基于問題解決的小學信息技術教材畫圖單元再設計

郝進峰 齊靜

摘要：皮亞杰的發生認識理論強調了知識與思維的內在一致性，而三層目標結構將“問題解決層”作為知識與思維之間的補充，強調了知識的發生過程。作者從設計者的角度，立足“問題解決層”，重新對小學信息技術畫圖單元進行深入剖析，通過“問題解決層”上承下達、內外融通的方式，實現畫圖單元的重新設計架構，呈現了一個全新畫圖單元課程模型樣態。

關鍵詞：問題解決；核心素養；發生認識論；知識；思維

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2023）10-0029-04

重識

2022年新一輪課程改革著重強調了“重視在教學中培養學生的思維能力”，信息技術更名信息科技更是強調了信息從“知識技能”到“思維能力”的方向轉換。在信息科技新教材未出臺、舊教材未退場的背景下，現階段信息技術教學要從舊教材中汲取新課標的精神，在學生思維能力發展上呈現出新課程的味道。

1.皮亞杰發生認識論思想引領

皮亞杰的發生認識理論認為：知識與思維是內在一致的，思維以知識為基礎，知識是思維的結果。在思維過程結束后，新的知識結構得以建立，思維與知識相互影響、相互促進。[1]它厘清了知識和思維的關系，強調知識的“發生”，觸及結構不斷上升的抽象過程上達思維。

2.學科核心素養三層架構理論補充

知識與思維之間需要建立一個雙向互通的通道，它既要能解釋知識上達思維的過程，又能將思維（學科中強調的是學科核心素養）下達知識層面，以建立新的知識結構來實現知識與思維的一致發展。于微觀的實際教學而言“過程”的研究才是核心，在國內這一研究較為典型的是南京師范大學李藝教授團隊給出的“學科核心素養三層架構理論”。

三層結構模型將宏觀學科素養目標描述模型與微觀教學目標相匹配，提出了“知識—問題解決—思維”的思維教育分層學科教學目標模型。[2]它將知識對應學科知識層，思維對應學科思維層，發生的過程則歸為問題解決層，并將問題解決也作為教學目標的模塊來闡述，不僅延續上承下啟的作用，還有自己獨立存在的模塊結構價值。

將“問題解決”的過程放置于教學目標中，對于教學者而言，它讓設計“過程”有了全新的視界，對發生在學習者內部的知識與思維發生過程準確把握，更有效地開展教學[3]，也讓學習者有了自主形成“矛盾沖突”（即問題）并解決問題的過程，提高學習者的問題解決能力，真正實現深度學習。最關鍵的是它讓課程設計者能重新審視課程建設，將“過程要素”作為知識結構進行指導和設計，對“問題解決”這個知識發生的過程有著更具體的指導。

重思

筆者在東部沿海某省—西部某省兩地教育幫扶過程中，將小學信息技術教材“畫圖單元”作為三層架構理論實踐應用案例進行研究。從知識到思維的內在一致性出發實現單元重構，需要充分照顧到三個層面：一是要能搭建相對精確的承接學科核心素養落實的知識框架體系，能讓思維精確下達；二是繼續以知識為基礎，設計教材向上升級，不斷向思維靠攏；三是要將“問題解決”作為重點，進行內外關聯、上承下啟，最終實現統整。

1.自上而下，以學科素養為核心，進行整體架構

這里說的上和下，是分層教學目標分層的上下，自上而下是“學科思維→問題解決→學科知識”，而自下而上則相反。

從學科思維到問題解決再到學科知識，依托信息學科核心素養（信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任），將涉及畫圖單元知識的思維結構下達于學科知識層過程中“問題解決層”的設計思考：

①觀察、理解、對比、關聯：從體驗畫圖的軟件功能開始，觀察軟件界面及控件、工具，形成初步使用數字軟件的興趣與意識，隨著學習探究能力的升級，在不同軟件間形成對比關聯，理解數字化軟件在學習和社會發展中的作用與價值，其間學生對信息的敏感度和對信息價值的判斷力也能得到提升。

②合作、探究、凝練、創新：將畫圖軟件作為簡易數字化平臺，開展自主性學習和合作學習，如將教材基礎單元內容以圖片格式導入畫圖軟件，通過涂畫等操作，對知識進行更有效的識記和鞏固，指法的應用、鍵盤特殊鍵的記憶，各種功能鍵的使用，都可以在圈圈畫畫中得到強化。用新穎的視角進行探究學習，主動探索新知識和新技能，并保存、展示、交流自己的簡單數字作品，以此為高階思維結構，為高年段數字化學習與創新實踐凝練創意、設計作品打下基礎。

