小學(xué)信息科技認(rèn)知學(xué)徒制教學(xué)實(shí)踐探究

王燕

摘要：本文探索了面向小學(xué)信息科技課程的認(rèn)知學(xué)徒制教學(xué)策略，包括問題導(dǎo)入、專家示范、搭腳手架、形成實(shí)踐共同體、教師輔助探究、學(xué)生合作反思等，并在《機(jī)器人傳動(dòng)》一課中進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐，提升了學(xué)生的信息素養(yǎng)、創(chuàng)造性思維、合作學(xué)習(xí)等高階認(rèn)知能力。

關(guān)鍵詞：認(rèn)知學(xué)徒制；小學(xué)信息科技課程；機(jī)器人傳動(dòng)

中圖分類號：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 論文編號：1674-2117（2024）01-0067-03

《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)”）的正式頒布，是義務(wù)教育對時(shí)代變革的適時(shí)回應(yīng)，旨在以“科學(xué)原理、思維方法、處理過程與工程實(shí)現(xiàn)”為課程內(nèi)容，以“真實(shí)性學(xué)習(xí)”為教學(xué)理念與方法，幫助學(xué)生理解科學(xué)原理，培養(yǎng)學(xué)生的探究與創(chuàng)造能力。[1]然而，在信息科技課程的實(shí)際教學(xué)中，科學(xué)原理的講授常脫離真實(shí)情境，學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐機(jī)會(huì)較少，使得其學(xué)習(xí)興趣、問題解決能力、創(chuàng)新思維等高階認(rèn)知能力的提升受到限制。[2]認(rèn)知學(xué)徒制是社會(huì)建構(gòu)主義的應(yīng)用，是指將傳統(tǒng)學(xué)徒制方法中的“真實(shí)的生產(chǎn)任務(wù)”“示范指導(dǎo)”“腳手架”等核心要素與學(xué)校教育相結(jié)合，以培養(yǎng)學(xué)生的認(rèn)知技能，即專家實(shí)踐所需的思維及問題求解和處理復(fù)雜任務(wù)的能力。在這種模式中，學(xué)生通過參與專家實(shí)踐共同體的活動(dòng)和社會(huì)交互，在真實(shí)的復(fù)雜問題解決中應(yīng)用知識(shí)、發(fā)展高階認(rèn)知能力。研究發(fā)現(xiàn)，認(rèn)知學(xué)徒制在科學(xué)、工程等學(xué)科中的應(yīng)用效果較為顯著，但在信息科技課程中的實(shí)踐較少。[3]因此，筆者嘗試在小學(xué)信息科技課堂中采用認(rèn)知學(xué)徒制進(jìn)行教學(xué)，探索面向小學(xué)信息科技課程的認(rèn)知學(xué)徒制教學(xué)策略，以期為一線教育教學(xué)提供參考。

面向小學(xué)信息科技課程的認(rèn)知學(xué)徒制教學(xué)策略構(gòu)建

1989年，美國認(rèn)知科學(xué)研究者科林斯提出認(rèn)知學(xué)徒制理論，通過近30年的發(fā)展，認(rèn)知學(xué)徒制的核心目標(biāo)、特征、要素逐漸明晰。認(rèn)知學(xué)徒制的核心目標(biāo)是在真實(shí)的問題解決場域中，培養(yǎng)學(xué)生的認(rèn)知技能，即專家的問題解決思維與任務(wù)處理能力。在基本特征上，認(rèn)知學(xué)徒制重視學(xué)生如何在與專家的互動(dòng)中將知識(shí)運(yùn)用于真實(shí)的問題解決，并在此過程中將自己的思維過程外顯化。認(rèn)知學(xué)徒制包含內(nèi)容、方法、序列和社會(huì)性四個(gè)方面的要素。[4]在內(nèi)容層面，它分為學(xué)科性知識(shí)與策略性知識(shí)。學(xué)科性知識(shí)是指學(xué)科中要教授的概念與事實(shí)；策略性知識(shí)是指專家運(yùn)用學(xué)科性知識(shí)解決真實(shí)問題的方法。在方法層面，它包含建模、指導(dǎo)、支架、清晰表達(dá)、反思、探究等。在序列層面，認(rèn)知學(xué)徒制為學(xué)習(xí)活動(dòng)序列的設(shè)計(jì)提供了原則，如全局技能優(yōu)于局部技能、技能的教授按照復(fù)雜性逐漸遞增等原則。在社會(huì)性層面，認(rèn)知學(xué)徒制尤其強(qiáng)調(diào)專家與新手的交互以及形成實(shí)踐共同體。筆者將認(rèn)知學(xué)徒制的目標(biāo)、特征與要素融入到課程教學(xué)中，提出以下五條教學(xué)策略。

