不同學習階段實施信息學競賽教學的策略*
——基于布盧姆認知領域教育目標分類學修訂版的分析

陳智敏 宋新波 黃細光

（中山市中山紀念中學，廣東 中山 528454）

競賽是發展具有一定天賦學生潛能的重要途經，2020年1月14日教育部推出的“強基計劃”，旨在選拔培養有志于服務國家重大戰略需求且綜合素質優秀或基礎學科拔尖的學生。因此，未來的學科競賽只適合極少部分拔尖的學生，一方面他們需要學有余力且有志向，另一方面要真正熱愛競賽且天賦極強，而這也正是這一次改革的初衷，因為真正的拔尖創新人才本應是在全面發展的基礎上創新思維和能力等高度發展的人才。所以，未來的競賽輔導也需要我們采取更有針對性的選拔及培養策略，更好地組織開展科學的訓練，做好小學、初中、高中信息學教育與大學的貫通銜接，從而為國家輸送更多的拔尖創新型人才。

信息學競賽（全稱全國青少年信息學奧林匹克競賽，簡稱NOI）是一項旨在推動計算機普及的學科競賽活動，要求學生將具體實際的問題抽象成數學模型，重在考察培養學生分析問題、設計算法、編寫程序、調試程序等能力，充分反映了學生的閱讀理解能力、邏輯推理能力、創新解決問題能力等。多元智能理論認為，每位學生都或多或少具有八種智力，同時每位學生都有自己的優勢智力領域，信息學競賽的本質是智能的競技，追求更快、更高、更強的思維極限[1]。因此信息學競賽的教育過程應該是一個包含著篩選優秀人才的過程，需要通過多個階段實施有效教學，選拔出學有余力且數理邏輯智能極強、真正熱愛信息學競賽的學生，以幫助他們進一步開發智能。

以“信息學競賽”或者“信息學奧賽”為關鍵詞在CNKI 中國學術期刊網上進行全文搜索，1991—2021年發表的有關期刊論文和碩博士論文共1843 篇；以“信息學競賽”或者“信息學奧賽”為主題關鍵詞在CNKI 中國學術期刊網上進行搜索，1991—2021年發表的有關期刊論文和碩博士論文共419 篇。可以看出，有關信息學競賽的研究論文數量還相對較少。研究對搜索到的相關度較高的文獻進行關鍵詞共現分析，最終發現，目前國內對信息學競賽的相關研究主要包括以下三個類別：信息學競賽對學生各種思維及能力培養的影響；信息學競賽的教學內容；信息學競賽的教學模式、策略和方法等。

其中，關注信息學競賽的教學質量，實施有效教學，就必須研究在教學中最重要且又是最基本的問題，即如何在不同學習階段針對所側重的知識以及認知過程采取相應的策略以組織學生開展高效學習，非常值得一線教育工作者進行深入地思考和積極地探索，而目前鮮有相應的研究。對此，2001年正式發布的布盧姆認知領域教育目標分類學修訂版給予了明確回答。

一、布盧姆認知領域教育目標分類學修訂版對不同學習階段信息學競賽教學實施的理論指導

2001年正式發布的修訂版布盧姆認知領域教育目標分類學從知識與認知過程相結合的角度對教學目標、教學活動、教學評價以及三者之間的一致性進行分析。其中，知識維度體現為學生需要學習的內容，從具體到抽象的順序依次分為事實性知識、概念性知識、程序性知識、元認知知識，幫助教師區分教的內容；認知過程維度是指學生大腦圍繞知識執行的加工類型，具體分成六個類別，由較低層級的記憶、理解、應用和分析，到較高層級的評價和創造，協助教師明確如何促進學生掌握和應用知識。[2]按照學習進度，信息學競賽的學習過程可分為基礎學習階段、發展學習階段、研究學習階段三個階段。每一個階段，教師不僅要將知識呈現給學生，并且需要設計相應的活動，采取一定的策略指引學生圍繞知識展開相應的認知過程以獲取知識，優化課堂教學結構。[3]