③抽象、分解、建模、設計：通過畫圖軟件的涂色功能進行四色猜想的驗證體驗，數學平鋪與鑲嵌的圖形試驗等活動，在解決這些模擬問題的過程中有意識地將問題分解成若干小問題并逐一解決，嘗試在模擬、仿真、驗證解決問題的過程中進行反思和調整，并將這樣的解決問題方案優化、遷移運用到其他問題的解決中。

④規范、準則、修養、價值：除了信息科技的核心素養，整個人的素養也可以存在于課程架構中。既然單元內容是畫圖，那么創意繪圖必然應該包含藝術素養，欣賞能力、色彩搭配能力、構圖能力等，這一系列跨越學科的多點思維結構，數字化社會所涉 及的文化修養、道德規范與準則、自律的言行、健康的價值觀等都應該在“問題解決層”的架構中充分考慮。

畫圖單元在這樣的理念下進行再設計，它的畫圖功能勢必會減弱，但核心素養的達成就會更加顯性和直接，具象于畫圖單元的思維結構下達于學科知識層過程中“問題解決層”的設計思考在邏輯上更為清晰，但在重構過程中，教師需要思考核心素養在小學信息科技學段到底要體現到什么程度，思維結構以怎樣的形式體現更為合理，這些都需要設計者給出明確的課程指導意見。

2.自下而上，以單元知識為基礎，內容結構升級

從學科知識到問題解決再到學科思維，有了核心素養落實的方向指引，再自知識而上達思維的“問題解決層”中設計重構教材就顯得更有針對性。將畫圖單元知識點打散，按皮亞杰的發生認識論的理解去重新整理區分，可以分為兩大類。

（1）以基礎知識技能為基礎，劃分為初識軟件板塊和圖像處理技能板塊

①初識軟件板塊。側重軟件打開關閉、文件打開保存、界面初識、軟件簡單應用等功能，最終形成整個軟件初識課的知識框架。

②圖像處理技能板塊。可以從畫圖開始，漸次提升至美圖秀秀，對圖像進行編輯和調整。除了繪圖本身，這部分可以預留與藝術、數學等學科融合的通道。

（2）傾向于有生長點的思維提升，劃分為工具使用板塊和數字平臺功能板塊

①工具使用板塊。畫圖軟件中的工具分成三類，一類直接可見，一類需要點開下拉列表或其他才能顯示，還有一類是隱藏工具，需要激活才能使用。從簡單軟件到復雜軟件，存在的最大問題往往是不會找工具，因此這部分教學更側重信息意識的提升。例如，“填充”工具是灰色的，需要用形狀工具去激活；激活粘貼功能，需要激活復制或剪切功能。

②數字平臺功能板塊。畫圖具有最簡易的數字平臺功能，信息基礎模塊等知識點可以通過畫圖這個數字平臺進行教授、鞏固和內化。

這兩個板塊依托最基礎的知識，但又在知識通達思維的過程中形成了思維結構，這種思維結構依附的知識點又形成高一層的知識結構，漸漸靠近思維。板塊與板塊間既有獨立的功能價值，又相互包含，它們其實是畫圖軟件功能的幾種理解，將之梳理歸納才能將“問題設計”逐層提升，“提出問題—解決問題”的思維正是“問題解決層”的核心思考。

3.上承下啟，融成整體，以跨單元跨學科知識銜接進行思維關聯

將畫圖單元知識重新梳理和歸納，形成新的理解。但在具體教學設計中，這幾個板塊都是以畫圖軟件教學作為基礎知識生長點，因此必須通過“問題解決層”將它們融成整體。

①內部融通，單元銜接可見。根據比格斯的SOLO思維水平分類理論[4]，筆者從單點結構深入，抽象出可以在后續學習中持續使用的思維結構，用于以后單元的教學。例如，在學習畫圖軟件后，從四年級的WPS軟件開始又要多次學到；同樣，“復制粘貼”在畫圖中僅涉及圖塊的復制和圖形的復制兩部分，但在之后的學習中，可以延續到WPS文字和文本的復制、文件和文件夾的復制；繪圖工具應用在五年級圖形化編程模塊單元也有相關應用的延伸……這樣的知識結構是逐級提升的，明確了單元知識間的關系，讓單元銜接可見，抽象出的思維結構就能提升知識結構的高度。

