基于計算思維培養的高中信息技術支架式教學

張燕

【摘 要】本文根據《普通高中信息技術課程標準（2017 年版2020 年修訂）》分析了計算思維的內涵及水平劃分，闡述了支架式教學的涵義及其在計算思維培養中的優勢；采用了案例分析法，介紹在高中信息技術課堂上通過支架式教學來培養學生計算思維的方法與策略，以期為高中信息技術學科的教學提供參考。

【關鍵詞】高中信息技術；支架式教學；計算思維

【中圖分類號】G434? ?【文獻標志碼】A

【論文編號】1671-7384（2024）06-065-03

《普通高中信息技術課程標準（2017年版2020 年修訂）》（以下簡稱“新課標”）在“學科核心素養”中提出，計算思維是高中信息技術學科核心素養之一，高中信息技術課程要肩負起培養高中學生計算思維的重要使命[1]。基于計算思維培養，創新高中信息技術學科教學手段是值得廣大信息技術教師深入探討的話題。筆者在工作中把支架式教學的理念和方法引入高中信息技術課堂教學，在培養學生計算思維上取得了較好的效果。

相關概念內涵

在探討通過支架式教學來培養學生計算思維之前，我們需要先明晰計算思維和支架式教學的概念以及它們之間的關系。

新課標指出，計算思維是指在信息活動中，能夠采用計算機科學領域的思想方法界定問題、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的思維方法。[2]

在新課標中，計算思維的培養被分為四個水平：預備級、水平1、水平2和水平3。可概括為解決問題前的分析類能力、解決問題時的設計類能力以及解決問題后的遷移類能力[3]。

支架式教學是一種以學生為中心的教學模式，它注重為學生提供適當的引導和支持，來幫助他們掌握知識并逐漸提升能力。教師不僅要為學生搭建支架以幫助他們提升能力，還要根據學生的進步情況逐漸拆除支架[4]。

計算思維與支架式教學的關系如下。一是支架式教學適用于大部分課程內容，它是一種非常靈活的教學策略。支架式教學中的支架有多種，包括圖表支架、問題支架、資源支架和范例支架等形式。教師可根據不同的教學環節而選用不同的支架類型來支撐教學，貫穿在問題分解、算法設計、抽象和自動化的過程中，通過支架式教學能更好地培養學生的計算思維。二是支架式教學可為學生提供多種層次的學習“腳手架”，它能很好地滿足不同層次學生的學習需求。三是支架式教學能有效激發學生學習的興趣，使之建立學習信心、培養自主學習和問題解決的能力。

應用支架式教學培養學生計算思維的案例

本文以“走進二維碼”一課為例，介紹筆者在高中信息技術課堂上應用支架式教學培養學生計算思維的一些探索。

1.案例介紹

本案例以“為學生社團制作個性化宣傳二維碼”為背景開展支架式教學，內容包括二維碼的使用、原理、安全防范及制作等方面的內容，從“看外表—探原理—做設計—想未來”四個維度層層遞進來開展教學。教學實踐開展地點是S市Ｔ高中的計算機教室，學校信息中心的服務器搭建了Moodle平臺，為學生提供網絡學習空間。教學實踐班級的學生以4人小組為單位開展自主探究學習。

2.案例的支架設計

筆者應用支架式教學培養學生計算思維，對“走進二維碼”一課進行教學設計（表1）。

表1的問題支架，包括內容問題、單元問題、基本問題。其中，內容問題是指事實性的知識問題，它有著封閉性的“正確”答案，通常指向學科知識的學習和具體技能的掌握；單元問題是指基于某一單元知識的開放性問題，它具有引發討論、激發和維持學生興趣的特點，是為了發展學生高級思維能力而設計的問題；基本問題是指最高級、最抽象的開放性問題，它超越單元的限制，指向學科核心思想和深層次理解的、能夠揭示學科內涵的具有豐富性和復雜性的問題。

3.案例的教學實踐過程

“走進二維碼”一課的教學實踐情況如下。其中，設計意圖和支架目的部分僅描述與計算思維培養相關的內容。

（1）活動環節一：導入

教師活動：1.播放視頻，展示生活中的二維碼應用場景。2.提出問題：二維碼這個黑白小方塊是如何裝下大千世界的呢？學生活動：思考并討論二維碼的應用。

設計意圖：在日常生活中，認識數字化表示信息的優勢。（預備級）

支架的目的：運用視頻資源支架直觀明了地創設情境 ，問題支架明確課堂教學主題。

（2）活動環節二：看外表

教師活動：1.引導學生觀察二維碼，提出內容問題：什么是二維碼？從外表看二維碼是由什么組成的？它的外形有什么特點？2.布置學生動手掃幾張特殊的二維碼，并總結規律。學生活動：觀察二維碼，思考內容問題并回答。動手操作，師生討論發現并總結規律。

