面向計算思維的高中信息技術任務驅動式教學模型探究

吳遠麗

（云南師范大學信息學院，云南 昆明 650500）

隨著信息化時代各項科學技術的普及應用，計算思維開始不斷受到重視。從根本上，計算思維可以說是信息技術學科的內在價值體現[1]。高中信息技術課程以計算機為其主要工具，具有邏輯性、思維性、實踐性和抽象性等特征，要求學生運用綜合性的思維運用計算機求解問題，而計算思維正是信息技術課程中集抽象、邏輯、評估、遷移等特征解決問題的思維方式。它作用于各種計算機技術，是一種交互性的思維能力，是人與各種信息技術資源在思維層面上的結合，從而更好地解決各種大規模復雜性的問題。信息技術課程的目標不僅是教會學生操作各種信息技術，還要內化成自己應用這些信息化資源的能力，就像日常的讀寫算一樣。任務驅動教學作為信息技術課程常用的教學方式，強調將教學內容組織成一個或連續幾個任務的形式，讓學生探究完成任務從而習得相應的知識和能力。在任務過程中，學生需要在自主和合作學習中激發思維，綜合運用已有和新知識技能去探究解決問題的方案。如果能夠進行恰當的任務驅動設置，將學生思維的培養方法融合到任務過程中，有意識地引導和激發學生的思維運用，相信能夠對學生計算思維的發展有一定的幫助。

1 計算思維培養與高中信息技術課程

就計算思維的定義來說，雖然各有不同，但都未脫離核心。計算思維不是外在的能力，而是學生內在的、經過長期訓練的思維活動，它能夠讓學生在面對新的科技手段時自發地做出自己的判斷，運用先前所學進行思考和應對，調動自身綜合運用各種思維方法以及技術工具進行問題求解。國際教育技術協會（ISTE）和計算機教師協會（CSTA）聯合對計算思維提出了一個在操作性方面的定義：“計算思維是一種解決問題的過程，包括明確問題、分析數據、抽象、設計算法、評估最優方案、遷移解決方法六個要素”[2]。計算思維的培養在高中階段是一個非常關鍵的時期，學生的認知發展表現在能夠對問題進行抽象概括、歸納演繹、反向推理、批判創新等。在信息技術課程中，要引導學生能夠將這些能力運用到信息化的學習中，在與信息化技術和資源的交互和認識過程中，有意識地培養這些能力。信息技術課程不僅教會學生掌握相關的知識理論、操作技能，也要培養相應的學科性思維，計算思維是最重要的體現。

高中信息技術課程是在中小學信息技術的基礎上設立的一門課程，其目的在于依據學生的認知特點和已有的信息技術基礎進一步培養學生的信息技術基本素養。在日益發展變化的信息化社會中，學生不應該僅僅掌握特定的信息技術操作方法、程序的編寫或是理論知識，更應該具備信息技術學科的思維方式。信息技術學科的教學目標也應該將著重點放在信息技術學科知識技能與學科思維的結合培養上，突出學生思維的運用。要培養學生自己的計算思維意識和能力，幫助學生在面對不斷迭代發展的硬軟件和系統設備時做出自己的思考和運用，能夠創新性、批判性地使用甚至更新這些信息技術。在這樣的社會化環境發展中，信息技術課程需要創造更多的條件讓學生更好地激發和運用計算思維。

2 任務驅動教學培養學生計算思維的可行之處

任務驅動教學作為一種教學手段，具有比較強的操作性，也是信息技術這樣實踐性強的課堂中常用的教學方式。任務驅動教學是指教師在教學之前首先明確教學內容，創設任務情境，利用任務的解決過程承載教學內容，展開教學活動，學生在任務過程中主動探究，獲得新知與技能[3]。課堂任務中強調學生自身的主動性，而教師的定位在于課堂的引導與幫助。同時，任務不僅來源于課本，更是來源于學生的實際生活，是學生能夠接觸到的有趣真實的事物，能夠激發學生的好奇心和探索的欲望。將教學目標融于任務中，任務強調真實性、趣味性，符合“最近發展區”[4]的特點。學生能夠在任務的完成和問題的解決過程中獲得樂趣、真實的成就感和做中學的體驗感。

計算思維作為一種思維方式，有其獨特的形成過程，需要在連續性的實踐和學習中逐漸累積和內化。計算思維運用于實踐，也來源于實踐，指導實踐。因此，計算思維的培養不僅僅需要理論知識的學習，更需要大量的實踐操作練習。通過實踐的大量累積，才能形成大腦思維的反射。計算思維雖然具有抽象性，卻也需要在具體的課堂學習和實踐操作中習得。任務驅動教學作為操作性極強的一種教學方式，需要學生進行大量的實踐操作和反思總結才能完成任務。在這個過程中，學生不僅需要思維的主動參與交流，也需要手動的操作，從而達到手腦并用的狀態。通過動手實踐和理論結合的方式，任務驅動可以極大化地促進學生思維和操作能力的發展。從理論和實踐上來說，任務驅動可以是計算思維培養的可行路徑。所以，以任務為載體，將計算思維的相關思維方式融入任務驅動教學的具體環節中，在任務過程中潛移默化地引導學生的思維發展，在學生掌握相關知識技能的同時發展計算思維能力。

