基于計算思維培養的DOK深度學習教學設計研究

關鍵詞：計算思維培養；DOK深度學習；教學設計；教學高效性；中職

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）28-0160-04

0 引言

在快速發展的數字化、網絡化和全球互聯的計算機時代，人們的生活和思維方式被深深地影響著。計算思維作為人類科學思維的重要組成部分，涵蓋著問題解決、數據分析、創新設計等多個領域的思維能力，其培養已然成為社會人才競爭的重要抓手[1]。中職院校作為提升社會技能水平和培養各行各業合格人才的關鍵平臺，在這個背景下發揮著重要作用。2020 年，我國《中等職業學校信息技術課程標準》（以下簡稱“新課標”） [2]明確將計算思維定義為學科核心素養，以實現育人目標與新時代學生需求的統一發展。新課標強調課程不再僅追求知識技能的習得，而是更注重將思維過程與技術工具相結合，形成在技術支持下的問題解決過程與方法，以促進學生思維模式和核心素養的發展。

傳統的知識導向課堂教學已無法滿足新課標所強調的素質發展導向育人目標[3-4]，改變原有教學方式是發展學生計算思維的關鍵所在。深度學習作為一種新的教育理念[5]，旨在通過對知識進行高度組織和深度加工來培養學生的高階思維。在中職信息技術教學活動中，這種高階思維體現為計算思維。因此，深度學習是發展學iFtfVaFeLNWnYVMb/qzdrA==生計算思維的重要途徑。深度學習的最終實現需要依托課堂教學方式的改革[6]。美國教育評價專家Webb為表征學生的深度學習認知水平，于1997年提出了DOK（Depth of Knowledge） 模型[7]。近年來，隨著教育改革的不斷推進，DOK模型已被視為教育領域中的重要教學設計工具，用以促進學生深度學習和培養高階思維能力[8]。

本研究綜合考慮新課標對學生深度學習和計算思維的發展要求，深入理解計算思維、深度學習和DOK模型的內涵，構建了基于計算思維培養的DOK 深度學習教學設計模型。同時，以中職網頁設計課程為例進行案例研究，旨在有效地發展學生計算思維，幫助他們更好地應對未來的職業發展，并為中職院校的課堂教學設計提供參考。

1 核心概念

1.1 計算思維

2006年，周以真教授在美國《Communications ofthe ACM》期刊中首次提出了計算思維的完整定義，自此引發了計算思維研究熱潮。周教授認為：計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計以及理解人類行為等涵蓋廣泛計算機科學范疇的一系列思維活動[9]。隨后，學者們從不同角度給出計算思維定義，擇其共識：計算思維是一種獨特的解決問題過程，是需要系統培養、科學鍛煉的一種思維方式，其中蘊含了不同的思維要素。由此可知，計算思維培養與問題解決過程密切相關。

在郁曉華副教授[10]的研究中，計算思維子能力被提煉為：問題識別與分解能力、抽象建模能力、算法設計能力、自動化能力、問題遷移能力和計算觀念，結合新課標對計算思維的概述，我們將計算思維問題解決流程概括為界定問題、抽象建模、算法設計、程序自動化和優化、遷移應用五要素。將計算思維要素融入教學能夠為學生提供系統化和結構化的解決問題方法。這種思維方式有助于學生高效處理問題，提高問題解決的效率，同時培養和發展他們自身的計算思維能力。

1.2 深度學習

深度學習理念是由美國學者Marton和Saljo[11]于1976年在他們對學生學習過程的實驗研究基礎上，針對孤立記憶和簡單理解的淺層學習而提出來的[12-13]。之后，Smith[14]、Eric[15]等的研究強調認知策略和認知技能的重要性，主張采用多樣化的學習方法，并通過深入分析和處理學習過程以實現知識的深度認知。2005年，何玲等[16]在國內率先開啟了深度學習研究，強調以理解為前提，通過整合認知結構和知識遷移應用來實現問題解決。何克抗[5]、胡航等[17]專注于建立深度學習理論框架，通過系統研究概念、過程和作用等方面，指出深度學習有助于培養高階思維和深層認知能力。劉哲雨等將深度學習內涵定義為：“深度學習是一種以深度理解為起點、以新情境中的遷移為導向、以解決復雜問題和發展高階思維為目標的學習方式[18]。”

