基于深度學習理論的單元學習設計策略

摘要： 小學圖形化編程教學內容采用單課時教學設計，易導致學生淺層學習。將深度學習理論中的單元學習設計思想用于小學圖形化編程教學中，提升學生的學科核心素養。經過行動研究發現，采取以下策略進行單元學習設計可取得較好的效果：選擇基于問題解決的單元主題，確定蘊含學科本質且可測量的單元目標，設計具有深度學習特征的單元學習活動，研制“單元目標—學習活動—學習評價”一體化的持續性評價方案。

關鍵詞：深度學習;單元設計;圖形化編程;核心素養;計算思維

隨著人工智能時代的到來，越來越多的小學信息技術課以圖形化編程為內容對學生開展編程和人工智能啟蒙教育。編程的主要目的是培養學生的計算思維和對人工智能原理的初步了解。然而，以掌握圖形化編程軟件各功能模塊為主的單課時教學，容易導致學生編程學習的淺層化、編程知識的碎片化、對編程作用的認識和利用編程解決問題的模糊化，難以有效培養學生的計算思維和其他核心素養。因此，采用課內課外相結合多課時共同作用的主題式學習、項目學習等新型學習方式十分必要。這些方式均適于采用單元學習設計，而深度學習理論也強調單元設計，因而將該理論用于小學信息技術課程的圖形化編程單元設計，是本文探究的重點。

一、深度學習理論及其實現路徑

深度學習理論指導下的單元學習有利于發展學生的學科核心素養^[1]。它改變了教師單課時的教學方式，提倡以單元為單位進行學習設計，引導學生進行深度學習。這對改變學生以技術操作訓練為主的學習方式、實現學生從計算機科學本質的角度建構編程知識、提升解決問題的能力、提升學科核心素養^[2]具有促進作用，對于伴隨互聯網和人工智能發展起來的數字化教學也有重要的指導意義。

（一）深度學習理論

教育領域中，深度學習的概念是由Ference Marton和Roger Saljo首先提出的。隨后幾十年內，許多專家學者從學習目標的認知層次、學習過程、學習結果、師生互動角度，分別對深度學習進行了詮釋。其中，北京師范大學郭華教授的觀點較具有代表性。她指出，深度學習是指在教師引領下，學生圍繞著具有挑戰性的學習主題，全身心積極參與、體驗成功、獲得發展的有意義的學習過程。在這個過程中，學生掌握學科的核心知識，理解學習的過程，把握學科的本質及思想方法，形成積極的內在學習動機、高級的社會性情感、積極的態度、正確的價值觀，成為既具獨立性、批判性、創造性，又有合作精神、基礎扎實的優秀的學習者，成為未來社會歷史實踐的主人^[3]。

從上述理論中不難發現，深度學習是師生在課堂上發生的，是立足未來、指向學生核心素養和學科核心素養發展的。因此，以深度學習理論為指導，在小學圖形化編程教學中開展深度學習，是提高學生信息技術學科核心素養的重要途徑。

（二）深度學習的實現途徑：單元學習設計

在課堂教學中以單元為單位開展教學，是實現學生深度學習的有效途徑^[4]。單元教學有賴于單元學習設計，但與單純的教材單元是不同的。深度學習指導下的單元學習設計，是在單元學習主題統領下的學習設計，是圍繞單元學習主題進行教學內容的選擇和組織，形成功能性知識架構。它強調在知識獲得的基礎上，發展學生的核心素養，主要包括四個實踐要素：選擇單元學習主題、確定單元學習目標、設計單元學習活動、開展持續性評價（如圖1）。它是所有學科開展深度學習單元設計的總框架，具有宏觀性和指導性。

二、小學圖形化編程單元學習的設計策略

在深度學習實踐模型總框架的基礎上，我們結合圖形化編程的知識特點及信息技術學科的核心素養，以小學信息技術教材六年級上冊第三單元的內容^[6]為基礎，進行了小學圖形化編程單元設計。

（一）單元主題：基于問題解決

單元學習主題是單元教學的靈魂。基于深度學習理論設置單元學習主題，應以學科核心素養及其思維進階為目標，對相關教學內容進行整合，體現學習目標、學習情境、學習活動和學習評價的一致性^[7]。

