面向計算思維的高中信息技術(shù)任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)模型探究

吳遠(yuǎn)麗

（云南師范大學(xué)信息學(xué)院，云南 昆明 650500）

隨著信息化時代各項(xiàng)科學(xué)技術(shù)的普及應(yīng)用，計算思維開始不斷受到重視。從根本上，計算思維可以說是信息技術(shù)學(xué)科的內(nèi)在價值體現(xiàn)[1]。高中信息技術(shù)課程以計算機(jī)為其主要工具，具有邏輯性、思維性、實(shí)踐性和抽象性等特征，要求學(xué)生運(yùn)用綜合性的思維運(yùn)用計算機(jī)求解問題，而計算思維正是信息技術(shù)課程中集抽象、邏輯、評估、遷移等特征解決問題的思維方式。它作用于各種計算機(jī)技術(shù)，是一種交互性的思維能力，是人與各種信息技術(shù)資源在思維層面上的結(jié)合，從而更好地解決各種大規(guī)模復(fù)雜性的問題。信息技術(shù)課程的目標(biāo)不僅是教會學(xué)生操作各種信息技術(shù)，還要內(nèi)化成自己應(yīng)用這些信息化資源的能力，就像日常的讀寫算一樣。任務(wù)驅(qū)動教學(xué)作為信息技術(shù)課程常用的教學(xué)方式，強(qiáng)調(diào)將教學(xué)內(nèi)容組織成一個或連續(xù)幾個任務(wù)的形式，讓學(xué)生探究完成任務(wù)從而習(xí)得相應(yīng)的知識和能力。在任務(wù)過程中，學(xué)生需要在自主和合作學(xué)習(xí)中激發(fā)思維，綜合運(yùn)用已有和新知識技能去探究解決問題的方案。如果能夠進(jìn)行恰當(dāng)?shù)娜蝿?wù)驅(qū)動設(shè)置，將學(xué)生思維的培養(yǎng)方法融合到任務(wù)過程中，有意識地引導(dǎo)和激發(fā)學(xué)生的思維運(yùn)用，相信能夠?qū)W(xué)生計算思維的發(fā)展有一定的幫助。

1 計算思維培養(yǎng)與高中信息技術(shù)課程

就計算思維的定義來說，雖然各有不同，但都未脫離核心。計算思維不是外在的能力，而是學(xué)生內(nèi)在的、經(jīng)過長期訓(xùn)練的思維活動，它能夠讓學(xué)生在面對新的科技手段時自發(fā)地做出自己的判斷，運(yùn)用先前所學(xué)進(jìn)行思考和應(yīng)對，調(diào)動自身綜合運(yùn)用各種思維方法以及技術(shù)工具進(jìn)行問題求解。國際教育技術(shù)協(xié)會（ISTE）和計算機(jī)教師協(xié)會（CSTA）聯(lián)合對計算思維提出了一個在操作性方面的定義：“計算思維是一種解決問題的過程，包括明確問題、分析數(shù)據(jù)、抽象、設(shè)計算法、評估最優(yōu)方案、遷移解決方法六個要素”[2]。計算思維的培養(yǎng)在高中階段是一個非常關(guān)鍵的時期，學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展表現(xiàn)在能夠?qū)栴}進(jìn)行抽象概括、歸納演繹、反向推理、批判創(chuàng)新等。在信息技術(shù)課程中，要引導(dǎo)學(xué)生能夠?qū)⑦@些能力運(yùn)用到信息化的學(xué)習(xí)中，在與信息化技術(shù)和資源的交互和認(rèn)識過程中，有意識地培養(yǎng)這些能力。信息技術(shù)課程不僅教會學(xué)生掌握相關(guān)的知識理論、操作技能，也要培養(yǎng)相應(yīng)的學(xué)科性思維，計算思維是最重要的體現(xiàn)。