各個學者對深度學習內涵的界定均有所區別，但都強調深度學習的這些特征：（1） 知識的綜合運用、分析與評價，而不僅僅是簡單地記憶和應用。（2） 知識與實踐的相互作用。要求學生親自踐行，通過實際問題的解決完成知識建構與遷移應用。（3） 深度學習幫助發展學生的高階思維與深層認知能力。

與傳統的教學理念相比，深度學習強調學生思維的培養，將知識在課堂中的地位降低，著重引導學生運用高階思維解決問題，從而實現對學科知識的學習和應用，并掌握學科的本質和方法。計算思維作為學生必備的高階思維之一，其培養目標與基于深度學習的教學理念存在著內在的耦合性。

1.3 教學設計工具：知識深度（DOK）模型

DOK模型被分為四個層級，每個層級代表著學生對學科知識的不同認知水平，如表1 所示。其中DOK1、DOK2與淺層學習相對應，DOK3、DOK4與深度學習相對應[19]。通過分析DOK模型各個層次的含義與模塊內容，不難發現，利用DOK模型進行教學設計能夠更有效地將知識點分級整合到課程設計中，指導學生逐步從表面到深層次進行思考，實現漸進式的深度思考。DOK模型在教學設計中幫助教師設計層次不同的問題和任務，促進學生不同層次學習和思維能力的培養，同時協助評估學生知識內容的掌握程度，以實時改進教學設計，提高教學效果。

2 基于計算思維培養的DOK 深度學習模型教學路徑探究

計算思維存在著難以在單個知識點講解或理論層面的應用中形成的問題，其培養需要大量知識點的交織學習和應用以及實踐操作，故選擇操作性極強的項目式教學來組織課堂。而程序化的計算思維問題解決流程是一個從理論學習到實踐應用的完整環節，能夠為教師提供教學框架，引導學生分析和解決問題，促進學生計算思維培養。

本研究具體教學設計思路為：在課堂教學中依托DOK模型評估學生認知發展水平，導入具有一定難度的項目任務后，對項目進行逐層分解，將困難場景演變為進階型學習任務與活動，并融入計算思維問題解決流程，進而實現學生學習的發生與深化和計算思維的培養。教學設計模型如圖1所示。

本研究教學設計包括課前準備、課堂教學和課堂評價三個模塊，其中核心是課堂教學模塊。這里，課堂教學的開展以前期準備為基礎，這兩個模塊整體設計需要強調的是：

1） 課堂教學設計要在了解學生已有知識經驗、評估學生認知發展水平和分析教材的基礎上，將知識點整合導入計算思維問題解決過程，設計不同難度的學習任務。

2） 在真實情境中應用所學知識解決問題是評估學生核心素養的最佳方法，所以應注重課堂項目的情境化，以引起學生共鳴和思考，激發學生課堂參與積極性。

3） 計算思維問題解決流程“五要素”在計算思維培養中為教師開展教學提供抓手，為學生分析、解決問題提供思路，構成教學循環過程。然而，針對不同的課堂任務，這五個步驟并非必不可少的，可以根據任務的具體復雜程度，適當省略或重復某些步驟，以靈活應對。

課程評價模塊并非只發生在課程結束時，而是貫穿于整個學習過程的持續活動。在本研究中，課程評價旨在將學生內隱的計算思維變化以可視化形式呈現出來[20]。評價采用過程性評價和總結性評價兩種方式，同時要求師生共同參與。這種多樣化的評價方式有助于提升評價質量，能夠更全面地綜合評判學生計算思維的變化。總的來說，對于計算思維的評價是基于課堂教學目標基礎上的評價，不能脫離課堂教學目標，二者是相輔相成的。

