例談初中數(shù)字素養(yǎng)與技能培養(yǎng)的腳手架設(shè)計

顧美俊

（義烏市稠州中學(xué) 浙江 金華 322000）

教育強(qiáng)國和教育數(shù)字化戰(zhàn)略中，數(shù)字化素養(yǎng)和技能被視為一種極其重要的能力，需要在教學(xué)中得到重視和培養(yǎng)。義務(wù)教育階段中的信息科技是一門以提升學(xué)生數(shù)字化素養(yǎng)和技能為導(dǎo)向的課程，教育數(shù)字化戰(zhàn)略中的育人必須依托信息科技課程[1]。

面向數(shù)字化戰(zhàn)略新形勢，立足新課標(biāo)，結(jié)合我國學(xué)生學(xué)情，信息科技中的數(shù)字化素養(yǎng)可以分為三個維度：計算概念、計算實(shí)踐和計算觀點(diǎn)。計算概念主要指知識性的學(xué)科概念，計算實(shí)踐指的是問題解決的做法，計算觀點(diǎn)主要指必備品格、正確的價值觀和關(guān)鍵能力。數(shù)字化素養(yǎng)和技能的提升需要經(jīng)過由淺入深、由簡入繁、由表及里、由具體到抽象的過程。在這個過程中，學(xué)生從原有水平到潛在水平的跨越需要外界的腳手架支持。腳手架能夠幫助學(xué)生在數(shù)字空間中積極、主動建構(gòu)由點(diǎn)及面的、長期的、深入的和系統(tǒng)的知識地圖，是數(shù)字素養(yǎng)和技能提升的關(guān)鍵。因此，結(jié)合筆者的教學(xué)實(shí)踐和實(shí)際教學(xué)效果，分享三個初中信息科技教學(xué)中的腳手架策略，為提升學(xué)生數(shù)字化素養(yǎng)和技能的教學(xué)提供一些建議。

1 提示形式腳手架，整合計算概念

下面以“浙教版”七年級下信息技術(shù)第一單元第4 課“圖像數(shù)據(jù)”一課為例，呈現(xiàn)教師如何設(shè)計提示形式腳手架幫助學(xué)生主動理解計算概念。

師：生活中的圖像有豐富多彩的顏色，圖像經(jīng)過數(shù)字化后計算機(jī)才能處理，那么計算機(jī)是如何存儲與顏色相關(guān)的信息的？老師電腦中有3 張圖像，它們的顏色有什么不同嗎？

生1：第一張只有黑、白色，第二張多了灰色，第三張顏色最豐富。

教師組織學(xué)生打開“探究活動1.docx”，根據(jù)提示形式的腳手架，4 人一組合作探究：三張圖像存儲色彩信息分別需要多少個二進(jìn)制位。

甲組代表：我們得到的結(jié)果是，黑白圖像的顏色信息用1 個二進(jìn)制位存儲，灰度圖像的顏色信息用8 個二進(jìn)制位存儲，RGB 圖像的顏色信息用24 個二進(jìn)制位存儲。

師：你們是如何歸納出這個結(jié)論的？

甲組組員：從老師給的提示中發(fā)現(xiàn)，比如RGB 圖像，24 個1 表示白色，24 個0 表示黑色，其他顏色表示都在這兩個范圍內(nèi)，那么存儲所有RGB 顏色信息就需要24 個二進(jìn)制位。

師：通過這些提示信息，同學(xué)們很快得出了存儲圖像顏色信息需要的二進(jìn)制位數(shù)，這就是顏色位深度的概念。圖像的屬性中能夠查詢顏色位深度等信息。通過查詢，老師將這三張圖像的顏色位深度、分辨率、大小3 類屬性匯總在一個表格中。

教師組織學(xué)生打開“探究活動2.docx”，根據(jù)提示形式的腳手架，4 人一組合作探究：圖像大小和哪些因素有關(guān)。

乙組代表：圖像大小和圖像分辨率、顏色位深度有關(guān)。圖像大小=分辨率×顏色位深度。

師：你們是如何歸納出這個結(jié)論的？

乙組組員：從老師給的提示信息中找到了規(guī)律。

師：通過同學(xué)們的探究，相信大家已經(jīng)明白計算機(jī)是通過二進(jìn)制位存儲圖像的顏色信息。顏色越豐富的圖像，圖像效果越細(xì)膩逼真，同時占用的存儲空間會越大。

