閔振宇

上海市上南中學(xué)

面對(duì)信息化、國(guó)際化背景下的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，計(jì)算思維成為信息時(shí)代學(xué)生應(yīng)具備的基本能力。近年來(lái)，教育部頒布了《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版2020 年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”），在其基本理念中明確指出，鼓勵(lì)學(xué)生在不同的問(wèn)題情境中，運(yùn)用計(jì)算思維建構(gòu)解決問(wèn)題的方案，體驗(yàn)信息技術(shù)行業(yè)實(shí)踐者真實(shí)的工作模式和思考方式。由此可見(jiàn)，此次修訂的課標(biāo)聚焦高中信息技術(shù)學(xué)科的課程本質(zhì)，特別關(guān)注計(jì)算思維這一核心素養(yǎng)的轉(zhuǎn)化和落實(shí)。筆者力圖通過(guò)《普通高中信息技術(shù)必修1》第二章“算法與程序設(shè)計(jì)”的核心內(nèi)容——分支結(jié)構(gòu)及其Python 實(shí)現(xiàn)，展開(kāi)單元設(shè)計(jì)與實(shí)踐，揭示學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)律，探討以學(xué)生為中心的教學(xué)策略，以期實(shí)現(xiàn)對(duì)高中學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)。

一、 核心概念的界定

新課標(biāo)蘊(yùn)含著21 世紀(jì)國(guó)家普通高中教育的新理念與價(jià)值追求，它提出的學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生修習(xí)學(xué)科課程后應(yīng)達(dá)到的正確價(jià)值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力。學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生知識(shí)、技能、情感、態(tài)度、價(jià)值觀等多方面的結(jié)合體，關(guān)注學(xué)生在其培養(yǎng)過(guò)程中的體悟，生成理解世界、解決問(wèn)題的能力，獲得人格的健全和精神的成長(zhǎng)。面向深層次的學(xué)習(xí)和理解，除了需要知識(shí)與技能之外，還應(yīng)具備協(xié)作交流能力、批判性思考能力和解決真實(shí)問(wèn)題的能力等。而這些能力的培養(yǎng)和素養(yǎng)的形成，需要深度學(xué)習(xí)的支撐，讓學(xué)生在與各種真實(shí)情境的社會(huì)性互動(dòng)中，促使個(gè)體解決問(wèn)題和創(chuàng)生意義的過(guò)程發(fā)生。

（一） 計(jì)算思維

學(xué)科核心素養(yǎng)實(shí)質(zhì)是基于學(xué)科本質(zhì)對(duì)課程目標(biāo)進(jìn)一步的凝練，即通過(guò)學(xué)科學(xué)習(xí)而應(yīng)達(dá)成的正確價(jià)值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力，是學(xué)生在接受信息技術(shù)教育過(guò)程中逐步形成的信息技術(shù)知識(shí)與技能、過(guò)程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀的綜合體現(xiàn)。新課標(biāo)中蘊(yùn)含著獨(dú)特的學(xué)科核心素養(yǎng)的內(nèi)涵，計(jì)算思維就是從信息技術(shù)的學(xué)科觀念和思維方式視角對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)思維進(jìn)行描述。

計(jì)算思維是指?jìng)€(gè)體運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在形成問(wèn)題解決方案的過(guò)程中產(chǎn)生的一系列思維活動(dòng)［1］。它是解決實(shí)際問(wèn)題的具體能力，也是信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)。具備計(jì)算思維的學(xué)生在信息活動(dòng)中能夠運(yùn)用計(jì)算機(jī)可以處理的方式界定問(wèn)題，抽象特征，建立結(jié)構(gòu)模型并設(shè)計(jì)系統(tǒng)性解決方案。計(jì)算思維的培養(yǎng)需建立在高中信息技術(shù)課程深度學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，教師不僅要深入探索教學(xué)規(guī)律，還要研究學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)律，從而真正去幫助學(xué)生學(xué)習(xí)與成長(zhǎng)。

（二） 深度學(xué)習(xí)