第一，問題導(dǎo)入。在課程開始前，教師將新課標(biāo)中的教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)化為貼近學(xué)生生活的真實(shí)應(yīng)用情境，并提出學(xué)科知識(shí)在日常生活中應(yīng)用時(shí)所產(chǎn)生的真實(shí)問題，學(xué)生在問題的驅(qū)動(dòng)下自主學(xué)習(xí)教材內(nèi)容。

第二，專家示范。教師帶領(lǐng)學(xué)生前往相關(guān)科研單位、企業(yè)參觀，邀請專家為學(xué)生示范問題解決過程。

第三，搭腳手架。教師在課堂中出示真實(shí)的學(xué)習(xí)制品供學(xué)生觀察，為接下來的問題解決搭建支架。

第四，形成實(shí)踐共同體。教師與學(xué)生組成實(shí)踐共同體，共同完成一項(xiàng)作品。首先，教師以“頭腦風(fēng)暴”的形式引導(dǎo)學(xué)生思考生活中的問題，以及運(yùn)用課程所學(xué)知識(shí)制作何種作品能解決這一問題，明確要制作的作品。其次，教師帶領(lǐng)學(xué)生共同設(shè)計(jì)作品圖紙，并請學(xué)生表達(dá)自己的設(shè)計(jì)思路，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)思維過程的外顯。

第五，教師輔助探究，學(xué)生合作反思。教師將學(xué)生分成小組完成作品的制作，在合作探究的過程中，教師提供學(xué)習(xí)任務(wù)單、材料零件、制作教程視頻等學(xué)習(xí)資源。學(xué)生在完成制作后，進(jìn)行組內(nèi)交流、組間互評并接受教師點(diǎn)評，從而對作品進(jìn)行反思優(yōu)化。

案例分析：基于認(rèn)知學(xué)徒制的《機(jī)器人傳動(dòng)》教學(xué)

1.課程目標(biāo)與內(nèi)容

《機(jī)器人傳動(dòng)》是六年級項(xiàng)目1“走進(jìn)機(jī)器人的奇妙世界”中的第2課。在前面的課程中學(xué)生已經(jīng)了解了機(jī)器人的發(fā)展，知道了機(jī)器人的分類，分析了機(jī)器人的組成。本課主要通過列舉機(jī)器人傳動(dòng)實(shí)例，讓學(xué)生理解傳動(dòng)的概念以及相關(guān)的知識(shí)背景，能辨別出采用的是哪種動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，并采用傳動(dòng)方式動(dòng)手體驗(yàn)創(chuàng)作傳動(dòng)機(jī)械作品。

