促進學生高階思維發展的教學設計

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2025）14—0053-04

案例《密碼攻防戰》及《互聯網搜索新發展》都被評為2024年全國初中信息科技優質課展評的標桿課，分析這兩節課，不難發現一些共性。這些共性的側面也是這兩節課獲得成功的基礎與保障。

案例解讀與分析

1.邏輯清晰，體現具體問題解決過程

兩個案例的邏輯相似，都是沿著提出問題、分析問題、解決問題的思路展開，用問題解決的具體過程串接教學內容，保證了教學設計的邏輯清晰。在此過程中，明線（方法）與暗線（內容）相互配合、內在一致。同時，解決真實問題，有助于培養學生學以致用的能力。學生解決問題的過程，是知識應用的過程也是將知識遷移至生活場景中的過程，需要學生將知識與應用場景建立關聯，這樣有助于高階思維的培養。

在《密碼攻防戰》案例中，明線是紅藍對抗問題。首先，通過紅藍對抗演習的視頻導入，提出問題“為什么要進行紅藍對抗演習？”“為什么要學習研究攻擊手段？”，引發學生對紅藍對抗及其背后隱含的維護網絡安全重要性的關注與好奇。兩個問題將情境與內容進行有效的統一，幫助學生同時關注兩個方面，即具體的紅藍對抗情境以及抽象的攻擊手段，有助于引導學生從具體走向抽象。分析問題與解決問題巧妙融合，隱含在探究訓練環節，學生經歷如何防范暴力攻擊、字典攻擊、撞庫攻擊的學習過程，理解并掌握了密碼攻防的基本原理。最后的平臺演練，回到紅藍對抗模擬實戰。無論是防守任務（依次設置Wi-Fi密碼、鎖屏密碼、郵箱密碼、網盤密碼），還是攻擊任務（使用手動攻擊或暴力攻擊、字典攻擊、撞庫攻擊破解密碼），都可以視為學習后的應用，也可以視為學習后的檢測。明線的情境依然保持紅藍對抗，同時，考查內容依然是密碼問題。由此，學生對密碼設置形成更深刻的理解，有助于密碼設置良好習慣的形成，提升信息安全意識。

在《互聯網搜索新發展》案例

課程教學

中，有明確的問題線，具體包括三個問題——“如何搜索信息？”“信息如何被搜到？”“如何有效應用搜索？”，借助問題展開“展示宜昌方言”“介紹三游洞”以及“設計文旅宣傳語”等任務活動，在活動中逐一解決問題，引領學生分析搜索結果、理解基本原理，并應用所學解決問題。在整個教學過程中，問題線、活動線、知識線三條線索相互配合，共同助力學生在問題解決中實現學習。

2.經歷探究，指向真實性學習的發生

在《密碼攻防戰》案例中，有多個部分體現了探究：在防暴力攻擊部分，學生的實驗過程充分彰顯了探究。具體來說，通過多次對比，促進學生對問題的理解。實驗1，通過全班數據的對比，分析推理密碼強度與密碼長度的關系。實驗2，再次通過數據對比，分析發現密碼強度與密碼字符種類的關系。實驗3，教師展示超級計算機算力表，出示超級計算機暴力破解強密碼結果。學生根據數據進行分析，形成結論，進而驗證。在防字典攻擊部分，教師根據問卷調查結果，針對部分學生設置密碼時選擇日期、姓名拼音、連續字母的現象，演示“反例”密碼，密碼長且有多種字符但只需要2分鐘就可以破解，成功引發學生的認知沖突，順利引出字典攻擊，銜接非常自然，也幫助學生理解防字典攻擊的重要性。然后對比密碼修改前后，相同元素的不同組合方式，破解時間相差懸殊，在巨大的對比中促進學生深刻認識掌握密碼設置技巧的重要性。在防撞庫攻擊部分，教師出示調查結果，即許多人重復使用密碼、從不更換密碼。由此引出防撞庫攻擊。上述所有問題的引出都不是簡單、生硬地直接告知，而是在對比、認知沖突、反思已有習慣中，形成認識，這些過程構筑了學生學習的過程，保證了學習的真實發生。

在《互聯網搜索新發展》案例中，同樣可以看到對比、分析、歸納等認知活動，集中體現于“實驗探究：搜索引擎的基本原理”環節。例如，在演示環節，第一次運行簡易搜索引擎進行內容搜索，結果無呈現內容，對Web文件夾進行內容更新然后再次搜索，學生發現搜索結果呈現。前后對比，引導學生思考原因。第1次實驗，讓學生在對比中分析搜到的信息、Web文件夾中的網頁數、Pages表中的行數三者之間的關系。第2次實驗，通過修改Pages表中的內容，觀察結果，根據記錄的數據分析問題，理解原理。

