基于创设技术需求环境下课堂教学模式的研究

卢庆广 张艳

摘要：作者对创设技术需求环境下的三类课堂教学模式，如何在高中信息技术学科核心素养思想理念指导下，全面提升高中学生的信息素养水平进行了深入的分析研究。三类课堂教学模式相辅相成、相互促进，为数字化时代培养创新型人才奠定了坚实基础。

关键词：信息技术；思维导图；计算思维；框架思维；数字化学习与创新；信息素养

中图分類号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2019）01-0049-04

课题“基于创设技术需求环境下课堂教学模式的研究”立项于《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》颁布后，在这次颁布的课程标准中，高中信息技术学科课堂教学的思想理念发生了变化，即从早期的以传授信息技术基础知识和基本操作技能为主转变为今天以培养学生核心素养为目标。另外，在普通高中课程改革过程中，浙江省把信息技术学科纳入高考选考科目来进行选拔创新型人才，安徽省内大部分市都把信息技术学科列入中考，选择上机操作考试，分数是30分。这些都充分说明了信息技术学科在信息化时代的重要性，而在信息技术课堂中培养创新型人才的关键是技术需求环境下课堂教学如何构思设计。

笔者借鉴美国芝加哥大学教授布鲁姆1956年提出的“教学目标分类法”——学生的初级认知到高级认知过程为记忆、理解、应用、分析、评价、创新，提出信息技术课堂教学就是培养学生大脑认知新技术从低阶思维到高阶思维逐步建立的过程。由于学生认知信息技术知识的水平以及对新技术需求的程度不同，因材施教显得特别重要，因此，笔者结合学生在不同技术需求环境下的情况，阐述在信息技术学科课堂教学中如何更高效地学习新技术。

自主学习——建立思维导图

一般地，信息技术课堂教学是从学生认知、接触信息技术基础知识和基本操作技能开始。以广东教育出版社出版的普通高中教材《信息技术基础》中的必修模块为例，教师基本是按部就班地传授计算机发展历程以及计算机的基本组成和常识。而对于还没有实行新课程改革的省份，现在信息技术课堂教学的重任还是指导、传授学生如何操作Office软件。学生刚接触信息技术基础知识和办公软件基本操作技能的阶段就是认知的初级阶段，在该阶段，让学生记忆、理解以及应用所学知识非常关键。

因此，笔者根据信息技术课堂教学需求不同技术模块任务，创设学生在生活中、学习中遇到的不同技术模块需求环境，引导学生结合教师资料共享区提供的资源包自主学习。

1.课前资源包准备

在翻转课堂教学中，课题组成员会分工准备好每一节课的教学资源包。以《3.2表格信息的加工与表达》一课为例，首先，根据要学习的新技术内容，让学生观看一段情境视频，使其产生要模仿学习的需求心理，视频中介绍学生体质健康调查情况，让数据指导我们健康生活；其次，构思设计详实细致的导学案，告诉学生怎样一步一步打开电子表格进行操作，对于在操作中可能存在的疑难点，教师录制微课视频供学生观看模仿；最后，建议学生陪同父母进行健康体检，引导学生关爱父母身心健康。

2.课中自主学习——形成思维导图

学生对身心健康了解后，在日常生活中，会有意识地注意一天三餐的饮食情况，合理搭配饮食均衡，进而借助丰富的网络资源自主学习身体质量指数（BMI）的相关计算知识。

①身体质量指数（BMI）这个概念，是由19世纪中期比利时的通才凯特勒最先提出的。它的计算公式如下：体质指数（BMI）=体重（kg）÷身高^2（m）。从BMI公式中可以看出，体质指数与体重和身高有关，通过调查数据（如下表），学生还发现体质指数与性别和年龄有关，从而建构出体质指数“胖瘦程度”的数学模型。

②自主学习导学案后建立体质指数表格，输入相关数据，进行相关基本操作。学生初步学会应用电子表格，在处理数据方面如何使用公式计算、函数计算，在统计分析方面如何进行排序、筛选、分类汇总等，在图表报告方面如何插入图表以及报告文本的形成。对电子表格的处理可以在学生大脑中建构起思维导图，从而使学生在健康体检需求计算分析中学会电子表格的基本操作技能。

3.课后学以致用新技术

在高中信息技术课堂教学中，在恰当的时间、技术需求环境下，学生学习新技术的效率是高效的。例如，在思维导图的制作中可以引导学生借助迅捷思维导图和FScapture7.2（中文绿色特别版）尝试对各科的基础知识进行总结以及将知识体系框架形成思维导图，从而提高学生学习新技术的效率，在此过程中，学生的思维能力处于逐渐上升阶段。在自主学习中，大脑建构思维导图的过程全面提升了学生的信息素养水平，为学生进一步在日常生活和学习中应用、分析、评价新技术奠定了坚实的基础。

合作探究——培养计算思维

1.计算思维的起源

2006年3月，周以真教授首次提出计算思维的概念，即计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计，以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。

《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》给出的计算思维的定义是：计算思维是指个体运用计算机科学领域的思想方法，在形成问题解决方案的过程中产生的一系列思维活动。由此可见，计算思维是用新技术解决新问题的一系列思维活动过程。笔者根据自己的理解，对计算思维的概念进行形象化、具体化的表述，即在新课程改革中教师如何创设新技术需求环境下的新问题，如何引导学生面对新技术需求环境下的新问题进行信息化数据抽象，如何分析、抽象、建立新问题与新技术之间的桥梁纽带关系——设计算法，如何选择最优化的算法设计方案应用新技术解决新问题。