編程是運用計算機科學領域的知識、思想方法解決生活中真實問題的一種方式。《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》（以下簡稱《課標》）提出“學生要在問題解決過程中提升信息素養”^[8]。因此，對于圖形化編程而言，更適合選取問題解決類的單元學習主題，即單元學習以解決蘊含計算機科學思想方法的真實情境問題為主要目標，單元課時的安排體現問題解決的過程與路徑，體現其應用價值。在確定問題解決類學習主題時，可以分為三步進行。

第一步，梳理核心概念和關鍵能力，形成知識框架。教師首先根據《課標》，明確圖形化編程能實現的學科核心素養，然后梳理圖形化編程的核心概念和關鍵能力，并選取其中1～2個，形成知識框架。對于圖形化編程，我們主要選取的核心概念是程序的三種結構：順序結構、選擇結構和循環結構。關鍵能力主要借鑒《課標》中關于計算思維的描述，再結合編程目的概括出四種關鍵能力：抽象建模、問題分解、問題解決和測試調試。

第二步，設計真實問題情境，草擬單元學習主題。圍繞選取的核心概念和關鍵能力及其知識框架，教師列出社會生活中存在的可用其解決的真實問題，形成問題情境，作為備選單元學習主題。教師既可以從日常生活學習中尋找真實的問題情境，也可以模擬信息技術專業工作人員的實踐工作。

第三步，調研學情，確定單元學習主題。學生是單元學習的主體。教師需要通過訪談、問卷等多種方式對學生進行充分調研，了解學生最有興趣去探究的內容。在此基礎上，教師在草擬的多個單元學習主題中選取一個單元學習主題。同時，主題的選擇還要綜合考慮學生的能力水平，應是學生經過努力可以完成的，切忌主題過大。

基于以上認知及操作流程，我們最終把原來的單元主題名稱由“走進圖形化編程樂園”改為“制作迷宮游戲”。該學習主題名稱設計過程如圖2所示。

（二）單元學習目標：蘊含學科本質且可測量

深度學習指導下的單元學習目標是學生在完成單元學習之后，應該獲得的學科核心素養的結果，包括蘊含學科本質及思想的方法、遷移解決問題的能力等^[9]。小學階段的圖形化編程教學的目標指向發展學生的計算思維。教師參考《課標》中對計算思維的描述，根據小學生的接受能力對該單元學生的計算思維素養要求做適當調整，最后把“將計算機科學領域的思想方法滲透到解決問題的過程中”作為確定圖形化編程單元學習目標的依據。

深度學習理論指導下的單元學習是一組緊密聯系的學習內容與活動，要求教師從整個單元的角度審視單元學習目標，體現整個單元要落實的核心素養、發展的關鍵能力，而不要拘泥于某一點、某一課或將所有知識點羅列。同時，單元學習目標還是評價學生在單元活動中是否獲得發展的衡量標準，而信息技術學科核心素養及思想方法，作為學科上位的指導性概念，表述較為寬泛抽象，很難在學習活動中測量。

為實現單元學習目標的整合性和可測量性，在問題解決類單元學習主題活動中，教師可結合單元學習主題，遵循問題解決的先后順序劃分每個階段的活動目標，將每一階段的活動過程、獲得的關鍵知識、發展的關鍵能力描述清楚，實現知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀三維目標的融合，體現學生在每個深度學習活動過程中要達成的發展目標。如圖3所示，我們所設計的“制作迷宮游戲”單元學習目標為“單元目標—學習活動—學習評價”一體化奠定了基礎。

（三）單元學習活動設計：具有深度學習特征

深度學習理論認為，學生在單元學習活動的實踐探索是單元學習目標能否落實的關鍵。深度學習具有聯想與結構、活動與體驗、本質與變式、遷移與應用、價值與評價五個特征^[10]。為引導學生進入具有深度學習特征的單元學習活動，教師要設計出體現學科內容本質的、指向單元目標的、適宜的問題情境和學習任務^[11]。

為了在圖形化編程單元中實現這一目標，教師需要基于計算機科學概念在解決問題的不同階段劃分課時學習活動，將學生計算思維發展目標合理分布到每課時活動中，然后搭建梯次結構化的任務框架，設計環環相扣的問題情境，實現學生關鍵能力的梯次提升。具體設計時，可按以下兩個步驟展開。

1.搭建梯次結構化的任務框架

首先，根據單元學習主題確定總任務。在圖形化編程單元學習中，總任務是指學生通過圖形化編程的學習最終要實現的作品。總任務起到“錨”的作用，對學生來說應具有“真”“趣”“難”的特點。例如，我們把圖形化編程單元的總任務設計為使用圖形化編程軟件完成迷宮游戲的制作。