深度學(xué)習(xí)是指在教師引領(lǐng)下，學(xué)生圍繞著具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題，全身心積極參與、體驗(yàn)成功、獲得發(fā)展的有意義的學(xué)習(xí)過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生掌握學(xué)科的核心知識(shí)，理解學(xué)習(xí)的過(guò)程，把握學(xué)科的本質(zhì)及思想方法，形成積極的內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、高級(jí)的社會(huì)性情感、積極的態(tài)度、正確的價(jià)值觀，成為既具獨(dú)立性、批判性、創(chuàng)造性，又有合作精神，基礎(chǔ)扎實(shí)的優(yōu)秀的學(xué)習(xí)者，成為未來(lái)社會(huì)歷史實(shí)踐的主人［2］。

可見(jiàn)，深度學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)的是教師主導(dǎo)下的學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，需要經(jīng)歷聯(lián)想與建構(gòu)、活動(dòng)與體驗(yàn)、應(yīng)用與評(píng)價(jià)等過(guò)程，需要教師把知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系與本質(zhì)以活動(dòng)的形式設(shè)計(jì)出來(lái)，從而能引導(dǎo)和幫助學(xué)生建構(gòu)有意義的學(xué)習(xí)過(guò)程。

二、 指向深度學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計(jì)

單元是知識(shí)結(jié)構(gòu)化的重要表現(xiàn)形式，通常圍繞著學(xué)科大概念，結(jié)構(gòu)化、情境化知識(shí)鏈來(lái)組織，能夠激發(fā)學(xué)生深度參與學(xué)習(xí)活動(dòng)，彰顯學(xué)科核心素養(yǎng)及其進(jìn)階。深度學(xué)習(xí)需要基于單元，對(duì)學(xué)習(xí)活動(dòng)和教學(xué)過(guò)程加以系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施。在教學(xué)實(shí)踐中，一般遵循如圖1 所示的流程展開(kāi)。

圖1 深度學(xué)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)流程

以“分支結(jié)構(gòu)及其Python 實(shí)現(xiàn)”為例，從單元化的角度對(duì)教學(xué)和學(xué)習(xí)活動(dòng)進(jìn)行思考設(shè)計(jì)，建構(gòu)深度學(xué)習(xí)體系，讓學(xué)習(xí)活動(dòng)過(guò)程伴隨著聯(lián)想與結(jié)構(gòu)、活動(dòng)與體驗(yàn)、應(yīng)用與評(píng)價(jià)的發(fā)生而更有意義。指向深度學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計(jì)，主要滿足以下三點(diǎn)。

（一） 把準(zhǔn)教學(xué)方向，制定單元學(xué)習(xí)目標(biāo)

深度學(xué)習(xí)的單元學(xué)習(xí)目標(biāo)是教師在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中的“燈塔”，供教師在開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)的過(guò)程中校正教學(xué)方向。因此，教學(xué)目標(biāo)的設(shè)定是否精準(zhǔn)，能夠直接決定課堂教學(xué)的成功與否。教師依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)、教材內(nèi)容和學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”，制定單元學(xué)習(xí)目標(biāo)，并使用明確、具體和可測(cè)量的語(yǔ)言進(jìn)行敘述。

例如，開(kāi)展本單元學(xué)習(xí)之前，教師根據(jù)前期學(xué)習(xí)任務(wù)的完成情況與評(píng)價(jià)信息、作業(yè)反饋、課堂觀察等，理清學(xué)生現(xiàn)有的發(fā)展水平：學(xué)生理解了算法的概念和特點(diǎn)，能用自然語(yǔ)言描述問(wèn)題，掌握了順序結(jié)構(gòu)及其實(shí)現(xiàn)，具備了一定的流程圖讀寫能力，能辨識(shí)簡(jiǎn)單的選擇問(wèn)題。知道學(xué)生“在哪里”后，教師需要預(yù)判學(xué)生的潛在發(fā)展水平。依據(jù)新課標(biāo)和學(xué)生的現(xiàn)有水平，制定本單元的以下學(xué)習(xí)目標(biāo)：