2.在新问题需求环境下学习新技术

（1）如何创设新技术需求环境下的新问题

信息技术课堂教学的主导者是教师，而学生的合作探究以及学习任务的安排在于教师如何设计新技术需求环境下的新问题。例如，在学校或班级举行的各种演讲比赛中，要求将各位选手比赛的成绩和排名以及演讲时间的多少随时在大屏幕上更新显示。因此，设计演讲比赛评分系统成为迫切需求，而电子表格中的排序算法是生产厂商设计好的，利用其对学习成绩进行排序很方便，但针对特定要求却无法满足，所以在设计演讲比赛评分系统之前，各种排序算法成为学生创作新作品的核心技术需求。

新问题的提出是教师基于学生对排序算法的困惑以及学习排序算法的需求环境，而此时在开发创作数字化作品之前，核心的新问题就是排序算法。

（2）如何引导学生面对新技术需求环境下的新问题进行生活化数据抽象

对生活化的新问题进行科学化的抽象分析，就是将生活化的新问题数据“剥离”出来，建立计算机需要的信息，使数据与信息形成一一对应关系。在此问题中，即将每一位选手的号、姓名、演讲题目、成绩、演讲时间及变化中的名次，进行生活化数据抽象成计算机能够处理的信息。

（3）如何分析、抽象、建立新问题与新技术之间的桥梁纽带关系——设计算法

生活化数据抽象成信息后与数字化工具如何建立起桥梁纽带关系，是“界定问题—抽象特征—建立结构模型—合理组织数据—判断、分析与综合各种信息资源—设计算法—用数字化工具解决问题”的一系列思维活动过程。

此时，学生会有合作探究各种排序算法的心理需求，而我们经常遇到的最简单的有三种排序算法：选择排序、冒泡排序和插入排序。三种排序算法的基本思想很相似，并且它们的平均时间复杂度均为0（n^2）。此时，可以引导学生思考：如果需要排序的数据量很大，计算起来需要时间很长，能否有更好的算法？教师在合适的时机引入快速排序法、堆排序法和归并排序法。对于更深入的算法研究，可引导学生借助网络资源合作探究，深层次地分析、思考，并明确计算机在执行快速排序、堆排序和归并排序情况下，处理大数据量时的时间复杂度为0（nlog2n）。

学生在对各种排序算法深入思考、分析研究，论证各种排序算法的时间复杂度时，发现快速排序需要将要排序的数据分割成独立的两部分，其中一部分的所有数据比另外一部分的所有数据都要小，然后再按此方法对这两部分数据分别进行快速排序，整个排序过程可以递归进行，最终能使整个数据变成有序序列。

在编程实现最优化算法的思考中，开展各小组间“头脑风暴”活动，激发学生的求知欲望，探讨递归算法的实现过程，是解决快速排序法搭建新技术需求环境下的新问题与数字化工具之间的桥梁纽带关系。

（4）选择最优化的算法设计方案解决新问题

在解决新问题需求环境下学习新技术是高效率的，而掌握新技术的核心是设计最优化算法——快速排序法，并且深刻理解递归的含义。

此時，通过开展小组间“头脑风暴”，合作探究各种排序算法一系列思维活动是培养学生计算思维能力的过程，是学生思维能力逐渐上升的阶段，大脑的认知过程趋于完善，信息技术课堂教学中体现了对学科核心素养——计算思维能力的培养。

交流探讨——构建框架思维

1.框架思维的定义

框架思维是模拟建筑设计师进行科学构思、规划与设计数字化作品整体框架，利用数字化工具创作数字化作品，解决数字化需求环境下的新问题的一种思想理念。

2.创作数字化作品——框架思维的形成过程

①整体规划。学生创作数字化作品就像建筑设计师建造高楼大厦一样，需要进行数字化作品的科学构思、整体规划设计（以演讲比赛评分系统为例）。

②交流探讨。在利用数字化工具创作需求环境下的数字化作品时，学生首先根据已学信息技术基础知识和基本操作技能，选用有一定熟练程度的数字化工具。其次，在数字化作品开始构思设计时，集思广益、交流探讨，特别是对新技术疑难问题进行分析、研讨、论证，在学生现有技术水平基础上商讨创作数字化作品的可行性。最后，对综合性大型数字化作品尝试分工协作，共同创作数字化作品。

3.测试、完善和美化数字化作品

通常数字化作品完成后，要对其技术检测性、功能完善性、程序移植性进行测试。另外，在对创作的数字化作品的实现功能、交互功能完善后，还要对作品的外观进行美化，达到科学性、创新性、艺术性的要求。

结语

笔者构思设计了三类课堂教学模式，层层递进、螺旋式上升培养学生的思维能力。以思维导图绘制为主的课堂教学模式有助于学生快速进行新技术基础知识的学习和总结；以计算思维探究为主的课堂教学模式有助于学生分析、抽象、建立各种结构模型的疑难技术问题解决；以框架思维构建设计、创作为主的课堂教学模式有助于学生在数字化时代创作数字化作品。在数字化时代的信息技术课堂教学模式中，它们之间相互配合、相互促进、协调统一，共同促进学生的思维能力达到高阶思维水平——创新。

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基金项目：此文系安徽省教育信息技术研究2017年度立项课题“基于创设技术需求环境下课堂教学的研究”（立项号：AH2017080）的阶段性研究成果。