2.基于認(rèn)知學(xué)徒制的課程教學(xué)過程

（1）在科技長廊中引出問題

教師帶領(lǐng)學(xué)生參觀學(xué)校的科技長廊，并體驗(yàn)陳列在長廊中的科學(xué)小實(shí)驗(yàn)。在體驗(yàn)之前教師提問：“你玩過哪幾種實(shí)驗(yàn)？”“這些實(shí)驗(yàn)是自動(dòng)演示的嗎？”“實(shí)驗(yàn)的機(jī)器為什么能動(dòng)起來呢？”教師帶學(xué)生認(rèn)識(shí)科技長廊中幾種常見的機(jī)械傳動(dòng)方式，并告訴學(xué)生生活中沒有離開機(jī)械而單獨(dú)存在的工業(yè)領(lǐng)域和科技產(chǎn)品，大到飛機(jī)、艦船、汽車，小到機(jī)器人、無人機(jī)、芯片等都用到了相關(guān)知識(shí)。之后，教師引導(dǎo)學(xué)生將知識(shí)與真實(shí)生活情境相聯(lián)系，并布置任務(wù)，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)課本上的相關(guān)知識(shí)，并進(jìn)行“頭腦風(fēng)暴”。

（2）參觀基地，專家示范

汽車行業(yè)是機(jī)械工程的典型應(yīng)用，教師組織學(xué)生參觀學(xué)校附近的某汽車企業(yè)，該企業(yè)主要生產(chǎn)全系商務(wù)車、專用校車、房車等產(chǎn)品。學(xué)生參觀了一輛車從零部件到整車開出工廠的全部流程。邀請企業(yè)的專家作為“師傅”為學(xué)生演示其產(chǎn)品從整體規(guī)劃、定義到市場分析、用戶需求再到開發(fā)生產(chǎn)、開發(fā)反饋、銷售等一系列完整流程，清晰地展現(xiàn)出專家解決問題的過程。

（3）在課堂教學(xué)中搭腳手架

通過前面的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)知道要想讓機(jī)器人在真實(shí)場景中動(dòng)起來，除了軟件可以實(shí)現(xiàn)的編程效果外，還需要硬件的配合。基于此，教師先帶領(lǐng)學(xué)生認(rèn)識(shí)皮帶傳動(dòng)、鏈條傳動(dòng)與齒輪傳動(dòng)等常見傳動(dòng)方式，并出示縫紉機(jī)、自行車、鐘表等真實(shí)的物品，讓學(xué)生說出它們分別用了什么傳動(dòng)方式，從而體會(huì)到齒輪傳動(dòng)在機(jī)械裝置中的廣泛應(yīng)用。接著教師帶領(lǐng)學(xué)生觀察一組真實(shí)的作品，讓學(xué)生了解在生活中要根據(jù)實(shí)際需要使用相應(yīng)的機(jī)械傳動(dòng)，機(jī)器人傳動(dòng)的選擇取決于具體的應(yīng)用場景和需求。

（4）在實(shí)踐共同體中設(shè)計(jì)作品

根據(jù)前面學(xué)到的機(jī)械傳動(dòng)方式，學(xué)生設(shè)想了各種產(chǎn)品。學(xué)生達(dá)成愿望最強(qiáng)烈的作品為國旗升降機(jī)。這一設(shè)想源自學(xué)生對學(xué)校每周一升旗儀式的所見所聞，學(xué)校的升旗臺(tái)采用原始的手動(dòng)拉繩升降國旗，學(xué)生發(fā)現(xiàn)拉繩速度和國歌節(jié)奏經(jīng)常把握不準(zhǔn)，于是想設(shè)計(jì)一款國旗升降機(jī)來解決這一問題，這一設(shè)想也充分體現(xiàn)了學(xué)生的愛國主義情懷。

基于這一設(shè)計(jì)想法，教師帶領(lǐng)學(xué)生了解有關(guān)國旗升降設(shè)計(jì)的歷史，引入《我和我的祖國》電影，呈現(xiàn)了工程師林治遠(yuǎn)負(fù)責(zé)開國大典中電動(dòng)升旗裝置，保證升旗儀式正常推進(jìn)的故事，激發(fā)了學(xué)生的興趣。于是，教師帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行國旗升降機(jī)圖紙的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)完成后請學(xué)生對自已的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行解說（其他學(xué)生加以點(diǎn)評，教師及時(shí)給予鼓勵(lì)）。

