落實(shí)教學(xué)問題設(shè)計(jì)，培養(yǎng)高階思維能力
——以程序設(shè)計(jì)教學(xué)《Image模塊應(yīng)用》為例

陳麗華 浙江省桐鄉(xiāng)市鳳鳴高級中學(xué)

高階思維是高階能力的核心，是指發(fā)生在較高認(rèn)知水平層次上的心智活動或認(rèn)知能力，主要指創(chuàng)新能力、問題求解能力、決策能力和批判性思維能力等。[1]傳統(tǒng)的課堂教學(xué)更注重知識的背誦和記憶，學(xué)生缺乏對問題的獨(dú)立思考與解決過程。長此以往，會導(dǎo)致學(xué)生獨(dú)立思考能力弱，很難將知識融會貫通，從導(dǎo)而致高階思維發(fā)展水平低。因此，培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力，著力點(diǎn)在于課堂教學(xué)，更在于教師。

●培養(yǎng)學(xué)生高階思維能力的意義與可行性

1.高中信息技術(shù)課程培養(yǎng)學(xué)生高階思維能力的意義

①符合學(xué)科核心素養(yǎng)的要求。《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》指出，理性思維能力、批判質(zhì)疑能力、勤于反思能力及問題解決能力與高階思維能力是緊密聯(lián)系的。[2]《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（下文簡稱《課標(biāo)》）也提出了信息意識、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新和信息社會責(zé)任四個核心，這四個學(xué)科核心素養(yǎng)與高階思維能力的培養(yǎng)是相互促進(jìn)、相輔相成的。落實(shí)高中信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)，需要培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力。

②順應(yīng)社會的發(fā)展需求。當(dāng)代學(xué)生作為新時代人才的后備力量，應(yīng)能根據(jù)實(shí)際主動發(fā)現(xiàn)、提出問題，多角度、辯證地分析問題，從而選擇適合自身的方法、運(yùn)用科學(xué)的思維方式認(rèn)識事物、解決問題。培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力有利于開拓學(xué)生的視野，增進(jìn)學(xué)生對知識的理解與運(yùn)用，使學(xué)生在面對真實(shí)問題時能夠靈活地應(yīng)用學(xué)習(xí)到的知識解決問題，從而養(yǎng)成積極探索鉆研、冷靜分析思考、敢于質(zhì)疑權(quán)威、主動解決問題的好習(xí)慣。

2.高中信息技術(shù)課程培養(yǎng)學(xué)生高階思維能力的可行性

①課程性質(zhì)與高階思維緊密相連。普通高中信息技術(shù)課程集實(shí)踐性、綜合性與應(yīng)用性于一體，是與當(dāng)前信息化社會發(fā)展聯(lián)系最為緊密的一門學(xué)科。《課標(biāo)》指出，普通高中信息技術(shù)課程是一門旨在幫助學(xué)生發(fā)展計(jì)算思維、提高數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)課程。[3]課程通過豐富多樣的任務(wù)情境，鼓勵學(xué)生在數(shù)字化環(huán)境中學(xué)習(xí)與實(shí)踐。這就需要教師在教學(xué)過程中采用恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用綜合思維分析復(fù)雜問題，進(jìn)而選擇簡潔高效的方法解決問題；引導(dǎo)學(xué)生從機(jī)械學(xué)習(xí)、被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)向有意義的發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)，使學(xué)生的邏輯思考能力、批判能力、評價與反思能力、遷移能力以及探究能力得到充分的發(fā)展，而這些能力的培養(yǎng)與形成與高階思維能力的培養(yǎng)密不可分。

②課程內(nèi)容與高階思維密不可分。以必修模塊“數(shù)據(jù)與計(jì)算”為例，在該模塊的算法與程序設(shè)計(jì)內(nèi)容的教學(xué)中，編程解決一個問題要經(jīng)過“抽象與建模→設(shè)計(jì)算法→編寫程序→調(diào)試與優(yōu)化→找到最優(yōu)算法”的過程，在這個過程中需要學(xué)生分析歸納、思考討論、邏輯推理，需要學(xué)生調(diào)動問題求解能力、邏輯思維能力、分析與評價能力、批判性思維能力等（如圖1），這些層面的思維能力均屬于高階思維能力。由此可見，高中信息技術(shù)課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)離不開高階思維能力。

