新課標導向的信息科技學科師范生高階思維能力培養策略研究*

金 濤

（廣東技術師范大學 教育科學學院，廣東 廣州 510665）

一、研究背景

《教師教育振興行動計劃（2018—2022 年）》[1]和《教育部教師工作司2023 年工作要點》[2]等國家政策文件均明確指出要建強做優教師教育，推動教師教育改革發展，全面提升教師素質能力，努力建設一支高素質專業化創新型教師隊伍。師范生是明日之師，是未來教育的實施者與推動者，其素質能力高低決定了他們的教師專業發展程度，對未來教師隊伍整體素質結構和能力水平起到決定性作用，因此師范生能力培養是高等師范院校教師教育活動的重心。高階思維能力屬于高認知水平層次的心智活動或認知能力，對師范生而言，它既是適應新時代教育發展需求的關鍵能力，又是高質量開展未來教學系統設計和教育問題解決等實踐活動的必備素質。因此，師范生高階思維能力對他們自身專業發展和促進教育質量提升，發揮著舉足輕重的作用。教育部于2022 年把義務教育階段信息技術課程更名為信息科技課程并將其設為獨立學科[3]，強調應把核心素養具體化且細化到該課程教學中，明確學生學習信息科技課程后應形成的必備品格和關鍵能力等，落實立德樹人的課程教學任務。信息科技課程的核心素養是學生通過課程學習所形成的價值觀念、品格和關鍵能力的綜合，它不僅對學生的信息科技課程學習目標作出了界定，而且也為將來從事該課程教學的師范生的高階思維能力賦予了新內涵。由此，本研究以信息科技課程的核心素養培養目標為導向，探究信息科技學科師范生高階思維能力培養策略，從而以發展師范生高階思維來促進教師教育質量的提升，推動高等學校教師教育改革與發展進程。

二、基于信息科技課程標準的學科師范生高階思維能力構成分析

國內學者們根據教育部印發的課程標準，從中總結了信息科技課程的核心素養目標，他們大致將信息科技課程的核心素養目標分為信息意識、計算思維、數字化學習和創新、信息社會責任等四個維度和相應的構成要素[4][5]。根據該種劃分方式，筆者認為信息科技課程的核心素養培養目標可分為知識層面、能力層面、思維層面和品德層面，這四個層面之間相互聯系、影響，構成信息科技課程的核心素養目標體系。學生通過信息科技學科課程學習，可掌握信息技術相關知識，經過參與信息科技課程相關的課外實踐活動，能形成學習實踐能力、創新能力和問題解決能力，信息科技相關的知識增長與能力提升會促進學生計算思維和互聯網思維的發展，而品德層面的課程目標都貫穿在知識層面、能力層面和思維層面的課程目標中，品德層面的課程目標是信息科技課程目標體系的核心與歸宿點。因此，信息科技課程核心素養的知識層與能力層是思維層發展的路徑，思維層的發展勢必會促進知識層與能力層的發展，知識、能力與思維三者相互統一、相互促進和共同發展，而品德則有機融入在知識、能力和思維三者之中，影響著三者螺旋上升與發展的價值方向。

曾有學者在皮亞杰兒童階段發展論、布魯姆教育目標分類理論、馬扎諾高層次思維路線和斯騰伯格創造力三維模型理論等基礎上，提出高階思維分為智力因素和非智力因素兩種類型[6]。從本研究界定的信息科技課程的核心素養目標體系來看，信息科技學科的師范生高階思維主要表現為計算思維和互聯網思維。依據教育部在信息科技課程標準中對計算思維的解釋[7]和國家互聯網信息辦公室對互聯網思維的界定[8]，信息科技學科師范生的高階思維能力是指運用計算機技術和網絡技術開展問題解決活動所形成的高水平認知能力及該過程中的情感支持因素的統稱。高水平認知能力包含創造性思維能力、問題解決能力、批判性思維能力、反思評價能力、決策能力等，在高水平認知能力形成與發展的過程中，受到自我情緒調節、自我效能感和社會情感支持等因素影響。鑒于上述分析，本研究認為信息科技學科師范生的高階思維能力結構包括認知能力層、情感支持層、學科問題層和技術環境層。認知能力層主要由上述五種高水平認知能力構成。情感支持層主要由上述三種影響因素構成。學科問題層由信息科技學科六個內容模塊所涉及的核心問題組成，即：數據、算法、網絡、信息處理、信息安全和人工智能。技術環境層主要由當前流行的計算機技術和網絡技術所構筑的信息化學習環境、網絡學習平臺和信息化網絡學習軟件等構成。認知能力層是評價師范生高階思維能力水平的重要依據，它是師范生在技術環境層開展學科問題解決活動的過程中所表現出來的活動能力，其中，情感支持會促進問題解決活動進程。技術環境層、學科問題層和情感支持層都是為認知能力層服務的，為認知能力水平的提升提供環境支撐、內容依托和情感支持，同時認知能力的提高也會帶動技術環境的建設質量、學科問題的深度演化以及情感支持因素的發展。因此，技術環境層、學科問題層、情感支持層和認知能力層之間是多元交互、相互促進的關系，最終以認知能力水平的提升作為高階思維能力提高的主要標志，如圖1 所示。

