導向深度學習的信息科技問題解決教學實踐

摘要：高中信息技術新課標提倡在問題解決過程中提升學生信息素養。在“雙新”課程改革的推進中，信息科技學習停留在表面、表象、表層的“三表”投入現象依然普遍存在。在研究深度學習和問題解決教學基礎上，本文提出了問題解決教學促進深度學習應體現從“三表”走向“三深”的內涵，基于學科、學生和知識三個基點，明確了學科從碎片到結構、學生從離身到具身、知識從形式到本質的實踐取向，形成了由境、問、探、驗、評五要素組成的實踐要點，并輔以案例說明，為以問題解決教學促進深度學習提供教學建議。

關鍵詞：深度學習;信息科技;問題解決教學

中圖分類號：G434 ?文獻標識碼：A ?論文編號：1674-2117（2022）07-0000-04

● 引言

《普通高中信息技術課程標準（2017年版2020年修訂）》中明確提出：培育以學習為中心的教與學關系，在問題解決過程中提升信息素養。隨著“雙新”課堂教學改革的推進，許多一線教師轉變了教學思想和觀念，重視對信息科技問題解決教學的研究與實踐，但仍拘泥于讓學生“先從掌握新技術工具使用的模仿實踐，再到應用技術解決問題”的學習方式，導致產生以下幾方面的問題：只動手不動腦，行為投入表面化;先學習技能再運用，缺少圍繞核心問題系統而深入的思考，認知投入表象化;只看操作結果不看學習過程，情感投入表層化。顯然，學生學習表面、表象、表層的“三表”投入現象，缺乏深度學習，沒有指向核心概念的理解，教學難以達到新課程要求和落實學科核心素養。

因此，如何提升學生信息科技學習的內在品質與深度，是制約當前信息科技課程改革向縱深推進的瓶頸問題，筆者認為，以體驗性、理解性、反思性為特征的深度學習，可以為問題解決教學提供可突破的思路。所以，本文主要探討問題解決教學促進深度學習的實踐運用，以期為學科教師研究走向深度學習的問題解決教學提供與課堂教學相結合的實踐思路。

● 問題解決教學促進深度學習的內涵

筆者認為，可以從兩個方面理解深度學習：一方面，深度學習顯然是針對課堂教學實踐活動的淺層學習而提出的，這里的深層是指學生的深層學習，其偏向于促進學生的高階思維水平發展和高級認知能力培養;另一方面，深度學習指向立德樹人，發展學生學科核心素養，即信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任。因此，問題解決教學促進深度學習中的“深”的內涵應體現“三深”，即學科深度教學、學生深刻投入、知識深層理解。以“三深”為目標開展信息科技問題解決教學實踐，學習目標要強調獲得信息科技核心概念，促進學科核心素養的發展;學習過程要強調通過以計算機問題解決為主的系列探究活動，積極參與問題情境互動，運用學科方法和學科工具解決問題;學習結果要強調技術思想方法的理解與運用，形成積極的技術使用態度和正確價值觀。

問題解決教學的最終目標是走向課堂中學生的深度學習。它以解決問題為媒介，通過一系列認知改變過程，如在解決問題的過程中價值觀全面參與、全身心投入、思維深度加工，在認知改變的全過程中有效地促進學生的學科核心素養的發展，實現學生學習從“三表”向“三深”的轉變。這對有效落實新教材的培養目標起到重要作用，對新課程標準在實踐層面推進有重要意義。

● 問題解決教學促進深度學習的實踐取向

實現從“三表”走向“三深”，達成深度學習是需要條件的，促進學生深度學習的信息科技問題解決教學具有以下實踐取向。

1.學科深度教學：從碎片到結構

深度學習需要學生在整個學習過程中不斷將各種零散的知識進行聯結，以問題解決為情境與知識高度關聯，更容易貼進學生的經驗、體驗和感知，也更容易使學生進入深度學習的狀態。因此，教師要從信息科技單元教學的整體目標出發，梳理學科核心知識與技能，精選可以突出計算思維培養的知識與技能，確定單元主要問題情境和學習活動，從整體上把握知識內容與活動設計，促進學生在問題解決中建立結構化的學科思維。