——掌握分支結(jié)構(gòu)的組成要素：<條件>、<分支>和<入口與出口>；

——準(zhǔn)確掌握順序結(jié)構(gòu)與分支結(jié)構(gòu)所表達(dá)的執(zhí)行流程；

——能熟練地用流程圖描述順序結(jié)構(gòu)和分支結(jié)構(gòu)；

——根據(jù)實(shí)際問(wèn)題，選擇用分支結(jié)構(gòu)來(lái)描述，準(zhǔn)確地用關(guān)系表達(dá)式或邏輯表達(dá)式來(lái)描述<條件>，確定對(duì)應(yīng)分支的相關(guān)操作；

——在算法設(shè)計(jì)中，能根據(jù)具體問(wèn)題合理選用分支結(jié)構(gòu)（單分支、雙分支和分支結(jié)構(gòu)的嵌套）的流程圖來(lái)描述算法，掌握分支結(jié)構(gòu)描述問(wèn)題的實(shí)質(zhì)；

——能熟練準(zhǔn)確地使用Python 中的if 語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)分支結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)清晰，語(yǔ)法正確；

——能用計(jì)算機(jī)可處理的方式界定問(wèn)題，抽象特征，建構(gòu)模型，設(shè)計(jì)算法，解決問(wèn)題。

在學(xué)生現(xiàn)有水平與潛在水平之間，形成“最近發(fā)展區(qū)”，教師借此可以明晰學(xué)生從“在哪里”走向“到哪里”的路徑，利于教師發(fā)揮主導(dǎo)作用，激發(fā)學(xué)生的潛能，促進(jìn)學(xué)生積極主動(dòng)地完成學(xué)習(xí)活動(dòng)，從而獲得計(jì)算思維的發(fā)展。

（二） 確定單元主題，構(gòu)建單元學(xué)習(xí)活動(dòng)

單元主題的確定要圍繞學(xué)科大概念及其核心概念，從學(xué)科知識(shí)發(fā)展、學(xué)科思想與方法深化的角度，建構(gòu)單元及相關(guān)單元的知識(shí)鏈。計(jì)算思維是學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)，而算法、程序分別是信息技術(shù)學(xué)科的大概念、核心概念，因而將分支結(jié)構(gòu)及其Python 程序?qū)崿F(xiàn)作為主題，就是將與此關(guān)聯(lián)的學(xué)習(xí)內(nèi)容整合貫通，建構(gòu)學(xué)習(xí)活動(dòng)，有利于學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

單元學(xué)習(xí)活動(dòng)是由一個(gè)個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)組成的，遵循由易到難，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由基礎(chǔ)到綜合，環(huán)環(huán)相扣、層層推進(jìn)的原則，設(shè)計(jì)出具有辨析性、探究性和實(shí)踐性的學(xué)習(xí)活動(dòng)。根據(jù)學(xué)習(xí)任務(wù)，設(shè)計(jì)符合學(xué)生特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)化學(xué)習(xí)材料——單元學(xué)習(xí)支架，促使學(xué)生成為知識(shí)與意義的建構(gòu)者。

以階段學(xué)習(xí)任務(wù)“人機(jī)互動(dòng)游戲算法設(shè)計(jì)”為例，結(jié)合教學(xué)目標(biāo)、學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”和教學(xué)主題，設(shè)計(jì)以下三個(gè)彼此關(guān)聯(lián)、層層推進(jìn)的子任務(wù)。

任務(wù)一：計(jì)算機(jī)檢驗(yàn)輸入的內(nèi)容是否是數(shù)字。流程圖填空，檢驗(yàn)輸入的字符串是否是數(shù)字，若不是則輸出“輸入有誤！”；否則無(wú)顯示。如圖2 所示。

圖2 檢驗(yàn)輸入內(nèi)容的有效性

任務(wù)二：鍵盤輸入正整數(shù)與計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)進(jìn)行“對(duì)對(duì)碰”。用戶輸入正整數(shù)n的值，計(jì)算機(jī)產(chǎn)生隨機(jī)整數(shù)a，比較n 和a 是否相等，若n=a，則輸出“對(duì)對(duì)碰”；否則輸出“對(duì)不上”。根據(jù)提供的符號(hào)，補(bǔ)全流程圖，并進(jìn)行填空。如圖3 所示。