圖1 信息科技學科師范生高階思維能力要素結構

三、信息科技學科師范生高階思維能力培養策略設計

（一）設計原則

依據本研究提出的信息科技學科師范生高階思維能力要素結構，信息科技學科師范生高階思維能力培養過程應以信息科技學科問題解決為導向，將高階認知能力發展目標融入問題解決活動進程，并為該過程提供學習支架，創設數字化學習環境，提供資源、信息技術工具，增設情感支持元素等，從而保證信息科技學科的師范生在問題解決活動中習得的高階思維能力具備普適性、創造性、批判性和反思性等特征。本研究在設計信息科技學科的師范生高階思維能力培養策略時應遵循以下原則：

第一，以高階認知能力發展為主線貫穿培養過程。高階認知能力的形成與發展是評判信息科技學科師范生的高階思維能力水平的重要標志，在設計高階思維能力培養策略時，應在培養過程中重點訓練信息科技學科師范生的創造性思維能力、問題解決能力、批判性思維能力、反思評價能力和決策能力，將上述高階認知能力訓練目標融入到信息科技學科問題解決的各個環節中，以問題解決的過程與結果反映高階思維能力培養效果與質量。

第二，營造積極情感氛圍，助力高水平認知行為發生。信息科技學科的師范生在解決學科問題的過程中，難免會出現問題性質分析不透徹、問題產生原因分析不明確、問題解決方案欠合理等現象，而這些現象的發生必然導致師范生無法順利提出行之有效的問題解決方案，產生挫敗感、焦慮感和無助感。此時，自我情緒調節、他人的幫助與鼓勵、增強自信心等方式會有效激發師范生戰勝困難的勇氣，通過借助他人的幫助與指導，成功解決信息科技學科問題，并在該過程中形成高水平認知能力。

第三，設置各類學習支架，促進問題解決進程。問題解決是較為復雜的認知技能應用過程，由于信息科技學科的特殊性，如該學科的問題具有跨學科特點、問題性質較難定義、解決思路無固定模式、解決方案的合理性較難驗證等，師范生在解決信息科技學科問題時，需要教師為其提供相關學習支架：情境支架可幫助師范生更好地定義問題，了解問題解決的意義；策略支架可為師范生提供問題解決技巧和步驟；資源支架可為師范生創作學習成果呈現參考性資料與案例等；互動支架可為師范生提供互動交流技巧，方便他們獲得幫助與指導。

第四，創設數字化學習環境，提供資源工具，支撐問題解決活動。數字化學習環境以其交互性、學習者中心、共享性、工具性等特點，能較好地支撐問題解決活動。在發現問題環節，可為師范生提供全方面的信息資源，有助于他們認識問題和理解問題；在分析問題環節，為師范生提供信息技術工具，使他們能全面分析問題解決的重點與關鍵之處；在提出假設環節，能為師范生提供各類典型案例和參考資料，以便于他們提出多種解決方案；在驗證假設環節，為師范生呈現各種經典理論觀點和軟件工具，幫助他們提煉出合理的問題解決方案。

（二）行動框架構建

在上述四條原則的指引下，本研究提出認知—情感雙輪驅動的問題型培養策略，其行動框架如圖2 所示。認知—情感雙輪驅動的問題型培養策略是在資源工具的支撐下，通過高水平認知能力訓練目標和情感支持方式兩個層面的動力因素來促進問題解決的高階思維能力培養方案。

