通过校本课程实现对学生问题解决能力的培养

李建等

前言：

信息技术学科难免要使用一些信息技术工具，现在市场上可以用的软、硬件千差万别，学科体系中对这些又没有明确的规定，教师如何选择、如何应用是非常大的问题。李建老师和尚凯老师的这篇文章，从三维目标出发，以玛扎诺的教育目标分类学作为抓手来进行，纲举目张，形成非常清晰的脉络，笔者认为，对同行业者非常有启发。

问题的提出

信息技术教师在一线实际工作中，始终面临很多的困扰。其中比较突出的一点就是，作为一门工具型、强调应用性的学科，信息技术如何通过教学活动培养学生对实际问题的解决能力。在课堂教学过程中，教师常常会以合作、探究的项目式教学为主，但这种项目往往是教师为学生预设好的“假项目”，教师心中实际上已经有了解决方案，他们仅仅是为了通过项目式教学的模式提高学生在课堂中的参与度，并串联课堂中的所有教学内容，达成本节课的教学目标。而如果真正采用PBL（项目式学习）的教学模式，则又面临课时紧张、阶段性成果无法达成，甚至最终无法达成教学目标的窘境。

這些问题引起了笔者的思考：信息技术课堂可以真正培养学生的问题解决能力吗？是否存在更好的培养学生问题解决能力的主阵地？具有一定研究性、实践性的，超越课堂上能够完成的活动、任务目标能够真正达成吗？教师应该如何引导和帮助学生完成自主学习？又该为学生自主学习提供哪些适合的目标、资源和活动呢？

笔者认为，为了解决这些问题，信息技术教师有必要对自己的课堂观做出一些调整。课堂观的改变，将直接影响课堂上教师和学生之间的教与学活动，并促使课堂教学产生变革，推进上述问题的解决。而课堂教学产生变革，首先的一步就是变革教学设计。笔者所在学校自2012年加入八十教育集团以来，一直在主推“三维度四水平”课堂教学目标。因此，笔者从这一维度重新思考了“校本课程”与“问题解决能力”的定位，以及它们之间的关系。

“三维度四水平”教学目标的内涵

在传统的教学设计中，我们通常以“三维度”，即知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观来设计教学目标。“四水平”是美国罗伯特·J·玛扎诺博士及其团队在《学习目标、形成性评估与高效课堂》一书中提出的理论成果，称为教学目标的新分类学。它将教学目标由低到高划分为四个水平，即记忆提取（Retrieval）、理解（Comprehension）、分析（Analysis）、知识运用（Knowledge Utilization）。每个水平都包括一些典型的能力，如表1所示。

“三维度四水平”课堂教学目标具体指在课堂教学目标的设计过程中，以“三维度”为基础，将其中的“知识与技能”部分，通过“四水平”的理论进一步细化，并从低到高进行呈现，从而实现两者的有机融合。

“三维度四水平”教学目标视域下的校本课程定位

校本课程是国家课程的延伸拓展，并配合学科国家课程进行相关实践应用。校本课程应呈现出丰富性和选择性特点，并以学生发现自己、形成个性特长的自主发展课程为高点进行目标设计。

从“三维度四水平”教学目标出发，并结合校本课程的定位，来重新审视校本课程，笔者认为水平一（记忆提取）和水平二（理解）的教学目标不应在校本课程中出现，校本课程应从更高层次的分析、知识运用的教学目标出发，帮助学生在自己喜爱的领域深度探索，实现特长发展。

而信息技术国家课程由于面临包括课时安排、学情差异在内的各种实际问题，往往并不能很好地帮助学生达成水平四（知识运用）的教学目标。因此，国家课程和校本课程两者需要互补，才能最大限度地实现对学生综合能力与学科核心素养的培养。