歸納共性，兩個案例都引導學生經歷了探究過程，且都采用了實驗教學的方式，經歷實驗過程總結出實驗結論。以下是對這一過程的分析：

其一，符合真實性學習的理念?！读x務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）強調“以真實問題或項目驅動，引導學生經歷原理應用過程、計算思維過程、數字化工具應用過程…”，描述中體現對經歷過程的重視。實際上，重視過程也體現于新課標內容的描述，如物聯網模塊，“（4）通過簡易物聯系統的設計與搭建，探索物聯網中數據采集、處理、反饋控制等基本功能，體驗物聯網、大數據及人工智能的關系”。這種過程性陳述的方式在教學提示中也有鮮明體現，如“通過分析典型物聯應用、使用物聯設備、搭建簡易物聯系統等途徑，指導學生實踐并掌握從物聯設備中讀取、發送、接收和使用數據，并了解這些過程背后的物聯協議及其主要特點”。學業質量評價標準也是相似的處理，說明在重視過程這一點上，新課標文本在教、學、評上都加以關注。顯然，這樣的處理方式有助于引導教學關注過程，促進學習真實發生。

其二，體現了“科”與“技”并重的理念。兩個案例都展示了原理教學可以采用的樣態。實驗過程側重“技”，實驗結論指向“科”。首先借助實踐活動幫助學生獲得操作體驗，形成感性認識，在此基礎上，通過對比、分析、歸納、提煉等認知活動，形成理性認識。也就是說，無論是驗證性實驗還是探究性實驗，都需要引導學生在實驗中經歷探究過程，通過對比、類比、聯想、歸納提煉、抽象等認知活動，助力其高階思維的提升。

3.技術賦能，促進數字化學習與創新

在《密碼攻防戰》案例中，教師利用技術助力教與學。具體如下：利用問卷星展開調查，了解學生的密碼設置習慣，為教學內容的引入提供數據證據；利用平臺收集匯總學生嘗試設置密碼的結果，形成全班數據，幫助學生觀察、對比，并從中發現規律；學生利用AI編寫、修改暴力破解程序，調試、運行程序，助力理解暴力破解的原理及實現方法；利用平臺開展紅藍對抗實戰，促進學生感受真實的密碼應用場景。

在《互聯網搜索新發展》案例中，學生利用UMU平臺建構搜索引擎工作流程，教師可以了解班級所有學生對問題的理解及掌握情況；學生選擇常見的大語言模型，以“請你介紹宜昌三游洞”為提示詞進行體驗，將獲得的生成結果上傳到UMU平臺。這樣，學生在文字接龍的基礎上，經歷大語言模型應用的體驗過程，有助于進一步理解大語言模型的基本原理。

學生經歷探究過程需要支架的支持。技術的加持可以助力學生更便捷、高效地進行探究，實現效果、效率的雙重兼顧。在工具選擇上，兩個案例展示了兩種方式：在《密碼攻防戰》案例中，老師提供了專門開發的紅藍對抗場景；在《互聯網搜索新發展》案例中，教師則是利用已有的平臺，如UMU平臺，引導學生討論、檢測，記錄學生學習的過程性數據。利用技術賦能涉及以下幾個方面：其一，考驗教師的數字素養，如是否能夠應用合適的工具或者開發專門的平臺助力自己的教學；其二，教師在教學中主動應用技術解決現實問題，為學生提供示范，這一行為對學生會具有潛移默化的影響，也幫助學生明確技術應用的優勢；其三，技術工具有利于豐富學生的體驗，尤其可以豐富“做的經驗”，讓學生在參與中獲得豐富的感性認識。

4.立德樹人，彰顯學科特有育人價值

落實育人價值有兩種途徑：一種是基礎教育階段普適性要求，即以信息技術為載體，處理素材或呈現內容需要體現育人價值，如體現中華優秀傳統文化、革命傳統等。另一種是彰顯學科特點的應用場景及學科專屬內容。兩種途徑在兩個案例中都有體現。

在《密碼攻防戰》案例中，密碼安全涉及信息安全意識、信息社會責任等方面，教學目標及內容都是學科專屬或學科特有的育人價值體現?？偨Y部分引出“虎符調兵遣將”的歷史和“密碼專家王小云”的事跡，屬于學科素材。

在《互聯網搜索新發展》案例中，在環節四創新應用部分，教師設計了創新任務“人機協同設計宣傳語，介紹家鄉宜昌”。這個練習，不僅引導學生應用所學解決問題，同時還增強了學生對家鄉的熱愛和宣傳意識。該案例中的育人屬于第一種，即滿足基礎教育的普適性要求。

5.板書合理，助力學生認知結構形成

兩個案例的板書都具有結構化、形象化的特征。在《密碼攻防戰》案例中，形象化是指借助顏色予以區分。結構化體現為將具體的暴力攻擊、字典攻擊、撞庫攻擊提煉為枚舉算法，三種攻擊方式下的各種措施都提煉為增加枚舉難度，即枚舉算法與增加枚舉難度都是抽象的結果。有具體，有抽象，體現了層次性，凸顯結構性。在《互聯網搜索新發展》案例中，以對比的方式呈現搜索引擎和大語言模型的工作過程、特點及應用場景，幫助學生在對比中理解，實現知識的關聯、抽象，完成認知結構的構建。