圖1

●基于教學(xué)問題設(shè)計(jì)培養(yǎng)高階思維能力的策略

教學(xué)問題設(shè)計(jì)是指教師在教學(xué)過程中根據(jù)特定的教學(xué)內(nèi)容，分析課程類型和學(xué)生情況，對課堂提問的內(nèi)容進(jìn)行有意識的設(shè)計(jì)。筆者基于浙教版高中信息技術(shù)《數(shù)據(jù)與計(jì)算》中的《Image模塊應(yīng)用》一課的教學(xué)，嘗試通過立足真實(shí)情境、借助數(shù)學(xué)模型、基于發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)和依托開放問題這四個教學(xué)問題設(shè)計(jì)策略對學(xué)生高階思維能力進(jìn)行培養(yǎng)。

1.立足真實(shí)情境，培養(yǎng)問題解決能力

在課堂教學(xué)過程中，教師要注重將現(xiàn)實(shí)生活中的真實(shí)問題引入課堂教學(xué)，從而引發(fā)學(xué)生的共鳴，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生更主動地思考、解決問題。例如，教師以案例導(dǎo)入后，提出問題：“計(jì)算機(jī)是如何判斷答題卡上的選項(xiàng)是否被填涂的？”這個問題貼近學(xué)生的學(xué)習(xí)生活，學(xué)生會聯(lián)想到自己考試時填涂答題卡的情境，因此可以順利總結(jié)出計(jì)算機(jī)判斷某個選項(xiàng)是否被填涂的過程：首先逐個取出填涂區(qū)域中的像素，其次對像素進(jìn)行判斷并統(tǒng)計(jì)出黑色像素的數(shù)量，最后根據(jù)黑色像素所占比例確定填涂結(jié)果。真實(shí)情境有利于學(xué)生順利地進(jìn)行知識和技能的遷移與應(yīng)用，在“答題卡識別”問題中，學(xué)生根據(jù)自己的親身經(jīng)驗(yàn)思考、分析問題，最終解決問題。這個基于真實(shí)情境的問題為學(xué)生順利解決問題奠定了良好的基礎(chǔ)。

2.借助數(shù)學(xué)模型，培養(yǎng)分析評價能力

數(shù)學(xué)模型是一種模擬，是用數(shù)學(xué)符號、數(shù)學(xué)式子、圖形等對實(shí)際問題本質(zhì)屬性的抽象而又簡潔的刻畫。[4]數(shù)學(xué)模型是通過對問題進(jìn)行數(shù)學(xué)建模而得到的結(jié)果。數(shù)學(xué)模型可以將問題化繁瑣為簡潔，化抽象為具體，讓問題更直觀易懂。在“答題卡識別”問題中，在學(xué)生總結(jié)出計(jì)算機(jī)識別答題卡的過程后，教師繼續(xù)提出問題“計(jì)算機(jī)如何確定答題卡上信息點(diǎn)的填涂區(qū)域”？引導(dǎo)學(xué)生分析需要哪些數(shù)據(jù)才可以確定一個信息點(diǎn)的填涂區(qū)域。此時，教師可以引導(dǎo)學(xué)生畫一個信息點(diǎn)的填涂區(qū)域數(shù)學(xué)模型（如圖2），幫助學(xué)生對問題進(jìn)行分析。基于圖2的數(shù)學(xué)模型，學(xué)生可以分析出信息點(diǎn)的填涂區(qū)域面積為信息點(diǎn)寬度（fill_w）乘以高度（fill_h），信息點(diǎn)的填涂區(qū)域與信息點(diǎn)起始位置坐標(biāo)（start）、信息點(diǎn)寬度（fill_w）和信息點(diǎn)高度（fill_h）有關(guān)，信息點(diǎn)寬度填涂范圍為（x0,x0+fill_w-1），高度填涂范圍為（y0,y0+fill_h-1），對于多個信息點(diǎn)來說，還與信息點(diǎn)之間間隔的寬度（space_w）和間隔的高度（space_h）有關(guān)。學(xué)生借助數(shù)學(xué)模型對問題進(jìn)行模擬與簡化，提高了對問題的分析評價能力。

圖2

3.基于發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)，培養(yǎng)探索創(chuàng)新能力

