基于計算思維的問題驅動教學模式構建與實踐

江榕春

當前信息技術教學中，教師常常偏重對學生操作技能的訓練。在應試教育的影響下，學生只能停留于淺表層面而缺乏創新能力，思維方式僵化，缺乏發現問題、分析問題、解決問題的思維能力，無法應對復雜的局面，不能解決面對的新問題。筆者試圖改革現有的教學模式，構建基于計算思維的問題驅動教學模式，力求以計算思維為導向，在程序設計以及信息加工各模塊教學過程中，體現計算思維的特征，讓學生掌握計算思維的典型方法，成為具有計算思維的創新型人才。

● 基于計算思維的問題驅動教學模式的構想

在《普通高中信息技術課程標準（征求意見稿）》中，對計算思維的概念描述是“個體運用計算機科學領域的思想方法，在形成問題解決方案的過程中產生的一系列思維活動。具備計算思維的學生，在信息活動中能夠采用計算機可以處理的方式界定問題、抽象特征、建立結構模型、合理組織數據；通過判斷、分析與綜合各種信息資源，運用合理的算法形成解決問題的方案；總結利用計算機解決問題的過程與方法，并遷移到與之相關的其他問題解決中”。可見，計算思維有助于提高學生的核心競爭力、創新力，也利于培養學生最優化解決問題的能力。那么，如何有效培養學生的計算思維能力呢？這需要將學生置于真實的問題情境中，親身經歷探究的和邏輯的思考過程，尋求問題解決方案，這樣他們才能獲得問題解決的能力。基于計算思維的問題驅動教學模式正是在這種需求下提出的，既符合計算思維構造的特征，又便于教師實施課堂教學。

問題驅動教學模式是以問題為中心的教學方式，由教師活動、學生活動和計算思維方法三部分組成，教師需要挖掘教材文本和教學案例，為學生設計并創建良好的問題情境，提供線索引導啟發學生自主思考，組織討論以及評價總結等工作。學生在學習過程中需要自主地探索學習，與教師及其他同學合作、互動，采用計算思維的方法建構知識點，尋求適合求解問題的方法，從而更好地解決問題。計算思維方法應貫穿問題驅動學習過程的始終。教師引導學生自主探索，學生在求解問題的過程中使用計算思維方法，并在獲取知識的過程中進行反思，形成科學的思維觀。可見，該教學模式的根本任務是問題解決，其靈魂則在于學習者的自主學習能力，目標則是讓學生成為“有思想的人”。

● 基于計算思維的問題驅動教學模式的課堂實施

問題驅動教學模式的主要教學環節包括設定問題情境、設計有效問題、尋找問題解決方案、提供線索解決問題和評價問題解決過程等五個部分。每一個環節都需要依據計算思維的特征展開，教師在教學中充當啟發者和指導者，提出問題并創設情境，讓學生緊緊圍繞問題去討論，尋找解決辦法。學生在自主學習、主動探究的過程中形成發散思維，提高自身的綜合素質。

1.設定問題情境

問題驅動教學模式的前提是設定一個適當的問題情境。教師要從教學需要出發，根據學生的興趣、心理和已掌握的知識，結合學生的日常生活，設定一個綜合性較強、能引發思考的問題情境。那么，如何才能創造引發思考的情境呢？筆者認為，首先要尋求學習任務的真實性，而不是為了問題而問題。只有現實性的問題，才能讓學生體悟到學習的意義與切實性。

例如，學校會舉辦一些有特色的活動，如校園歌手大獎賽、科技節等，這些活動都是創設生活情境的鮮活主題。在活動中，可能需要尋找伴奏帶、制作卡拉OK帶，需要現場統計各位選手的得分情況并進行排名，或者需要現場調音或錄像等，這些活動都需要信息技術的支持，教師如果善于挖掘這些資源，充分調用學生的現成經驗，就會讓學生感到信息技術的實用性、先進性，從而產生學習的沖動。

2.設計有效問題

問題驅動教學模式的關鍵在于問題的設計，教師通過有效提問，引導學生逐步深入思考。首先，問題是根據一定的教學目標提出來的，目標是設問的方向、依據，也是問題的價值所在。其次，知識是一種建構的過程，教師的教學工作必須發揮支撐的功能，不僅要從內容上把握學科的本質，而且要真正逼近學生的學習活動與思維過程。因此，有效的問題應具備以下特征：①問題宜具體，指向和措辭清晰明確；②問題設計要揭示矛盾，引起思考；③要有邏輯地、連續地提問題；④問題設計要拓展課程領域，調動學生已有的知識經驗；⑤問題具有水平區分度和開放性；⑥問題具有創新性。

例如，筆者在講授蘇科版七年級信息技術教材第一章第一節《漢字的編碼》時，就是通過以下一連串的問題展開教學的。

問題1：最近小明用Word制訂了一個英語學習計劃，并把電子稿通過郵件發給了在美國留學的姐姐請她幫忙參考，可是她的電腦是純英文操作系統，打開小明的學習計劃后，她看到的都是亂碼，請思考原因？（引入漢字編碼）

