宋煦

摘要：在高中信息技術(shù)教學中，教師應當為學生提供適當?shù)膶W習支架，并將支架設(shè)計應用到課堂實踐中。本文以教材中的主題為例，討論了學習支架在信息技術(shù)實際教學中的應用場景，以期為一線教學實踐中學習支架的應用提供新的思路和方法。

關(guān)鍵詞：學習支架；計算思維；信息技術(shù)；火柴數(shù)字問題

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2023）11-0040-04

《普通高中信息技術(shù)課程標準（2017年版2020年修訂）》明確提出，要培育以學生學習為中心的教學關(guān)系，在問題解決過程中提升核心素養(yǎng)，發(fā)展計算思維。但在教學實踐過程中，由于信息技術(shù)學科信息量大、綜合性強、知識更新?lián)Q代快[1]，教師往往對學生提出的探究任務難度過高，超出學生自身發(fā)展水平與解決問題的能力。為提升信息技術(shù)課堂效率，培養(yǎng)學生使用計算科學解決實際問題的思維與能力，教師必須著眼于學生的最近發(fā)展區(qū)，在探究性任務中為學生提供適當?shù)闹С峙c幫助，從而調(diào)動學生自主學習與思考的積極性，發(fā)揮其潛能，引導學生在現(xiàn)有水平上進一步提升。

計算思維與學習支架的內(nèi)涵與研究價值

1.計算思維

計算思維是一種以計算科學為核心，運用計算科學的基本概念進行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計和行為理解的涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。[2]

2.學習支架

學習支架一詞起源于維果斯基的“最近發(fā)展區(qū)理論”，其內(nèi)涵是，教育者對學習者提供即時支持，以促進學習者有意義地參與問題解決并獲得技能，在逐步撤去支架的過程中，將管理學習的任務逐漸由教育者轉(zhuǎn)移給學習者本人。[3]閆寒冰教授將學習支架的表現(xiàn)形式分為問題、圖表、建議、范例四類。[4]

3.研究價值

在高中信息技術(shù)教學活動中，教師可以通過學習支架為學生提供自主探索的支持，使學生在面對復雜問題時能夠從自身實際水平出發(fā)，利用教師給予的幫助和支持將問題進行逐步拆解與分析，從而真正成為問題的發(fā)現(xiàn)者與解決者，進一步發(fā)展計算思維。

基于計算思維的學習支架設(shè)計與實踐

下面，筆者以《可以復用的代碼》一節(jié)中的《火柴數(shù)字問題》為例，圍繞分類標準設(shè)計相應的學習支架，并談談如何引導學生從問題情境出發(fā)，發(fā)展計算思維。

1.提出問題，架設(shè)計算思維環(huán)境

問題式支架是教學過程中最常見的一類支架，是教師在學生無法獨立解決問題時提出的引導性問題，這些問題可以幫助學生進一步構(gòu)建完整的知識體系，養(yǎng)成抽象與分解綜合問題的計算思維方式。

高中信息技術(shù)《必修1 數(shù)據(jù)與計算》中的《可以復用的代碼》一節(jié)提出了這樣一個火柴數(shù)字問題：“用火柴棒分別擺出‘0～9十個數(shù)字，請列出用6根火柴棒能擺出的所有數(shù)字，要求火柴全部用完（如圖1）?！边@個問題作為第二單元“編程計算”的總結(jié)與拓展，是一個比較復雜的綜合性問題。高一學生接觸Python編程的時間不長，雖然已經(jīng)基本掌握了Python語言的基本語法與結(jié)構(gòu)，但利用編程知識分析與解決問題的能力還有所欠缺，面對此類綜合問題時往往無法拆解與分析題目含義。因此，教師可以適時提供問題式學習支架，幫助學生將綜合問題分解成一個個小問題，以激發(fā)學生探索欲望。

