基于高阶思维的数字化技术实践

许憬

信息技术是获取、处理、传递、存储、使用信息的一门技术，信息处理的本质是数据处理，信息经过编码内部呈现的形式是数据，计算机处理的对象是数据，算法选择的依据是数据结构……计算机技术只有遇见数据才能让这门新技术迸发物理反应甚至发生化学反应，否则它仅仅是简单工具，而不是智力工具、思维工具。所以，可以这样认为，没有数据参与的计算机学习算不上真正意义的深度学习和高阶学习。本文旨在尝试建构一种超越了技术，一种基于实验、基于数据、基于实证的技术新课堂。

技术能否实验？——一节课例引发的思考

案例描述：2017年，我经历了一场徒弟唐宁兰老师参加的第五届全国中小学信息技术优质课的评比，也参与了其中浙江摄影出版社小学信息技术《精彩图片剪辑》课例的设计。经过了一番曲折和努力，课例以其设计的高度赢得了观众的一致好评，也最终取得了全国一等奖的好成绩。回顾整个准备过程，最初的课堂设计预设了三个环节：

第一环节：识软件——指向技术的概念。通过ACDsee软件对一组原始照片的初始化操作，认识工具软件的界面、文件及其他操作概念与功能。

第二环节：会剪辑——指向技术的技能。通过ACDsee对两张方位不当、主题散漫的典型照片进行加工处理（旋转、裁剪），以达到预期的剪辑目标。

第三环节：善裁剪——指向技术的技巧。会剪辑不等于就能剪好照片，裁剪仍需要一定的审美元素和操作技巧，在此环节教师通过三组直观形象的图片，结合“问卷星”统计数据，让学生理解剪辑的本质，形成合理取舍、个性化表达的选择策略取向等。

课堂原方案历经数次修改，但无论怎样的取巧，都摆脱不了以技术学习为中心，传统技术双基模式的束缚。为实现实破，我们经过了一番思考后，提出如下大胆的设想。第一，能否把动手的简单图片剪辑操作设计成一个动脑的可探究活动？第二，能否让学生深度理解和经历真正意义上的数字化学习：剪辑（旋转、裁剪）操作前后，图片到底发生着怎样的、可量化的改变？为此，我们针对原方案进行了现场的改造，精简了纯粹的照片操作处理的训练时间，新增了一个思维参与的数字化实践环节。

第四环节：懂剪辑——指向技术的思维。根据提供的“校园”原图，合理剪辑，观察并完成图片剪辑的数据信息观察表（如下页表1）;然后结合记录实验数据，可以得出哪些结论？

课堂上教师设计了一份观察表单，创建了一次技术实验，进行了一项数字记录，开展了一番数据比对。学生在数据观察、思维考量之后得出实验结论：旋转和裁剪都可以改变图片;旋转只改变图片位置，不改变图片大小;裁剪前后图片尺寸及文件大小发生着可量化的改变——变小。

现在我们提倡的高阶学习是一种需要智力深度参与和介入的学习模式。现代信息技术已经从关注知识、关注技术、关注方法的课堂，逐渐实现着向关注素养（包括审美）再到关注思维的课堂的转型升级。案例中数据观察表的设计便是给我们的信息技术课堂提供了一种技术学习的全新认知模式——基于高阶思维的数字化实践。

参数操作让高阶思维真正发生

计算机是一项操作性非常强的学科，其实我们可以根据思维的介入程度将计算机操作分为两类：基本操作和高级操作（如图1）。基本操作也可以认为是通识化操作，它通过简单的鼠标操作行为或基本的菜单选择就可以实现。基本操作只涉及习惯性动作、默认参数的运用，无需太多思维参与或只需低阶思维介入。高级操作，亦称带参数操作（这里的参数指广义上的参数），需要通过内部的高级选项设置、参数的精准定位甚至算法设计、过程定义才能进行。高级操作需要智力甚至高阶思维的参与，数字化学习必然涉及参数选项的操作。

