指向高階思維培養(yǎng)的高中信息技術(shù)大單元教學(xué)

周志杰

在信息化社會背景下，高中信息技術(shù)教學(xué)已超越單純的技能傳授層面，其核心價值在于培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力。高階思維包括分析、評價、創(chuàng)新等多維度，是二十一世紀(jì)人才培養(yǎng)的關(guān)鍵要素，對提升學(xué)生的問題解決能力、創(chuàng)新能力以及適應(yīng)未來社會發(fā)展所需的核心素養(yǎng)具有深遠(yuǎn)的意義。大單元教學(xué)作為整合知識、強(qiáng)調(diào)深度學(xué)習(xí)的教學(xué)模式，為培養(yǎng)學(xué)生高階思維提供了有力支撐。

本文聚焦于在高中信息技術(shù)大單元教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生高階思維能力的策略，強(qiáng)調(diào)其對提升學(xué)生綜合素質(zhì)與創(chuàng)新能力的重要性，針對這一目標(biāo)，提出指向高階思維培養(yǎng)的大單元教學(xué)的基本要求，詳細(xì)闡述了相應(yīng)的教學(xué)策略：一是設(shè)計貼近現(xiàn)實(shí)生活的任務(wù)，如模擬日常應(yīng)用場景與探討信息技術(shù)解決社會問題的方式，使學(xué)生在實(shí)際情境中鍛煉高階思維；二是構(gòu)建不斷挑戰(zhàn)的任務(wù)體系，逐步遞增任務(wù)難度層級，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行發(fā)散性思考，突破思維定式；三是倡導(dǎo)創(chuàng)新思考，提供創(chuàng)意平臺，以促進(jìn)學(xué)生將想法轉(zhuǎn)化為實(shí)踐，并通過體驗(yàn)多元解決方案的制定過程，深化其對創(chuàng)新思維的理解與應(yīng)用，以期為高中信息技術(shù)教育改革提供有效路徑，助力學(xué)生高階思維能力的發(fā)展。

一、培養(yǎng)高中生高階思維的重要性

高階思維包括批判性思考、創(chuàng)新思維、問題解決和決策制定等能力，這些能力不僅有助于他們理解和應(yīng)用復(fù)雜的學(xué)科知識，更能為未來大學(xué)學(xué)習(xí)及職業(yè)生涯奠定堅實(shí)基礎(chǔ)。在人工智能日益普及的今天，具備高階思維的人才能夠應(yīng)對科技變革帶來的挑戰(zhàn)，通過創(chuàng)新與深度思考持續(xù)提升自我價值。

培養(yǎng)高中生的高階思維能力有利于他們形成獨(dú)立、客觀、全面的認(rèn)知方式，塑造良好的價值觀與世界觀，實(shí)現(xiàn)人格的健全發(fā)展。同時，高階思維鼓勵學(xué)生從多個角度審視問題的特點(diǎn)，能在激發(fā)學(xué)生探究欲望與創(chuàng)新潛能方面發(fā)揮作用。這能提高學(xué)生的跨學(xué)科學(xué)習(xí)能力和團(tuán)隊協(xié)作能力，提升他們個人綜合素質(zhì)，使他們在未來的競爭中更具優(yōu)勢。有鑒于此，在高中信息技術(shù)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生高階思維十分有必要。

二、指向高階思維培養(yǎng)的高中信息技術(shù)大單元教學(xué)的基本要求

指向高階思維培養(yǎng)的高中信息技術(shù)大單元教學(xué)，首要基本要求是課程內(nèi)容設(shè)計應(yīng)具有深度和廣度，強(qiáng)調(diào)知識的內(nèi)在邏輯與學(xué)科間的關(guān)聯(lián)性。教師需要將信息技術(shù)基礎(chǔ)知識、技能操作與現(xiàn)實(shí)問題、跨學(xué)科情境緊密結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生在解決復(fù)雜問題的過程中逐步形成分析、綜合、評價、創(chuàng)新等高階思維能力。例如，在“數(shù)據(jù)處理與分析”單元教學(xué)中，教師不僅要教授技術(shù)工具的使用，更需要引導(dǎo)學(xué)生理解數(shù)據(jù)背后的含義，進(jìn)行深層次的信息解讀與決策判斷。

