设计型学习模式下的计算思维培养策略

史慧姗

摘要：计算思维是创新型人才的必备能力，是信息技术学科的核心素养。为寻求与之相适应的教学方式，本文从设计型学习的角度分析其培养策略。分析了设计型学习和计算思维的相关研究、理论和模型后，得出基于设计型学习的计算思维培养方法：确定挑战性问题，帮助学生完型加工;促进交流分享，帮助完善、反思解决方案;及时反馈，帮助优化迭代。

关键词：设计型学习;计算思维;培养策略

一、背景

地平线报告（基础教育版）指出，“培养中小学生的计算思维是21世纪一个重要的课题，计算思维应该是阅读、写作、计算之外的另外一项必须熟练掌握的基本技能[1]”。计算思维是创新型人才所必须具备的一种思维能力。响应世界教育的潮流和国家的政策，全国各地都开始注重培养学生的计算思维，而编程教学作为培养学生教育思维的主要形式，在中小学教学中也越趋普及化，不少城市已经把编程教学加入到信息技术常规课程中。然而，通过观察信息技术教材发现，目前的编程教育仍然采用最为传统的由局部知识逐步过渡到整体的“顺向”教学，这并不利于以问题解决为核心的计算思维的培养。而计算思维是一种较为新鲜的基本技能，需要使用与之相匹配的教学方式来培养，针对传统技能的传统教学方式已很难满足教学需求。为寻求合适的计算思维培养方法，可从新的教育形态中获得启发。中小学教育近年来涌现出很多例如创客、STEM教育等创新性的教育形态，各种创新的教学方式也随之被提出，《深圳市中小学学科教育与创客教育融合指南》（简称“指南”）就提出七种与创客教育高度相关的教学方式。计算思维与创客教育密不可分，两者的核心都是解决问题。因此，《指南》对于计算思维的培养教学同样具有参考价值，根据计算思维的特点，可发现设计型学习方式与之高度契合，研究如何通过设计型学习方式培养计算思维，为计算思维的教学提供了一种创新性的途径，与此同时也拓展了设计型学习的应用领域。

二、设计型学习与计算思维培养的契合度

设计型学习与计算思维培养之间有较高契合度。首先，对比设计型学习与计算思维可发现，两者的核心内容都是“问题解决”。计算思维是通过利用计算机科学的基础概念来解决问题，设计系统和理解人类行为的一系列思维活动[2]。设计型学习是一种基于项目的学习：学生通过设计和制作从未见过的学习对象来消化他们将要从课本中学习的知识。设计型学习方式是典型的“做中学”[3]，要求学生根据教师的要求先设计（制作）一个粗略但相对完整的任务完成模型（或问题解决方案），在此过程中要深入、反复地使用相关知识。第二，计算思维提升的内驱力能够融合在设计型学习的指导思维模型中。计算思维提升的内在驱动力包括：处理复杂问题的自信心;解决困难问题的恒心;对不确定性或模糊事物的承受力;处理开放性问题的能力;能够与他人沟通和合作，以实现共同的目标或解决方案。设计型学习的指导思维是其创建者尼爾森提出的逆向思维，其构成如图1所示[4]，包括：确定教学内容、从课程中确定问题、陈述挑战、建立评价标准、让学生动手实验、指导课程和学生反思设计。学生主要需要完成一个针对课程内容的挑战，需要动手试验、交流分享、重复试错等，计算思维提升的内驱力能够在此过程中被激发。

设计型学习和计算思维培养的契合点是本研究寻找培养方法的主要依据，再结合计算思维的操作性定义，融合信息技术的特征，可以把培养的关注点放在：用计算机语言阐述复杂、困难的问题;使用计算机解决问题;面对开放性问题，能够确定、分析和实施可能的解决方案;在分析和实施解决方案时不断克服困难和优化迭代;在与他人的交流分享中完善、反思解决方案。

