落實教學問題設計，培養高階思維能力
——以程序設計教學《Image模塊應用》為例

陳麗華 浙江省桐鄉市鳳鳴高級中學

高階思維是高階能力的核心，是指發生在較高認知水平層次上的心智活動或認知能力，主要指創新能力、問題求解能力、決策能力和批判性思維能力等。[1]傳統的課堂教學更注重知識的背誦和記憶，學生缺乏對問題的獨立思考與解決過程。長此以往，會導致學生獨立思考能力弱，很難將知識融會貫通，從導而致高階思維發展水平低。因此，培養學生的高階思維能力，著力點在于課堂教學，更在于教師。

●培養學生高階思維能力的意義與可行性

1.高中信息技術課程培養學生高階思維能力的意義

①符合學科核心素養的要求。《中國學生發展核心素養》指出，理性思維能力、批判質疑能力、勤于反思能力及問題解決能力與高階思維能力是緊密聯系的。[2]《普通高中信息技術課程標準（2017年版2020年修訂）》（下文簡稱《課標》）也提出了信息意識、計算思維、數字化學習與創新和信息社會責任四個核心，這四個學科核心素養與高階思維能力的培養是相互促進、相輔相成的。落實高中信息技術學科核心素養，需要培養學生的高階思維能力。

②順應社會的發展需求。當代學生作為新時代人才的后備力量，應能根據實際主動發現、提出問題，多角度、辯證地分析問題，從而選擇適合自身的方法、運用科學的思維方式認識事物、解決問題。培養學生的高階思維能力有利于開拓學生的視野，增進學生對知識的理解與運用，使學生在面對真實問題時能夠靈活地應用學習到的知識解決問題，從而養成積極探索鉆研、冷靜分析思考、敢于質疑權威、主動解決問題的好習慣。

2.高中信息技術課程培養學生高階思維能力的可行性

①課程性質與高階思維緊密相連。普通高中信息技術課程集實踐性、綜合性與應用性于一體，是與當前信息化社會發展聯系最為緊密的一門學科。《課標》指出，普通高中信息技術課程是一門旨在幫助學生發展計算思維、提高數字化學習與創新能力的基礎課程。[3]課程通過豐富多樣的任務情境，鼓勵學生在數字化環境中學習與實踐。這就需要教師在教學過程中采用恰當的教學方法引導學生運用綜合思維分析復雜問題，進而選擇簡潔高效的方法解決問題；引導學生從機械學習、被動學習轉向有意義的發現學習，使學生的邏輯思考能力、批判能力、評價與反思能力、遷移能力以及探究能力得到充分的發展，而這些能力的培養與形成與高階思維能力的培養密不可分。

②課程內容與高階思維密不可分。以必修模塊“數據與計算”為例，在該模塊的算法與程序設計內容的教學中，編程解決一個問題要經過“抽象與建模→設計算法→編寫程序→調試與優化→找到最優算法”的過程，在這個過程中需要學生分析歸納、思考討論、邏輯推理，需要學生調動問題求解能力、邏輯思維能力、分析與評價能力、批判性思維能力等（如圖1），這些層面的思維能力均屬于高階思維能力。由此可見，高中信息技術課程內容的學習離不開高階思維能力。

圖1

●基于教學問題設計培養高階思維能力的策略

教學問題設計是指教師在教學過程中根據特定的教學內容，分析課程類型和學生情況，對課堂提問的內容進行有意識的設計。筆者基于浙教版高中信息技術《數據與計算》中的《Image模塊應用》一課的教學，嘗試通過立足真實情境、借助數學模型、基于發現學習和依托開放問題這四個教學問題設計策略對學生高階思維能力進行培養。

1.立足真實情境，培養問題解決能力

在課堂教學過程中，教師要注重將現實生活中的真實問題引入課堂教學，從而引發學生的共鳴，激發學生的學習興趣，進而促進學生更主動地思考、解決問題。例如，教師以案例導入后，提出問題：“計算機是如何判斷答題卡上的選項是否被填涂的？”這個問題貼近學生的學習生活，學生會聯想到自己考試時填涂答題卡的情境，因此可以順利總結出計算機判斷某個選項是否被填涂的過程：首先逐個取出填涂區域中的像素，其次對像素進行判斷并統計出黑色像素的數量，最后根據黑色像素所占比例確定填涂結果。真實情境有利于學生順利地進行知識和技能的遷移與應用，在“答題卡識別”問題中，學生根據自己的親身經驗思考、分析問題，最終解決問題。這個基于真實情境的問題為學生順利解決問題奠定了良好的基礎。