3 基于計算思維培養的DOK深度學習教學設計實例

為了更有效地制定因材施教的教學策略，在對中職課程進行教學設計時，必須首先充分了解中職學生的學習特點。調查顯示，中職學生普遍存在入學時基礎薄弱、學習熱情不高、更依賴老師的指導和監督、缺乏自主學習能力的現狀。然而，值得注意的是，他們易于接受新事物、新觀念，適應性強[21]。本研究在充分考慮新課標教學培養目標及中職學生學習特點的基礎上，選取中職網頁設計課程中的第七章“表單的應用”內容為例展開教學活動設計。

3.1 教學設計—課前準備

1） 學情分析。學生對網頁開發比較感興趣，對程序設計語言有了一定的了解，具備簡單代碼編寫能力；其喜歡形象化、活動式的教學內容，適應從簡單到復雜的學習模式。

2） 內容解讀。本章節是對表單的定義標簽和表單元素及屬性設置的知識學習。通過課程學習，學生能夠掌握表單基礎知識，能夠在網頁中創建表單來實現網頁登錄、注冊等功能，培養計算思維能力。

3） 課堂活動設計。課程首先以“用戶登錄界面”為例介紹課程內容，通過簡單案例的分析和實踐，幫助學生掌握表單基礎知識；接著，引入“用戶注冊頁面”項目，通過實踐操作鞏固學習成果，并提升學生的問題解決能力和計算思維。最后，通過設置進階項目“小米商城用戶注冊頁面”，將理論知識應用到實際情境中，鼓勵學生發揮創造力，提出新穎的注冊頁面設計理念和功能需求。這樣的安排有助于學生在不斷遷移和應用中熟練掌握計算思維問題解決流程，實現計算思維的培養目標。

3.2 教學設計—課堂教學

以下是“用戶注冊頁面”項目為例的教學設計，如表2所示。

3.3 教學設計—課堂評價

為了全面評估學生的計算思維發展狀況和判斷他們是否具備運用計算思維解決問題的意識和能力，我們從以下兩個方面具體出發。

一方面，在課堂上采取過程性評價方式，通過判斷計算思維能力的外在表現變化情況來評估學生的計算思維能力發展情況。例如，通過觀察學生參與課堂活動的表現，密切關注他們解決問題的思考方式、步驟和所采用的計算方法。組織小組討論和合作項目，讓學生在團隊合作中共同解決問題，觀察他們在交流、思考深度和解決問題效率方面的表現。同時，教師可以利用學生自評和互評的方式，促進學生的思考和自我反思，幫助他們評估在“抽象建模”“算法設計”等計算思維環節中的表現情況。

另一方面，在課堂中進行總結性評價，考查學生在分解、抽象、建模、遷移等計算思維方面的理論和認知方面變化。這些內在思維變化可通過標準化測試、成果展示、問卷調查和項目總結報告等可視化方式展現，以前后測結果對比分析學生思維變化情況。總的來說，計算思維的評價基于教學目標和學生課堂實踐表現展開。

4 結束語

本文以探討在數字化、網絡化和全球互聯的信息時代背景下如何培養學生的計算思維為主題展開。通過對新課標的分析和應用Webb提出的DOK模型，建立了基于計算思維培養的深度學習教學設計模型，并以網頁設計課程為例展示了相應的教學設計案例。在這一過程中，本文深入研究了計算思維的重要性，并探討了如何通過教學實踐來培養學生的計算思維能力，使其學會應用計算思維解決問題。計算思維的培養是長期循序漸進的過程，不僅僅是依靠少數項目式教學，而需師生共同努力、長期正向反饋和調整。未來，筆者將繼續探索并完善這一教學模型，以提高教學效率和學生的學習成效。同時，期望本研究能為信息技術教育領域的教學實踐提供有益的啟示和指導，并推動中職教育中計算思維培養的深入發展。