基于計算思維的支架式教學(xué)策略研究

鄭魯芳

【摘要】2017年底教育部正式公布《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》，提出高中信息技術(shù)課程全面提升高中學(xué)生信息素養(yǎng)的課程目標(biāo)。計算思維作為信息技術(shù)學(xué)科四大核心素養(yǎng)之一，是教學(xué)中的重要內(nèi)容。本文從教學(xué)策略的視角討論利用學(xué)習(xí)支架促進(jìn)計算思維技能形成，從而培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力。

【關(guān)鍵詞】計算思維 ? 支架式教學(xué) ? 學(xué)習(xí)支架 ? 教學(xué)策略

計算思維是信息社會成員處理信息問題的重要思考方式，也是新課標(biāo)下信息技術(shù)課重要教學(xué)目標(biāo)。教師對學(xué)生計算思維的培養(yǎng)缺乏可操作性指導(dǎo)，傳統(tǒng)教學(xué)中讓學(xué)生通過任務(wù)或案例學(xué)習(xí)感悟計算思維，因?qū)W生個體間差異對計算思維領(lǐng)悟存在的影響，教學(xué)效果不可控。若將計算思維看作一種可以訓(xùn)練的思維技能呢？從思維訓(xùn)練這個視角本文探討利用學(xué)習(xí)支架培養(yǎng)學(xué)生計算思維的教學(xué)策略。

一、相關(guān)概念研究

（一）計算思維的含義

新課標(biāo)明確提出“計算思維是指個體運用計算機科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在形成問題解決方案的過程中產(chǎn)生的一系列思維活動”。

（二）學(xué)習(xí)支架與支架式教學(xué)

“支架”最先源于建筑術(shù)語“腳手架”，即當(dāng)建筑樓房時提供的臨時性支持，當(dāng)樓房建好后就撤掉了。這一詞后來被引用到教學(xué)中，指根據(jù)學(xué)生的需要為他們提供幫助，并在他們能力增長時撤去幫助。

支架式教學(xué)就是以維果斯基的最近發(fā)展區(qū)理論為基礎(chǔ)的教學(xué)策略，它強調(diào)為學(xué)習(xí)者構(gòu)建知識、促進(jìn)理解、發(fā)展思維提供一種概念框架，由淺入深地引導(dǎo)學(xué)生完成知識的意義構(gòu)建，從而能夠幫助學(xué)習(xí)者從現(xiàn)有水平提升到另一個新的更高水平。

二、搭建學(xué)習(xí)支架培養(yǎng)學(xué)生計算思維的必要性

傳統(tǒng)教學(xué)中依靠學(xué)生在知識學(xué)習(xí)與實踐中體悟計算思維的這種方式操作性不強且低效。思維能力是思維技能嫻熟運用后表現(xiàn)出來的綜合素質(zhì)，具有綜合性、抽象性的特征。若將思維看成是一種可以訓(xùn)練的技能，在教育教學(xué)中則具有很強的可操作性。趙姝等提出了一般思維訓(xùn)練的指導(dǎo)框架，將思維技能訓(xùn)練分為隱性思維顯性化、顯性思維工具化、高效思維自動化三個階段，用以提高思維技能訓(xùn)練的可操作性。雖然現(xiàn)有研究中尚未發(fā)現(xiàn)專門針對計算思維訓(xùn)練的方法，但是計算思維是在形成問題解決方案的過程中產(chǎn)生的一系列思維活動，其形成機制具有所有思維的共性，計算思維的訓(xùn)練亦遵循思維訓(xùn)練的一般規(guī)律。

根據(jù)一般思維訓(xùn)練的指導(dǎo)框架，計算思維訓(xùn)練可以分為三個階段。首先，利用顯性化的學(xué)習(xí)支架幫助學(xué)生認(rèn)識與理解計算思維過程;然后，學(xué)生借助學(xué)習(xí)支架這一工具思考解決類似問題;最后，當(dāng)外部提供的學(xué)習(xí)支架逐漸被學(xué)生內(nèi)化為自我搭建的支架，學(xué)生可以在無意識中利用支架進(jìn)行分析、組織知識，達(dá)到思維自動化效果，從而能夠有效促進(jìn)計算思維的遷移應(yīng)用。在教學(xué)中結(jié)合計算思維的具體內(nèi)容，遵循思維訓(xùn)練的一般規(guī)律，利用學(xué)習(xí)支架這一有效手段開展計算思維訓(xùn)練，將使計算思維能力培養(yǎng)更具針對性和可行性。

