面向計算思維培養(yǎng)的真實問題設(shè)計與教學(xué)實施

王西凱

摘要：倡導(dǎo)真實性學(xué)習(xí)是《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》五大課程理念之一，真實性學(xué)習(xí)也是計算思維培養(yǎng)的重要過程，而真實問題的設(shè)計是真實性學(xué)習(xí)的起始和重要載體。本文基于真實性問題設(shè)計的意義和現(xiàn)實困境，以《幸運大轉(zhuǎn)盤》一課為例，梳理出真實性問題的設(shè)計原則及教學(xué)實施策略與技巧，以此促進(jìn)真實性學(xué)習(xí)的落地與實施。

關(guān)鍵詞：真實問題；真實性學(xué)習(xí)；計算思維；信息科技

中圖分類號：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 論文編號：1674-2117（2023）14-0039-03

真實問題與計算思維

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）中提出，在學(xué)習(xí)層面，信息科技課程要倡導(dǎo)真實性學(xué)習(xí)，包括：創(chuàng)新教學(xué)方式，以真實問題或項目驅(qū)動，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷原理運用過程、計算思維過程和數(shù)字化工具應(yīng)用過程，建構(gòu)知識，提升問題解決能力；注重創(chuàng)設(shè)真實情境，引入多元化數(shù)字資源，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度；支持學(xué)生在數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境下進(jìn)行自我規(guī)劃、自我管理和自我評價，鼓勵“做中學(xué)”“用中學(xué)”“創(chuàng)中學(xué)”，凸顯學(xué)生的主體性。計算思維是中小學(xué)信息科技學(xué)科核心素養(yǎng)中最關(guān)鍵和核心的部分。具備計算思維的學(xué)生，能對問題進(jìn)行抽象、分解、建模，并通過設(shè)計算法形成解決方案；能嘗試模擬、仿真、驗證解決問題的過程，反思、優(yōu)化解決問題的方案，并將其遷移運用于解決其他問題。因此，問題的設(shè)計和解決，是中小學(xué)信息科技學(xué)科課程落地實施的難點，是落實真實性學(xué)習(xí)的關(guān)鍵要素，而問題的真實性是問題設(shè)計的重要原則之一。所以，真實問題的科學(xué)設(shè)計與有效的針對性教學(xué)實施，直接決定了學(xué)生核心素養(yǎng)的養(yǎng)成，決定了計算思維提升的質(zhì)量。

現(xiàn)實困境及成因

1.重情境設(shè)計，輕問題真實性

在信息科技課程的教學(xué)中，教師普遍采用情境內(nèi)容和任務(wù)式教學(xué)方法。但在進(jìn)行問題（情境）設(shè)計時，教師更注重其中的趣味性、游戲化和故事化，重視對知識點與技能點的覆蓋與體現(xiàn)，而忽視問題的真實性和開放性，對利用編程等信息技術(shù)解決生活中的真實問題沒有引起足夠的重視，甚至為了達(dá)成知識與技能目標(biāo)，設(shè)計的教學(xué)情境偏離了生活實際。

2.真實性問題設(shè)計能力較弱

中小學(xué)信息科技教師年齡整體年輕，缺少足夠的生活閱歷和體驗。因此，在設(shè)計問題或情境時，缺少相關(guān)的生活背景知識和工業(yè)產(chǎn)品經(jīng)驗，缺少對復(fù)雜真實問題的切身體驗與研究操控能力，也缺少基于復(fù)雜問題的課程內(nèi)容開發(fā)能力，所以，設(shè)計的問題或情境與實際的工作過程相差較遠(yuǎn)，制作出的作品（產(chǎn)品）與生活中的真實應(yīng)用差距較大。

3.“教-學(xué)-評”分離，教學(xué)方法傳統(tǒng)，真實性學(xué)習(xí)無法貫徹

部分信息科技教師還停留在“以知識技能為中心，以教師為中心，以教為中心”的階段，加上課時較少且不連續(xù)，大單元教學(xué)和項目式學(xué)習(xí)沒有得到有效落實，教學(xué)過程主要以完成零散的操作任務(wù)為主，忽視學(xué)習(xí)過程中的生成性問題，也缺少對學(xué)生的探究精神和計算思維的培養(yǎng)。在“教-學(xué)-評”一體化方面，教學(xué)內(nèi)容的探究性不強(qiáng)，也缺少相應(yīng)的評價，對計算思維等核心素養(yǎng)的評價處于摸索階段，還沒有有效的量表與工具。