“三维度四水平”教学目标视域下的问题解决能力定位

从教学目标新分类学中对四水平的划分中可以明确看到，问题解决（Problem-Solving）能力被直接划分到了最高的第四层目标中。关于问题解决能力，在新分类学中对其还有一些更具体的行为描述，包括解决、你将如何克服……、适应、为……开发一种策略、为……找出一种方法、在……条件下你如何达成目标。

结合从“三维度四水平”教学目标视域下对“校本课程”与“问题解决能力”两者的定位来综合分析，这两者其实是不谋而合的。也就是说，相对于完成国家基础课程的信息技术课堂，校本课程是培养学生问题解决能力的更好舞台。通过学生与教师之间的双向选择，校本课程在一定程度上消除了学情上的差异，同时确保了学生的兴趣与教学内容的一致性。因而教师可以更自由地在校本课程中基于PBL的原则，为学生设计更具有挑战性、建构性，与学生个性高度一致的学习活动，从而帮助学生提高问题解决能力。

通过校本课程培养学生问题解决能力的实践探索

1.校本课程中教学媒介的选择

目前的初中信息技术教材包括信息与信息技术基础、计算机网络基础、文字处理、表格数据处理与分析、图像处理、音频和视频制作、制作动画、网站设计、智能处理与编程等九个模块。

2017年7月20日，国务院出台《新一代人工智能发展规划》（以下简称《规划》），提出了面向2030年我国新一代人工智能发展的指导思想、战略目标、重点任务和保障措施。《规划》确定了中国人工智能产业三步走的战略目标，部署构筑我国人工智能发展的先发优势，加快建设创新型国家和世界科技强国。随着《规划》的出台，各省市也在逐步推广人工智能进校园活动。初中信息技术课堂中，“智能处理与编程”单元在初中阶段信息技术总课时中占有的比例在逐渐上升。在笔者所在的学校，该单元已经占到了初中阶段总课时的三分之一。同时，原有教材中用于该单元教学的Visual Basic软件也已经被替换成了更容易被学生接受的图形化程序设计软件Scratch。

在选择校本课程教学媒介的过程中，我们认为应该保证国家课程与校本课程的一致性与延展性，也就是说，将它们视为一个整体进行考虑。学生在校本课程中所学的内容应该是信息技术课堂的有效延伸，同时也应该成为高中信息技术课堂的有效铺垫。因此，我们最终选定了Arduino平台作为校本课程的媒介。

Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台，包含硬件（各种型号的Arduino板）和软件（Arduino IDE）。学生通过基于C语言的Arduino IDE开发环境进行程序设计，利用各种各样的传感器来感知环境，并控制灯光、马达、声音等各种装置来反馈、影响环境，进而实现完全的智能化控制。

Arduino可以作为信息技术课中Scratch程序设计的良好延伸。由于Arduino的软、硬件都是开源的，因此在国内外有大量的相关公司以Arduino产品原型为基础，在开源的基础上进行开发。在这种背景下，事实上除了官方的Arduino IDE这一编程工具，我们还可以在教育市场中看到很多不同的开发工具，其中比较著名的包括慧编程公司的mBlock，以及北京师范大学米思齐团队打造的Mixly。

mBlock软件是基于Scratch 2.0软件二次开发而成，因此它的软件界面、操作逻辑和Scratch同出一辙，有Scratch学习经验的学生可以很快上手。借助该软件，学生可以很容易地从信息技术课堂迁移到校本课程课堂中来，迅速进入学习和探索的状态。

Mixly软件则是一款基于Java软件开发的图形化C语言编程工具。它完全基于C语言的语法结构，仅仅只是把程序命令以图形化的方式呈现给学生，同时提供图形化程序翻译为C语言的功能。

