基于有效失敗的不同場景信息技術教學支架設計

姜華 江蘇省江陰高級中學

筆者在教學中發現這樣一個問題：在教學中，如果直接展示知識體系，使學生正面理解后進行記憶；或者直接示范標準的技能與方法，讓學生觀摩后再進行模仿；當學生遇到困難或者失敗時，直接提供相應的解決方案……這些做法當堂可以達成教學目標，但學生很容易遺忘，而且不會拓展應用。這說明，僅通過機械識記、簡單模仿追求表面上的成功，并不意味著學生實現了有效的學習。那么，如何通過設計一個有效的學習支架，實施課堂有效教學，讓學習真實發生？

有效失敗理論為這一教學問題提供了啟發。新加坡的卡普爾(Manu Kapur)教授在2008年提出了“Productive Failure(有效失敗)”概念，并以此展開了教學研究。在這一理論的指導下，教師在教學的初始階段不提供結構化的認知支持，讓學生遭遇失敗，但學生經過個體、小組探索形成了知識建構，即學生在表現上是失敗的，但學習真實發生了。根據這一理論，為了促進學習真實發生，可以利用預設學生的學習失敗來重新設計教學活動環節，利用故意設置的陷阱讓學生遭遇失敗，進而從中學習。

筆者在高中信息技術課堂中開展有效失敗教學實踐時發現，預設合理的失敗、設計失敗發生后的學習支架是關鍵。本文結合教學實踐，總結出三種常見的學生“失敗”場景，并提出了相應的教學支架設計實施策略。

● 場景一：失敗的方法（隱性的失敗）

教學設計片段：

師：請同學們打開“1基礎代碼.py”文件。這是什么結構？這個程序的功能是什么？

生：順序結構。

師：任務一主要是考查大家基本技能的掌握情況。請同學們在基礎代碼上進行修改，繪制一個五角星。（學生動手操作，用Python實現五角星形狀的繪制，教師巡視指導，找到采用不同算法設計的學生，列出學生A和學生B的代碼，如下頁圖1所示，請學生A回答。對比分析兩位學生算法的區別，適時請學生B補充回答）

圖1

循環結構發揮了程序繪圖的優勢——重復執行，使程序代碼更合理，提高了可讀性和可擴展性，當要繪制十個、二十個角的星形時，循環結構的優勢會更凸顯。

本案例是算法的三種基本結構教學之后的綜合應用，重點是引導學生探究問題的算法，通過使用順序、分支、循環三種基本結構解決問題，體驗不同算法效率的差別。在教學中，教師為學生提供了繪制一個正方形的基礎代碼，因為學生對turtle模塊的使用還不熟悉，提供基礎代碼可以減少學生編寫基礎代碼的時間，而且提供的是一個順序結構的代碼，很多學生可能會因為思維定勢，直接沿用順序結構的方法繪制五角星，導致失敗。這樣的失敗，結果是正確的，只是代碼不夠簡潔，方法不夠高效，不是最優的方案。教師通過對比分析的學習支架，展示不同算法，幫助學生明確利用循環結構可以簡化代碼，高效地完成五角星繪制。

這一類型的失敗，因結果無誤，學生無法即時發現失敗，所以是隱性的失敗。針對這種失敗，學習支架可以是探究性活動表，通過設計相應表格，聚焦學生的注意力，通過活動表的信息，引導學生發現失敗。還可以通過前后代碼對比分析等活動，幫助學生明確失敗的原因，進而形成正確的認識，實現對新知的學習。在此過程中，需要根據實際情況適時增加協作支架，通過學生間的協作，共同發現問題，減少學生的認知負擔。

例如，在《讓機器人更聰明——做出判斷的分支》一課的教學過程中，在學生設計防疫模塊的溫度比較運算活動時，教師使用int()函數對input()函數接受的string類型數據強制轉換為整型數據。在開展活動時，當學生輸入整數的溫度時結果是正確的，但如果輸入小數的溫度就會報錯，所以筆者設計了活動記錄表，以情境支架引導學生進行算法測試，并提供int()、string()函數說明等學案資料，使學生在體驗比較運算符的同時遭遇新的“失敗”，并引導學生將注意力集中在“導致失敗的原因是什么？如何解決？”等問題上，不讓學生過分遭遇失敗，有效引導學生學習發生。