真實問題設(shè)計原則與策略

大部分教師能夠設(shè)計完整的教學(xué)問題（情境或者任務(wù)），但對于設(shè)計真實性問題，還需要掌握一些方法和策略，需要基于以下維度進(jìn)行考量。

1.真實問題設(shè)計原則

（1）問題要真實且典型：來源于生活，但高于生活，還要回歸生活。在設(shè)計問題或者情境時，要了解生活中的真實需求，在高年段，還要了解項目產(chǎn)品的技術(shù)與市場。因此，來源于生活的典型和真實的問題一定是復(fù)雜的、開放性的、有代表性的、可以產(chǎn)生多種可能的，而且能夠體現(xiàn)或者涵蓋該產(chǎn)品或者技術(shù)的關(guān)鍵能力和必備品格等目標(biāo)。

（2）興趣與就近發(fā)展區(qū)：與學(xué)生的認(rèn)知水平和習(xí)慣相適應(yīng)。在新課標(biāo)中，除了強(qiáng)調(diào)項目式學(xué)習(xí)以外，還在每個學(xué)段設(shè)計了跨學(xué)科主題內(nèi)容。從主題來看，前三個學(xué)段雖然也是真實性問題，但從內(nèi)容上更側(cè)重實驗或者游戲，從方法上更側(cè)重理解或描述。第四學(xué)段設(shè)計了“無人機(jī)互聯(lián)表演”“在線數(shù)字氣象站”“人工智能預(yù)測出行”等主題，已經(jīng)是基于真實問題的復(fù)雜項目，與計算思維的高階培養(yǎng)目標(biāo)相匹配。

因此，在設(shè)計真實問題時，不能過度強(qiáng)調(diào)問題的復(fù)雜性，而是要根據(jù)新課標(biāo)的要求，在低年段以簡單問題為主，在高年段以復(fù)雜問題為主，這就需要設(shè)計者在做好學(xué)情分析的基礎(chǔ)上，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，師生共同參加教學(xué)的設(shè)計，讓學(xué)生從教學(xué)內(nèi)容的被動者變成問題（情境）的參與者。

（3）開放且有層次。在整體設(shè)計時，需要綜合考量問題復(fù)雜度的進(jìn)階性，但在具體的問題設(shè)計時，需要重構(gòu)典型的真實性問題，為學(xué)生學(xué)習(xí)提供探究空間，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維。

（4）問題可分解并可行：問題可以解決并有產(chǎn)品或者解決方案。計算思維是在問題解決過程中，通過對問題進(jìn)行抽象、分解、建模，設(shè)計算法形成解決方案，并將其遷移運用于解決其他問題。雖然在不同的學(xué)習(xí)階段，有不同的要求，但好的真實性問題，應(yīng)該是開放和劣構(gòu)的，也應(yīng)該是能分解和可解決的。

2.真實問題設(shè)計策略與技巧

目前正處于新課標(biāo)和舊教材的過渡階段，因此在實際教學(xué)中，要以新課標(biāo)為依據(jù)，以核心素養(yǎng)提升為目標(biāo)，結(jié)合學(xué)情和學(xué)習(xí)環(huán)境，對原有的教學(xué)情境按照以上真實性問題的設(shè)計原則，基于現(xiàn)有內(nèi)容，進(jìn)行改造、重構(gòu)、優(yōu)化與升華。

以《幸運大轉(zhuǎn)盤》一課為例，本課原有的教學(xué)情境主要是通過隨機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度與固定的旋轉(zhuǎn)次數(shù)的結(jié)合，達(dá)到“幸運（隨機(jī)）”的效果，但原有教學(xué)設(shè)計中只有一種玩法—指針正轉(zhuǎn)，學(xué)生并不能真正理解旋轉(zhuǎn)角度與旋轉(zhuǎn)次數(shù)及最終結(jié)果的關(guān)系。受學(xué)生的生成性問題啟發(fā)，結(jié)合真實的轉(zhuǎn)盤體驗，筆者對原有的問題進(jìn)行解構(gòu)再組織，增加了學(xué)習(xí)任務(wù)的真實性和趣味性。將任務(wù)分成四個，并將“廣播”功能從“控制開始與結(jié)束”改為“四種玩法按鈕”。情境的重構(gòu)和優(yōu)化，既體現(xiàn)了問題的真實性和復(fù)雜性，也體現(xiàn)了教與學(xué)過程的進(jìn)階性，從而極大地提升學(xué)生的問題解決能力與遷移能力。具體設(shè)計如下：①基本任務(wù)。控制指針的正轉(zhuǎn)，實現(xiàn)幸運大轉(zhuǎn)盤效果，完成基本教學(xué)任務(wù)。