三、面向計算思維的支架式教學(xué)策略設(shè)計與實施原則

（一）針對學(xué)習(xí)者的最近發(fā)展區(qū)設(shè)計學(xué)習(xí)支架

教學(xué)中設(shè)計基于計算思維的學(xué)習(xí)支架時，首先分析學(xué)習(xí)者當(dāng)前計算思維表現(xiàn)水平以及要達(dá)到的目標(biāo)水平，設(shè)計適合學(xué)習(xí)者的不同支持粒度的學(xué)習(xí)支架。支架粒度過大，學(xué)生無法借助支架完成任務(wù);支架粒度過小，則無法達(dá)到思維訓(xùn)練的目的。

（二）利用學(xué)習(xí)支架將計算思維顯性化

培養(yǎng)學(xué)生的計算思維首先要讓學(xué)生認(rèn)識什么是計算思維，然而計算思維隱含于形成問題解決方案的過程中，因此利用學(xué)習(xí)支架將計算思維顯性化是十分必要的。設(shè)計學(xué)習(xí)支架時應(yīng)該充分利用思維導(dǎo)圖、流程圖等將計算思維過程及結(jié)果顯性地呈現(xiàn)出來，讓學(xué)生觀察到解決問題的過程、認(rèn)識計算思維。在練習(xí)中，這些將思維過程顯性化的學(xué)習(xí)支架可作為學(xué)生解決新問題的思維工具，引導(dǎo)學(xué)習(xí)者思考，幫助學(xué)生應(yīng)用高效的方法形成相對穩(wěn)定的思維模式。

（三）及時動態(tài)調(diào)整學(xué)習(xí)支架

支架式教學(xué)在于幫助學(xué)生成功完成當(dāng)前的學(xué)習(xí)任務(wù)，其根本目的是使學(xué)生獲得更高水平的獨立，因此教師給予學(xué)生的支持對學(xué)生來說必然是暫時的。當(dāng)學(xué)生的認(rèn)知和能力日漸增強到一定程度、能夠獨立解決問題時，就可以循序漸進(jìn)地撤去學(xué)習(xí)支架。

四、基于計算思維的支架式教學(xué)策略

（一）創(chuàng)建情境支架，激發(fā)學(xué)生思考

教學(xué)中發(fā)現(xiàn)學(xué)生存在不能靈活運用基礎(chǔ)知識解決實際問題的問題，這與學(xué)生知識學(xué)習(xí)脫離實際問題情境有關(guān)，學(xué)生缺乏從情境中界定問題、抽象關(guān)鍵特征的能力，不能將計算機基礎(chǔ)知識與實際問題建立聯(lián)系。因此，在教學(xué)中要注意結(jié)合學(xué)生生活創(chuàng)建情境，真實的問題情境可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生對問題的解讀和表征，建立計算機基礎(chǔ)知識與實際問題的關(guān)系，從而找到問題解決的方法。比如，提出使用APP inventor為喜歡的科技節(jié)知識競賽設(shè)計開發(fā)手機應(yīng)用的任務(wù)，學(xué)生結(jié)合問題情境不僅能夠?qū)⒘斜磉@種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與競賽題目的存儲建立聯(lián)系，找到問題解決的關(guān)鍵創(chuàng)建答題系統(tǒng)，而且還能夠結(jié)合實際問題需要設(shè)計登錄、積分等功能，使應(yīng)用更加符合活動需要。

（二）搭建學(xué)習(xí)支架，使思維可視化

運用計算思維解決問題的過程需要一系列思維活動，學(xué)生自己在實踐中難以感悟到這些復(fù)雜的思維活動，這就需要教師提供問題串、思維導(dǎo)圖、表格、圖示、流程圖等多種形式的學(xué)習(xí)支架，這些支架要反映有經(jīng)驗的學(xué)習(xí)者 （如教師） 所經(jīng)歷的計算思維過程，幫助學(xué)生理解其中的要素關(guān)系，使計算思維可視化。