在分析與拆分火柴數(shù)字問題時，教師可以先從學生能夠獨立解決的問題入手，提出一個簡單的子問題：“用火柴棒擺出‘0～9十個數(shù)字，分別需要多少根火柴？”該問題只需觀察題目圖示便可輕松回答。在第一個問題的基礎(chǔ)上教師可以進一步提問：“是否可以列舉5個能用6根火柴擺出的數(shù)字？用6根火柴能擺出的最大數(shù)字是多少？”這兩個子問題是解決問題的關(guān)鍵。在思考這兩個問題的過程中，學生會發(fā)現(xiàn)，6根火柴不只可以擺放“0”“6”等個位數(shù)，也可以擺放“14”“41”等兩位數(shù)，從而理解6根火柴可以擺放的數(shù)字大小是由該數(shù)字的位數(shù)決定的。因此，6根火柴能擺出的最大數(shù)字是三位數(shù)“111”。在解決前三個問題后，學生已經(jīng)初步具有了分類討論的思想，可以更快地思考出最后一個問題：“個位數(shù)、兩位數(shù)、三位數(shù)所需要的火柴數(shù)量分別怎樣計算？”

在學生思考與分析過程中，教師將四個問題逐步呈現(xiàn)給學生，在學生原有認知基礎(chǔ)上幫助學生進一步整合知識結(jié)構(gòu)，拆分綜合問題，為學生養(yǎng)成“自頂向下，逐步細化”的計算思維提供環(huán)境。

2.巧用圖表，支持計算思維活動

圖表式支架在信息技術(shù)課堂中通常以表格、圖片與流程圖的方式呈現(xiàn)，這一類支架能夠以可視化的方式對信息進行描述和呈現(xiàn)，有助于學生更清晰地記錄與展示思維活動，理解計算機編程的工作原理。

火柴數(shù)字問題的第四個子問題需要學生計算個位數(shù)、兩位數(shù)、三位數(shù)所需要的火柴數(shù)量，結(jié)合之前學過的列表的相關(guān)知識，學生可以首先寫出一個存放不同數(shù)字所需火柴數(shù)量的列表list，list=[6，2，5，5，4，5，6，3，7，6]，其中元素對應的索引號為“0～9”。計算任意一個數(shù)字n所需火柴數(shù)，只需將該數(shù)字的每一位依次拆分出來，并從list中查找到相應的火柴數(shù)量并進行相加即可。這一過程比較復雜，需要拆分、查找、相加三個步驟，因此，教師可以提供表格式學習支架（如下表），將每種情況與每個步驟一一列舉，使學生在完成表格的過程中更加清晰地理解分類討論的思想。

在分別解決四個子問題后，學生已經(jīng)初步具有解決火柴數(shù)字問題的思路，但如何用程序語言準確描述這一過程還是一大挑戰(zhàn)。為了幫助學生簡化過程、抽象算法，教師可以提供算法流程圖作為學生學習復雜程序的支架（如下頁圖2）。相較于自然語言，流程圖更加接近程序語言的表述方式，能夠幫助學生把抽象思維具體化，形成完整的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，使學生抽象思維與建模能力得到鍛煉。

程序語言的語法和結(jié)構(gòu)區(qū)別于日常生活中使用的語言，如何使學生建立起自然語言與程序語言之間的聯(lián)系，更好地理解計算機程序的語言方式與工作原理，需要教師提供更為清晰明確的引導。使用圖表的形式將知識結(jié)構(gòu)系統(tǒng)化與可視化，能夠拓展學生分析問題的思路，為思維的創(chuàng)造提供空間。

3.適時建議，轉(zhuǎn)變計算思維方式

建議式支架是問題的陳述性轉(zhuǎn)化，是教師對學生做出的提示與說明。在學生自主學習任務開始前，適時的建議為學生提供了方向與指引，讓學生在自我探索的過程中有規(guī)可循。

數(shù)字火柴問題的Python程序采用“分支+循環(huán)”結(jié)構(gòu)：循環(huán)結(jié)構(gòu)將可能符合6根火柴的數(shù)字一一列舉；分支結(jié)構(gòu)根據(jù)數(shù)字的位數(shù)進行分類，分別討論不同位數(shù)數(shù)字所需要的火柴數(shù)量（如圖3）。這種程序結(jié)構(gòu)簡單易懂，但語句上較為冗余。當用到的火柴數(shù)量增加到10及更多時，需要5個以上的if分支。