其次，設計分任務。分任務是根據圖形化編程總的課時數、編程知識的內在邏輯、學生認知發展水平和經驗以及教學目標，對總任務進行分解而形成的有內在聯系的各個任務。分任務既可為總任務即編程作品中的功能模塊，也可為實現總任務所要經過的工作流程，也可為二者的混合。基于此，我們把上面的總任務分解成了規劃游戲、繪制舞臺背景及角色、鍵盤控制角色、為角色添加動畫、設計反饋機制等分任務。

最后，在分任務中融入基礎知識。基礎知識是學生在探究分任務時能夠經過思考、實踐獲得的基礎知識和操作技能。

2.設計環環相扣的問題

在結構化任務框架的基礎上，將學習主題拆解成環環相扣的問題，形成多個問題情境。學生在對這些問題的探究活動中，沿著任務框架的暗線路徑，不斷引發認知沖突，經歷用計算機科學解決問題的思路和方法，形成對圖形化編程的深度認知，收獲提煉解決問題的方法，實現在生活中的遷移。問題情境依據分任務進行設計，每一個問題情境對應分任務中學生能理解的核心知識、能發展的關鍵能力，然后將其結合問題情境進行具體化描述，體現出學生關鍵能力的梯次發展。例如，在第一課時中，子任務是“規劃游戲”“繪制舞臺背景及角色”。為此，我們設計了三個引導任務完成的問題：迷宮游戲的規則是什么？游戲發生在哪里？哪里有游戲角色呢？其他課時也按如此方法進行設計。

需要注意的是，問題情境要具有開放性和探究性，學生能夠主動調動認知，選擇多種路徑和方法去解決問題，提升核心素養。遵循上述思路，我們整體設計了“制作迷宮游戲”單元學習活動（見表1）。

（四）持續性評價方案：體現“單元目標—學習活動—學習評價”一體化

深度學習指導下的單元學習強調“單元目標—學習活動—學習評價”的一體化，提倡持續性評價。它是指學生在單元學習中以學科核心素養為導向的立體化評價體系，是激勵性評價、持續性評價^[12]，具有反饋、改進學生學習和教師教學的作用。

要開展一體化的持續性評價，教師在研制持續性評價方案時，第一，要與單元學習目標一致。對單元設計的評價要立足學科核心素養的提升，關注高階目標的達成。第二，持續性評價要貫穿整個單元學習的全過程，關注學生在學習活動中的持續表現。教師可以將要培養的關鍵能力結合具體的學習活動分解到每一課時的評價中，體現學生能力的梯次發展。第三，發揮“以評促學”的評價激勵、反思功能。評價可以學習單的形式出現，學生在學習單的指引下，實現自我反思，自我修正，促進學習的不斷深入。

如表2所示，“制作迷宮游戲”單元的評價目標指向該單元學習活動中學生能發展的關鍵能力，評價標準與單元學習目標對應，評價任務來源于單元學習活動。

三、結語

基于深度學習理論的圖形化編程單元設計為變革傳統的信息技術教與學的方式、落實核心素養教育、全面實現立德樹人，進行了積極的嘗試與探索。圖形化編程單元設計從核心素養的高度出發，從學科特有的思想方法入手，對圖形化編程教學的各個要素進行綜合的、整體的、結構化的設計，有利于學生形成結構化的解決問題的框架，易于遷移到生活中解決其他問題。這種單元整體設計的方法和教學方式對一線教師提出了更高的要求。首先，教師要有深厚的學科專業知識功底，能夠從學科上位的角度剖析每一個知識點的作用與價值;其次，教師要時刻有單元整體設計與教學的意識，每個環節的設計、每個問題的處理，都要放到整體中去考量;最后，教師要善于在團隊中共同鉆研單元學習設計，集納眾人智慧，從各個角度完善單元學習的設計。

注：本文系北京市京津冀一體化建設研究項目“中小學人工智能安全教育研究”（課題編號：SK2020JJJ02）、“北京市第七批中小學名師發展工程”首都師范大學基地項目的研究成果。

參考文獻

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[11]劉曉玫.深度學習：走向核心素養（學科教學指南 初中數學）[M].北京：教育科學出版社，2019：39.

（作者田爽系北京石油學院附屬小學高級教師;李云文系首都師范大學初等教育學院副教授）