圖2 認知—情感雙輪驅動的問題型培養策略行動框架

該培養策略以問題解決為主軸，共分為六個教學活動環節：創設情境，提出問題→問題分析，明確任務→任務探究，建構知識→提出方案，解析完善→創作成果，交流展示→分享評價，反思總結。在“創設情境，提出問題”環節，師范生在教師應用信息化教學平臺或數字化學習資源所創設的信息科技學科問題情境中，使用思維可視化工具，從多角度思考問題情境中存在的各種現象，分析現象的本質，去偽存真，發現實質性問題并提出問題情境中需要解決的關鍵問題。該過程可培養師范生的創造性思維能力和批判性思維能力。在“問題分析，明確任務”環節，教師為師范生提供分析問題所需要的策略與方法，并指導師范生應用思維可視化工具，分析問題的主要方面和次要方面，通過比較分析，明確信息科技學科問題解決的重點和難點，依據分析結果，列舉詳細的任務清單。該過程能較好地訓練師范生的問題解決能力和批判性思維能力。在“任務探究，建構知識”環節，師范生依據上一步驟中所列舉的任務清單，運用在線論壇、實時社交工具、軟件開發工具和數字化學習資源，在教師指導和同伴交流下完成各項任務，在完成任務的過程中，通過歸納演繹與認識內化，總結所學到的信息科技學科相關知識與技能。該過程能培養師范生的問題解決能力和決策能力。在“提出方案，解析完善”環節，師范生應用思維可視化工具、在線論壇、實時社交工具，從多學科的角度總結完成任務的過程中所學到的知識與技能，在教師指導與同伴交流的基礎上，圍繞待解決的信息科技學科問題，將完成任務的過程與習得的知識和技能進行整合，形成解決問題的方案，然后應用所學知識和數字化學習資源中的參考資料，對方案進行分析，保留合理的方案內容，修改有誤之處，進而形成完善的問題解決方案。該過程可訓練師范生的創造性思維能力和批判性思維能力。在“創作成果，交流展示”環節，師范生使用軟件開發工具和信息化教學平臺，依據問題解決方案，應用跨學科的知識，創作研究性學習報告或制作技術成品等形式多樣的學習成果，并將學習成果展示在信息化教學平臺上，師范生在平臺上開展互動交流，探討成果研發的過程及成果特色，同時也提出成果修改完善的建議。該過程可培養師范生的創造性思維能力和批判性思維能力。在“分享評價，反思總結”環節，教師和學生在信息化教學平臺上，對學習成果進行自評、互評與師評等多元化評價活動，應用已制定的評價量規對學習成果進行客觀評分并提出其優缺點，師范生依據評價意見，回顧和總結問題解決過程中存在的問題并提出后續學習方案。該過程可培養師范生的反思評價能力和決策能力。

在認知—情感雙輪驅動的問題型培養策略行動框架中，六個教學活動環節中除了貫穿資源工具支持的高階認知能力訓練目標之外，還應體現教師和同伴對師范生開展問題解決活動過程中的情感支持行為。情感支持行為主要包括三類，即調節自我情緒、提升自我效能感和給予社會情感激勵。在“創設情境，提出問題”和“問題分析，明確任務”環節，師范生應勇于面對教師所創設的學科問題情境，增強自信心，敢于發現問題并提出問題，積極向教師及有經驗的同伴請教，獲取分析問題的策略，以便順利提出基于問題的任務清單。在“任務探究，建構知識”和“提出方案，解析完善”環節，師范生會遇到完成任務過程中的各種挑戰，此時，他們除了樹立自信心之外，還要學會調節負面情緒，塑造對待任務的積極態度。在總結任務完成的過程和結果時，教師和同伴應激勵師范生把完成任務的情況呈現出來，盡可能提供積極的反饋意見，正面引導師范生修改完善方案。在“創作成果，交流展示”和“分享評價，反思總結”環節，師范生除了勉勵并相信自己可以制作出成果外，還應向教師和同伴學習創作經驗，提高成果質量，然后自信地展示個人成果，坦然接受有關成果的評價意見，積極面對學習過程中存在的不足和成果的缺點，客觀合理地提出后續學習計劃。

四、信息科技學科師范生高階思維能力培養策略的應用效果分析

本研究選取了G 省某師范大學計算機科學與技術（師范）專業大三年級的41 名師范生作為實驗組，將該校教育技術學（師范）專業大三年級的43 名師范生作為對照組。排除師范生的學習興趣、學習態度、經驗背景等干擾因素的影響，實驗組和對照組的PPT 課件制作水平基本一致，高階認知能力水平相近，均掌握了一定的自我情緒調節方法、自我效能感提升策略和社會情感激勵方式。

