指向高階思維培養的高中信息技術教學研究

袁慶

（灌云縣楊集高級中學，江蘇 連云港 222200）

一、高階思維概念的界定

高階思維目前沒有統一的定義，比較受到大多數人認可的有以下兩個定義：一個是布盧姆在《教育目標分類學》中的認知領域理論——人們習慣上把“認知過程”中的“記憶、理解、應用”歸于低階思維，把“分析、評價和創造”歸于高階思維；一個是我國學者鐘志賢的理論——認為高階思維是指發生在較高認知水平層次上的心智活動或較高層次的認知能力。高階思維是高階能力的核心，主要包括創新能力、問題求解能力、決策力和批判性思維能力。哈佛大學心理學教授戴（D·Perkins）認為高階思維是可以培養和訓練出來的。良好的思維能力，就像百米賽跑一樣，是一種技術、技巧的訓練結果。高中生的心智逐漸成熟，邏輯思維能力、抽象思維能力以及分析評價能力都足以滿足高階學習的需求，因此，在高中階段進行高階思維的培養具有可行性，其不僅能夠解決低階學習的問題，還具備決策力、判斷力和創造力。除此之外，還能初步解決在學習過程中遇到的劣構問題[1]。

信息技術學科核心素養主要包含信息意識、數字化學習與創新、計算思維、信息社會責任。其高階思維能力主要是指創新能力、問題求解能力、決策能力、評價能力和批判性思維能力等。二者的實質是相互關聯、相互融通的。信息意識是指個體對信息的敏感度和對信息價值的判斷力，在這個素養培養的過程中主要涉及學生對信息的批判能力、評價能力。計算思維是指個體運用計算機科學領域的思想方法，在形成解決問題方案的過程中產生的一系列思維活動。具備計算思維的學生，在信息活動中能夠采用計算機可以處理的方式界定問題、抽象特征、建立結構模型、合理組織數據，并分析、綜合各種信息資源，然后運用合理的算法形成解決問題的方案，在此過程中涉及問題的分析、求解、決策等多種高階能力。數字化學習與創新是指個體通過評估選用常見的數字化資源與工具，以有效管理學習過程與學習資源，并創造性地解決問題、完成學習任務、形成創新作品的能力，在學生素養培養的過程中，他們的評價能力、創新能力等將得到鍛煉與提升。因此，信息技術學科高階思維與核心素養的培養是和諧統一的。

二、指向高階思維培養的高中信息技術學習活動設計

所謂高階思維，是指發生在較高認知水平層次上的心智活動或認知能力。它在教學目標分類中表現為分析、綜合、評價和創造。高階思維是高階能力的核心，主要指創新能力、問題求解能力、決策力和批判性思維能力。下面，筆者以《探究智能家居——物聯網中的傳感與控制機制》一課為例，介紹在高中信息技術課堂，如何通過學生自主的、探索性的、研究性的學習促進高階思維的形成。

（一）情境創設，激發學生探究欲望

1.展示生活場景

觀看智能家居應用中的燈光控制系統視頻，并引導學生提出問題與疑問。真正的有效教學是學生提出問題，并嘗試尋找方法去解決，這樣才能從根本上提高學生的學習內驅力。學生可能會提出以下問題：“為什么手機會控制燈光明暗？”“手機APP 是如何設計出來的？”教師要肯定并贊賞學生發現問題、大膽質疑的行為，鼓勵學生主動發現問題并嘗試尋找方法去解決問題，激發學生的求知欲與學習內驅力。

2.展示實驗場景

教師要求學生觀看利用創客資源制作的“智能控制開關燈系統”，引導學生思考如下問題，并在問題情境中自然過渡到第二個環節：（1）該智能系統中涉及了哪些技術？（2）實驗中的手機是如何控制燈開關的？（3）為何燈會隨著外界環境改變而改變亮度？設計意圖：第一個視頻能夠讓學生初步了解智能家居的硬件組成，初步感知智能家居中的控制機制。第二個實驗場景的設計是為了讓學生更直觀地了解智能家居的技術及設備，通過思考問題對物聯網技術體系產生初步認知，為后續的學習做鋪墊[2]。

