設計型學習模式下的計算思維培養策略

史慧姍

摘要：計算思維是創新型人才的必備能力，是信息技術學科的核心素養。為尋求與之相適應的教學方式，本文從設計型學習的角度分析其培養策略。分析了設計型學習和計算思維的相關研究、理論和模型后，得出基于設計型學習的計算思維培養方法：確定挑戰性問題，幫助學生完型加工;促進交流分享，幫助完善、反思解決方案;及時反饋，幫助優化迭代。

關鍵詞：設計型學習;計算思維;培養策略

一、背景

地平線報告（基礎教育版）指出，“培養中小學生的計算思維是21世紀一個重要的課題，計算思維應該是閱讀、寫作、計算之外的另外一項必須熟練掌握的基本技能[1]”。計算思維是創新型人才所必須具備的一種思維能力。響應世界教育的潮流和國家的政策，全國各地都開始注重培養學生的計算思維，而編程教學作為培養學生教育思維的主要形式，在中小學教學中也越趨普及化，不少城市已經把編程教學加入到信息技術常規課程中。然而，通過觀察信息技術教材發現，目前的編程教育仍然采用最為傳統的由局部知識逐步過渡到整體的“順向”教學，這并不利于以問題解決為核心的計算思維的培養。而計算思維是一種較為新鮮的基本技能，需要使用與之相匹配的教學方式來培養，針對傳統技能的傳統教學方式已很難滿足教學需求。為尋求合適的計算思維培養方法，可從新的教育形態中獲得啟發。中小學教育近年來涌現出很多例如創客、STEM教育等創新性的教育形態，各種創新的教學方式也隨之被提出，《深圳市中小學學科教育與創客教育融合指南》（簡稱“指南”）就提出七種與創客教育高度相關的教學方式。計算思維與創客教育密不可分，兩者的核心都是解決問題。因此，《指南》對于計算思維的培養教學同樣具有參考價值，根據計算思維的特點，可發現設計型學習方式與之高度契合，研究如何通過設計型學習方式培養計算思維，為計算思維的教學提供了一種創新性的途徑，與此同時也拓展了設計型學習的應用領域。

二、設計型學習與計算思維培養的契合度

設計型學習與計算思維培養之間有較高契合度。首先，對比設計型學習與計算思維可發現，兩者的核心內容都是“問題解決”。計算思維是通過利用計算機科學的基礎概念來解決問題，設計系統和理解人類行為的一系列思維活動[2]。設計型學習是一種基于項目的學習：學生通過設計和制作從未見過的學習對象來消化他們將要從課本中學習的知識。設計型學習方式是典型的“做中學”[3]，要求學生根據教師的要求先設計（制作）一個粗略但相對完整的任務完成模型（或問題解決方案），在此過程中要深入、反復地使用相關知識。第二，計算思維提升的內驅力能夠融合在設計型學習的指導思維模型中。計算思維提升的內在驅動力包括：處理復雜問題的自信心;解決困難問題的恒心;對不確定性或模糊事物的承受力;處理開放性問題的能力;能夠與他人溝通和合作，以實現共同的目標或解決方案。設計型學習的指導思維是其創建者尼爾森提出的逆向思維，其構成如圖1所示[4]，包括：確定教學內容、從課程中確定問題、陳述挑戰、建立評價標準、讓學生動手實驗、指導課程和學生反思設計。學生主要需要完成一個針對課程內容的挑戰，需要動手試驗、交流分享、重復試錯等，計算思維提升的內驅力能夠在此過程中被激發。

設計型學習和計算思維培養的契合點是本研究尋找培養方法的主要依據，再結合計算思維的操作性定義，融合信息技術的特征，可以把培養的關注點放在：用計算機語言闡述復雜、困難的問題;使用計算機解決問題;面對開放性問題，能夠確定、分析和實施可能的解決方案;在分析和實施解決方案時不斷克服困難和優化迭代;在與他人的交流分享中完善、反思解決方案。