在開展實驗研究的過程中，實驗組和對照組都圍繞教育技術學公共課中的“PPT 課件制作”主題開展學習活動，對照組采取傳統的高階思維能力培養方式，實驗組則采取本研究設計的認知—情感雙輪驅動的問題型培養策略開展教學活動，實驗研究的時間為兩個月。實驗研究結束后，筆者從作品質量、高階思維能力水平和學生意見等方面對高階思維能力培養策略的應用效果與實施建議進行了分析和總結。

在作品質量分析方面，本研究將實驗組和對照組的師范生所完成的PPT 課件及其總結報告對照評價量規進行評分，并用SPSS 24.0 對兩組被試的作品得分進行了獨立樣本t 檢驗，數據統計結果如表1 和表2 所示：

表1 實驗組和對照組師范生PPT 課件與總結報告得分的均值與標準差統計結果

表2 實驗組和對照組師范生PPT 課件與總結報告得分的獨立樣本t 檢驗結果

根據實驗研究數據分析結果可知，實驗組和對照組師范生的PPT 課件及總結報告得分差異非常顯著，實驗組師范生的作品得分明顯高于對照組，這說明認知—情感雙輪驅動的問題型培養策略對提升作品質量具有明顯效果。

在高階思維能力水平測評方面，本研究依據國內外有關復雜問題解決能力測評工具[9]、創造性思維測評維度[10]、批判性思維測量表[11]、社會決策能力測評工具[12]和反思評價能力評價量表[13]，編制了以信息科技學科師范生高階認知能力為評判依據的高階思維能力評價量表。對照組的43 名師范生的測評數據顯示，除了“客觀分析問題”和“正確描述問題”這兩項測評指標的得分率大于0 之外，其余15 項的得分率均小于0，這說明對照組師范生的高階思維能力水平較差，因此，本文未列出對照組的高階思維能力測評結果。實驗組師范生的高階思維能力測評結果如表3 所示，調查對象在17 個測評指標項中的得分率均大于0，這說明認知—情感雙輪驅動的問題型培養策略在提升師范生高階思維能力方面產生了明顯效果。然而，問題解決能力和反思評價能力兩個維度的能力提升效果不夠顯著，其中，問題解決能力維度中的表征問題關鍵點和任務優先級劃定兩個指標項的得分率僅為0.024和0.012，反思評價能力維度中的內容深思和價值認同兩個指標項的得分率也相對較低。鑒于此，本研究認為在認知—情感雙輪驅動的問題型培養策略的各教學活動環節中應增設對師范生問題解決能力和反思評價能力的訓練項目。

在學生意見反饋方面，筆者從實驗組的41名師范生中隨機選取了2 名師范生進行半結構化訪談，訪談問題主要包括：他們在接受了本研究構建的高階思維能力培養策略后，發現與傳統的教學策略相比，教學中存在哪些因素有助于提升學習效果？經過2 個月的學習后，有哪些收獲？有哪些與教學活動安排相關的意見和建議？筆者整理了訪談記錄后，將學生的觀點總結如下：

第一，學生認為在整個學習過程中，不僅可以使用多樣化的信息資源工具，而且得到了教師與同伴的情感支持，這對他們順利完成作品創作和提升作品質量有較大幫助。

第二，在六個教學環節中，學生的創造性思維能力、問題解決能力、批判性思維能力、反思評價能力和決策能力等各項高水平認知能力在完成任務的過程中得到了較好的鍛煉，這些能力的習得為今后開展信息科技學科教學奠定了良好的基礎。

第三，學生并沒有在每個環節中都得到教師和同伴的情感支持，有時缺少教師的適當指導，導致作品創作中遇到困難，如出現不會使用信息資源工具、不會調節自我情緒和提升自我效能感、遇到難度大的任務時無法完成、提不出問題解決方案等現象。所以，學生希望在每個教學環節中都能得到教師的指導，有配套的信息資源工具幫助他們完成各教學環節的活動任務，有同伴和教師為他們提供情感支持。

根據認知—情感雙輪驅動的問題型培養策略的實施過程與應用效果分析結果，筆者認為本研究提出的高階思維能力培養策略在實施過程中有三個方面仍需改進：

其一，每個教學環節應細分教師活動和學生活動兩部分。環節一的教師活動應為圍繞主題、創設情境，學生活動應為進入情境、提出問題；環節二的教師活動應為指導問題分析、提供分析策略，學生活動應為圍繞問題設計任務清單；環節三的教師活動應為指導學生完成任務、提供知識建構方法指導，學生活動應為任務探究、學習知識；環節四的教師活動應為指導學生總結任務探究過程中學到的知識與技能、引導學生對方案提出修改意見，學生活動應為提出問題解決方案、吸收反饋意見并完善方案；環節五的教師活動應為組織學生展示成果、為成果提出修改意見，學生活動應為創作成果、分享創作經驗；環節六的教師活動應為組織學生開展多元評價，學生活動應為積極參與評價、合理吸收評價意見并完善方案與作品。