圖3 兩數(shù)“對(duì)對(duì)碰”

任務(wù)三：輸入的正整數(shù)如何與計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)比較大小。用戶輸入正整數(shù)n 的值，計(jì)算機(jī)產(chǎn)生隨機(jī)整數(shù)a，比較n 和a 的大小。若n=a，則輸出“n 等于a”；若n ＞a，則輸出“n 大于a”；否則輸出“n 小于a”。根據(jù)題意，完成流程圖的設(shè)計(jì)。如圖4 所示。

圖4 兩數(shù)比較大小

以結(jié)構(gòu)化的學(xué)習(xí)任務(wù)、相關(guān)聯(lián)的知識(shí)和探究活動(dòng)等作為學(xué)習(xí)支架展開(kāi)教學(xué)，學(xué)生通過(guò)自主學(xué)習(xí)、交流協(xié)作等方式，運(yùn)用符號(hào)化的語(yǔ)言準(zhǔn)確地描述三個(gè)由易到難的問(wèn)題，達(dá)到了預(yù)期的學(xué)習(xí)目標(biāo)。基于單元的學(xué)習(xí)活動(dòng)有助于學(xué)生在“最近發(fā)展區(qū)”的快速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維從淺層到深層的演進(jìn)。

（三） 探索多元反饋，構(gòu)建持續(xù)性評(píng)價(jià)

依據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)任務(wù)鏈，設(shè)計(jì)單元的持續(xù)性評(píng)價(jià)，融合診斷性評(píng)價(jià)和形成性評(píng)價(jià)等。注重學(xué)生計(jì)算思維能力的發(fā)展水平，以及在學(xué)習(xí)活動(dòng)中的參與度、積極性及深度學(xué)習(xí)能力。

在本單元教學(xué)前，教師提出探究任務(wù)——根據(jù)人機(jī)互動(dòng)游戲的功能，用自然語(yǔ)言描述其處理和輸出環(huán)節(jié)，為單元教學(xué)提供學(xué)情。在單元教學(xué)中，教師采用提問(wèn)、課堂觀察、練習(xí)和課后問(wèn)卷等方式獲得反饋信息，及時(shí)調(diào)整教學(xué)，特別關(guān)注學(xué)生完成挑戰(zhàn)性任務(wù)的表現(xiàn)，如上機(jī)實(shí)踐、成果展示等，以此激勵(lì)學(xué)生深入地探究運(yùn)用知識(shí)，有利于高階思維的發(fā)展。此外，在課前學(xué)情分析階段、課堂探究學(xué)習(xí)階段和形成測(cè)試階段，還能借助Moodle 平臺(tái)等技術(shù)手段，展開(kāi)多元的反饋、數(shù)據(jù)分析和評(píng)價(jià)。持續(xù)有效的評(píng)價(jià)促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)反思并調(diào)控學(xué)習(xí)進(jìn)程，使學(xué)習(xí)不斷深入。同時(shí)，教師可以反觀自己的教學(xué)，形成“教學(xué)—反饋—改進(jìn)”的良性循環(huán)。

三、 把握深度學(xué)習(xí)的三個(gè)關(guān)鍵策略

（一） 選擇情境素材的鏈接策略

概念的建立需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)情境，規(guī)律的探究需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，應(yīng)用知識(shí)解決具體問(wèn)題需結(jié)合具體的實(shí)際情境。因此，真實(shí)、有價(jià)值的問(wèn)題解決情境是學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)形成和發(fā)展的重要載體，為學(xué)生發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)提供了真實(shí)的表現(xiàn)機(jī)會(huì)。

