基于問題驅(qū)動 培養(yǎng)關(guān)聯(lián)思維

【摘 要】計算思維是設(shè)計計算系統(tǒng)的思維過程，它具有完整性、遞進性和關(guān)聯(lián)性等特點。在高中信息技術(shù)教學中，教師可基于問題驅(qū)動，將生活邏輯、學習邏輯和知識邏輯有機融合，讓學生經(jīng)歷學習的起點關(guān)聯(lián)、過程關(guān)聯(lián)與結(jié)果關(guān)聯(lián)等過程，找到真實的學習起點、經(jīng)歷真實的學習過程并擁有真實的學習收獲，從而培養(yǎng)其計算思維。

【關(guān)鍵詞】高中信息技術(shù)；問題驅(qū)動；關(guān)聯(lián)思維；計算思維

【中圖分類號】G633.67 【文獻標志碼】A 【文章編號】1005-6009（2024）27-0066-04

【作者簡介】王衛(wèi)全，江蘇省淮安市教學研究室（江蘇淮安，223001）信息科技教研員，高級教師。

《高中信息技術(shù)課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“新課標”）指出，計算思維是運用計算機科學領(lǐng)域的思想方法，在形成問題解決方案過程中產(chǎn)生的一系列思維活動。從系統(tǒng)論的角度看，計算思維是設(shè)計計算系統(tǒng)的思維過程，具有完整性、遞進性和關(guān)聯(lián)性等特點。在這一過程中，如何實現(xiàn)問題的界定、分解、抽象、建模、算法的設(shè)計與實施、迭代與遷移等環(huán)節(jié)之間的深度關(guān)聯(lián)？其關(guān)鍵是要具備關(guān)聯(lián)思維。

一、關(guān)聯(lián)思維的內(nèi)涵

從系統(tǒng)論的角度講，關(guān)聯(lián)思維是建立系統(tǒng)要素之間聯(lián)結(jié)的思維方式。關(guān)聯(lián)主義理論對關(guān)聯(lián)思維進行了闡述。關(guān)聯(lián)主義理論是加拿大學者西門思根據(jù)數(shù)字時代知識無處不在的特點提出的學習方式，認為學習就是將學習網(wǎng)絡(luò)中的不同節(jié)點連接起來的過程，其結(jié)果包括：節(jié)點的增加或減少，節(jié)點之間連接的增加、減少、加強或減弱，節(jié)點或連接的特性發(fā)生變化。因此，要促進持續(xù)性學習就要培育和維護節(jié)點之間的關(guān)系，實現(xiàn)節(jié)點之間的意義關(guān)聯(lián)。關(guān)聯(lián)主義理論將關(guān)聯(lián)視為影響學習行為和學習效果的關(guān)鍵要素，直指學習的本質(zhì)。綜上所述，關(guān)聯(lián)是知識與知識之間因為某種關(guān)系所建立的聯(lián)系，這種聯(lián)系既可以是縱向關(guān)聯(lián)也可以是橫向關(guān)聯(lián)。學習者具備關(guān)聯(lián)思維意味著能夠?qū)⑺鶎W知識與認知結(jié)構(gòu)中的已有知識和經(jīng)驗等建立關(guān)聯(lián)，在關(guān)聯(lián)中不斷調(diào)整和豐富自己的認知結(jié)構(gòu)，形成解決現(xiàn)實生活中真實問題的能力。

計算思維的發(fā)生離不開關(guān)聯(lián)。計算思維是建立問題界定、分解、抽象、建模、算法設(shè)計、算法實施、迭代以及遷移之間關(guān)聯(lián)的過程。問題界定是建立不確定性與確定性之間關(guān)聯(lián)的過程，分解是建立模塊與系統(tǒng)之間關(guān)聯(lián)的過程，抽象是建立具體案例與概念之間關(guān)聯(lián)的過程，建模是建立對象要素之間關(guān)聯(lián)的過程，算法設(shè)計是建立指令之間關(guān)聯(lián)的過程，算法實施是建立算法與代碼之間關(guān)聯(lián)的過程，迭代是建立新舊知識結(jié)構(gòu)之間關(guān)聯(lián)的過程，遷移是建立新情境與舊情境以及新概念與舊概念之間關(guān)聯(lián)的過程。

二、問題驅(qū)動何以成為關(guān)聯(lián)思維培養(yǎng)的操作路徑

問題驅(qū)動教學包括三環(huán)節(jié)和五要素，從關(guān)聯(lián)思維的視角看，問題驅(qū)動教學的三環(huán)節(jié)和五要素及其相互關(guān)系如下。

（一）從關(guān)聯(lián)的視角理解三環(huán)節(jié)

