基于计算思维培养的高中信息技术支架式教学

【摘要】本文根据《普通高中信息技术课程标准（2017年版2020年修订）》分析了计算思维的内涵及水平划分，阐述了支架式教学的涵义及其在计算思维培养中的优势；采用了案例分析法，介绍在高中信息技术课堂上通过支架式教学来培养学生计算思维的方法与策略，以期为高中信息技术学科的教学提供参考。【关键词】高中信息技术；支架式教学；计算思维《普通高中信息技术课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称“新课标”）在“学科核心素养”中提出，计算思维是高中信息技术学科核心素养之一，高中信息技术课程要肩负起培养高中学生计算思维的重要使命[1]。基于计算思维培养，创新高中信息技术学科教学手段是值得广大信息技术教师深入探讨的话题。笔者在工作中把支架式教学的理念和方法引入高中信息技术课堂教学，在培养学生计算思维上取得了较好的效果。相关概念内涵在探讨通过支架式教学来培养学生计算思维之前，我们需要先明晰计算思维和支架式教学的概念以及它们之间的关系。新课标指出，计算思维是指在信息活动中，能够采用计算机科学领域的思想方法界定问题、抽象特征、建立结构模型、合理组织数据；通过判断、分析与综合各种信息资源，运用合理的算法形成解决问题的方案；总结利用计算机解决问题的过程与方法，并迁移到与之相关的其他问题解决中的思维方法。[2]在新课标中，计算思维的培养被分为四个水平：预备级、水平1、水平2和水平3。可概括为解决问题前的分析类能力、解决问题时的设计类能力以及解决问题后的迁移类能力[3]。支架式教学是一种以学生为中心的教学模式，它注重为学生提供适当的引导和支持，来帮助他们掌握知识并逐渐提升能力。教师不仅要为学生搭建支架以帮助他们提升能力，还要根据学生的进步情况逐渐拆除支架[4]。计算思维与支架式教学的关系如下。一是支架式教学适用于大部分课程内容，它是一种非常灵活的教学策略。支架式教学中的支架有多种，包括图表支架、问题支架、资源支架和范例支架等形式。教师可根据不同的教学环节而选用不同的支架类型来支撑教学，贯穿在问题分解、算法设计、抽象和自动化的过程中，通过支架式教学能更好地培养学生的计算思维。二是支架式教学可为学生提供多种层次的学习“脚手架”，它能很好地满足不同层次学生的学习需求。三是支架式教学能有效激发学生学习的兴趣，使之建立学习信心、培养自主学习和问题解决的能力。应用支架式教学培养学生计算思维的案例本文以“走进二维码”一课为例，介绍笔者在高中信息技术课堂上应用支架式教学培养学生计算思维的一些探索。1.案例介绍本案例以“为学生社团制作个性化宣传二维码”为背景开展支架式教学，内容包括二维码的使用、原理、安全防范及制作等方面的内容，从“看外表—探原理—做设计—想未来”四个维度层层递进来开展教学。教学实践开展地点是S市Ｔ高中的计算机教室，学校信息中心的服务器搭建了Moodle平台，为学生提供网络学习空间。教学实践班级的学生以4人小组为单位开展自主探究学习。2.案例的支架设计笔者应用支架式教学培养学生计算思维，对“走进二维码”一课进行教学设计（表1）。表1的问题支架，包括内容问题、单元问题、基本问题。其中，内容问题是指事实性的知识问题，它有着封闭性的“正确”答案，通常指向学科知识的学习和具体技能的掌握；单元问题是指基于某一单元知识的开放性问题，它具有引发讨论、激发和维持学生兴趣的特点，是为了发展学生高级思维能力而设计的问题；基本问题是指最高级、最抽象的开放性问题，它超越单元的限制，指向学科核心思想和深层次理解的、能够揭示学科内涵的具有丰富性和复杂性的问题。3.案例的教学实践过程“走进二维码”一课的教学实践情况如下。其中，设计意图和支架目的部分仅描述与计算思维培养相关的内容。（1）活动环节一：导入教师活动：1.播放视频，展示生活中的二维码应用场景。2.提出问题：二维码这个黑白小方块是如何装下大千世界的呢？学生活动：思考并讨论二维码的应用。