計算概念是數(shù)字化素養(yǎng)提升的第一個維度，在“圖像數(shù)據(jù)”一課中主要指圖像的像素、分辨率和顏色位深度等概念。在合作探究中，以提示形式腳手架為支持，學(xué)生主動建構(gòu)圖像數(shù)據(jù)的知識地圖，由非數(shù)字化情境問題轉(zhuǎn)向?qū)?shù)字化知識的理解。這堂課設(shè)計搭建的腳手架主要是：①像素畫的二進(jìn)制圖及相應(yīng)的提示信息；②像素畫的顏色位深度、分辨率、大小3 類屬性表。從學(xué)習(xí)者認(rèn)知角度分析，相比教師直接講解枯燥的概念和公式，倡導(dǎo)真實(shí)性學(xué)習(xí)活動，讓學(xué)生主動經(jīng)歷和有意義地思考，分類、比較、總結(jié)計算概念，更符合以學(xué)生為中心的教學(xué)理念。

2 偽代碼形式腳手架，驅(qū)動計算實(shí)踐

下面以“浙教版”八年級上信息技術(shù)第一單元第10 課《循環(huán)結(jié)構(gòu)——while 循環(huán)》一課為例，呈現(xiàn)教師如何搭建偽代碼形式的腳手架驅(qū)動學(xué)生計算實(shí)踐。

師：每逢大年三十晚上臨近12 點(diǎn)，春晚的主持人會和全國人民一起倒計時，迎接新的一年：5，4，3，2，1，0。如何編寫程序模擬倒計時？

生：print（5），print（4），print（3），print（2），print（1），print（0）

師：這是一種方法。如果從100、1000、10000 開始倒計時呢？有沒有更簡潔的方法？

教師發(fā)布任務(wù)1：實(shí)現(xiàn)1000 秒倒計時，學(xué)生自學(xué)課本相關(guān)內(nèi)容，登錄ItTools 平臺查看任務(wù)，并將偽代碼轉(zhuǎn)換成Python 程序提交到平臺。

師：請同學(xué)丙來分析這段程序。

丙同學(xué)：倒計時程序需要用到循環(huán)結(jié)構(gòu)，即滿足某一條件需要重復(fù)執(zhí)行。程序中的i 變量表示每次倒計時的數(shù)字，循環(huán)條件是i>=0，循環(huán)體中需要執(zhí)行print（i）打印倒計時的數(shù)字，以及i=i-1 將數(shù)字減小1。

師：循環(huán)體中的print(i)和i=i-1 這兩行交換后，結(jié)果一樣嗎？

丁同學(xué)：不一樣。交換后就不能打印出數(shù)字100，而且多了數(shù)字-1。

師：其實(shí)這里面的i稱為計數(shù)器，和古人用繩打結(jié)計數(shù)的作用類似。

教師依次發(fā)布任務(wù)2：求解棋盤麥粒數(shù)。學(xué)生自學(xué)課本相關(guān)內(nèi)容，登錄ItTools 平臺查看任務(wù)，并將偽代碼轉(zhuǎn)換成Python 程序提交到平臺。

教師依次發(fā)布任務(wù)3：折紙。學(xué)生自學(xué)課本相關(guān)內(nèi)容，登錄ItTools 平臺查看任務(wù)，并將偽代碼轉(zhuǎn)換成Python 程序提交到平臺。