3 初步教學模型探究

在任務驅動和計算思維的結合后，初步設計以下的教學模型，主要分為前端分析模塊、教學過程設計模塊和計算思維評價模塊。

1）任務設計的前端分析

在前端分析模塊，需要進行學習需求上的分析、教學內容分析、學習者特征分析、學習者所處環境分析。其中，在對學習需求的分析上，主要是學生在學習后應該掌握的知識和技能以及學生計算思維的變化和發展，比如習得或者進一步發展了某一方面的思維；在教學內容的分析上，需要對教材內容詳細分析，結合實際，將內容組織成相應的任務，或是將教學內容融于特定任務中，再融入相應的計算思維培養的方式；在學習者的分析上，需要分析高中生當前信息技術的基礎水平，同時還需要對學習者在認知和情感進行分析，清楚學生對信息技術課程的了解程度以及感興趣程度，從而得出學習者對信息技術學科及當前學習內容的綜合水平，再進行特定的任務設計；最后，在學習環境的分析上，需要判斷學校的多媒體教學環境實際情況是否達到理想中任務實現需要的環境和學生日常生活中信息化產品和資源接觸情況，以此確定學生的信息化素養水平，從而有針對性地設計教學任務和問題。對于不同學生的個體差異，由于在課堂中難以做到個性化的教學，可以將不同層次水平的學生進行劃分，進行能力的差異性分組合作，讓學生進行互補性的學習和實踐，教師也可以根據這些差異給予層次化的幫助。

圖1 基于計算思維的任務驅動式教學模型

2）任務過程設計

教學過程設計這一模塊是教學實踐的主要體現，也是后面進行評價的客觀數據來源，主要分為教師活動和學生活動以及在任務過程中計算思維的嵌入，這里主要借助ISTE 和CSTA 提到的關于思維的操作性定義來進行相應的思維訓練。在任務驅動的過程中計算思維培養的要素主要也是圍繞操作性定義進行，比如相應的算法思維、分解性思維、抽象性思維、評估性思維和遷移性思維等。教師活動對應的是前期的任務設計、課堂中的任務呈現、相應任務的實施下達、在任務過程中對學生相關資源和知識理論的幫助指導以及對任務的評價總結。學生活動主要是教學前期學生所作的心理準備以及相應的理論知識的預習、對課堂任務的明確即抓住任務的關鍵、借助相應的資料和工具對任務的分析理解和相關數據的處理、通過小組合作和自主探究在教師幫助下完成任務、任務后的作品展示和分析交流以及相應的遷移總結。

在明確任務階段，計算思維培養主要培養學生運用設計性思維和分解性思維將任務形成或分解為一個或多個計算機可以解決的問題。任務分析階段，引導學生利用邏輯思維、發散思維等組織和分析相關數據，同時運用抽象思維將數據通過建模和仿真表示出來。在完成任務階段，幫助學生運用算法思維和相應的理論知識設計流程圖、算法等，并通過批判性思維和創新思維對比優化方案，形成最優的算法解決問題，完成任務[5]。在作品展示和交流反思階段，引導學生自己反思總結。在整個課堂教學任務進行過程中，教學不僅需要進行新的理論知識和操作技能的講解，還需要對于小組或個別學生的思維情緒、外在表現及時捕捉和監督，比如學生思考時抓耳撓腮，小組討論出現分歧等情況，要及時介入、了解情況，從而巧妙恰當地引導。如果發現學生不加思考，思維出現懶惰，比如發呆、照著別人做時，要給予及時鼓勵和幫助，盡量讓每一位同學都參與任務，激發思維的靈活運用。

3）計算思維評價

在對計算思維的學習評價這一模塊中，主要參考了任友群教授在分析計算思維時，在中小學信息課程中培養的必要性和可能性的論文中提到的從原理理解方面和任務實踐方面來建構的評價體系[6]。首先是原理理解類評價，主要偏向總結性的評價，對學生的計算思維在理論和認知方面的考察，包括運用哪些思維，比如分解、抽象、遷移、概括等，這是學生內在的思維變化情況，需要將學生的計算思維過程采用可視化的方式表達出來，比如流程圖的繪制、問卷調查、相關理論知識的標準化測試等，通過前后的對比測試，以可視化的形式發現學生思維的變化，給予學生相應的反饋。同時，也可以發現學生任務過程中思維的疑惑點和偏差之處，能夠在以后的任務教學中及時有效地給予糾正和指導。然后是任務實踐類的評價，主要偏向過程性操作性的評價，包括學生在思維指導下任務的真實實踐過程，是一個連續性的過程性的記錄評價。通過這些，可以發現學生計算思維能力的外在表現是否變化，比如問題解決、數據分析、同伴合作交流以及方法的遷移應用等，可以通過教師觀察、自評、同學互評、過程記錄表以及成果展示等的評價方式來評測，在結果分析之后判斷學生的計算思維能力是否得到發展?？偟膩碚f，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。

4 總結

計算思維是學生日后工作生活必備的能力，但思維的培養不是短時間內就能夠看到效果的，是一個循序漸進的逐漸內化的過程[7]。就高中信息技術課程來說，需要厘清計算思維的培養目標，并依據課程內容對計算思維的不同方面進行培養，再做好相應的思維銜接和遞進。教學方式也要針對性地改進，任務驅動教學作為常見的教學方式融入計算思維的培養，需要從理論和實踐兩個方面找到二者的結合之處，再根據實際情況進行任務設計。計算思維不是外在的立刻顯化的教學目標，不是在一次或幾次任務驅動的教學中就能得到提升發展，需要教師連續性地觀察做好記錄，在師生共同努力和反饋調整下取得進步。在面向計算思維培養的任務驅動教學模型中，也需要強調任務設計的重要性和任務設計與任務實施之間的調整，這是理想化和實際的對接，是作為任務改進的重要依據。計算思維貫穿整個教學過程，教師也要給予及時性的監督和引導。在實踐和理論的相互指導和作用下，建立相應的模型，希望能夠更好地促進學生計算思維方面的發展。