高中信息技術(shù)課程是在中小學(xué)信息技術(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)立的一門課程，其目的在于依據(jù)學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)和已有的信息技術(shù)基礎(chǔ)進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的信息技術(shù)基本素養(yǎng)。在日益發(fā)展變化的信息化社會中，學(xué)生不應(yīng)該僅僅掌握特定的信息技術(shù)操作方法、程序的編寫或是理論知識，更應(yīng)該具備信息技術(shù)學(xué)科的思維方式。信息技術(shù)學(xué)科的教學(xué)目標(biāo)也應(yīng)該將著重點(diǎn)放在信息技術(shù)學(xué)科知識技能與學(xué)科思維的結(jié)合培養(yǎng)上，突出學(xué)生思維的運(yùn)用。要培養(yǎng)學(xué)生自己的計算思維意識和能力，幫助學(xué)生在面對不斷迭代發(fā)展的硬軟件和系統(tǒng)設(shè)備時做出自己的思考和運(yùn)用，能夠創(chuàng)新性、批判性地使用甚至更新這些信息技術(shù)。在這樣的社會化環(huán)境發(fā)展中，信息技術(shù)課程需要創(chuàng)造更多的條件讓學(xué)生更好地激發(fā)和運(yùn)用計算思維。

2 任務(wù)驅(qū)動教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生計算思維的可行之處

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)作為一種教學(xué)手段，具有比較強(qiáng)的操作性，也是信息技術(shù)這樣實(shí)踐性強(qiáng)的課堂中常用的教學(xué)方式。任務(wù)驅(qū)動教學(xué)是指教師在教學(xué)之前首先明確教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)任務(wù)情境，利用任務(wù)的解決過程承載教學(xué)內(nèi)容，展開教學(xué)活動，學(xué)生在任務(wù)過程中主動探究，獲得新知與技能[3]。課堂任務(wù)中強(qiáng)調(diào)學(xué)生自身的主動性，而教師的定位在于課堂的引導(dǎo)與幫助。同時，任務(wù)不僅來源于課本，更是來源于學(xué)生的實(shí)際生活，是學(xué)生能夠接觸到的有趣真實(shí)的事物，能夠激發(fā)學(xué)生的好奇心和探索的欲望。將教學(xué)目標(biāo)融于任務(wù)中，任務(wù)強(qiáng)調(diào)真實(shí)性、趣味性，符合“最近發(fā)展區(qū)”[4]的特點(diǎn)。學(xué)生能夠在任務(wù)的完成和問題的解決過程中獲得樂趣、真實(shí)的成就感和做中學(xué)的體驗(yàn)感。

計算思維作為一種思維方式，有其獨(dú)特的形成過程，需要在連續(xù)性的實(shí)踐和學(xué)習(xí)中逐漸累積和內(nèi)化。計算思維運(yùn)用于實(shí)踐，也來源于實(shí)踐，指導(dǎo)實(shí)踐。因此，計算思維的培養(yǎng)不僅僅需要理論知識的學(xué)習(xí)，更需要大量的實(shí)踐操作練習(xí)。通過實(shí)踐的大量累積，才能形成大腦思維的反射。計算思維雖然具有抽象性，卻也需要在具體的課堂學(xué)習(xí)和實(shí)踐操作中習(xí)得。任務(wù)驅(qū)動教學(xué)作為操作性極強(qiáng)的一種教學(xué)方式，需要學(xué)生進(jìn)行大量的實(shí)踐操作和反思總結(jié)才能完成任務(wù)。在這個過程中，學(xué)生不僅需要思維的主動參與交流，也需要手動的操作，從而達(dá)到手腦并用的狀態(tài)。通過動手實(shí)踐和理論結(jié)合的方式，任務(wù)驅(qū)動可以極大化地促進(jìn)學(xué)生思維和操作能力的發(fā)展。從理論和實(shí)踐上來說，任務(wù)驅(qū)動可以是計算思維培養(yǎng)的可行路徑。所以，以任務(wù)為載體，將計算思維的相關(guān)思維方式融入任務(wù)驅(qū)動教學(xué)的具體環(huán)節(jié)中，在任務(wù)過程中潛移默化地引導(dǎo)學(xué)生的思維發(fā)展，在學(xué)生掌握相關(guān)知識技能的同時發(fā)展計算思維能力。

3 初步教學(xué)模型探究

在任務(wù)驅(qū)動和計算思維的結(jié)合后，初步設(shè)計以下的教學(xué)模型，主要分為前端分析模塊、教學(xué)過程設(shè)計模塊和計算思維評價模塊。