其二，各教學環節均應體現情感支持行為和所使用的資源工具。在“創設情境，提出問題”環節，教師應為學生提供自我效能感提升方法，幫助他們增強自信心，應用思維可視化工具提出實質問題。在“問題分析，明確任務”環節，教師和同伴應鼓勵學生積極分析問題的主要方面和次要方面，適時提供問題分析方法，指導學生應用思維可視化工具列舉任務清單。

在“任務探究，建構知識”環節，教師為學生提供自我情緒調節方法和自我效能感提升方法，增強探究任務和完成任務的自信心，學生使用在線論壇、實時社交工具、軟件開發工具和數字化學習資源完成任務并總結學習到的知識與技能。在“提出方案，解析完善”環節，學生應用思維可視化工具、在線論壇、實時社交工具，提出問題解決方案，教師和同伴鼓勵學生分享方案，并提供正面反饋，幫助學生完善方案。在“創作成果，交流展示”環節，教師鼓勵學生將創作的成果展示出來，并在信息化教學平臺上說明成果的功能特點，同時教師為學生提出成果的修改意見。在“分享評價，反思總結”環節，教師鼓勵學生在信息化教學平臺積極參與在線評價，正確提出有針對性的評價意見，同時也教會學生調整心態和情緒，認真對待評價意見，吸取合理意見，制訂后續學習計劃。

其三，教學環節內應增設對問題解決能力和反思評價能力的訓練目標。除了“問題分析，明確任務”和“任務探究，建構知識”兩個教學環節包含問題解決能力訓練目標外，在“創設情境，提出問題”和“提出方案，解析完善”兩個教學環節中也應增設問題解決能力訓練目標，使學生學會提出實質性問題，并圍繞問題，明確關鍵要點，劃定完成問題解決系列任務的優先級，學會從完成任務的過程中總結所學到的知識，并將這些知識應用到實際問題的解決過程中。目前僅有“分享評價，反思總結”環節含有反思評價能力訓練目標，因此，在“提出方案，解析完善”和“創作成果，交流展示”兩個教學環節中也需增設反思評價能力訓練目標，使學生能對應評價標準，提出問題解決方案的完善意見；對創作的成果內容進行深入思考，發現其優缺點；對問題解決過程進行深度反思，發現存在的不足，提出后續改進方案，領悟評價反思的作用。

五、研究結論

本研究在信息科技學科課程標準、布魯姆教育目標分類理論、馬扎諾高層次思維路線和斯騰伯格創造力三維模型理論等指引下，設計了信息科技學科師范生高階思維能力要素結構，它包括認知能力層、情感支持層、學科問題層和技術環境層。認知能力層是評價師范生高階思維能力水平的重要依據，情感支持層會促進高水平認知行為的發生，技術環境層和學科問題層也是為認知能力層服務的，為認知能力水平的提升提供環境支撐和內容依托，同時認知能力的提高也會帶動技術環境的建設質量、學科問題的深度演化以及情感支持因素的發展。本研究基于信息科技學科師范生的高階思維能力要素間的關系，設計了信息科技學科師范生的高階思維能力培養策略，即認知—情感雙輪驅動的問題型培養策略。它以問題解決為主軸，共包含六個教學活動環節：創設情境，提出問題→問題分析，明確任務→任務探究，建構知識→提出方案，解析完善→創作成果，交流展示→分享評價，反思總結。在每個教學環節中有思維可視化工具、在線論壇、信息化教學平臺、實時社交工具、軟件開發工具和數字化學習資源等資源工具供教師和師范生使用，每個教學環節設置了高水平認知能力訓練目標及情感支持行為，兩者助力問題解決活動進程。為驗證認知—情感雙輪驅動的問題型培養策略的應用效果，本研究使用準實驗研究方法，從師范生完成的作品質量和高階認知能力水平兩個方面證明了該培養策略對提升師范生高階思維能力的效果。針對作品評價、問卷調查和學生訪談等數據分析結果，提出了該培養策略在實施過程中的三條建議：應細分教師活動和學生活動兩部分，各教學環節均應體現情感支持行為和所使用的資源工具，部分教學環節內應增設對問題解決能力和反思評價能力的訓練目標。