發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)是一種主張學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考后發(fā)現(xiàn)問題、解決問題并得出結(jié)論的學(xué)習(xí)方法。發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)主張?jiān)诮虒W(xué)中，教師引導(dǎo)學(xué)生圍繞一定的問題，依據(jù)教師和教材提供的材料，積極思考、探索和發(fā)展相應(yīng)的原理和結(jié)論。學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，學(xué)生只有對學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行主動的意義建構(gòu)、知識內(nèi)化，才能夠把所學(xué)的內(nèi)容牢牢掌握，才能在面對不同情境時順利地進(jìn)行知識的遷移。在“答題卡識別”問題中，學(xué)生在分析出信息點(diǎn)填涂區(qū)域的范圍后，接下來需要思考：“如何判斷信息點(diǎn)像素的顏色？”通過教師提供的答題卡掃描圖像，學(xué)生發(fā)現(xiàn)這些掃描圖像一般是彩色圖像或灰度圖像，所以先要將圖像統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為黑白圖像。此時，教師再提供相關(guān)的閱讀材料，讓學(xué)生尋找“計(jì)算機(jī)將其他顏色模式的圖像轉(zhuǎn)換為黑白圖像”的答案。在這個過程中，學(xué)生通過自己的探索提出自己的觀點(diǎn)和結(jié)論，一步一步建構(gòu)自己的知識體系，不再局限于教師搭建的知識框架。發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)的目的在于最大限度地發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性，提高學(xué)生的探索與創(chuàng)新能力。

4.依托開放問題，培養(yǎng)批判思維能力

開放式問題指的是沒有明確指向性的問題，它沒有統(tǒng)一的答案，學(xué)生可以在比較廣的范圍內(nèi)進(jìn)行思考，有些開放式問題需要學(xué)生自主搜集資料以獲得問題答案。在教材改革后，信息技術(shù)課程內(nèi)容與社會熱點(diǎn)問題結(jié)合得更加密切，考試題材多樣，考查內(nèi)容新穎。在課堂教學(xué)中，教師有必要設(shè)計(jì)開放式問題對學(xué)生進(jìn)行思維鍛煉，從而培養(yǎng)學(xué)生的批判思維能力。例如，在學(xué)生已經(jīng)解決了“答題卡識別”問題，初步感受了計(jì)算機(jī)對圖像進(jìn)行分析、處理的過程后，教師可以讓學(xué)生列舉生活中還有哪些涉及圖像處理應(yīng)用的案例，同時，鼓勵學(xué)生在班級內(nèi)進(jìn)行案例分享。在這個過程中，學(xué)生需要洞察生活中的細(xì)節(jié)，聯(lián)想出各種案例，再經(jīng)過客觀和理性的分析，確定哪些案例涉及圖像處理應(yīng)用。開放式問題讓學(xué)生自己提出見解并基于客觀事實(shí)驗(yàn)證，培養(yǎng)了學(xué)生的批判性思維能力。

●教學(xué)問題設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

1.問題設(shè)計(jì)要有目的性

教師在設(shè)計(jì)教學(xué)問題時應(yīng)明確提出的問題需要達(dá)到的教學(xué)效果和對應(yīng)的教學(xué)目的，避免出現(xiàn)無效問題。課堂上提出的問題應(yīng)緊密圍繞教學(xué)知識點(diǎn)展開，引導(dǎo)學(xué)生拓展學(xué)習(xí)思維，加深對知識點(diǎn)的理解和掌握。新課講授時著重讓學(xué)生搭建學(xué)習(xí)框架、建構(gòu)知識體系，培養(yǎng)學(xué)生的思考、創(chuàng)新能力。復(fù)習(xí)課則更注重學(xué)習(xí)方法的落實(shí)，強(qiáng)調(diào)知識運(yùn)用，培養(yǎng)學(xué)生的分析、歸納、辨別、遷移能力。

2.問題設(shè)計(jì)要有層次性

問題設(shè)計(jì)要注重層次性，要全面清晰地呈現(xiàn)教學(xué)思路，要從多維角度剖析教學(xué)知識點(diǎn)，凸顯知識點(diǎn)的結(jié)構(gòu)層次，讓學(xué)生在思考、分析問題時能依循教學(xué)問題的層次逐步解析問題和理解教學(xué)知識點(diǎn)。教師設(shè)計(jì)的問題應(yīng)達(dá)到承上啟下、拓展延伸、環(huán)環(huán)相扣的教學(xué)要求，從而引導(dǎo)學(xué)生由淺入深分析解決問題。只有這樣，才能使課堂達(dá)到教學(xué)思路清晰流暢、課程結(jié)構(gòu)重點(diǎn)突出的效果。