設計意圖：在日常生活中，認識數字化表示信息的優勢。（預備級）

支架的目的：用問題支架來引導學生開展討論，讓學生對二維碼有感性認識的同時，產生進一步探究原理的欲望。

（3）活動環節三：探原理

教師活動：1.布置學生要完成“項目學習記錄單”中關于二維碼原理的填空題。2.巡視學生自學效果，及時提供幫助。3.講解題目。4.提出問題：所有的二維碼都安全嗎？它的安全防范措施有哪些？5.組織小組討論并聽取小組結論。學生活動：1.觀看微課、完成填空題。參與師生共同討論以下問題：二維碼中黑白小方塊代表的意義是什么？三個角落“回”字型方塊有什么作用？二維碼的版本和容錯等級包括幾個？2.觀看教師提供的文章，小組同學討論二維碼的安全問題以及總結提出二維碼安全防范措施。

設計意圖：針對給定的任務進行需求分析，明確需要解決的關鍵問題。（水平1）

支架的目的：問題支架、圖表支架（項目單中的問題）給學生指明探究的方向，利用資源支架（兩個微課）及互聯網環境為學生提供探究的幫助，培養學生對信息科技原理的學習興趣及主動探究的熱情。

（4）活動環節四：做設計

教師活動：1.展示范例、布置任務、明確制作要求；提出問題：如何利用現有的素材生成二維碼？讓自己創作的社團二維碼更富特色的方法有哪些？2.巡視學生探究過程，及時提供幫助。3.教師評價、生生評價。學生活動：1.小組討論分工安排、明確主題、創作思路和策略。2.分工完成素材收集整理。3.借助網站學習資料的幫助，按照各種評價量規的要求完成制作。

設計意圖：針對較為復雜的任務，能運用形式化方法描述問題，并采用模塊化和系統化方法設計解決問題的方案。（水平2）

支架的目的：利用圖表支架（思維導圖）幫助學生對任務要求進行梳理。資源支架為學生自主探究學習、解決問題提供了個性化的幫助。范例支架和評價支架為學生解決問題提供了一個明確的方向和指引。

（5）活動環節五：想未來

教師活動：1.提出單元問題：二維碼會用完嗎？師生共同討論。2.播放微視頻（內容是科技在生活中的應用）。3.提出基本問題：科技可以解決人類的所有問題嗎？4.教師小結。學生活動：思考教師提出的問題，并積極參與討論。

設計意圖：能把利用信息技術解決問題的過程遷移到學習和生活的其他相關問題的解決過程。（水平3）

支架的目的：問題支架引發學生思考，把問題解決的過程遷移到生活中；進一步激發學生探究常見技術背后科學原理的熱情。

4.案例反思

從上述課堂教學案例中可以發現，計算思維的培養不限于編程教學課程。采用科學有效的教學手段進行課堂引導，幾乎所有類型的信息技術課程都能開展學生計算思維的培養[5]。基于計算思維培養的高中信息技術支架式教學還可以有如下做法：（1）通過各種類型的支架引導學生從觀察、分析到解決問題，培養了學生分析、抽象、系統和模塊化思維的能力。（2）設計清晰有序合理的支架，每個支架都要有明確的核心素養培養目標，使之有助于激發學生的學習興趣和探究熱情，有助于培養學生分析問題、解決問題以及知識應用遷移的能力，促進學生計算思維的培養。（3）在課堂實施的過程中，教師也可靈活地根據學生現實情況拆除支架，以培養學生更高階的思維能力。

結束語

實踐證明，通過支架式教學培養學生計算思維是一種較好的教學方法。但在教學實施中要注意以下三個方面：一是要根據教學內容與教學環節選好支架使用的切入點，對于內容簡單、學生容易掌握的知識技能無需使用支架，其他的知識技能則要使用支架，以助于學生掌握有關的知識與技能、培養學生的計算思維等信息技術學科核心素養。二是支架的設計要能啟發學生的思維、幫助學生突破難點，有助于學生自主探究學習，促進學生計算思維的培養。三是支架的使用要根據學生的學習情況靈活搭建或者拆除，有時雖然我們為學生搭建好了學習支架，但如果學生深入思考、不斷嘗試也能解決問題，這時我們就要拆除支架，鼓勵學生自主學習、探索解決問題的方案，培養學生的高階思維。

支架式教學在培養學生的計算思維中的應用目前正在探索階段，如何更好地通過支架式教學助力學生計算思維的培養，有待我們進一步研究。

注：本文系廣東省2022年度中小學教師教育科研能力提升計劃項目“基于網絡學習平臺的高中信息技術項目式教學研究”（課題編號：2022YQJK207）的研究成果之一

參考文獻

[2]中華人民共和國教育部. 普通高中信息技術課程標準（2017年版2020年修訂）[S]. 北京：人民教育出版社，2020.

任友群，黃榮懷. 普通高中信息技術課程標準解讀[M]. 北京：高等教育出版社，2018.

楊璐. 支架式教學在高中信息技術教學中的應用研究[J]. 赤子（上中旬），2014（9）： 131.

鄭茜. 信息技術教學中培養學生計算思維的策略研究 [J]. 現代教育技術， 2017. 27（8）： 121-123.