問題驅(qū)動教學的三環(huán)節(jié)包括：創(chuàng)設(shè)情境，發(fā)現(xiàn)問題；分解問題，解決問題；回顧問題，知識建構(gòu)。從關(guān)聯(lián)的視角來看，每個環(huán)節(jié)內(nèi)部關(guān)聯(lián)，創(chuàng)設(shè)情境是發(fā)現(xiàn)問題的基礎(chǔ)，發(fā)現(xiàn)問題是創(chuàng)設(shè)情境的目的；分解問題是為了解決問題，解決問題是分解問題的結(jié)果；回顧問題是知識建構(gòu)的基礎(chǔ)，知識建構(gòu)是回顧問題的結(jié)果。三個環(huán)節(jié)之間相互關(guān)聯(lián)，在結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)“總—分—總”的特征，體現(xiàn)了發(fā)現(xiàn)問題、分解問題、解決問題和回顧問題的完整流程。

（二）從關(guān)聯(lián)的視角理解教學五要素

教學五要素包含情境場、問題鏈、活動串、思維梯以及知識樹，它們在問題驅(qū)動教學的過程中是連續(xù)發(fā)生的，學生學習的過程就是走進情境場、基于問題鏈、參與活動串、攀爬思維橋、建構(gòu)知識樹、遷移新情境的過程。相鄰兩個要素之間是相互關(guān)聯(lián)的：一是情境與問題的關(guān)聯(lián)，在體驗情境場后，學生會產(chǎn)生認識沖突，然后發(fā)現(xiàn)核心問題；二是問題與活動的關(guān)聯(lián)，通過活動解決問題，每個子問題對應相應的活動，問題鏈與活動串之間形成關(guān)聯(lián)；三是活動與思維的關(guān)聯(lián)，在活動中積累經(jīng)驗，通過對經(jīng)驗的反思，培養(yǎng)高階思維；四是思維與知識的關(guān)聯(lián)，思維是知識生成的過程，知識是思維進階的結(jié)果。

（三）問題驅(qū)動與關(guān)聯(lián)思維培養(yǎng)過程的關(guān)系

從系統(tǒng)論的角度講，教學環(huán)節(jié)是教學系統(tǒng)的時間結(jié)構(gòu)，而教學要素是教學系統(tǒng)的空間結(jié)構(gòu)，兩者共同構(gòu)成教學的完整系統(tǒng)，通過關(guān)聯(lián)思維實現(xiàn)起點關(guān)聯(lián)、過程關(guān)聯(lián)和結(jié)果關(guān)聯(lián)，使計算思維的培養(yǎng)過程與關(guān)聯(lián)思維的培養(yǎng)過程以及問題解決的過程保持一致性。因此，筆者構(gòu)建如圖1所示的關(guān)系圖。

三、基于問題驅(qū)動的關(guān)聯(lián)思維培養(yǎng)案例

（一）創(chuàng)設(shè)真實情境，建立起點關(guān)聯(lián)

新課標強調(diào)真實性學習，學生的學習要從真實的生活或?qū)W習情境開始，促進學生學以致用，實現(xiàn)知識與生活的關(guān)聯(lián)。教師在教學中創(chuàng)設(shè)審美情境，可以引導學生建立知識與審美生活的有機關(guān)聯(lián)。

在課堂導入中，教師現(xiàn)場賦一首藏頭詩，給學生學習的信心，突出學科育人的功能。隨后，教師帶領(lǐng)學生回憶并齊唱歌曲《早安，隆回》，相機引導“這節(jié)課就讓我們一路同行，在漢諾塔游戲的過程中，共同經(jīng)歷一次愉快的遞歸之旅”。

（二）解決核心問題，經(jīng)歷過程關(guān)聯(lián)

1.基于問題鏈，提供學習支架

（1）以核心問題指引學習方向

在創(chuàng)設(shè)情境、發(fā)現(xiàn)問題環(huán)節(jié)，教師安排學生觀看自己錄制的講解演示漢諾塔移動的視頻，引導學生發(fā)現(xiàn)并總結(jié)漢諾塔圓環(huán)的移動規(guī)則，思考手工移動64層漢諾塔圓環(huán)需要多長時間。學生猜測1年、2年或5年。當教師說出需要5800億年時，全體學生發(fā)出驚訝的感嘆，此時教師進一步追問：“如何用編程的方式模擬漢諾塔圓環(huán)的移動過程呢？”

整堂課圍繞核心問題展開，將核心問題轉(zhuǎn)化為學生可感知的學習目標，也是學習成果評價的依據(jù)，體現(xiàn)了逆向設(shè)計的思想。

（2）以子問題推進教學進程

教師將核心問題分解為五個子問題。問題1：如何手工移動1至3層漢諾塔？問題2：漢諾塔圓環(huán)移動有何規(guī)律？問題3：如何將遞歸模型轉(zhuǎn)化為遞歸函數(shù)？問題4：如何將遞歸函數(shù)轉(zhuǎn)化為遞歸算法？問題5：如何將遞歸算法轉(zhuǎn)化為程序代碼？

兩個相鄰的問題之間突出問題的轉(zhuǎn)化，隨著問題難度和開放度逐步加大，問題之間的關(guān)聯(lián)深度和廣度也逐步深入和擴大，從而有效推進教學進程。

2.參與活動串，完成活動任務(wù)