三、基于设计型学习的计算思维培养策略

根据设计型思维的逆向思维模型和上述分析得出的培养关注点，确定以下计算思维培养策略。（一）确定挑战性问题，帮助学生完型加工。设计型学习强调完型加工，即先对问题确定一个整体的解决方案。而小学生的问题解决能力还有限，要学生进行完型加工存在一定难度，这就需要教师在确定问题前仔细分析教学内容和教学目的，对问题的类型和难度有一个准确的把握，对于学生的整体设计也要搭建相关的脚手架，以避免与教学目标无关的因素妨碍学生解决问题。在确定挑战性问题之前，教师应该精确把握教学目标和教学内容，并且对设计任务所涉及的知识点进行扼要的讲解，对于有一定难度的课题，教师还可以先展示相关的设计实例，让学生模仿设计，把设计难度调整到学生的可接受范围内。问题的难度应该符合学生的附近发展区规律，在达到教学目标的基础上有适当的拔高。确定挑战性问题之后，首先应该给予学生适当的鼓励，可以提出小组竞争、上台展示等规则，提高学生解决问题的内驱力。留意学生的实时反应，若出现畏难情绪，可以考虑再适当降低难度，或者增加奖励措施。第二，根据教学目标确立评价标准，告知学生按照标准进行设计才算是达到要求，以保证整个设计过程不偏离课程内容并最大程度地运用到相关知识点。（二）促进交流分享，帮助完善、反思解决方案。教师确定好挑战任务后，学生需要提出整体的设计方案，这一过程可以以小组合作的形式进行，小组成员间相互合作交流，取长补短。交流分享应该贯穿设计前、中、后。在确定设计方案前，小组内部相互交流，合力提出初步方案;设计方案时，小组内部根据出现问题提出解决方案，不断完善方案;在学习者提交了自己的设计成果之后，最为重要的一步就是集体展示与共同分享。此环节逐一展示作品并引导学习者进行自我评价与同伴评价，目的在于促进相互学习与竞争，并引发自我反思[5]。（三）及时反馈，帮助优化迭代。设计型学习强调设计过程的优化迭代，设计过程需要多次的修改完善，上述的小组合作能够一定程度上提供支持，但最有效的反馈必定是教师提供的具有专业性的反馈。因此，上述的小组合作就显得很有必要，因为若以学生个体为单位，教师根本无法顾及到每一位学生，而以小组为单位的话，能大大减轻教师的负担，并提高反馈的质量。然而面对这么多小组，并且考虑到各小组的情况复杂性，教师要针对设计作品所存在地问题提供反馈仍然存在难度。对此，教师可以通过巡堂分析各小组存在的一些共性问题，或者是与教学内容密切相关的重点问题，统一在全班进行提醒和反馈。

四、总结与展望

设计型学习模式为计算思维培养提供了一种可行且有效的实施指导，本研究所得出的策略为计算思维培养提供了新思路，为计算思维培养提供了更具体的实施策略，发挥了设计型学习模式的价值。在后续的研究中，将进一步在通过课堂实践，得到更细致、具有参考价值的实践经验，提炼总结出设计型学习模式下计算思维培养的实施方法和实施模型。

参考文献：

[1]NMC Horizon Report 2017 K-12 Edition[EB/OL].[2018-01-30]. http：//www.nmc.org/publication/nmccosn-horizon-report-2017-k-12-edition/.

[2]Jeannette M. Wing. Computational Thinking[J].Communications of the ACM，2006，49（3）：33-35.

[3]宋承昊.从学习方式变革看课程建设[Z].深圳市：城市学院课程与评价改革研究院，2019.

[4]王佑镁，李璐.设计型学习——一种正在兴起的学习范式[J].中国电化教育，2009（10）：12-16.

[5]庄科君，贺宝勋.设计型学习：高校实验课堂教学模式创新——以《多媒体课件制作》实验教学为例[J].现代教育技术，2013，23（04）：110-113.

（深圳市坪山区坪山实验学校）