三、基于設計型學習的計算思維培養策略

根據設計型思維的逆向思維模型和上述分析得出的培養關注點，確定以下計算思維培養策略。（一）確定挑戰性問題，幫助學生完型加工。設計型學習強調完型加工，即先對問題確定一個整體的解決方案。而小學生的問題解決能力還有限，要學生進行完型加工存在一定難度，這就需要教師在確定問題前仔細分析教學內容和教學目的，對問題的類型和難度有一個準確的把握，對于學生的整體設計也要搭建相關的腳手架，以避免與教學目標無關的因素妨礙學生解決問題。在確定挑戰性問題之前，教師應該精確把握教學目標和教學內容，并且對設計任務所涉及的知識點進行扼要的講解，對于有一定難度的課題，教師還可以先展示相關的設計實例，讓學生模仿設計，把設計難度調整到學生的可接受范圍內。問題的難度應該符合學生的附近發展區規律，在達到教學目標的基礎上有適當的拔高。確定挑戰性問題之后，首先應該給予學生適當的鼓勵，可以提出小組競爭、上臺展示等規則，提高學生解決問題的內驅力。留意學生的實時反應，若出現畏難情緒，可以考慮再適當降低難度，或者增加獎勵措施。第二，根據教學目標確立評價標準，告知學生按照標準進行設計才算是達到要求，以保證整個設計過程不偏離課程內容并最大程度地運用到相關知識點。（二）促進交流分享，幫助完善、反思解決方案。教師確定好挑戰任務后，學生需要提出整體的設計方案，這一過程可以以小組合作的形式進行，小組成員間相互合作交流，取長補短。交流分享應該貫穿設計前、中、后。在確定設計方案前，小組內部相互交流，合力提出初步方案;設計方案時，小組內部根據出現問題提出解決方案，不斷完善方案;在學習者提交了自己的設計成果之后，最為重要的一步就是集體展示與共同分享。此環節逐一展示作品并引導學習者進行自我評價與同伴評價，目的在于促進相互學習與競爭，并引發自我反思[5]。（三）及時反饋，幫助優化迭代。設計型學習強調設計過程的優化迭代，設計過程需要多次的修改完善，上述的小組合作能夠一定程度上提供支持，但最有效的反饋必定是教師提供的具有專業性的反饋。因此，上述的小組合作就顯得很有必要，因為若以學生個體為單位，教師根本無法顧及到每一位學生，而以小組為單位的話，能大大減輕教師的負擔，并提高反饋的質量。然而面對這么多小組，并且考慮到各小組的情況復雜性，教師要針對設計作品所存在地問題提供反饋仍然存在難度。對此，教師可以通過巡堂分析各小組存在的一些共性問題，或者是與教學內容密切相關的重點問題，統一在全班進行提醒和反饋。

四、總結與展望

設計型學習模式為計算思維培養提供了一種可行且有效的實施指導，本研究所得出的策略為計算思維培養提供了新思路，為計算思維培養提供了更具體的實施策略，發揮了設計型學習模式的價值。在后續的研究中，將進一步在通過課堂實踐，得到更細致、具有參考價值的實踐經驗，提煉總結出設計型學習模式下計算思維培養的實施方法和實施模型。

參考文獻：

[1]NMC Horizon Report 2017 K-12 Edition[EB/OL].[2018-01-30]. http：//www.nmc.org/publication/nmccosn-horizon-report-2017-k-12-edition/.

[2]Jeannette M. Wing. Computational Thinking[J].Communications of the ACM，2006，49（3）：33-35.

[3]宋承昊.從學習方式變革看課程建設[Z].深圳市：城市學院課程與評價改革研究院，2019.

[4]王佑鎂，李璐.設計型學習——一種正在興起的學習范式[J].中國電化教育，2009（10）：12-16.

[5]莊科君，賀寶勛.設計型學習：高校實驗課堂教學模式創新——以《多媒體課件制作》實驗教學為例[J].現代教育技術，2013，23（04）：110-113.

（深圳市坪山區坪山實驗學校）