设计意图：在日常生活中，认识数字化表示信息的优势。（预备级）支架的目的：运用视频资源支架直观明了地创设情境，问题支架明确课堂教学主题。（2）活动环节二：看外表教师活动：1.引导学生观察二维码，提出内容问题：什么是二维码？从外表看二维码是由什么组成的？它的外形有什么特点？2.布置学生动手扫几张特殊的二维码，并总结规律。学生活动：观察二维码，思考内容问题并回答。动手操作，师生讨论发现并总结规律。设计意图：在日常生活中，认识数字化表示信息的优势。（预备级）支架的目的：用问题支架来引导学生开展讨论，让学生对二维码有感性认识的同时，产生进一步探究原理的欲望。（3）活动环节三：探原理教师活动：1.布置学生要完成“项目学习记录单”中关于二维码原理的填空题。2.巡视学生自学效果，及时提供帮助。3.讲解题目。4.提出问题：所有的二维码都安全吗？它的安全防范措施有哪些？5.组织小组讨论并听取小组结论。学生活动：1.观看微课、完成填空题。参与师生共同讨论以下问题：二维码中黑白小方块代表的意义是什么？三个角落“回”字型方块有什么作用？二维码的版本和容错等级包括几个？2.观看教师提供的文章，小组同学讨论二维码的安全问题以及总结提出二维码安全防范措施。设计意图：针对给定的任务进行需求分析，明确需要解决的关键问题。（水平1）支架的目的：问题支架、图表支架（项目单中的问题）给学生指明探究的方向，利用资源支架（两个微课）及互联网环境为学生提供探究的帮助，培养学生对信息科技原理的学习兴趣及主动探究的热情。（4）活动环节四：做设计教师活动：1.展示范例、布置任务、明确制作要求；提出问题：如何利用现有的素材生成二维码？让自己创作的社团二维码更富特色的方法有哪些？2.巡视学生探究过程，及时提供帮助。3.教师评价、生生评价。学生活动：1.小组讨论分工安排、明确主题、创作思路和策略。2.分工完成素材收集整理。3.借助网站学习资料的帮助，按照各种评价量规的要求完成制作。设计意图：针对较为复杂的任务，能运用形式化方法描述问题，并采用模块化和系统化方法设计解决问题的方案。（水平2）支架的目的：利用图表支架（思维导图）帮助学生对任务要求进行梳理。资源支架为学生自主探究学习、解决问题提供了个性化的帮助。范例支架和评价支架为学生解决问题提供了一个明确的方向和指引。（5）活动环节五：想未来教师活动：1.提出单元问题：二维码会用完吗？师生共同讨论。2.播放微视频（内容是科技在生活中的应用）。3.提出基本问题：科技可以解决人类的所有问题吗？4.教师小结。学生活动：思考教师提出的问题，并积极参与讨论。设计意图：能把利用信息技术解决问题的过程迁移到学习和生活的其他相关问题的解决过程。（水平3）支架的目的：问题支架引发学生思考，把问题解决的过程迁移到生活中；进一步激发学生探究常见技术背后科学原理的热情。4.案例反思从上述课堂教学案例中可以发现，计算思维的培养不限于编程教学课程。采用科学有效的教学手段进行课堂引导，几乎所有类型的信息技术课程都能开展学生计算思维的培养[5]。基于计算思维培养的高中信息技术支架式教学还可以有如下做法：（1）通过各种类型的支架引导学生从观察、分析到解决问题，培养了学生分析、抽象、系统和模块化思维的能力。（2）设计清晰有序合理的支架，每个支架都要有明确的核心素养培养目标，使之有助于激发学生的学习兴趣和探究热情，有助于培养学生分析问题、解决问题以及知识应用迁移的能力，促进学生计算思维的培养。（3）在课堂实施的过程中，教师也可灵活地根据学生现实情况拆除支架，以培养学生更高阶的思维能力。结束语实践证明，通过支架式教学培养学生计算思维是一种较好的教学方法。但在教学实施中要注意以下三个方面：一是要根据教学内容与教学环节选好支架使用的切入点，对于内容简单、学生容易掌握的知识技能无需使用支架，其他的知识技能则要使用支架，以助于学生掌握有关的知识与技能、培养学生的计算思维等信息技术学科核心素养。二是支架的设计要能启发学生的思维、帮助学生突破难点，有助于学生自主探究学习，促进学生计