（二）實驗分析，初步感知物聯網中的結構

學生根據教師提供的創客及微課資源，結合教材和物聯網的結構，小組共同探究分析智能開關燈系統的運行流程，觀察系統運行過程，了解智能開關燈原理，并完善流程圖。教師則引導學生總結物聯網系統中的技術架構，初步認識物聯網中的傳感與控制機制，落實本節的教學重點。設計意圖：在教師的引導下，學生在觀察、分析實驗的過程中，思考并推理相對應的網絡架構及功能，并能用語言描述出來。這一系列的思維活動，能促使學生完成知識的建構，強化計算思維，培養分析問題、解決問題的能力。

（三）智慧搭建，體驗分析物聯網傳感與控制機制

在本課極域電子教室網絡環境下，教師提供創客學習平臺、學習資源網、微課、在線文檔、軟硬件等資源與工具，學生通過小組分工合作完成實驗。教師以四人小組為單位分發硬件設備——Arduino 主板、藍牙模塊、LED 燈、光敏傳感器，同時提供硬件安裝指引資源，講解各硬件設備的作用，以及連接方法和注意要點。（1）搭建硬件，了解物聯網中的設備。小組分工合作根據微課資源指導完成硬件連接，了解光敏傳感器的作用，結合教材了解傳感技術及嵌入式系統技術在物聯網中的作用。（2）設計軟件，探究運行原理。如何根據外部環境控制燈的開關呢？教師和學生共同分析，經過思考、探究、交流得出，智能開關燈系統的實現主要包括兩個步驟：第一步是設計手機APP，通過Arduino 主板上的藍牙設備與主板連接并控制燈的開關；第二步是通過Mixly 編程獲取光敏傳感器的數據來控制燈的開關。學生利用微課進行自主學習，使用App Inventor 編寫手機APP 并下載到手機，使用Mixly 軟件根據流程圖編寫Arduino 主板程序，控制主板上的設備與元器件。通過本環節的學習，學生理解了程序是物聯網控制機制中的關鍵，實現了設備的功能，控制了設備的運行。根據運行結果，教師引導學生將程序與硬件結合分析整個系統的運行原理，學生經過討論發現，Arduino 主板通過藍牙模塊接收手機APP 發送信號“1”或“2”來控制燈的開關，燈的明暗則是由光敏傳感器實時收集現場環境光線數據并通過編程來實現。通過對系統的綜合分析探究，學生能直觀感受到物聯網中的傳感與控制機制。設計意圖：在本環節中，通過體驗一個完整的物聯網系統，讓學生在觀察、搭建、編程、運行、分析、總結的過程中，既動手又動腦，通過觀察思考總結規律，真正實現深度學習。教師在對實驗的答疑解惑過程中觀察學生的思維活動過程，及時引導學生進行再思考、再實踐，突破思維瓶頸。在這一過程中，學生得以完善對知識和技能的理解并提升思維水平。而針對不同學習基礎的學生設計不同的教學目標并練習，使處于不同層次的學生都能“摘到桃子”，獲得成功的喜悅，從而提高師生合作、交流的效率。通過小組合作探究的學習方式，利用資源網和微課等資源，學生在觀察、分析實驗的過程中，能夠思考并推理相對應的網絡架構及功能，并能用語言描述出實驗中設備的原理。

（四）提升思維，激發創新

高效課堂的構建和學生高階思維的培養是有效教學的目標，在學生理解物聯網傳感與控制機制這一知識的基礎上，教師呈現以下兩個問題：（1）“智能開關燈系統”存在何種不足？還能如何改進？（2）參考資源“各種傳感器的功能”，暢想未來的智能家居，并思考如何設計智能家居，用思維導圖畫出并向大家介紹。通過啟發學生的思維，培養學生運用所學知識解決問題的能力。語言是實現思維、鞏固和傳達思維成果的工具，學生可以通過極域電子教室廣播展示，也可通過電子白板展示。在學生的展示環節中可以看到學生能夠清晰地闡述自己的設計想法，有的學生基于本課的內容，設計了智能開關窗系統，將所學知識創造性地應用創新，學生的信息意識和計算思維得到了有效發展[3]。有的學生設計的智能家居，除了各種物聯網支持下的智能家居外，還將多維空間論和統一場論融入智能家居中的傳送系統，這既體現了學科融合，也體現了創新思維。設計意圖：第一個問題是培養學生用審辯式思維去看待問題，而開放性的問題設計，則給予學生足夠的空間去發揮自己的想象力和創造力，將所學知識與技能有效整合，在設計新型智能家居系統這一過程中，培養學生的智慧和創新能力，實現思維的進階。