②進(jìn)階任務(wù)。至少滿足大轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)一圈以上，學(xué)生加深理解旋轉(zhuǎn)角度與旋轉(zhuǎn)次數(shù)的關(guān)系。③挑戰(zhàn)任務(wù)。減少指針壓線的幾率，進(jìn)一步加深理解，并解決生成的真實性問題。首先引導(dǎo)學(xué)生觀察指針壓線的幾率，然后引導(dǎo)學(xué)生探究可能的原因（30度的倍數(shù)），最終提出優(yōu)化的解決方案。④遷移任務(wù)。控制指針的反轉(zhuǎn)或者轉(zhuǎn)盤的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)幸運大轉(zhuǎn)盤的效果。通過這一環(huán)節(jié)，提升了學(xué)生的應(yīng)用能力，并有效提升了學(xué)生的知識與技能的遷移能力。

真實性學(xué)習(xí)實施技巧

有好的真實問題設(shè)計，還需要有對應(yīng)的教學(xué)策略、學(xué)習(xí)方法與評價機(jī)制，才能有效發(fā)揮真實問題的作用。

（1）讓學(xué)習(xí)真實發(fā)生。要以學(xué)生和學(xué)習(xí)為中心，以單元主題為整體，以項目為抓手，開展主題教學(xué)活動。通過引入專家參與教學(xué)、組織學(xué)生現(xiàn)場教學(xué)和建設(shè)專業(yè)實驗室等，為學(xué)生提供更真實的具身體驗。

（2）落實真實性學(xué)習(xí)，建立實例資源庫。根據(jù)學(xué)生實際，設(shè)計、收集和整理多層次和多樣化的真實性案例，并建立實例資源庫。以新課標(biāo)中的模塊8為例，除了自動駕駛、智能家居、可穿戴設(shè)備等城市生活中常用的物聯(lián)應(yīng)用場景以外，還要設(shè)計適合鄉(xiāng)村學(xué)生的“智慧農(nóng)業(yè)”“弱勢群體關(guān)懷”等場景。

（3）虛實結(jié)合，化繁為簡，變抽象為形象，創(chuàng)設(shè)真實性學(xué)習(xí)環(huán)境。以第四學(xué)段為例，無論是互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)還是人工智能，都是按照一定的原理，通過相關(guān)技術(shù)將虛擬世界和真實世界進(jìn)行了有效的連接和映射。因此，在教學(xué)中可以通過真實世界和虛擬世界進(jìn)行相關(guān)性類比，幫助學(xué)生理解虛擬技術(shù)及其背后的原理。虛實結(jié)合的另一個含義指的是虛擬實驗、科學(xué)實驗與工程實踐相結(jié)合。可以通過多媒體資料，幫助學(xué)生感受萬物互聯(lián)的場景，了解萬物互聯(lián)背后的基本思想；通過虛擬實驗系統(tǒng)，幫助學(xué)生理解和掌握物聯(lián)網(wǎng)的科學(xué)原理和知識；各地根據(jù)自有條件，結(jié)合綜合實踐、勞動教育、科創(chuàng)教育等課程與內(nèi)容，搭建真實的物聯(lián)網(wǎng)簡易系統(tǒng)；開展微實驗，每課時解決一個小問題，解決課時分散的問題。在項目中，既可以建設(shè)真實系統(tǒng)，也可以通過實驗套件和實驗平臺進(jìn)行模擬實驗，還可以通過虛擬平臺進(jìn)行虛擬實驗。這種結(jié)合，考慮了不同地域的教學(xué)條件差異，為學(xué)生學(xué)習(xí)提供了不斷提升的進(jìn)階實驗環(huán)境，同時也加深了學(xué)生對真實問題的復(fù)雜性的理解，進(jìn)一步提升了學(xué)生“分解、抽象”及真實問題的解決能力，提升了計算思維。

（4）素養(yǎng)目標(biāo)落實到課時且可評測，開展真實性學(xué)習(xí)評價。根據(jù)課程目標(biāo)和學(xué)段目標(biāo)，把計算思維拆解和落實到單元和具體的課時，落實到具體的學(xué)習(xí)內(nèi)容，并能夠進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪^程性及終結(jié)性的評價。在具體評價時，弱化考試和測驗，增加學(xué)生展示和分享的機(jī)會，并進(jìn)行綜合的、真實性的學(xué)習(xí)系統(tǒng)評估。

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