2.學生深刻投入：從離身到具身

深度學習強調有意義的學習過程。學生只有通過構建的情境、問題驅動等方式，激發內在深度的情感需求動機，在認知能力和自我完善的要求驅使下，感到“非學不可、非做不可”，然后積極地參與解決問題的深層感受、計算思維、深度協作的學習，才有可能實現離身到具身的學習方式轉變，實現深度參與問題解決過程中的學習與體驗。

3.知識深層理解：從形式到本質

深度學習重視通過學習能夠深刻理解知識的本質而非表象。問題解決教學為學生提供了相對聚焦的問題場域，教師用問題鏈的方式關聯知識與學習，處理好學習知識的廣度、深度和關聯度，讓學生在計算思維遞升的問題鏈解決過程中，將現有的舊知識轉移到新知識中，合理地應用它并處理新問題，有意義地進行知識建構。在這個過程中，學科理解水平也會得到更高層次的鍛煉和提升。

● 問題解決教學促進深度學習的實踐要點

根據深度學習和問題解決教學的相關理論研究，結合學科核心素養培養要求，筆者提出問題解決教學促進深度學習的實踐要點具有境、問、探、驗、評五個要素，并在此基礎上形成基本實踐流程（如圖1），其中第一個環節是指聯結單元情境，后四個環節是以單元的單課為單位，通過循環子問題解決過程，實現單元問題的解決。

1.聯結情境，構建深度學習場

深度學習是一種持續而系統的學習方式，用單元情境整合新舊知識，建立“情境+聯結”的學習場域，整合信息科技知識技能和培養學生的計算思維能力，有利于促進學生在學習活動和學習經驗之間建立更有意義的聯系，促進信息科技的知識、技能和解決問題的經驗之間的聯系，并為學生深度學習知識提供一個學習的場所。

例如，在“信息系統”單元的教學中，可以結合家庭購票的情境，設置“購票小達人”的情境，提出三個子問題：購票與出票的流程是什么？買錯票了怎么辦？出行高峰怎么搶到票？三個子問題形成了單元問題鏈，分別指向信息系統及其組成、信息系統的功能、信息系統的工作原理這三個核心概念的學習。在真實情境與核心概念聯結構成的三個課時的學習場域中，學生在真實問題解決中，分析信息系統的組成和功能，能對計算機和移動智能終端在信息系統中的作用有深刻的了解，能提高對信息系統價值的認識及利用信息系統解決問題的能力，獲得深度加工知識的能力。

2.分析問題，引導學習深投入

問題解決的過程中蘊含著許多問題解決的策略，在信息科技教學過程中應該滲透信息意識、計算思維的抽象與概括能力培養，引導學生采用不同的方式分析問題，通過剝離不必要的細節來處理問題的復雜性，再利用更簡單易懂的抽象與概括一般方法去表述問題。具體來講，即首先結合子問題情境的要求，分析需要計算的問題中相關要素之間的聯系，其次確定需要計算機處理的數據或軟硬件處理工具等。

例如，《購票小達人》單元的第一個子問題——購票與出票的流程是什么？可以通過小組合作、分析系統、討論交流等方式，從網絡訂票系統的功能出發進行問題分解，先確定從登錄系統、選擇行程、生成訂單、支付費用、獲取票據五個使用環節進行分析，再對每一個環節涉及的數據與軟硬件處理工具進行分析（如下表）。通過對問題的抽象與概括，學生形成對信息系統組成要素的認識，理解人機交互系統（包括人員、軟件、硬件、網絡和數據資料等）中各種因素的影響，在深度參與思考與討論中體會到信息系統對生活的重要作用。

3.構建方案，促進思維深加工

新課程提出要“重構課堂教學組織方式，加強學生探究性學習”，因此，在問題解決教學中，要求學生結合問題，分析已有數據和數字化工具等具體情況，再討論和設計方案、算法或建構模型，這樣的實踐對學生的素養發展具有巨大的促進作用，同時，構建方案的過程也是對學生計算思維建模能力培養的重要方式。