活動是為解決問題服務(wù)的，五個活動對應五個子問題，學生可通過自主實踐、小組討論等方式，建立不同學習方式之間、生生之間以及師生之間的關(guān)聯(lián)。

（1）活動1：回憶視頻中的移動過程，嘗試移動手中的圓環(huán)，填寫表格。

在活動1中，學生通過回憶視頻中教師的示范移動過程，與自己的移動過程建立關(guān)聯(lián)，尋找其相似點和不同點。

（2）活動2：分析圓環(huán)的移動過程，總結(jié)規(guī)律，填寫表格。

在活動2中，通過分析圓環(huán)的移動過程，學生將操作過程進一步抽象，將過程符號化。教師給出1層漢諾塔圓環(huán)的移動過程與規(guī)律，作為支架，啟發(fā)學生思考2層和n層漢諾塔圓環(huán)的移動過程和移動規(guī)律，從而建立不同層數(shù)漢諾塔圓環(huán)移動過程與規(guī)律之間的關(guān)聯(lián)。

（3）活動3：回憶自定義函數(shù)的功能及格式，填寫表格。

在活動3中，學生回憶自定義函數(shù)的功能及格式，建立遞歸函數(shù)與數(shù)學中自定義函數(shù)之間的關(guān)聯(lián)；同時明確han（n，a，b，c）函數(shù)與移動模型“有n個圓環(huán)，從A柱通過B柱移動到C柱”之間的關(guān)聯(lián)，以此遞推，讓學生明白遞歸函數(shù)的子函數(shù)就是在han（n，a，b，c）函數(shù)基礎(chǔ)上的持續(xù)迭代。

（4）活動4：打開畫程軟件，設(shè)計算法，分析自動生成的代碼（設(shè)計過程略）。

在活動4中，通過填寫遞歸函數(shù)以完善算法，讓遞歸算法在畫程軟件中運行，建立遞歸函數(shù)與算法的關(guān)聯(lián)；通過分析自動生成的代碼，建立算法與代碼之間的關(guān)聯(lián)。

（5）活動5：打開Python軟件，完善程序代碼。

教師引導學生輸入不同層數(shù)，觀察輸出結(jié)果，并與手工移動過程進行比對。隨后，教師引導學生思考如果計算64層漢諾塔圓環(huán)移動時間，計算機要運行多長時間。

在活動5中，通過與手工移動過程的對比，學生可以發(fā)現(xiàn)計算機解決問題的優(yōu)勢；通過對64層漢諾塔圓環(huán)移動時間的測算，指出現(xiàn)代計算機的不足，進而引導學生增強自主可控和原始創(chuàng)新的社會責任感，發(fā)揮學科的育人價值。

以上五個活動，基于學生的最近發(fā)展區(qū)，突出基礎(chǔ)問題自主學習、提高問題合作學習和拓展問題探究學習的基本思路，強化了活動與問題以及活動與活動之間的關(guān)聯(lián)，發(fā)揮了活動的學科實踐價值。

3.攀爬思維梯，經(jīng)歷計算思維的過程

計算思維的培養(yǎng)過程是學生思維逐層抽象的過程，需要思維梯的幫助，從而實現(xiàn)思維進階。其中，界定問題時需要發(fā)現(xiàn)思維，子問題1需要實踐思維和符號思維；子問題2需要歸納思維與抽象思維；子問題3需要聯(lián)想思維和整合思維；子問題4需要算法思維與創(chuàng)新思維；子問題5需要工程思維與迭代思維，分別對應了計算思維培養(yǎng)的全過程。

（三）知識建構(gòu)遷移，達成結(jié)果關(guān)聯(lián)

1.讓學生經(jīng)歷知識的發(fā)生過程

知識的發(fā)生過程就是回到知識的起點。本節(jié)課中，教師引導學生從學科大概念算法開始，探求經(jīng)典遞歸算法，從知識發(fā)生的視角去回答這一問題，取得了較好的學習效果。

2.讓學生經(jīng)歷知識的發(fā)展過程

回顧知識的發(fā)展過程就是要讓學生持續(xù)建構(gòu)知識。以遞歸算法為主線，學生經(jīng)歷完整的關(guān)聯(lián)過程：移動經(jīng)驗的積累—移動過程的記錄—移動規(guī)律的發(fā)現(xiàn)—遞歸模型的建構(gòu)—遞歸函數(shù)的創(chuàng)建—遞歸算法的設(shè)計—遞歸代碼的編寫—遞歸之美的發(fā)現(xiàn)—遞歸思維的遷移。

3.讓學生經(jīng)歷知識的創(chuàng)造過程

一是要內(nèi)化知識體系，形成自己的觀點，以思維導圖的形式呈現(xiàn)知識建構(gòu)的結(jié)果。二是讓學生經(jīng)歷知識的遷移過程，將程序編寫中的遞歸遷移到生活中，將生活邏輯、學習邏輯與知識邏輯有機融合。

【參考文獻】

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［2］鐘柏昌，劉曉凡.跨學科創(chuàng)新能力培養(yǎng)的學理機制與模式重構(gòu)［J］.中國遠程教育，2021（10）：29-38，77.