● 場景二：失敗的結果（顯性的失敗）

教學設計片段：

師：Python非常貼心，為我們設計了range()函數，它可以直接生成一組連續增加的數字，構建for循環的迭代列表。[學生打開執行learn2.py，如圖2所示，體驗for-in語句執行過程和結果。教師展示講授執行過程，以及range(start,end,step)語法]

圖2

請同學們嘗試用range()函數輸出2到10之間的偶數。（學生嘗試輸出五個偶數，并分析失敗原因，討論“顧前不顧后”、步長的含義，如圖3所示）

圖3

本案例是《繁花曲線——周而復始的循環》一課的教學片段，重點是理解range()函數的應用，探究語法的特征和作用。在設計時，充分利用range()函數使用過程中可能出現的問題，如學生對函數的參數理解不到位、設置不當，導致無法成功輸出2到10之間的偶數。這里的失敗屬于參數等細節處理不到位導致結果有誤或者有偏差，失敗有顯性的失敗結果和特征。針對這一類型失敗的場景，可以使用問題鏈式的學習支架，引導學生開展獨立探究活動，通過對比分析，使學生聚焦于認知沖突和引起失敗的原因，引發思考。同時，還可以使用協作學習支架，學生互助解決“失敗”，從而促進學習的發生，最后教師總結，幫助學生更好地理解知識點，加深印象。

再如，在《數據的計算》一課的教學過程中，由于分類匯總的操作是初中的技能要求，隨著時間的推移，學生對分類匯總操作要先排列這一知識點已經遺忘或者模糊，在這種情況下，教學中可以故意設置陷阱，提供亂序的數據表，學生根據現有模糊知識儲備來解決問題，必然導致失敗。教師以此問題為契機，讓學生自主探索或小組合作探索出錯的原因，最后提示分類匯總也稱“分類后匯總”。這樣，通過比較、協作等支架，學生能深刻理解分類匯總前排序的作用和意義。

● 場景三：失敗的體驗（感性的失敗）

教學設計片段：

活動一：編寫防疫機器人“小江”的聊天模塊。

師：剛剛我們已經實現了最簡單的人機對話（如圖4），請大家思考一下，我們是如何獲取用戶的姓名信息，并輸出姓名進行對話的？（學生回答）這里有一個關鍵點，就是變量name。（教師講解變量的定義、命名規則、賦值等）恭喜大家，完成了“小江”的第一個功能模塊，但有同學在調試程序時發現了一個Bug，無論輸入什么信息，小江都是同樣的回答，好像智能機器人“小江”不是那么智能，這主要是因為“小江”還沒有判斷的能力，正如我們今天的課題一樣，判斷分支讓機器人更聰明，期待同學們運用本節課判斷分支等知識改進“小江”2.0智能升級版。

圖4

在《讓機器人更聰明——做出判斷的分支》一課的教學設計中，筆者以探究防疫機器人“小江”的設計為主線，將課堂情境化教學與生活化教學相融合，用“小江”的幾個功能模塊探究活動串起整個課堂，采用精準定位、螺旋上升的學習方式。將教學活動置于現實的生活背景之中，激發了學生作為生活主體參與活動的強烈愿望。但是，設計一個現實生活中的防疫機器人，即便是僅僅探究防疫機器人相關算法也是不可能的事，失敗是必然的。這種“失敗”表現為課堂活動成功，但體驗上感覺“失敗”。針對此類問題，筆者的設計思路是關注學生的興趣點和本課的知識難點，設計一個有一定挑戰性和激勵性的任務，用一次似乎不完美的“失敗”體驗，完成新知識的學習，通過互動式教學支架，讓學生明白理性的判斷是建立在理性的認識基礎上的，點燃學生進一步學習知識和知識遷移的主動性，以達成學習和發展的目的，并使情操得到真正的陶冶。

綜上所述，教學中可通過教學設計，引發學生的認知沖突，使其遭遇失敗，教師則根據不同的失敗場景，針對性地提供學習支架，為學生提供幫助，在學生解決當下問題后撤去幫助，實現概念轉變和方案優化，將學習主動權逐步轉移給學生，從而促進學習的發生。在具體教學中，如何選擇合適的學習支架展開教學，需要結合失敗的場景和學情分析，了解學生已有的學習經驗和生活經驗。同時，教師需要注意根據實際問題提供新的支架，既不讓學生過分遭遇失敗，也不讓學生直接獲得解決策略，有效引導學生的學習發生與思維發展。