例如，在《購票小達人》單元中，在分析網絡購票與出票操作后，可以請學生以系統的使用者、技術方案設計者、系統的管理者等身份，以網絡購票系統為例設計信息系統的基本結構（如下頁圖2）。這樣的設計是基于信息系統的結構及其配置進行的深入思考，從問題到活動，從活動到理解信息系統的原理和思想方法，促使學生計算思維完成從具體到抽象的提升。

4.驗證方案，增強活動深體驗

驗證方案的整個過程是“嘗試-驗證-修證”的“試錯”過程。這是發展學生計算思維自動化能力、正確引導學生獨立找到問題解決所需知識與技能、幫助學生形成數字化學習與創新能力的重要環節。因此，要鼓勵學生主動“試錯”，根據問題解決需求，嘗試體驗、主動探究、反思迭代方案，經歷方案設計與優化的過程，形成解決問題的技術方案和通路，促進學生深入理解知識之間的聯系，激發創新的意識和思維。

例如，在《購票小達人》單元中，在信息系統基本結構設計完成后，圍繞這個基本結構是否合理、是否適用于其他的信息系統、是否具有通用性這些問題，可以設計不同的應用情境，如校園就餐卡系統、圖書管理系統、網絡購物系統、自主學習系統等，要求學生分小組以系統的使用者、方案設計者、系統管理者的身份，分析設計相應信息系統的組織結構，使其感受到各個信息系統雖然功能各異，但其基本結構是相同的。這樣讓學生體驗技術發展是不斷繼承、發展和創新的過程，感悟問題解決方案中凝聚的智慧，有助于提升學生學習的深度。

5.評估方案，創生知識深理解

學科核心素養具有可遷移性特征，當學生面對各種復雜且不確定的真實情境時，他們可以創造性分析和解決問題。因此，思考和評估是深度學習的必要前提，其實質是要求學生對解決問題的全過程進行深入思考，從學科的知識技能學習、活動參與、用信息技術工具解決問題的能力等方面評估技術解決方案，激發學生運用數字化工具改善學習和便捷生活的學習動力，倡導學生自覺履行個人在信息社會中的責任和義務，成為具有責任心的技術使用者及具有理性判斷力的技術反思者。

例如，在《購票小達人》單元中，要讓學生通過各類信息系統應用的情境分析，體會到信息系統是因人的需求而產生，并最終被設計成為一個滿足人的需求、為人提供服務的系統，可讓學生從系統的性質思考信息系統功能如何更好地與客觀世界關聯起來。學生通過不斷反思評價信息系統基本結構，從基本結構之下的每一種信息系統的需求角度，分析具體細節上的需求特點，思考與討論需要配備的規范體系和安全防范體系，從而理解信息系統對人們生活與社會發展的促進作用，明確要正確地選擇、使用、設計、評估信息系統，最終讓信息系統知識的學習由表層走向深層。

● 結語

“雙新”改革是落實立德樹人教育根本任務、促進學生全面素質發展的關鍵。在此背景下，停留在淺層次的學習將無法實現學生核心素養的培養，因此深度學習應運而生。深度學習是回應學生核心素養培養要求的一種有效方法，同時，深度學習和問題解決是相輔相成的，并且相互促進。所以，筆者提出了基于問題解決教學促進深度學習的教學設想，結合單元教學設計和單課時教學設計的環節，提出創設單元聯結的問題解決情境，為學生提供相對聚焦的問題鏈、計算思維活動，讓學生可以用更多元的思維方法和路徑解決問題，讓學生在經歷完整問題解決的全過程中，進行深度學習，全面提高學生的學科核心素養。但隨著深度學習有關研究的發展，新的實踐問題必然還會產生，這也需要更進一步的思考研究。

參考文獻：

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作者簡介：周純，大學本科，上海市閔行區教育學院信息科技教研員。

本文系2021年度上海市教育科學研究項目“單元視角下初中生計算思維發展模型的建構和實踐應用”（編號：C2021273）的階段成果。