1）任務(wù)設(shè)計的前端分析

在前端分析模塊，需要進(jìn)行學(xué)習(xí)需求上的分析、教學(xué)內(nèi)容分析、學(xué)習(xí)者特征分析、學(xué)習(xí)者所處環(huán)境分析。其中，在對學(xué)習(xí)需求的分析上，主要是學(xué)生在學(xué)習(xí)后應(yīng)該掌握的知識和技能以及學(xué)生計算思維的變化和發(fā)展，比如習(xí)得或者進(jìn)一步發(fā)展了某一方面的思維；在教學(xué)內(nèi)容的分析上，需要對教材內(nèi)容詳細(xì)分析，結(jié)合實(shí)際，將內(nèi)容組織成相應(yīng)的任務(wù)，或是將教學(xué)內(nèi)容融于特定任務(wù)中，再融入相應(yīng)的計算思維培養(yǎng)的方式；在學(xué)習(xí)者的分析上，需要分析高中生當(dāng)前信息技術(shù)的基礎(chǔ)水平，同時還需要對學(xué)習(xí)者在認(rèn)知和情感進(jìn)行分析，清楚學(xué)生對信息技術(shù)課程的了解程度以及感興趣程度，從而得出學(xué)習(xí)者對信息技術(shù)學(xué)科及當(dāng)前學(xué)習(xí)內(nèi)容的綜合水平，再進(jìn)行特定的任務(wù)設(shè)計；最后，在學(xué)習(xí)環(huán)境的分析上，需要判斷學(xué)校的多媒體教學(xué)環(huán)境實(shí)際情況是否達(dá)到理想中任務(wù)實(shí)現(xiàn)需要的環(huán)境和學(xué)生日常生活中信息化產(chǎn)品和資源接觸情況，以此確定學(xué)生的信息化素養(yǎng)水平，從而有針對性地設(shè)計教學(xué)任務(wù)和問題。對于不同學(xué)生的個體差異，由于在課堂中難以做到個性化的教學(xué)，可以將不同層次水平的學(xué)生進(jìn)行劃分，進(jìn)行能力的差異性分組合作，讓學(xué)生進(jìn)行互補(bǔ)性的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，教師也可以根據(jù)這些差異給予層次化的幫助。

圖1 基于計算思維的任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)模型

2）任務(wù)過程設(shè)計

教學(xué)過程設(shè)計這一模塊是教學(xué)實(shí)踐的主要體現(xiàn)，也是后面進(jìn)行評價的客觀數(shù)據(jù)來源，主要分為教師活動和學(xué)生活動以及在任務(wù)過程中計算思維的嵌入，這里主要借助ISTE 和CSTA 提到的關(guān)于思維的操作性定義來進(jìn)行相應(yīng)的思維訓(xùn)練。在任務(wù)驅(qū)動的過程中計算思維培養(yǎng)的要素主要也是圍繞操作性定義進(jìn)行，比如相應(yīng)的算法思維、分解性思維、抽象性思維、評估性思維和遷移性思維等。教師活動對應(yīng)的是前期的任務(wù)設(shè)計、課堂中的任務(wù)呈現(xiàn)、相應(yīng)任務(wù)的實(shí)施下達(dá)、在任務(wù)過程中對學(xué)生相關(guān)資源和知識理論的幫助指導(dǎo)以及對任務(wù)的評價總結(jié)。學(xué)生活動主要是教學(xué)前期學(xué)生所作的心理準(zhǔn)備以及相應(yīng)的理論知識的預(yù)習(xí)、對課堂任務(wù)的明確即抓住任務(wù)的關(guān)鍵、借助相應(yīng)的資料和工具對任務(wù)的分析理解和相關(guān)數(shù)據(jù)的處理、通過小組合作和自主探究在教師幫助下完成任務(wù)、任務(wù)后的作品展示和分析交流以及相應(yīng)的遷移總結(jié)。

在明確任務(wù)階段，計算思維培養(yǎng)主要培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用設(shè)計性思維和分解性思維將任務(wù)形成或分解為一個或多個計算機(jī)可以解決的問題。任務(wù)分析階段，引導(dǎo)學(xué)生利用邏輯思維、發(fā)散思維等組織和分析相關(guān)數(shù)據(jù)，同時運(yùn)用抽象思維將數(shù)據(jù)通過建模和仿真表示出來。在完成任務(wù)階段，幫助學(xué)生運(yùn)用算法思維和相應(yīng)的理論知識設(shè)計流程圖、算法等，并通過批判性思維和創(chuàng)新思維對比優(yōu)化方案，形成最優(yōu)的算法解決問題，完成任務(wù)[5]。在作品展示和交流反思階段，引導(dǎo)學(xué)生自己反思總結(jié)。在整個課堂教學(xué)任務(wù)進(jìn)行過程中，教學(xué)不僅需要進(jìn)行新的理論知識和操作技能的講解，還需要對于小組或個別學(xué)生的思維情緒、外在表現(xiàn)及時捕捉和監(jiān)督，比如學(xué)生思考時抓耳撓腮，小組討論出現(xiàn)分歧等情況，要及時介入、了解情況，從而巧妙恰當(dāng)?shù)匾龑?dǎo)。如果發(fā)現(xiàn)學(xué)生不加思考，思維出現(xiàn)懶惰，比如發(fā)呆、照著別人做時，要給予及時鼓勵和幫助，盡量讓每一位同學(xué)都參與任務(wù)，激發(fā)思維的靈活運(yùn)用。