問題2：電腦中要輸入、存儲、顯示漢字，需要具備哪些條件呢？

問題3：漢字的輸入碼很多，如果計算機內存放的是輸入碼本身，就會造成存儲容量浪費、增加處理漢字的難度等問題，如何解決呢？（引入漢字的機內碼）

問題4：BIG5碼是什么編碼？簡體中文（GB2312）又是什么編碼？是因為這兩種編碼不同才導致了亂碼嗎？

問題5：機內碼以二進制代碼的形式存在，如何在屏幕上顯示或通過打印機打印漢字的字型呢？（引入字型碼）

問題6：如何造字呢？（用實踐活動理解三種編碼的關系）

本節課由“純英文的操作系統無法處理漢字”這一真實的問題情境引入，引起學生關注電腦漢化的相關問題，激發他們的學習興趣。在隨后的教學中，筆者創設了一系列層層遞進的問題，讓學生不斷感受所學內容的實用價值，如從學生熟悉的輸入法入手，探討各種輸入法的優缺點，從亂碼問題入手，探討計算機內漢字編碼的統一問題，通過造字程序體會外碼、內碼、字型碼之間的關系等，層層揭開漢字處理的神秘面紗，也充分體現了計算機處理問題的一般規律。

3.尋找問題解決方案

真實的問題往往是復雜的，這就要求學生在問題解決過程中把問題抽象和化簡。首先確認所需解決的問題，思考如何通過計算機和其他工具來解決問題；其次思考運用怎樣的知識才有效，并且收集必要的信息，考慮各種的邊緣情況和可能的失敗情況，符合邏輯地組織和分析數據；最后通過觀察問題解決過程中出現的問題來調整相關方法，在物理世界的限制下進行工作。endprint

例如，在江蘇科學技術出版社出版的七年級第三章第2節《數據處理與統計》的教學中，筆者設計了一個“讓數據引導健康生活”的問題情境，意在通過計算體重指數BMI來自動判別人的胖瘦程度。筆者根據“初步界定問題—建構模型—邏輯化組織數據—自動化計算—推廣”這一計算思維的思考過程，引導學生像計算機科學家一樣思考解決問題的方式。

由于BMI指數模型是已知的，需要通過體重和身高來計算，因此組織數據時，必須包含這兩個字段，另外由于判斷男女胖瘦的標準不同，還需要包含性別字段，這樣經過師生討論，確立所需字段，選擇Excel或WPS表格軟件創建全班學生的體質健康狀況表，并在線收集數據后，就可以運用公式來計算第一位學生的BMI指數，而其他學生的BMI指數則可以利用填充柄工具來自動填充。計算完BMI值后，就可以利用if函數自動判別胖瘦等級。

借助計算思維的思考方式，筆者引導學生掌握了建構模型和邏輯化組織數據的方法，并實現了自動化計算的處理。這一問題解決方案的形成過程，改變了學生“想不到”利用表格來解決問題的現狀，從思維層面和能力層面進行了提升。

4.提供線索解決問題

問題驅動教學模式的靈魂是學生的自主學習能力。在知識建構過程中最重要的是從學習者自身經驗到假設生成的過程。問題求解是一項復雜的思維活動，無論是什么樣的思維形式，都是由一系列實踐中可操作的方法構成。從開放性課題的設定到開放性結局的過程，教師要運用計算思維的特征，組織“競爭、思辨、質疑、反饋”性的教學活動，提供線索啟發學生主動思考，并把探究的過程還給學生，與他們展開扎扎實實的對話。在這種對話過程中運用眾多的知識技能，確立若干層級的下位目標，邏輯地展開問題解決的過程，得出結論之前給予學生充分思考的時間，促進學生的反思性思維，形成深度學習的思維文化。

在課堂學習中，不同的學生對同一知識點在理解角度、思維方式、深度、廣度等方面都存在差異，這種差異對實現學生的思維碰撞極為有利。課堂教學應積極引導學生把自己的思考方法、策略、對問題的見解與別人交流，讓學生在思維的交流中發現各自的不同（產生碰撞），并分析產生不同的原因，把深層次帶有規律性的問題發現出來，將該問題的求解過程進行推廣并移植到更廣泛的問題中。

5.對問題解決的評價

本環節包括對問題解決過程的評價和對問題解決結果的評價兩部分。前者是對問題解決方案、方法和過程的評價，后者是對問題解決結果的評價，主要是電子作品或者程序執行效率等的評價。一般而言，真實性的問題往往并不局限于一個正解，或者并非局限于定型化的解法，但可以通過評價和對比發現最優化的問題解決方案。而對于問題解決結果的評價，則可以通過展評作品，依據預先設計的量規來進行自評、互評。

● 結語

真正的學習不僅在于知識的習得、理解和鞏固，還在于知識的有意義運用和創造。基于計算思維的問題驅動教學模式以設計問題情境為前提，以設計有效問題為關鍵，以提高學生的自主學習能力為靈魂，以培養學生運用計算思維的方法進行問題解決為終極目標，注重思維能力的訓練和培養，使學生在學習了相關理論知識和操作技能的同時，能運用計算思維的方法解決日常生活中的問題，在強化教師及學生對計算思維認知的同時，也探索出了如何培養學生計算思維能力的有效途徑，在當前形勢下不失為一種改良的教學模式，然而該模式對教師的教學設計和課堂引導能力都提出了更高的要求，對學生的自主學習能力可能也估計不足，而且探究性學習本身效率不高。因此，該模式還需要在今后的教學實踐中不斷探索和改進。endprint