其次，鼓勵學(xué)生從被動接受轉(zhuǎn)向主動探索，通過項目式學(xué)習(xí)、問題導(dǎo)向?qū)W習(xí)等方式，激發(fā)學(xué)生的求知欲和創(chuàng)新能力。教師應(yīng)設(shè)計需要學(xué)生團(tuán)隊協(xié)作的任務(wù)，讓學(xué)生在分工合作解決問題的過程中學(xué)會溝通交流、批判思考和共同建構(gòu)知識。例如，在“人工智能初步應(yīng)用”單元教學(xué)中，教師可以組織學(xué)生分組研發(fā)簡易的人工智能產(chǎn)品，促使他們在實(shí)踐中提升邏輯推理、問題解決及創(chuàng)新設(shè)計等高階思維能力。

三、指向高階思維培養(yǎng)的高中信息技術(shù)大單元教學(xué)策略

（一）設(shè)計貼近現(xiàn)實(shí)生活的任務(wù)

1.應(yīng)用信息技術(shù)，模擬日常應(yīng)用場景。

讓信息技術(shù)教學(xué)與現(xiàn)實(shí)生活結(jié)合起來，有助于提高高中生的學(xué)習(xí)動力，讓他們在后續(xù)的學(xué)習(xí)中自主應(yīng)用這些知識。

以粵教版“信息系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)”這一課為例。教師可以聯(lián)合“物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用與影響”一課與之組成一個大單元，設(shè)計一項模擬真實(shí)生活情境的任務(wù)，如構(gòu)建一個基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的家庭智能管理系統(tǒng)，讓學(xué)生分組扮演系統(tǒng)設(shè)計師的角色，從需求分析入手，探討如何利用傳感器、無線通信和信息處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)家居環(huán)境監(jiān)控、安全防護(hù)、智能家電控制等功能。通過這種方式，學(xué)生不僅能直觀地理解物聯(lián)網(wǎng)的工作原理和技術(shù)架構(gòu)，還能深入體驗(yàn)信息技術(shù)解決實(shí)際問題的原理，培養(yǎng)其分析問題、解決問題的高階思維能力。

教師也可以組織實(shí)地考察或虛擬仿真活動，如參觀智能家居展示廳，或者使用模擬軟件搭建虛擬物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境，使學(xué)生能夠親身感受到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)給日常生活帶來的便捷性與創(chuàng)新性，從而增強(qiáng)他們對信息技術(shù)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價值的認(rèn)識，并在親身體驗(yàn)和主動探索中習(xí)得知識、錘煉高階思維技能。

2.將信息技術(shù)與社會問題相結(jié)合。

在教學(xué)過程中，讓學(xué)生置身于真實(shí)的社會情境中解決實(shí)際的信息技術(shù)問題，能使他們更加深入地理解信息技術(shù)原理和應(yīng)用，運(yùn)用所學(xué)知識分析、評價并創(chuàng)造性地解決現(xiàn)實(shí)生活中的復(fù)雜問題，從而鍛煉其批判性思維、創(chuàng)新思維及解決問題等高階能力。

以“信息系統(tǒng)安全模型及安全策略”一課為例。教師可以聯(lián)合“建立關(guān)系數(shù)據(jù)模型”這一課進(jìn)行大單元教學(xué)，選取數(shù)據(jù)泄露或網(wǎng)絡(luò)攻擊事件作為案例，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注信息安全問題的社會影響，激發(fā)他們對學(xué)習(xí)信息系統(tǒng)的安全模型和策略的興趣和緊迫感。然后，將理論與實(shí)踐相結(jié)合，深入講解信息系統(tǒng)安全模型，介紹如PDR（防護(hù)—檢測—響應(yīng)）模型、PPDR（策略—防護(hù)—檢測—響應(yīng)）模型等，并解析各組成部分如何協(xié)同工作以確保信息系統(tǒng)安全。同時，鼓勵學(xué)生思考這些模型在應(yīng)對不同安全威脅時的優(yōu)勢與不足，強(qiáng)化他們的分析比較能力。