②內外融通，學科融合。除了學科內，還可以通過拓展，關聯更多的方向，形成多點思維結構。圖畫需要藝術美，四年級WPS作品中也需要作品表現力，但卻缺乏“如何美”的指導，美術中的色彩搭配，是否可以嘗試在“涂色”內容中進行融合，在“復制粘貼”內容中實現圖形拼搭和整體設計思維雛形，列舉美的幾種常規形態（如對稱美），讓學生有審美上的提升，在這樣的多點思維結構影響下，高階思維能得到更好的提升。圖形處理技能中的復制粘貼翻轉旋轉，也可以與三年級數學“平移旋轉對稱”相對應，加強之后還能與四年級數學的“圖形密鋪”形成關聯。

③上下融通，歸于問題設計。知識與思維是知識發生過程的兩個側面，知識的發生因思維的發生導致知識結構的發生。[5]在思維與知識保持一致的過程中，問題解決層起到了決定性的作用。將學科知識層、學科思維層通過自身上承下啟、內融外接，最終實現板塊的整體化，學科思維有了更高的承接平臺，最終形成關聯思維結構。

重構

通過皮亞杰的認知論到核心素養三層架構的理論分析，再聚焦到“問題解決層”進行承上啟下且內外融通的設計架構，筆者搭建了基于“學科知識層”的初識軟件、圖像處理、工具使用、數字平臺應用四大基礎板塊：初識軟件板塊側重畫圖軟件模塊學習，初步形成軟件初識課框架；圖像處理板塊逐步完善圖像處理的功能；工具使用板塊強調工具的查找使用和分類關聯等軟件操作能力；數字平臺應用板塊強調畫圖中簡易的數字平臺功能。

筆者在“學科思維層”設計了基于信息意識、數字化學習、計算思維、綜合素養四大學科素養能力點的畫圖單元具體思維結構：以觀察、理解、對比、關聯為特征的信息意識點突出軟件初學習的信息價值認知，形成信息遷移能力；以合作、探究、凝練、創新為特征的數字學習點突出畫圖軟件最基礎的數字平臺功能；以抽象、分解、建模、設計為特征的計算思維點突出畫圖應用中涉及的分解、建模等計算思維活動；以規范、準則、修養、價值為特征的綜合素養點在本單元中主要突出畫圖軟件欣賞能力、色彩搭配、構圖能力等藝術素養，也包含數學思維能力等其他非信息科技素養。最終通過“問題解決層”來打亂重構、歸納整理，重新設計出了相對完整的單元框架（如上表）。

這樣的重構，不僅完成了原教材的重要知識點教學，還打通了信息科技課程內外銜接和融合的通道，為深入進行跨學科融合課程研究提供可能。突出核心素養三層架構理論中最核心的“問題解決層”設計，以此為基準選擇合適的內容來承載學科思維，關注知識結構的迭代升級和思維結構的不斷深化，呈現出一個全新的畫圖單元課程模型樣態。

結語

筆者通過對皮亞杰發生認識理論的理解，運用三層結構模型，對畫圖單元教材設計進行了全新的思考，對“問題解決層”的設計架構進行了全方向的分析和規劃。從教材設計者角度對知識的發生過程進行了關注和具體思考，希望能給信息科技教學者以新的啟示。

皮亞杰指出：“所有科學（指‘知識或‘真理），包括高度發展了的科學，都是以處于不斷發展之中為其特征的……簡言之，任何一門科學都總還是不完善的，經常處于建構的過程之中。”[6]因此，信息科技課程需要順應時代的發展，現在探討畫圖單元存在與否或許毫無意義，但這種從設計角度去理解教材的思路，應該能帶給教育工作者新的思考。

參考文獻：

[1]張剛要，李藝.論皮亞杰發生認識論的“哲學性”[J].電化教育研究，2019（08）：15-21.

[2]李藝，鐘柏昌.談“核心素養”[J].教育研究，2015（09）：17-23．

[3][5][6]白倩，馮友梅，沈書生，等.重識與重估：皮亞杰發生建構論及其視野中的學習理論[J].華東師范大學學報：教育科學版，2020，38（03）：11.

[4]JohnB.Biggs，KevinF.Collis.學習質量評價：SOLO分類理論[M].高凌飚，張洪巖，譯.北京：人民教育出版社，2010.