以循環(huán)為例，為學(xué)生提供表格填寫每一次循環(huán)執(zhí)行的結(jié)果，模擬循環(huán)執(zhí)行的過程，幫助學(xué)生理解循環(huán)的過程及功能;在解決“百錢買百雞”問題時，可先讓學(xué)生繪制流程圖表示出問題解決過程，然后根據(jù)流程圖編寫代碼;解決復(fù)雜問題時，利用問題串、圖示、提示語等支架讓學(xué)生分解問題、描述問題，將復(fù)雜的問題逐漸分解轉(zhuǎn)化為清晰描述的可執(zhí)行操作。

（三）利用提示支架，培養(yǎng)良好習(xí)慣

好的學(xué)習(xí)習(xí)慣可以讓學(xué)生在解決問題的過程中思維更流暢。學(xué)習(xí)支架不僅可以對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行結(jié)構(gòu)化、程序化，有序安排解決問題過程的各個階段，還可以有效規(guī)范學(xué)生的行為，幫助學(xué)生形成良好的解決問題習(xí)慣，形成相應(yīng)的問題思考方式，提高思考和學(xué)習(xí)效率。

教學(xué)中筆者發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在編程解決問題的過程中的不良習(xí)慣嚴(yán)重影響任務(wù)的完成，比如：未對問題深入分析就急于寫代碼;代碼一寫到底，中間沒有任何調(diào)試;命名不規(guī)范、缺少注釋等。因此，教學(xué)中要對學(xué)生提出明確要求，如編程練習(xí)中所有變量命名遵循駝峰命名法;對變量、函數(shù)有注釋說明;代碼及時測試，即寫一部分測試一部分;復(fù)雜任務(wù)一定先對問題進(jìn)行描述等等，以培養(yǎng)學(xué)生良好的編程行為習(xí)慣及思維習(xí)慣，提高編程效率。

（四）提供反思支架，提高反思質(zhì)量

具有計算思維的學(xué)生應(yīng)該能夠總結(jié)利用計算機解決問題的過程與方法并遷移到與之相關(guān)的其他問題中。研究表明，當(dāng)學(xué)習(xí)者明確反思的內(nèi)容時，反思對于問題解決具有積極作用。在問題解決過程中為學(xué)生提供反思評價支架，明確反思內(nèi)容，不僅可以提高方案質(zhì)量，還可以促進(jìn)其對新知識進(jìn)行深入理解建構(gòu)和應(yīng)用。

在APP inventor教學(xué)中，當(dāng)學(xué)生完成手機應(yīng)用之后，可以向?qū)W生提供反思問題支架，如作品是否實現(xiàn)了預(yù)期功能？代碼是否簡潔，是否可以優(yōu)化？是否有更好的方案？在應(yīng)用制作過程中遇到了哪些問題，怎樣解決的，在解決問題的過程中學(xué)到了哪些知識方法？通過這一系列提問引導(dǎo)學(xué)生客觀評價作品、深入反思學(xué)習(xí)過程，促進(jìn)知識遷移。

五、總結(jié)

計算思維作為計算時代的新產(chǎn)物，是21世紀(jì)人們必須具備的素養(yǎng)與技能之一。教學(xué)不只是向?qū)W生教授知識，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力。支架式教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生計算思維的一種有效策略：一方面，學(xué)習(xí)支架是學(xué)生學(xué)習(xí)的腳手架，不僅可以將計算思維外顯化、可視化，有助于學(xué)生認(rèn)識、理解計算思維，還能夠被學(xué)生內(nèi)化作為思維工具用于解決問題;另一方面，學(xué)習(xí)支架是教師教學(xué)中的抓手和著力點，可以提高計算思維教學(xué)的可行性、針對性、有效性。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陳麗香，馮維.論組織者教學(xué)與支架式教學(xué)的異同及應(yīng)用[J].教學(xué)與管理，2006（24）：62-63

[2]趙姝，趙國慶，吳亞濱，徐寧儀.思維訓(xùn)練：技術(shù)有效促進(jìn)學(xué)習(xí)的催化劑[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，2012（04）：28-34+78.

[3]朱龍，付道明.一種提升學(xué)生問題解決能力的問題支架應(yīng)用框架——基于翻轉(zhuǎn)課堂的實證研究[J].電化教育研究，2020，41（02）：115-121.