在學生調(diào)試運行程序的過程中，教師可以適當提供建議式支架，提出將題目中所用到的6根火柴改為10根，讓學生在原有程序上進行更改，解決火柴數(shù)字問題的進階版。學生在操作實驗中會發(fā)現(xiàn)，更改后的程序循環(huán)范圍由“0～111”擴展到“0～11111”，需要分類計算的數(shù)字范圍也從三位數(shù)增加到五位數(shù)。這一改變增加了許多重復的工作，教師可以帶領(lǐng)學生回顧Python的三大基本結(jié)構(gòu)，建議學生使用循環(huán)結(jié)構(gòu)，利用n//10和n%10語句的重復，依次將多位數(shù)的最后一位數(shù)字取出并去除（如圖4），從而提高程序效率。

當需求發(fā)生變化時，往往需要轉(zhuǎn)變思路以適應新變化，建議式支架的應用就是面對變化時給學生以提示，保證學生在正確的道路上前進，在具體問題探究解決中實現(xiàn)思維的轉(zhuǎn)變與進階。

4.提供范例，完善計算思維架構(gòu)

范例式支架與建議式支架? ? ? ? ? ? ? ? 類似，旨在幫助學生找到正確的前進方向。教師提供的范例應包含最典型、最重要的步驟與成果，將其作為學生實踐的參考依據(jù)。編程教學中的范例多為完整的程序段落，能夠彌補學生思路中的漏洞，糾正學生語法與書寫錯誤。此類支架主要出現(xiàn)在教學評價環(huán)節(jié)，能夠適應不同基礎(chǔ)的學生的學習需求，是實際教學中使用頻率較高的一類學習支架。

在火柴數(shù)字問題的最終程序中，學生通過兩次循環(huán)提升了程序的可用性。但在利用循環(huán)結(jié)構(gòu)計算某個數(shù)字需要的火柴數(shù)量時，while語句條件設(shè)置的問題，會導致將所用火柴數(shù)量改回6時，運行結(jié)果丟失n=0的情況（如上頁圖5）。為了彌補這一漏洞，需要學生在while循環(huán)結(jié)構(gòu)之外再添加一個判斷分支。在程序調(diào)試過程中，學生能夠自行發(fā)現(xiàn)這一漏洞，但他們現(xiàn)有的編程知識基礎(chǔ)不足以支持對程序進行進一步的優(yōu)化與完善，教師可以將完善后的程序進行廣播展示（如圖6），為學生提供學習范例。

信息技術(shù)教師通常會在網(wǎng)頁設(shè)計與媒體編輯等課程中應用范例式學習支架，此類課程中的支架雖然能夠促進學生的發(fā)展，但也在一定程度上限制了學生思維的發(fā)散。而在程序設(shè)計類課程中的算法有優(yōu)劣之分，在探究最優(yōu)算法時提供學習范例，不僅可以彌補學生知識與思維的漏洞，還有助于提升和培養(yǎng)學生的大局觀，進一步健全與完善計算思維架構(gòu)。

結(jié)束語

本文以教材中的主題為例，討論與總結(jié)了信息技術(shù)課堂中提問、圖表、建議、范例四類學習支架在實際教學中的應用場景，希望能為一線教學實踐中學習支架的應用提供新的思路和方法。筆者認為，為提升學生在信息技術(shù)課堂的積極性，培養(yǎng)學生自主學習能力和計算思維，教師應為高中學生提供適當?shù)膶W習支架，并將支架設(shè)計應用到課堂教學實踐中，培養(yǎng)學生的計算思維，讓學生在課堂上進行不斷總結(jié)，從而提高高中信息技術(shù)課堂教學質(zhì)量。[5]

參考文獻：

[1]陶玲莉.例談學習支架在高中信息技術(shù)教學中的應用[J].中國信息技術(shù)教育，2010（18）：82-83.

[2]周以真.計算思維[C].新觀點新學說學術(shù)沙龍文集7：教育創(chuàng)新與創(chuàng)新人才培養(yǎng)，2007：122-127.

[3]邱岑岑.學習支架研究綜述[J].教育科學：全文版，2017（11）.

[4]閆寒冰.信息化教學的學習支架研究[J].信息技術(shù)教育研究，2003（02）：18-21.

[5]劉輝.高中信息技術(shù)支架式教學研究[J].課堂內(nèi)外（高中教研），2021（20）：135.