教師還可以組織小組合作項目，探討設(shè)計并優(yōu)化企業(yè)或社區(qū)的信息系統(tǒng)安全策略，每個小組需針對特定場景研究現(xiàn)有安全策略存在的漏洞，運(yùn)用所學(xué)模型提出改進(jìn)措施，并模擬實(shí)施新的安全策略。在實(shí)踐中，學(xué)生需要綜合考慮技術(shù)實(shí)現(xiàn)、經(jīng)濟(jì)效益、法律法規(guī)等多個維度，這能進(jìn)一步提升他們的決策能力和創(chuàng)新能力。同時，舉辦成果展示與交流活動，要求學(xué)生闡述設(shè)計的安全策略及背后的邏輯依據(jù)，通過同伴間的質(zhì)疑、討論與反饋，深化學(xué)生對信息安全的理解。

（二）設(shè)計需要不斷挑戰(zhàn)的任務(wù)

1.遞增任務(wù)難度層級。

設(shè)計不同難度層級的任務(wù)，鼓勵學(xué)生在解決問題中不斷挑戰(zhàn)自我，這能幫助他們實(shí)現(xiàn)知識技能與思維品質(zhì)的遞進(jìn)式提升，讓他們在基礎(chǔ)操作和解決復(fù)雜問題的過程中逐步形成分析、評價和創(chuàng)新等高階思維能力。

以“數(shù)據(jù)的采集與分類”一課為例。教師可以聯(lián)合“關(guān)系數(shù)據(jù)庫的建立”這一課組成一個大單元，按照三個難度層級設(shè)計教學(xué)活動：

第一層級，基礎(chǔ)應(yīng)用階段。教師引導(dǎo)學(xué)生了解并掌握基本的數(shù)據(jù)采集工具，如網(wǎng)絡(luò)爬蟲或調(diào)查問卷的設(shè)計與實(shí)施，以及簡單的數(shù)據(jù)錄入技巧。學(xué)生在此階段需完成的任務(wù)是收集一組特定主題的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，將其整理成表格形式，以此熟悉數(shù)據(jù)采集的基本流程和技術(shù)手段。

第二層級，中級處理階段。在學(xué)生掌握了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集后，教師進(jìn)一步提升任務(wù)難度，要求他們運(yùn)用所學(xué)的信息技術(shù)知識對已采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、校驗(yàn)和初步分類。例如，利用Excel或Python等工具進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，識別并剔除無效數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)屬性進(jìn)行分組歸類，進(jìn)而制作可視化圖表并展示數(shù)據(jù)分布特征，以此鍛煉學(xué)生的數(shù)據(jù)分析能力和邏輯推理能力。

第三層級，高級分析階段。教師設(shè)置更具有挑戰(zhàn)性的項目，讓學(xué)生基于前兩階段獲取和處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析與解讀，如構(gòu)建預(yù)測模型、挖掘關(guān)聯(lián)規(guī)則或進(jìn)行聚類分析。要求學(xué)生撰寫研究報告，闡述數(shù)據(jù)分析的過程、結(jié)果及對現(xiàn)實(shí)問題的啟示，從而全方位提升他們的批判性思維、創(chuàng)新思維和決策制定能力。

這三個難度層級的教學(xué)設(shè)計使“數(shù)據(jù)的采集與分類”課程不再僅是單一的技術(shù)操作訓(xùn)練，而是轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€培養(yǎng)學(xué)生從初級實(shí)踐到高級探究、從低階思維到高階思維逐漸過渡的完整過程，能有效促進(jìn)高中生信息技術(shù)素養(yǎng)的整體提升。