通過對多輪信息學競賽教學情況的分析發現，這里所提到的每一個學習階段都涉及事實性知識、概念性知識、程序性知識、元認知知識的學習。信息學競賽的事實性知識是指學生通曉信息學競賽或者解決相關問題所必須知道的基本成分，包括術語知識、具體的算法以及程序細節和要素知識等；概念性知識則是指在一個相對較大的知識體系內相互作用的基本要素之間的關系，包括關于算法類別的知識、算法的原理以及相關理論、數學模型和數據結構等的知識；程序性知識是關于解決問題、探究問題的方法以及運用算法等解決問題的知識；元認知知識是指有關信息學競賽的認知知識和有關自己認知意識的知識，包括與信息學相關的策略性知識、有關認知任務的知識、對自我的認識等。[4]

根據復雜性以及加工程度的不同，基礎學習階段注重于幫助學生掌握最基本的知識、概念和原理，涉及事實性、概念性、程序性知識的記憶、理解以及初步應用等認知過程；力求有所提高的發展學習階段，應注重概念性知識、程序性知識的遷移和應用，并涉及針對不同問題需求選擇評價相應的算法，同時掌握更多的元認知知識；對知識應用自如的研究學習階段，則更為注重概念性知識、程序性知識的分析、評價與創造，掌握相應的元認知知識。

二、基于布盧姆認知領域教育目標分類學修訂版的信息學競賽基礎學習階段教學策略

基礎學習階段旨在培養學生掌握競賽的規范語言、熟悉簡單的算法，采用集體講授結合舉例演示、比較推理等方法有助于這些事實性、概念性知識講解的系統性和深入性，以及教師主導性的發揮，從而高效、大規模地幫助學生記憶、理解知識并學會對相關程序性知識的初步應用。但由于過分強調統一，因此一定程度上難以兼顧學生之間的差異。例如，學生在開始學習C++等入門程序設計語言的基礎語法時，都會非常感興趣，但在結合具體題目背景開始完成簡單順序結構程序設計時會開始感到壓力，個別學生在學習選擇結構的時候已經開始力不從心，一部分同學在學習循環結構的時候已經感到無助，同一個班級的學習結果逐漸出現兩極分化。

馬斯洛需要層次理論認為，人的需要由生理的需要、安全的需要、歸屬與愛的需要、尊重的需要、自我實現的需要五個等級構成。我們一定要讓學生在求知欲以及自我實現欲望最強的時候，把信息學的基礎打好，在對循環結構的學習以及有針對性地測試之后，教師需要將學生分成兩個層次，并對教學內容進行適當的調整，有針對性地開展相應進度的教學，配合采用個別輔導的方式，幫助學生執行程序、實施算法，讓不同層次的學生編得出程序，在學習中有成就感。同時有意識地引導學生學會自主學習，學習元認知知識，借助相關的教學微視頻有針對性地進行課后的鞏固，例如中國計算機學會邀請NOI 鉆石和金牌教師主講的NOI Online 系列公益課。

此外，保持濃厚的學習興趣才能勇攀科學高峰。很多時候，學生的潛質都是從有興趣再到決心鉆研被一步步挖掘出來的，基礎學習階段需要通過對相關貼近學生學習生活且有趣的編程問題循序漸進地解決，通過一點一滴的成就感的積累，來調動學生學習的積極性與主動性，讓學生參與體驗信息學的同時，養成對信息學的濃厚學習興趣及求知欲望，進而內化情感，這是深度學習在情感上的表征。例如，通過有趣的“喝可樂”的例子，在每3 個空瓶可以換1 瓶可口可樂的情況下，學生積極地根據現有的可口可樂瓶數n 開展While 循環的知識學習；通過“火柴棒等式”的例子，引導學生學習有關多重循環的知識以輸出滿足條件的方案數等。