3）計算思維評價

在對計算思維的學(xué)習(xí)評價這一模塊中，主要參考了任友群教授在分析計算思維時，在中小學(xué)信息課程中培養(yǎng)的必要性和可能性的論文中提到的從原理理解方面和任務(wù)實(shí)踐方面來建構(gòu)的評價體系[6]。首先是原理理解類評價，主要偏向總結(jié)性的評價，對學(xué)生的計算思維在理論和認(rèn)知方面的考察，包括運(yùn)用哪些思維，比如分解、抽象、遷移、概括等，這是學(xué)生內(nèi)在的思維變化情況，需要將學(xué)生的計算思維過程采用可視化的方式表達(dá)出來，比如流程圖的繪制、問卷調(diào)查、相關(guān)理論知識的標(biāo)準(zhǔn)化測試等，通過前后的對比測試，以可視化的形式發(fā)現(xiàn)學(xué)生思維的變化，給予學(xué)生相應(yīng)的反饋。同時，也可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生任務(wù)過程中思維的疑惑點(diǎn)和偏差之處，能夠在以后的任務(wù)教學(xué)中及時有效地給予糾正和指導(dǎo)。然后是任務(wù)實(shí)踐類的評價，主要偏向過程性操作性的評價，包括學(xué)生在思維指導(dǎo)下任務(wù)的真實(shí)實(shí)踐過程，是一個連續(xù)性的過程性的記錄評價。通過這些，可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生計算思維能力的外在表現(xiàn)是否變化，比如問題解決、數(shù)據(jù)分析、同伴合作交流以及方法的遷移應(yīng)用等，可以通過教師觀察、自評、同學(xué)互評、過程記錄表以及成果展示等的評價方式來評測，在結(jié)果分析之后判斷學(xué)生的計算思維能力是否得到發(fā)展。總的來說，對于計算思維的評價是基于課堂教學(xué)目標(biāo)基礎(chǔ)上的評價，不能脫離課堂教學(xué)目標(biāo)，二者是相輔相成的。

4 總結(jié)

計算思維是學(xué)生日后工作生活必備的能力，但思維的培養(yǎng)不是短時間內(nèi)就能夠看到效果的，是一個循序漸進(jìn)的逐漸內(nèi)化的過程[7]。就高中信息技術(shù)課程來說，需要厘清計算思維的培養(yǎng)目標(biāo)，并依據(jù)課程內(nèi)容對計算思維的不同方面進(jìn)行培養(yǎng)，再做好相應(yīng)的思維銜接和遞進(jìn)。教學(xué)方式也要針對性地改進(jìn)，任務(wù)驅(qū)動教學(xué)作為常見的教學(xué)方式融入計算思維的培養(yǎng)，需要從理論和實(shí)踐兩個方面找到二者的結(jié)合之處，再根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行任務(wù)設(shè)計。計算思維不是外在的立刻顯化的教學(xué)目標(biāo)，不是在一次或幾次任務(wù)驅(qū)動的教學(xué)中就能得到提升發(fā)展，需要教師連續(xù)性地觀察做好記錄，在師生共同努力和反饋調(diào)整下取得進(jìn)步。在面向計算思維培養(yǎng)的任務(wù)驅(qū)動教學(xué)模型中，也需要強(qiáng)調(diào)任務(wù)設(shè)計的重要性和任務(wù)設(shè)計與任務(wù)實(shí)施之間的調(diào)整，這是理想化和實(shí)際的對接，是作為任務(wù)改進(jìn)的重要依據(jù)。計算思維貫穿整個教學(xué)過程，教師也要給予及時性的監(jiān)督和引導(dǎo)。在實(shí)踐和理論的相互指導(dǎo)和作用下，建立相應(yīng)的模型，希望能夠更好地促進(jìn)學(xué)生計算思維方面的發(fā)展。