高階思維視角的審視

兩個案例都通過專門的設計促進學生學習的發生，同時促進學生高階思維的發展。關于高階思維的已有界定，廣為認同的主要包括兩類：

其一，教育目標分類視角。例如，布魯姆的認知目標分類中的分析、綜合和評價被視為高階思維。又如，馬扎諾的認知系統中的分析、知識應用、元認知系統及自我系統四個思維層次被視為高階思維的層次。

其二，學習結果視角。例如，比格斯sOLO（Structure of the

Observed Learning Outcome，可觀察的學習結果的結構）模型，包括前結構、單點結構、多點結構、關聯結構、拓展抽象結構五種樣態（水平）。前三個結構涉及知識數量的變化，后兩個結構體現知識的質的改變，被視為高階思維。又如，韋伯的DOK（Depth of Knowledge，知識深度）理論將學生的認識水平分成四個等級，即DOK1回憶和重現、DOK2概念和技能的簡單應用、DOK3策略性思考、DOK4拓展性分析。其中，DOK3和DOK4被視為高階思維。

二者的差異在于，教育目標分類學是從預設或理想目標的角度認識高階思維，學習結果則是從學習終點認識高階思維，觀察的出發點不同。但仔細分析二者又具有聯系，教育目標與學習結果雖然觀察的出發點不同，但無論教育目標還是學習結果都是教育預期的，教育目標是應然的預期，學習結果也是應然的預期，而非實然。所以，二者在理論上具有一致性，且無論是教育目標的視角還是學習結果的視角都區分了層次，二者都是面向結果。

筆者認為，布魯姆認知目標、SOLO分類、DOK理論，三者實則都指向預期的學習結果，但又各有側重。其中，SOLO分類凸顯思維結構，布魯姆認知目標強調應用，DOK理論既有結構（如DOK4）也有應用（如DOK1＼～3），但與SOLO分類相比，結構不清晰且結構發展線索不清楚。然而三者內在本質具有一致性：SOLO的抽象拓展與DOK4較為相似；SOLO的關聯與抽象拓展結構表現出學生對知識內容的理解與深度思考，需要布魯姆認知分類中的高階思維（分析、綜合、評價）參與；DOK理論中的DOK1（回憶和重現）、DOK2（概念和技能的簡單應用）與布魯姆認知目標中的記憶、應用相似，DOK3（策略性思考）與DOK4（拓展性分析）則與分析、綜合、評價相似。可見，三者是對高階思維不同側面觀察的結果。基于此，可以綜合三者對高階思維進行界定。

SOLO模型關注思維結構，與思維內容及結構相對應的是思維應用，在應用中會體現認知策略，所以用布魯姆認知目標描述思維的應用側面，DOK理論描述策略性側面，即高階思維包括結構性高階、應用性高階和策略性高階。

結構性高階回答“是何”的問題，側重思維深度，指向SOLO模型中的關聯結構與抽象拓展結構，以這兩種結構為目標關注思維深度發展的結構性結果；應用性高階回答“如何”的問題，側重體現思維價值內涵，強調應用，指向布魯姆認知目標的分析、綜合和評價，以這幾個層面的應用為追求關注思維應用的價值體系，與問題解決說具有一致性；策略性高階回答“何以如此”的問題，指向DOK中的策略性思考，關注學生在解決問題中的思維方法。綜合來看，三個維度的觀察從“內容—結構—應用—策略\"多側面關注高階思維。

根據上述界定審視兩個案例中對高階思維的關注： ① 結構性高階。主要考查是否有關聯、抽象的發生。案例《密碼攻防戰》將學生已有設置密碼經驗與教學內容進行關聯，體現教學情境與生活場景之間的關聯，拓展關聯范圍。在關聯路徑上，借助各種實驗及紅藍對抗模擬，促進學習從具體到抽象，體現關聯形態的變化。案例《互聯網搜索新發展》將文字接龍游戲類比大語言模型工作原理，也是關聯學生的已有經驗，促進學生理解原理。 ② 應用性高階。前文已有提及，在兩個案例中，通過實驗過程設計，引導學生在探究中經歷對比、分析、抽象、提煉、歸納等認知活動過程，體現具體問題中的應用，都可歸為高階思維。 ③ 策略性高階。在《密碼攻防戰》案例中，學生進行紅藍對抗模擬，在《互聯網搜索新發展》案例中，學生進行家鄉宣傳語創作，兩者都需要學生的策略性思考及拓展性分析。綜上所述，能夠關注到高階思維的結構性、應用性及策略性側面，是兩個案例成功的關鍵或根本。