計算實(shí)踐是數(shù)字化素養(yǎng)提升的第二個維度，主要指學(xué)生在問題解決過程中的主動嘗試，比如調(diào)試和測試、抽象與模塊化、選擇和優(yōu)化、探索和創(chuàng)新等。在任務(wù)驅(qū)動下，以偽代碼形式腳手架為支持，學(xué)生主動掌握循環(huán)結(jié)構(gòu)中計數(shù)器和累加器兩個重點(diǎn)概念，并借助習(xí)得的知識解決更復(fù)雜的問題。這堂課設(shè)計搭建的腳手架主要是：①偽代碼，幫助學(xué)生掌握循環(huán)條件和循環(huán)體；②改錯題，幫助學(xué)生鞏固循環(huán)語法；③代碼填空題，幫助學(xué)生熟悉計數(shù)器和累加器。偽代碼形式的腳手架能夠通過任務(wù)驅(qū)動學(xué)生主動思考，符合以學(xué)生為中心的設(shè)計理念，保證了整堂課的教學(xué)效果。

3 提問形式腳手架，表達(dá)計算觀點(diǎn)

下面以浙教版七年級上信息技術(shù)第二單元第10 課《數(shù)據(jù)的可視化》一課為例，呈現(xiàn)教師如何設(shè)計提問形式的腳手架引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會使用圖表表達(dá)計算觀點(diǎn)。

課前，教師引導(dǎo)請同學(xué)們填寫好在線問卷，問卷包含體重、身高和飲食習(xí)慣等問題。學(xué)生填寫在線問卷。教師通過問卷星平臺的數(shù)據(jù)可視化功能，向?qū)W生展示生成的條形圖、餅圖、柱狀圖和詞云圖。

師：從圖中你們得到什么有趣的結(jié)論？

生1：我們班身高最高的有171cm。

生2：我們班體重分布集中在40 ～50kg。

師：像這種通過圖像形象生動地呈現(xiàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果的就是數(shù)據(jù)可視化。圖和表是數(shù)據(jù)可視化的常見形式。有了這些身高和體重數(shù)據(jù)，你們能否了解自己的身體質(zhì)量了？

教師將去掉姓名的“學(xué)生身體質(zhì)量統(tǒng)計表.xlsx”傳輸給學(xué)生（包含BMI 的解釋信息），學(xué)生自學(xué)書本相關(guān)內(nèi)容，完成數(shù)據(jù)的可視化，并4 人一小組討論得出的結(jié)論。

師：戊組派代表發(fā)言。

戊組代表：我們得出，偏胖的學(xué)號是4、23、34……偏瘦的學(xué)號是15、27……

師：你們組是依據(jù)什么指標(biāo)得出結(jié)論的？

戊組組員1：我們看到數(shù)據(jù)下方有提示，可以用BMI=體重除以身高的平方來判斷身體質(zhì)量，BMI超過23.9 屬于肥胖，低于18.5 屬于偏瘦。

師：你們是直接看數(shù)據(jù)得出的結(jié)論，還是數(shù)據(jù)經(jīng)過處理？

戊組組員1：將數(shù)據(jù)可視化后，從圖中發(fā)現(xiàn)的。

師：借助數(shù)字化工具，通過數(shù)據(jù)可視化，沒有生命的數(shù)據(jù)也能“說話”，數(shù)據(jù)可視化反映數(shù)據(jù)內(nèi)在的規(guī)律，是社會發(fā)展的利器。

計算觀點(diǎn)的表達(dá)是數(shù)字化素養(yǎng)提升的第三個維度，從學(xué)生表達(dá)的計算觀點(diǎn)中能夠發(fā)現(xiàn)學(xué)生對自己、和他人，以及周圍科技世界的理解，形成正確的價值觀、必備品格和關(guān)鍵能力。在《數(shù)據(jù)的可視化》一課中主要指學(xué)生能夠從圖表中得出有價值的結(jié)論，并借助圖表表達(dá)自己的觀點(diǎn)。在頭腦風(fēng)暴的討論中，以提問形式腳手架為支持，啟發(fā)學(xué)生，學(xué)生主動思考數(shù)據(jù)間的內(nèi)在規(guī)律，形成自己的意見或觀點(diǎn)。這堂課設(shè)計搭建的腳手架主要是：①讀圖表達(dá)觀點(diǎn)中的問題提示；②用圖支撐觀點(diǎn)中教師的提問，符合新課標(biāo)提倡的數(shù)字時代的育人方向和學(xué)科邏輯。