2.引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散思考。

設(shè)計開放性問題旨在鼓勵學(xué)生跳出常規(guī)思維框架，進(jìn)行深度探索和獨(dú)立思考。這種策略在高中信息技術(shù)教學(xué)中尤為重要，特別是對于“計算機(jī)程序與程序設(shè)計語言”這類課程，其能夠讓學(xué)生在解決復(fù)雜問題時主動構(gòu)建知識體系，培養(yǎng)其理性思維、創(chuàng)新思維能力。通過持續(xù)挑戰(zhàn)自我、優(yōu)化自我，學(xué)生不僅能在實(shí)踐中深化對程序設(shè)計語言的理解和應(yīng)用，更能全面提升信息素養(yǎng)和高階思維能力。筆者以“計算機(jī)程序與程序設(shè)計語言”一課聯(lián)合“程序設(shè)計語言的基礎(chǔ)知識”組成的大單元為例進(jìn)行具體說明。

首先，在“程序設(shè)計語言的基礎(chǔ)知識”階段，筆者引入基本概念如變量、數(shù)據(jù)類型、運(yùn)算符、控制結(jié)構(gòu)等，通過實(shí)例演示如何編寫簡單的程序。同時，提出開放性問題：“如果要模擬一個現(xiàn)實(shí)生活中的排隊系統(tǒng)，你會如何運(yùn)用所學(xué)的編程知識來實(shí)現(xiàn)？”促使學(xué)生從理論學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)向?qū)嶋H應(yīng)用場景的思考。

其次，在“計算機(jī)程序與程序設(shè)計語言”的進(jìn)階階段，重在指導(dǎo)學(xué)生掌握函數(shù)、模塊化編程以及面向?qū)ο缶幊痰雀呒壐拍睢Ｔ诖嘶A(chǔ)上，筆者設(shè)置難度更高的開放性任務(wù)，如設(shè)計并實(shí)現(xiàn)一款簡易的學(xué)生信息管理系統(tǒng)，要求具備添加、刪除、修改和查詢功能，同時考慮用戶友好性和數(shù)據(jù)安全性。這樣的任務(wù)要求學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識自行設(shè)計解決方案，從而激發(fā)他們的創(chuàng)造力和求知欲。

最后，針對學(xué)生在完成項目過程中出現(xiàn)的共性問題或獨(dú)特見解，筆者適時引導(dǎo)其反思和迭代改進(jìn)，幫助他們理解編程背后的邏輯原理，不斷挑戰(zhàn)自我，提升程序設(shè)計能力。

（三）設(shè)計需要創(chuàng)新思考的任務(wù)

1.提供創(chuàng)意平臺，促進(jìn)想法轉(zhuǎn)換。

在高中信息技術(shù)大單元教學(xué)中，教師應(yīng)充分利用學(xué)生思維活躍、富有創(chuàng)新精神的特點(diǎn)，提供一個開放且具有挑戰(zhàn)性的創(chuàng)意平臺，引導(dǎo)他們將奇思妙想轉(zhuǎn)化為實(shí)際的信息技術(shù)產(chǎn)品。

以“信息系統(tǒng)安全操作規(guī)范”與“樹立信息安全意識”兩課內(nèi)容組成的大單元為例。教師可以通過生動案例和互動討論的方式，讓學(xué)生深刻認(rèn)識到信息安全的重要性，理解各種網(wǎng)絡(luò)威脅的實(shí)質(zhì)及其潛在危害。鼓勵學(xué)生探討日常生活中如何防范信息泄露、預(yù)防網(wǎng)絡(luò)詐騙等問題，以此培養(yǎng)他們的批判性思維和問題識別能力。然后，進(jìn)一步深化實(shí)踐層面的教學(xué)，設(shè)計一系列從易到難的任務(wù)，如建立簡易的家庭網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)方案，或者模擬公司內(nèi)部信息系統(tǒng)的安全配置優(yōu)化等。這些任務(wù)不僅要求學(xué)生掌握基本的安全操作技能，還要能結(jié)合所學(xué)知識解決實(shí)際問題進(jìn)行創(chuàng)新思考。

