐、任務型實踐。思維性、智能性是計算機區別于其他工具的重要特征，我們不能將信息技術課堂簡化到形式上的打字課、畫圖課、作品課等，更不能用簡單的驗證性操作替代具備思維含量的探究性實踐（如圖4）。所謂探究性實踐，就是將計算機當作一種環境，將信息技術學習當作一種實驗，讓學生通過類似于科學家進行科學探究的方式，解決計算機問題，發現計算機的規律，獲取計算機知識，并從中學會信息技術的方法和技能，形成信息技術的思維方式。

計算機提供的不僅是一種技術環境，一種輔助工具，一種學習對象，更是學科學習有效的實驗工具。探究性實踐離不開數據的操作。數字化學習與創新是信息技術學科核心素養之一，信息技術正是實現人類數字化生存的重要渠道，但環境的信息化并不代表著學習的數字化，也沒有實現學習方式的真正變革。信息技術課堂內的數字化學習必須與數字打交道，“沒有數據參與的數字化學習，只是信息技術學科學習的一大笑話。”

從驗證性實踐到探究性實踐，我們可探尋到信息技術課堂發展的一條脈絡：從收斂到發散，從傳授到研究，從重技術到重思維的過程。這條脈絡是教育發展的趨勢，也引導本學科發展的主線索。基于高階思維的數字化技術實踐便是探究性實踐的一種形式。

例如，初中信息技術《圖像格式》對圖片格式的文字描述是一筆帶過的，如何讓學生真正體會三種圖片格式的差異性及其不同價值是本課時技術學習的難點。為解決問題，我們設計了一份實驗表單（如表2）。

案例：將一張1兆左右的BMP圖片分別保存成不同位深的BMP、JPG和GIF格式圖片，然后觀察屏幕記錄數據，完成實驗表單，并嘗試得出你的技術結論。

從表2轉化實驗的操作到記錄，技術的結論是不難得出的，學生很容易從表單的數據和圖片比對中理解不同圖片格式的差異，從而辨析不同技術的應用優劣。數字化的實踐給技術學習提供了一個有效的腳手架。

信息技術環境下的數字化實踐是由一系列高級操作組成的，它包含了屏幕觀察、數據記錄，并經歷了相關的復雜操作和高階思維的訓練。就像《精彩圖片剪輯》《圖片格式》等課例設計，從照片剪輯前后，從圖片的轉化前后，我們已從看得見的模糊感知，轉換為真真切切體驗到、摸得著的數據變化，這是探尋科學的實證主義，也是我們數字化實踐的一種有益嘗試，該模式實現了技術學習從定性到定量、從驗證性操作到探究性實踐、從低級認知到高級認知的變化。