面向計算思維培養的支架式教學模式研究

陳可鈞 裘國永

陜西師范大學 計算機科學學院 陜西 西安 710119

引言

隨著大數據和人工智能時代的到來，一種運用計算手段解決問題的思維活動——計算思維成為計算時代的新產物[1]?！镀胀ǜ咧行畔⒓夹g課程標準（2017年版）》將計算思維列為信息技術學科核心素養[2]。當今，如何在信息技術課堂中培養學生的計算思維能力已成為當前教育研究的熱門話題。

在新課標背景下，信息技術學科的培養目標和教學內容發生了巨大變化，信息技術教師需要對自己的知識結構做出較大調整。但是，由于教學環境的限制，許多一線教師在教學中缺乏必要的理論指導，難以有針對性地對核心素養進行培養。在設計能夠滿足學生需求、激發學習興趣、培養學生能力的具體教學內容時還有許多問題有待進一步改進。

1 支架式教學與計算思維培養的契合點

1.1 學習支架

“支架”又稱為“腳手架”，Wood最早將該術語引入教育領域，描述在學習過程中對學習者的有效支持[3]。維果斯基認為學習支架可以幫助學習者跨越最近發展區到達潛在發展區，Pressley認為學習支架應該在了解學生需求的基礎上及時為他們提供幫助，并在學生能夠獨立解決問題時及時撤除[4]。

此外，研究者對學習支架的具體類型提出了不同見解。根據使用目的，Bernie Dodge將其分為接收支架、轉換支架和產品支架。根據表現形式，閆寒冰將其分為范例、問題、建議、向導、圖表[5]。綜合國內近年的研究文獻，根據學習支架的實現效果，大致能分為如表1所示的幾種類型[6]。

表1 學習支架的實現效果與具體形式

1.2 計算思維

自計算思維概念提出以來，研究者們從不同角度對其進行定義。周以真將其定義為問題和解決方案通過信息處理流程描述的思維方式[7]。國際教育技術協會（ISTE）和計算機科學教師協會（CSTA）將其定義為包含確定問題、數據分析、數據抽象、算法設計、整合有效方案以及推廣求解方法的問題解決過程[8]。普通高中信息技術課程標準修訂版（2017年版）將其定義為運用計算機科學領域的思想方法，形成問題解決方案，并遷移到相關問題的解決過程中。計算思維內涵豐富、評價手段多樣，是信息技術學科學習效果檢測的重要指標。

1.3 兩者的契合點

結合近年來的研究文獻，國內學者從不同的研究角度發現學習支架應用于信息技術課堂能有效培養學生的計算思維，例如王肖蓮的Scratch教學[9]、王晶晶的Swift教學[10]、潘麗麗的情境式教學[11]。信息技術學科集理論和實踐于一身，實踐性很強。高中信息技術教材中每章都設有活動項目，部分學生在項目活動課程中對解題思路毫無頭緒。為此，教師應提供各類學習支架使學生能快速明確學習目標，引導學生形成解題思路，利用各種資源解決數據收集處理、算法與程序設計等實際問題，不斷發現并跨越最近發展區，實現計算思維能力的培養。

2 支架式教學的框架構建

2.1 設計原則

2.1.1 體現學生主體原則：學生是學習的主體，只有充分了解學生的認知水平和思維特點，才能找到學生的“最近發展區”，通過引導探究，充分發揮學生的主觀能動性。

2.1.2 促進知識深化原則：學習支架不能直接給出答案，而只是提供線索，引導學生主動探究問題解決方法，鼓勵學生溫故知新，結合新舊知識更新知識體系。

2.1.3 及時動態調整原則：學習者特征和學習任務難度不盡相同，學習支架的設計既要符合學習者在不同認知階段的學習需要，也要根據任務難度設計不同程度的學習支架。

2.2 模式構建

在遵循上述原則的基礎上，本文構建了面向計算思維培養的支架式教學模式，包括支架準備、知識講解、引導探究、小組協作與評價總結環節，教學模式結構框架如圖1所示。

圖1 面向計算思維培養的支架式教學模式的結構框架

實施教學時，教師需要提前對學生認知水平和思想特征有所了解，做好支架搭建的準備；在課堂中創設學習情境，激發學生的學習興趣，使學生掌握課堂知識，達到一定的認知水平；接著通過提供資源、設置任務，引導學生進行深度思考，并在組織課堂活動時適當提供各類支架進行指導；在評價總結環節，不僅要對學生作品進行評價反饋，還要對自己的教學設計進行反思，并根據課堂效果和學生反饋及時調整學習支架。計算思維的五大維度（創造力、算法思維、批判性思維、問題解決、合作與溝通能力）在教學活動的不同環節均有所體現，教師通過該教學模式能更有針對性地設計出不同類型的學習支架，并在課堂教學中進行實踐，最終促進學生計算思維能力的有效培養。

2.3 特點分析

盡管支架式教學的研究和應用較為廣泛，但針對信息技術學科的相關文獻仍然較少。本文基于高中信息技術課堂課時少、內容廣、項目多等特點，將支架式教學引入高中信息技術課堂，使學生在學習理論知識的同時，在學習支架的指導下利用已有知識和解題線索進行主動探究，以計算機思維分析問題，在團隊合作中形成問題解決方案，學會對他人作品進行評價并自我反思，進而培養學生的計算思維能力。

3 本文教學模式的教學案例

本研究實踐于2022年4月至2022年6月，教學對象是西安市某中學高一年級學生，在人教版必修1第一章的教學中，設計探究主題《旅游向導》：你是一名旅游向導，在本次招待任務前，你需要繪制一張思維導圖，向游客介紹當地特色。其中，教師成果展示如圖2所示，教學過程如表2所示。

圖2 《旅游向導》教師成果展示

表2 《旅游向導》教學過程

4 支架式教學的應用效果和反思

該班級共有52名學生，在小組協作環節分成9個小組，其中有47名學生（90.4%）表示該教學模式為他們提供了較大的幫助，主要體現在以下幾點：①能夠快速明確學習目標，在收集和分析數據前已有大致方向，而不是漫無目的地開展項目活動；②通過教師設置的梯度任務，了解當堂課的具體學習內容，既學習了課本知識，也培養了主動探究知識的習慣；③在小組合作中分享各自的意見，對問題解決的過程和方法有了更深刻的理解；④掌握了多種評價他人作品的方法，總結歸納出對自己作品的改進建議。

同時，有3名小組長（33.3%）反映小組協作環節的不足之處：①組內分工不明確，部分組員需要擔任多種角色，因任務過重從而降低了積極性；②小組成員對展示內容看法不一，難以在規定時間內討論出所有組員都滿意的結果。

本文中的教學模式充分發揮了學生的學習主體性，以小組合作的形式探究知識，對學生計算思維的五大維度有所培養，同時也存在一定的局限性，如分工不明確、討論不充分等。在后續課程的支架設計中，可以添加角色分工表為任務分配提供參考，引入對學生的課堂討論積極性和學習態度等數據的分析。此外，本研究還需擴大樣本容量和范圍，在其他年級或學科中進行實踐以使研究結果更具有說服力。

5 結束語

相對于“教師講，學生聽”的傳統教學模式，本文的支架式教學模式更加注重學生的主體性。將該模式應用于高中信息技術課堂，學生能夠根據解題線索主動探究，在學習支架的指導下主動對學習資源進行加工，促進知識深化，在培養學生計算思維能力方面存在較大優勢，以期為相關研究提供參考。