在此過程中，教師可以組織“信息安全守護(hù)者”項目活動，讓學(xué)生分組設(shè)計并實(shí)現(xiàn)一款針對特定場景（如校園、家庭或社區(qū)）的信息安全應(yīng)用或系統(tǒng)。每個團(tuán)隊需考慮用戶需求、安全策略、實(shí)施步驟以及可能遇到的問題及解決方案，將理論知識與實(shí)踐相結(jié)合，充分展現(xiàn)自身的創(chuàng)新精神與創(chuàng)造力。這樣一來，學(xué)生能形成科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)男畔踩^，發(fā)展創(chuàng)新能力和高階思維。

2.提供多元方案，體驗(yàn)創(chuàng)意過程。

在設(shè)計課堂任務(wù)時，教師可以提供多種解決方案或路徑，讓學(xué)生根據(jù)自己的興趣和能力選擇適合的方案，這既能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)意思考能力，又能讓他們在完成任務(wù)的過程中體驗(yàn)到成功的喜悅和成就感。

以“認(rèn)識人工智能”與“智能家居”課程聯(lián)合組成的大單元為例。首先，教師引導(dǎo)學(xué)生系統(tǒng)地了解人工智能的基本原理、應(yīng)用領(lǐng)域及其對未來生活的影響，通過講解和演示，讓學(xué)生對人工智能有一個全面的認(rèn)知框架。同時，針對某一特定的人工智能應(yīng)用場景（如語音識別、圖像識別等），提供多種實(shí)現(xiàn)方案，如基于Python的開源庫實(shí)現(xiàn)、使用現(xiàn)成的人工智能平臺構(gòu)建等，鼓勵學(xué)生根據(jù)自己的興趣和技術(shù)基礎(chǔ)選擇適合的方案進(jìn)行深入研究。

其次，教師提出一個綜合性的大任務(wù)：設(shè)計并實(shí)施一款智能家居產(chǎn)品或服務(wù)，如設(shè)計一款能夠自動調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境、遠(yuǎn)程控制家電的智能助手。在此過程中，教師應(yīng)為學(xué)生提供多樣化的實(shí)現(xiàn)路徑，包括但不限于硬件組裝、軟件編程、云端服務(wù)搭建等，強(qiáng)調(diào)不同路徑間的交叉合作，以培養(yǎng)其團(tuán)隊協(xié)作能力。每個學(xué)生或小組可以根據(jù)自身的特長和興趣選擇不同的角色和工作內(nèi)容，如有的學(xué)生負(fù)責(zé)算法設(shè)計，有的學(xué)生負(fù)責(zé)硬件接口開發(fā)，有的學(xué)生則關(guān)注人機(jī)交互體驗(yàn)優(yōu)化。通過這種方式，學(xué)生能夠在完成任務(wù)的過程中體驗(yàn)到自我決策和自主探索的樂趣，從而提升自身的創(chuàng)意思考能力和實(shí)踐操作技能。

四、結(jié)語

總而言之，針對指向高階思維培養(yǎng)的高中信息技術(shù)大單元教學(xué)策略，本文提出的模擬日常應(yīng)用場景、應(yīng)用所學(xué)解決社會問題的建議能夠讓學(xué)生在實(shí)際情境中運(yùn)用和鍛煉高階思維，鼓勵學(xué)生在完成任務(wù)的過程中不斷突破舒適區(qū)，發(fā)散思考，提升解決問題的能力。在創(chuàng)新思考方面，構(gòu)建創(chuàng)意平臺，以支持學(xué)生將想法轉(zhuǎn)化為實(shí)踐；提供多元方案體驗(yàn)，引導(dǎo)其在探索過程中形成獨(dú)立、靈活且富有創(chuàng)造性的思考方式。以上教學(xué)策略不僅能豐富高中信息技術(shù)課程的教學(xué)內(nèi)容與形式，更能實(shí)質(zhì)性地提升學(xué)生對信息技術(shù)知識的理解深度與應(yīng)用廣度，促進(jìn)其高階思維能力的發(fā)展。我們應(yīng)在未來持續(xù)關(guān)注并優(yōu)化信息技術(shù)教學(xué)中的高階思維培養(yǎng)路徑，以適應(yīng)快速發(fā)展的信息時代需求，為社會培養(yǎng)具備卓越信息技術(shù)素養(yǎng)與創(chuàng)新能力的人才。