4 腳手架設(shè)計要點(diǎn)總結(jié)

4.1 學(xué)生學(xué)情的適切性

為培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)字化素養(yǎng)和技能，搭建腳手架時首先需要關(guān)注學(xué)生學(xué)情的適切性。學(xué)生學(xué)情分析是腳手架有效搭建的落腳點(diǎn)。只有做好學(xué)情分析，才能幫助學(xué)生開展知識的意義建構(gòu)，促進(jìn)學(xué)生的思維發(fā)展，提升學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力，取得最佳的教學(xué)效果。例如，在設(shè)計《while 循環(huán)》中偽代碼形式的腳手架時，教師需要充分評估學(xué)生的程序設(shè)計能力，預(yù)判他們Python 基礎(chǔ)語法部分的先驗(yàn)知識掌握情況。總之，把握學(xué)生學(xué)情是對“主動經(jīng)歷和有意義思考”教學(xué)理念的具體落實(shí)。

4.2 學(xué)習(xí)活動的真實(shí)性

為培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)字化素養(yǎng)和技能，搭建腳手架時還需要設(shè)計真實(shí)性的學(xué)習(xí)活動。真實(shí)性學(xué)習(xí)活動是腳手架有效搭建的推動力。真實(shí)性學(xué)習(xí)不是事實(shí)性知識和概念性知識的再現(xiàn)，而是程序性知識和元認(rèn)知知識的生產(chǎn)。真實(shí)性學(xué)習(xí)需要在真實(shí)情景中解決問題，倡導(dǎo)“做中學(xué)”“用中學(xué)”“創(chuàng)中學(xué)”。例如，在設(shè)計《圖像數(shù)據(jù)》中提示形式的腳手架時，教師的教學(xué)材料使用前面課程中學(xué)生創(chuàng)作的五顏六色像素畫，以及在設(shè)計《數(shù)據(jù)可視化》中提問形式的腳手架時，教師現(xiàn)場采集的學(xué)生健康數(shù)據(jù)，從貼近學(xué)生生活和學(xué)習(xí)的情景中挖掘?qū)W習(xí)資源，增強(qiáng)學(xué)生的好奇心、求知欲和興趣，符合真實(shí)性學(xué)習(xí)的要求。

4.3 教學(xué)資源的時代性

為培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)字化素養(yǎng)和技能，搭建腳手架時也需要考慮教學(xué)資源的時代性。與時俱進(jìn)的教學(xué)資源是腳手架有效搭建的著眼點(diǎn)。不同于義務(wù)教育階段的其他課程中的物理空間和數(shù)字空間，信息科技是一個融合空間，非常注重資源、技術(shù)和知識的時代性。這要求教師備課時將學(xué)生日常學(xué)習(xí)和生活中的非計算機(jī)情境分門別類，思考和提煉出與信息科技有關(guān)的學(xué)科邏輯和大概念[2]。例如，《圖像數(shù)據(jù)》一課中和圖像大小計算等學(xué)科邏輯和概念，《數(shù)據(jù)可視化》一課中對應(yīng)數(shù)據(jù)組織、圖表分析和數(shù)字化工具等學(xué)科邏輯和概念，這些新資源為腳手架搭建提供了生動的課堂情境。

5 總結(jié)

本文以三個初中信息科技的教學(xué)片段為例，介紹了三種腳手架策略。通過這種方式，學(xué)生能夠積極掌握計算概念，主動計算實(shí)踐，表達(dá)計算觀點(diǎn)，提高他們的問題解決能力、創(chuàng)新能力和自我管理及規(guī)劃的能力。然而，也要認(rèn)識到腳手架策略并不是所有信息科技課程的萬能策略。在實(shí)際教學(xué)中，教師還應(yīng)優(yōu)化和開拓教學(xué)策略，超前布局信息科技的課程設(shè)計，有力應(yīng)對科技突飛猛進(jìn)的社會大變局，為培養(yǎng)數(shù)字化素養(yǎng)與技能的人才奮力開拓新局[3]。