三、基于布盧姆認知領域教育目標分類學修訂版的信息學競賽發展學習階段教學策略

發展學習階段旨在培養學生通曉競賽所需的基礎算法以具備編程解題的一般能力，注重概念性知識、程序性知識的遷移和應用，是深度學習在認知上的表征，并涉及針對不同問題需求選擇評價相應的算法，同時掌握更多的元認知知識。這一階段的學生，在經過基礎階段的學習之后已存在較大差異，最終決定了我們必須按照學生的層次及水平開展分層教學，以爭取讓每個層次的學生都學有所得，都能夠得到相應的成長，才智得到充分的發揮，以實現個人的價值。

結合學練講評的方式，首先設置不同層次的學習任務、多樣化的學習內容及學習資源驅動學生開展探究訓練，使得基礎比較一般的學生在達到對于所學知識的理解的基礎上，能夠進行簡單的應用；對于基礎比較扎實的學生檢驗對已學知識的理解、應用和分析程度，為其創造性思維的培養打好基礎，同時需要培養所有層次學生的自主學習能力，以進一步適應未來學習的快進度與高難度，實現從“學會”到“會學”的跨越，避免了認知過程維度的單一。其次，在線測試網站上設置多個組別的模擬賽；緊接著在練習之后由相應組別的負責人組織開展賽后的分組討論，在這一階段老師不再需要手把手地教學生每一個知識點，而是側重于激發學生學習的協作性與主動性，通過對不同思維方式及算法的交流，多角度思考問題，協作提高[5]，掌握更多有關信息學學習的策略性知識。而且，思維共享能夠讓學生在學習中收獲更多的成就感及團隊歸屬感，加強對自我的認識等。最后，由教師總結歸納，梳理重點難點，同時在提問上也應該采用分層的策略，鼓勵各層學生積極參與。

四、基于布盧姆認知領域教育目標分類學修訂版的信息學競賽研究學習階段教學策略

培養大批具有創新能力的人才，是信息學競賽的重要使命，信息學競賽是以培養拔尖創新人才為最終目標的。創新就是創造性地、戰略性地試驗不同的方式去解決問題，從創新人才培養角度入手，研究學習階段注重概念性知識、程序性知識的分析、評價與創造，側重培養學生的問題意識，猜想假設并學會運用事實數據去探究驗證，分析評價、歸納運用進而改進算法和程序以解決問題，以開展科學探究教育的方式促進學生有序思考，能夠深化學生計算思維、創新思維等科學思維[6]，提升元認知能力。

同時，通過對往屆優秀競賽選手事跡的宣傳，幫助學生樹立學習目標，并組織不同層次的學生參加國內外不同級別的比賽，包括每年中國計算機學會舉辦的全國非專業級別能力認證初賽及復賽（簡稱CSP）、全國青少年信息學奧林匹克聯賽（簡稱NOIP）、全國冬令營（簡稱NOI WC）、省隊選拔賽、國家隊選拔賽暨全國精英賽（簡稱CTSC）、亞太地區信息學競賽（簡稱APIO）、全國決賽（簡稱NOI）及國際賽（簡稱IOI）、清華北大信息學冬令營及夏令營，以及各級各類國內外網絡公開賽，積累設計算法和編程的經驗，用開放性和多維性的眼光接納新知識，自主學習，主動交互，發現新問題，并鼓勵嘗試創新，出題命題，進一步深化創新思維，而這也是深度學習在行為上的表征。

信息學競賽向來提倡以生為本，據統計，拔尖學生在中學參與競賽學習對大學學習狀態至少存在三項較為顯著的積極影響[7]：一是激發學習的動力，二是有利于學生建立更健康的自我概念，三是有助于學生更好地面對未來的社會競爭。因此，我們應結合對布盧姆教育目標分類表修訂版中“知識”和“認知過程”兩個維度的分析，在不同的學習階段開展科學訓練，努力實現學生的發展，而不同學習階段的目標表明，信息學競賽的教學中拔尖創新人才培養的過程存在多個步驟，需要采用針對性的教學策略，即使是對同一個知識點或者問題的認識，也需要經歷步步遞進的深入領悟、深度學習，最終才能夠真正深化計算思維及創新思維等科學思維。