目前，高中阶段的信息技术课程主要包括数据与计算、信息系统与社会两个必修模块。其中数据与计算的教学过程主要基于Python语言。从初中阶段的Scratch图形化编程工具，过渡到完全依靠命令行输入代码的Python语言，难免会为学生带来一些认知上的障碍。相比较而言，有C语言程序设计学习基础的学生将更容易过渡到高中信息技术课堂中Python语言程序设计的学习过程中。通过Mixly软件，学生可以逐步从图形化的C语言程序设计，过渡到真正的C语言程序设计，为高中阶段的信息技术学习做好衔接，打下基础。

综上所述，Arduino開源电子平台是非常适合用于校本课程的教学媒介。

2.课程大纲的设置

信息技术课堂中的Scratch程序设计课程，虽然是以图形化编程为主，但整个教学活动依然是围绕传统的程序设计课程中经常探讨的输入输出、变量、运算、程序结构等知识点来展开。与Scratch不同，Arduino开源电子平台的课程不会花费大量时间帮助学生理解上述程序设计的基本知识，而是将重点放在如何利用各种各样的传感器来感知环境，并控制灯光、马达、声音等各种装置来反馈、影响环境。从“三维度四水平”教学目标来分析，这也意味着基于Arduino平台的校本课程，在程序设计相关课程的体系中跳过了“记忆提取”和“理解”两个水平，直接进入了“分析”与“知识运用”两个水平，与之前章节对校本课程的定位一致。

上述分析并不意味着Arduino系列校本课程在教学目标的设定上不存在“记忆提取”和“理解”这两个水平的目标。作为一项对学生而言很陌生的新事物，在其自身的知识体系中，Arduino的一些基本的操作、概念诸如串口的连接、程序的下载，依然需要学生进行记忆（记忆提取水平），有关数字输入、模拟输入、数字输出、模拟（PWM）输出等概念也依然需要学生进行辨析（理解、分析水平）。但是，就Arduino开源电子平台自身的知识体系而言，整个校本课程的重点也还是放在“知识运用”水平上，通过一些开放式的问题，培养学生设计方法和策略，并最终达成目标的能力，提高学生的问题解决能力。

具体到笔者所在学校实际的Arduino系列校本课程课时安排，如表2所示。

3.通过校本课程培养学生的问题解决能力

在校本课程的建构过程中，有60%的课程是基于某个主题的挑战任务。例如智能风扇挑战，教师仅仅要求在这个任务中，至少用到数字输入、模拟输入、数字输出、模拟（PWM）输出这四类元件中的两类，能实现的功能不做限制，而且越多越好。通过这种开放式的任务，学生可以在基本的规则框架下任意发挥，思考自己需要用哪些零部件，思考每一种元件该用到哪个位置，思考每一个零部件的作用怎样最大限度地发挥，这样的思维过程，对提高学生解决问题的能力有很大的帮助。

在校本课程的实施过程中，自主学习、合作探究的学习模式，对提高学生解决问题能力也有很大的帮助。在这方面，笔者在课堂上为学生创设良好的合作学习环境，使学生有充足的空间去发挥。同时也摆正自己与学生的关系，将自己设定为学生学习的支持者、学生问题的辅导者、学生活动的组织者，引导学生通过支撑材料自主学习、合作学习。

最后，对作品的反复改良优化、逐步创新，也是提高学生问题解决能力的重要手段。当学生完成任务之后，教师应能够敏锐地找到作品中值得改良的关键点，为学生提出有价值的意见，引发学生的思考。例如在巡线小车挑战中，教师会引导和帮助学生一步步将巡线所需的灰度传感器从多个最终减少为一个，再一步步在一个灰度传感器支撑下，将小车巡线能力逐步优化，帮助学生感受思维进步、迭代的过程。

结语

基于信息技术课程的校本课程的设计与实施，以Arduino开源电子平台为载体，在实现对基础课程的有效延伸之余，通过一些开放性的项目，有效地训练了学生的大脑思维，并进一步巩固、拓展了学生的基本知识，使学生在合作与探索中能够主动发现问题，并积极地去解决问题，最终实现了学生思维创造性的提升，以及问题解决能力的提高。