2.借助數學模型，培養分析評價能力

數學模型是一種模擬，是用數學符號、數學式子、圖形等對實際問題本質屬性的抽象而又簡潔的刻畫。[4]數學模型是通過對問題進行數學建模而得到的結果。數學模型可以將問題化繁瑣為簡潔，化抽象為具體，讓問題更直觀易懂。在“答題卡識別”問題中，在學生總結出計算機識別答題卡的過程后，教師繼續提出問題“計算機如何確定答題卡上信息點的填涂區域”？引導學生分析需要哪些數據才可以確定一個信息點的填涂區域。此時，教師可以引導學生畫一個信息點的填涂區域數學模型（如圖2），幫助學生對問題進行分析。基于圖2的數學模型，學生可以分析出信息點的填涂區域面積為信息點寬度（fill_w）乘以高度（fill_h），信息點的填涂區域與信息點起始位置坐標（start）、信息點寬度（fill_w）和信息點高度（fill_h）有關，信息點寬度填涂范圍為（x0,x0+fill_w-1），高度填涂范圍為（y0,y0+fill_h-1），對于多個信息點來說，還與信息點之間間隔的寬度（space_w）和間隔的高度（space_h）有關。學生借助數學模型對問題進行模擬與簡化，提高了對問題的分析評價能力。

圖2

3.基于發現式學習，培養探索創新能力

發現式學習是一種主張學生獨立學習、獨立思考后發現問題、解決問題并得出結論的學習方法。發現式學習主張在教學中，教師引導學生圍繞一定的問題，依據教師和教材提供的材料，積極思考、探索和發展相應的原理和結論。學生是學習的主體，學生只有對學習內容進行主動的意義建構、知識內化，才能夠把所學的內容牢牢掌握，才能在面對不同情境時順利地進行知識的遷移。在“答題卡識別”問題中，學生在分析出信息點填涂區域的范圍后，接下來需要思考：“如何判斷信息點像素的顏色？”通過教師提供的答題卡掃描圖像，學生發現這些掃描圖像一般是彩色圖像或灰度圖像，所以先要將圖像統一轉換為黑白圖像。此時，教師再提供相關的閱讀材料，讓學生尋找“計算機將其他顏色模式的圖像轉換為黑白圖像”的答案。在這個過程中，學生通過自己的探索提出自己的觀點和結論，一步一步建構自己的知識體系，不再局限于教師搭建的知識框架。發現式學習的目的在于最大限度地發揮學生學習的積極性、主動性，提高學生的探索與創新能力。

4.依托開放問題，培養批判思維能力

開放式問題指的是沒有明確指向性的問題，它沒有統一的答案，學生可以在比較廣的范圍內進行思考，有些開放式問題需要學生自主搜集資料以獲得問題答案。在教材改革后，信息技術課程內容與社會熱點問題結合得更加密切，考試題材多樣，考查內容新穎。在課堂教學中，教師有必要設計開放式問題對學生進行思維鍛煉，從而培養學生的批判思維能力。例如，在學生已經解決了“答題卡識別”問題，初步感受了計算機對圖像進行分析、處理的過程后，教師可以讓學生列舉生活中還有哪些涉及圖像處理應用的案例，同時，鼓勵學生在班級內進行案例分享。在這個過程中，學生需要洞察生活中的細節，聯想出各種案例，再經過客觀和理性的分析，確定哪些案例涉及圖像處理應用。開放式問題讓學生自己提出見解并基于客觀事實驗證，培養了學生的批判性思維能力。

●教學問題設計注意事項

1.問題設計要有目的性

教師在設計教學問題時應明確提出的問題需要達到的教學效果和對應的教學目的，避免出現無效問題。課堂上提出的問題應緊密圍繞教學知識點展開，引導學生拓展學習思維，加深對知識點的理解和掌握。新課講授時著重讓學生搭建學習框架、建構知識體系，培養學生的思考、創新能力。復習課則更注重學習方法的落實，強調知識運用，培養學生的分析、歸納、辨別、遷移能力。

2.問題設計要有層次性

問題設計要注重層次性，要全面清晰地呈現教學思路，要從多維角度剖析教學知識點，凸顯知識點的結構層次，讓學生在思考、分析問題時能依循教學問題的層次逐步解析問題和理解教學知識點。教師設計的問題應達到承上啟下、拓展延伸、環環相扣的教學要求，從而引導學生由淺入深分析解決問題。只有這樣，才能使課堂達到教學思路清晰流暢、課程結構重點突出的效果。