三、建議

（一）基于建構主義的高階教學支架

皮亞杰、維果斯基等開創的建構主義理論認為，課堂教學不是教師向學生灌輸知識的過程，而是教師提供學習資源平臺讓學生自我建構和共同建構的過程。按照這個理論來看，高階思維不是教師“教”出來的，而是學生自己“學”出來的。傳統的課堂教學以講授為主，而高階課堂教學以學生的自主、合作探究為主，在此過程中教師應充分利用信息技術及其網絡環境，為學生搭建探究平臺。杜威認為學生思考的過程是由學生對問題的疑惑所引發和維持的，不是自然而然發生的。認知沖突是激發學生思維發展的根本，因此本范式教學主要是以問題為主線，并貫穿教學始終。教學從目標融合開始，即在課堂教學目標確立的基礎上，融入本節課要培養的高階思維目標，然后根據融合目標設計問題情境，開發相應的數字資源，構建數字化探究環境，由此可引導學生開展自主、合作學習，并最終實現思維生長、提升。

（二）構建具有“信息味”的高階思維課堂

信息技術獨特的教學環境決定了信息技術高階思維課堂必然離不開信息化工具的支持。在學習情境、學習活動、歸納提升三個環節也都需要信息技術支撐。例如在進行學習情境的創設時，教師可以拍攝任務情境視頻，也可以利用Flash 制作動畫等方式呈現情境；學習活動環節以學生自主合作學習為主，而教師則需要為學生提供一定的數字化資源，如微課、課件、微視頻、網絡資源鏈接、網絡案例等，如此可助力學生的自主探究；在歸納提升環節教師可以引導學生運用數字化方式對已學的知識進行呈現、對比、分類、建構等。如任務結果的呈現可以引導學生根據需要選擇 Word、PPT、Excel、網站或視頻等形式表達，也可以綜合運用多種軟件輔助呈現。學生在選擇表達方式的過程中必然涉及到決策問題，因此學生的決策能力在該學習過程中能得到培養[4]。

（三）理清教育本質，重構高階課堂教學新策略

高階思維教學的本質應是知識的深度重構。高階思維的學習必須是深度學習、意義學習。當代國際上比較權威的美國教育心理學家理查德·梅耶提出了生成學習的 SOI 模式，該模式強調學生在學習時應主動進行認知加工，即首先需要選擇相關輸入信息，然后在心理上將輸入的信息組織形成一個一致的表征，學生整合信息至現有的知識結構中，如此就完成了意義學習。高階思維的學習不僅要求學生對新獲得的信息進行建構，還要求學生將新獲得知識之間的關系以及其與原有知識之間關系理清，即將新舊知識進行重新整理、合理建構。具有不同思維方式的人重構方式也不同，因此教師在教學中要有目的地引導學生開展知識建構，同時更要有意識地引導學生進行深度、創新建構。

（四）高階思維課堂教學應轉變傳統的教學方式

高階教學方式通常包含變式教學、發現教學、歸納教學、比較教學、演繹教學、圖式教學等，教師在教學中可根據實際需要靈活運用。在進行重難點的教學時，通常運用變式教學以實現學生對重難點知識深度的全面把握。在表達學習結果時可運用圖式呈現，并根據需求選擇不同類型的圖式進行展示，也可將多種教學方式綜合運用[5]。例如在學習Excel 中圖表與表格數據之間的關系時，可逐項變換表格中的某個元素讓學生觀察圖表的變化，然后讓學生自己發現、總結圖表與表格數據之間的內在聯系。在此基礎上，教師再引導學生總結插入圖表的方法、圖表與表格數據之間的關系等。在總結時教師可引導學生利用思維導圖等圖式來表達本節學習的主要內容及其關系，這也是一種圖形化建構的過程，圖形化教學比純文本教學的效果更勝一籌。

四、結語

高階思維的培養策略沒有固定的形式，需要我們教師在教育實踐中不斷總結、不斷摸索、不斷創新。但信息時代的高階思維課堂教學必然是以問題為主線，以復雜或真實的任務為載體，以數字化資源和信息化環境為支撐的課堂教學范式。同時必須注重知識的深度建構。因此，教師在課堂教學伊始必須明確高階思維的培養目標，做到有目的、有意識地組織課堂教學，如此才能最終實現思維進階。