例如，VJC仿真软件操控电机并实现简单的直行与右转效果，只需拖动“启动电机”模块和“直行”“右转”模块至主程序流程图进程（使用默认值，无需改变参数）便可以实现，此即为基本操作（图2为模块的默认操作）。如果使用电机并要求实现指定的速度直行或指定的角度右转，则要对“启动电机”模块和“直行”“右转”模块内部的多项参数进行科学设置才能实现指定的运行效果，此项操作涉及数据设置和思维参与，即为高级操作（图3为电机的参数设置，左右电机的默认功率均为80，现在根据需要将右电机功率值更改为30）。

信息技术的高级操作不仅体现在对VJC、Scratch等智能模块的有形参数设置上，有些应用软件的技术细节看似“简单”，但深究其中，事实上有很多内涵和选项也是参数范畴，但我们却极少涉足。义务教育阶段的信息技术操作，如Word、Excel、PPT、图片处理等，一般学生只需掌握默认操作或简单操作即可，但为达到某些特殊的效果、复杂的操作和深度的学习则必然会涉及高级菜单选项设置，即称高级操作。如Excel的连续数据求和，只需选定数据区块然后直接单击工具栏的“∑”按钮即可，此即为基本操作;但如果是不连续的精准求和则需输入对应的函数公式才能实现，这个过程则称高级操作。

案例：Scratch软件控制宠物“猫”走步的三重境界。

（1）向前移动    默认值实践（简单操作）。

（2）用3秒时间向前移动200步   规定性实践（复杂操作）。

（3）用规定时间向前移动至指定位置    探究性实践（高级操作）。

再如，Scratch模拟多角色的相遇问题时，它的过程用时与目标位置不是直接给定的，均需要复杂计算与反复尝试等高级智力的深度参与才能实现。这个操作的过程即属高级操作。

从验证性操作实践到探究性数字化实践

信息技术是一门操作性、实践性极强的学科，现实的信息技术课堂上存在着三种由低到高不同思维层次的典型操作实践模式：验证性实践、制作性实践、任务型实践。思维性、智能性是计算机区别于其他工具的重要特征，我们不能将信息技术课堂简化到形式上的打字课、画图课、作品课等，更不能用简单的验证性操作替代具备思维含量的探究性实践（如图4）。所谓探究性实践，就是将计算机当作一种环境，将信息技术学习当作一种实验，让学生通过类似于科学家进行科学探究的方式，解决计算机问题，发现计算机的规律，获取计算机知识，并从中学会信息技术的方法和技能，形成信息技术的思维方式。

计算机提供的不仅是一种技术环境，一种辅助工具，一种学习对象，更是学科学习有效的实验工具。探究性实践离不开数据的操作。数字化学习与创新是信息技术学科核心素养之一，信息技术正是实现人类数字化生存的重要渠道，但环境的信息化并不代表着学习的数字化，也没有实现学习方式的真正变革。信息技术课堂内的数字化学习必须与数字打交道，“没有数据参与的数字化学习，只是信息技术学科学习的一大笑话。”

从验证性实践到探究性实践，我们可探寻到信息技术课堂发展的一条脉络：从收敛到发散，从传授到研究，从重技术到重思维的过程。这条脉络是教育发展的趋势，也引导本学科发展的主线索。基于高阶思维的数字化技术实践便是探究性实践的一种形式。

例如，初中信息技术《图像格式》对图片格式的文字描述是一笔带过的，如何让学生真正体会三种图片格式的差异性及其不同价值是本课时技术学习的难点。为解决问题，我们设计了一份实验表单（如表2）。

案例：将一张1兆左右的BMP图片分别保存成不同位深的BMP、JPG和GIF格式图片，然后观察屏幕记录数据，完成实验表单，并尝试得出你的技术结论。

从表2转化实验的操作到記录，技术的结论是不难得出的，学生很容易从表单的数据和图片比对中理解不同图片格式的差异，从而辨析不同技术的应用优劣。数字化的实践给技术学习提供了一个有效的脚手架。

信息技术环境下的数字化实践是由一系列高级操作组成的，它包含了屏幕观察、数据记录，并经历了相关的复杂操作和高阶思维的训练。就像《精彩图片剪辑》《图片格式》等课例设计，从照片剪辑前后，从图片的转化前后，我们已从看得见的模糊感知，转换为真真切切体验到、摸得着的数据变化，这是探寻科学的实证主义，也是我们数字化实践的一种有益尝试，该模式实现了技术学习从定性到定量、从验证性操作到探究性实践、从低级认知到高级认知的变化。