在深度學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施過(guò)程中，把知識(shí)內(nèi)容轉(zhuǎn)化成學(xué)習(xí)任務(wù)是難點(diǎn)。情境素材的重要價(jià)值在于能形成驅(qū)動(dòng)性任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。因而在選擇情境素材時(shí)可以從以下三個(gè)方面入手：一是多視角鏈接生活策略，關(guān)注搜集日常生活問(wèn)題、社會(huì)生活的問(wèn)題，易引發(fā)學(xué)生的認(rèn)同；二是鏈接學(xué)科發(fā)展策略，聚焦本學(xué)科前沿發(fā)展以及所面臨的挑戰(zhàn)，能激發(fā)學(xué)生的興趣；三是鏈接思想道德要素策略，挖掘本學(xué)科的德育要素，使學(xué)生樹(shù)立正確的價(jià)值觀。

（二） 學(xué)習(xí)過(guò)程中思維的外顯策略

發(fā)展核心素養(yǎng)，倡導(dǎo)學(xué)生在真實(shí)、有意義的情境中，運(yùn)用已有的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析、實(shí)踐、質(zhì)疑和反思。這是思維不斷地進(jìn)行建構(gòu)、解構(gòu)與重構(gòu)的過(guò)程，在此過(guò)程中將內(nèi)隱的思維顯性化，能有效提升學(xué)生的學(xué)力。

在教學(xué)實(shí)踐中，首先，通過(guò)學(xué)生的自我分析讓思維外顯。教師可以讓回答正確的學(xué)生描述自己的思維過(guò)程、解決問(wèn)題的路徑和方法。若學(xué)生還有疑惑，教師和學(xué)生一起討論，有助于學(xué)生形成解決問(wèn)題的一般思路和方法。其次，通過(guò)學(xué)生的質(zhì)疑辯論讓思維外顯。當(dāng)學(xué)生產(chǎn)生不同意見(jiàn)時(shí)，教師讓他們充分表達(dá)各自的觀點(diǎn)，引導(dǎo)他們獨(dú)立思考、相互評(píng)判、提出建議，討論的過(guò)程就是再思考、再創(chuàng)造的過(guò)程。最后，通過(guò)教師的連續(xù)追問(wèn)讓思維外顯。課堂上教師對(duì)于有深度的內(nèi)容進(jìn)行追問(wèn)，可以讓學(xué)生的思維有更大的發(fā)展空間，并且會(huì)引發(fā)學(xué)生產(chǎn)生更多的問(wèn)題和想法。

（三） 學(xué)習(xí)過(guò)程的深度互動(dòng)策略

學(xué)生能夠?qū)W(xué)到的知識(shí)、技能、方法運(yùn)用到真實(shí)世界的問(wèn)題解決之中，需要通過(guò)多個(gè)維度的深度互動(dòng)來(lái)加以實(shí)現(xiàn)。一是教師設(shè)計(jì)富有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)任務(wù)，促進(jìn)學(xué)生與任務(wù)的深度互動(dòng)；二是教師指導(dǎo)學(xué)生完成任務(wù)，增加學(xué)生與教師的深度互動(dòng)；三是教師組織學(xué)生研討和交流，增加了學(xué)生之間的深度互動(dòng)；四是教師利用信息技術(shù)手段實(shí)施課前預(yù)習(xí)、課中檢測(cè)和課后鞏固評(píng)價(jià)等，增加了學(xué)生與數(shù)字資源之間的深度互動(dòng)。

總之，新課標(biāo)、新教材背景下的教學(xué)需要教師加深對(duì)課程本質(zhì)的理解，對(duì)課程標(biāo)準(zhǔn)反復(fù)研究，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行組織與重構(gòu)，不斷更新觀念，變革教育教學(xué)行為，集中精力從事創(chuàng)造性活動(dòng)，發(fā)展教學(xué)設(shè)計(jì)能力。教師應(yīng)注重學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的規(guī)范性和系統(tǒng)性，增強(qiáng)學(xué)習(xí)過(guò)程的體驗(yàn)性、互動(dòng)性和生成性，實(shí)現(xiàn)“教—學(xué)—評(píng)”的一致性，以此更好地發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)，更有效地讓學(xué)生獲得必備品格和關(guān)鍵能力，從而落實(shí)立德樹(shù)人總?cè)蝿?wù)。