（5）合作探究，反思迭代

教師帶領(lǐng)學(xué)生體驗(yàn)簡易國旗升降機(jī)的制作，教師準(zhǔn)備一定數(shù)量的能夠?qū)崿F(xiàn)國旗升降裝置的零件，將學(xué)生分為3人一組展開合作。

在制作的過程中，教師可以播放制作裝置的視頻，適當(dāng)降低學(xué)生的操作難度。在完成手工制作后，學(xué)生以小組為單位進(jìn)行組內(nèi)交流、作品展示、組間互評等，并將評價(jià)結(jié)果記錄在學(xué)習(xí)任務(wù)單的作品評價(jià)表上。在評價(jià)結(jié)束后，各小組成員進(jìn)行總結(jié)和反思，以迭代優(yōu)化自己的方案。

3.教學(xué)效果

（1）提升了信息意識(shí)的敏感度

認(rèn)知學(xué)徒制最首要的就是強(qiáng)調(diào)真實(shí)性教學(xué)，未知的世界就是學(xué)習(xí)的源泉，因此，課堂中教師教學(xué)生通過多種途徑獲取信息，讓學(xué)生知道并能夠借助他人的幫助使用包括互聯(lián)網(wǎng)在內(nèi)的一切方法解決相關(guān)問題，保護(hù)并滿足了學(xué)生的求知欲。

（2）增強(qiáng)了信息社會(huì)責(zé)任

設(shè)計(jì)出讓國旗精準(zhǔn)升降的裝置對學(xué)生來說是愛國主義精神的高度體現(xiàn)。在認(rèn)知學(xué)徒制學(xué)習(xí)過程中帶學(xué)生去參觀的企業(yè)所生產(chǎn)的汽車是國產(chǎn)品牌，潛移默化中讓學(xué)生形成了科技自立自強(qiáng)的意識(shí)，信息社會(huì)責(zé)任也得到了逐步完善。

（3）激發(fā)了創(chuàng)造性思維

在任務(wù)的完成過程中，學(xué)生產(chǎn)生的創(chuàng)意想法可以用圖示的方法向大家展現(xiàn)。認(rèn)知學(xué)徒制鼓勵(lì)學(xué)生參與不同的認(rèn)知活動(dòng)，通過討論、角色扮演及小組問題求解等方法將復(fù)雜的認(rèn)知過程外顯化，反思并清晰表達(dá)不同任務(wù)之間的共同原理，從而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。

（4）促進(jìn)了合作學(xué)習(xí)

教師將學(xué)生分為3人小組進(jìn)行合作學(xué)習(xí)，3人之間可以采取分工、對話、討論等方式對問題進(jìn)行剖析與解決，成員之間可以取長補(bǔ)短，相互學(xué)習(xí)，從而促進(jìn)了學(xué)生相互之間知識(shí)的習(xí)得。認(rèn)知學(xué)徒制是社會(huì)性的，學(xué)生以合作式問題解決的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，有利于拓展學(xué)習(xí)資源，共享知識(shí)與技能，從而共同完成任務(wù)。

結(jié)束語

新課標(biāo)提出“創(chuàng)新教學(xué)方式，以真實(shí)問題或項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷原理運(yùn)用過程、計(jì)算思維過程和數(shù)字化工具應(yīng)用過程，建構(gòu)知識(shí)，提升問題解決能力”。《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）解讀》中指出“教師不是學(xué)習(xí)內(nèi)容、資源和節(jié)奏的控制者，而是學(xué)習(xí)的示范者、合作者。師生共同構(gòu)成了一種認(rèn)知學(xué)徒制關(guān)系”。本文將真實(shí)性學(xué)習(xí)課程理念具象化為認(rèn)知學(xué)徒制教學(xué)方法，探索了面向小學(xué)信息科技課程的認(rèn)知學(xué)徒制教學(xué)策略，并在《機(jī)器人傳動(dòng)》一課中進(jìn)行了實(shí)踐，提升了學(xué)生的信息素養(yǎng)、創(chuàng)造性思維、合作學(xué)習(xí)等高階認(rèn)知能力。

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