基于深度学习理论的单元学习设计策略

摘要： 小学图形化编程教学内容采用单课时教学设计，易导致学生浅层学习。将深度学习理论中的单元学习设计思想用于小学图形化编程教学中，提升学生的学科核心素养。经过行动研究发现，采取以下策略进行单元学习设计可取得较好的效果：选择基于问题解决的单元主题，确定蕴含学科本质且可测量的单元目标，设计具有深度学习特征的单元学习活动，研制“单元目标—学习活动—学习评价”一体化的持续性评价方案。

关键词：深度学习;单元设计;图形化编程;核心素养;计算思维

随着人工智能时代的到来，越来越多的小学信息技术课以图形化编程为内容对学生开展编程和人工智能启蒙教育。编程的主要目的是培养学生的计算思维和对人工智能原理的初步了解。然而，以掌握图形化编程软件各功能模块为主的单课时教学，容易导致学生编程学习的浅层化、编程知识的碎片化、对编程作用的认识和利用编程解决问题的模糊化，难以有效培养学生的计算思维和其他核心素养。因此，采用课内课外相结合多课时共同作用的主题式学习、项目学习等新型学习方式十分必要。这些方式均适于采用单元学习设计，而深度学习理论也强调单元设计，因而将该理论用于小学信息技术课程的图形化编程单元设计，是本文探究的重点。

一、深度学习理论及其实现路径

深度学习理论指导下的单元学习有利于发展学生的学科核心素养^[1]。它改变了教师单课时的教学方式，提倡以单元为单位进行学习设计，引导学生进行深度学习。这对改变学生以技术操作训练为主的学习方式、实现学生从计算机科学本质的角度建构编程知识、提升解决问题的能力、提升学科核心素养^[2]具有促进作用，对于伴随互联网和人工智能发展起来的数字化教学也有重要的指导意义。

（一）深度学习理论

教育领域中，深度学习的概念是由Ference Marton和Roger Saljo首先提出的。随后几十年内，许多专家学者从学习目标的认知层次、学习过程、学习结果、师生互动角度，分别对深度学习进行了诠释。其中，北京师范大学郭华教授的观点较具有代表性。她指出，深度学习是指在教师引领下，学生围绕着具有挑战性的学习主题，全身心积极参与、体验成功、获得发展的有意义的学习过程。在这个过程中，学生掌握学科的核心知识，理解学习的过程，把握学科的本质及思想方法，形成积极的内在学习动机、高级的社会性情感、积极的态度、正确的价值观，成为既具独立性、批判性、创造性，又有合作精神、基础扎实的优秀的学习者，成为未来社会历史实践的主人^[3]。

从上述理论中不难发现，深度学习是师生在课堂上发生的，是立足未来、指向学生核心素养和学科核心素养发展的。因此，以深度学习理论为指导，在小学图形化编程教学中开展深度学习，是提高学生信息技术学科核心素养的重要途径。

（二）深度学习的实现途径：单元学习设计

在课堂教学中以单元为单位开展教学，是实现学生深度学习的有效途径^[4]。单元教学有赖于单元学习设计，但与单纯的教材单元是不同的。深度学习指导下的单元学习设计，是在单元学习主题统领下的学习设计，是围绕单元学习主题进行教学内容的选择和组织，形成功能性知识架构。它强调在知识获得的基础上，发展学生的核心素养，主要包括四个实践要素：选择单元学习主题、确定单元学习目标、设计单元学习活动、开展持续性评价（如图1）。它是所有学科开展深度学习单元设计的总框架，具有宏观性和指导性。

二、小学图形化编程单元学习的设计策略

在深度学习实践模型总框架的基础上，我们结合图形化编程的知识特点及信息技术学科的核心素养，以小学信息技术教材六年级上册第三单元的内容^[6]为基础，进行了小学图形化编程单元设计。

（一）单元主题：基于问题解决

单元学习主题是单元教学的灵魂。基于深度学习理论设置单元学习主题，应以学科核心素养及其思维进阶为目标，对相关教学内容进行整合，体现学习目标、学习情境、学习活动和学习评价的一致性^[7]。

编程是运用计算机科学领域的知识、思想方法解决生活中真实问题的一种方式。《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》（以下简称《课标》）提出“学生要在问题解决过程中提升信息素养”^[8]。因此，对于图形化编程而言，更适合选取问题解决类的单元学习主题，即单元学习以解决蕴含计算机科学思想方法的真实情境问题为主要目标，单元课时的安排体现问题解决的过程与路径，体现其应用价值。在确定问题解决类学习主题时，可以分为三步进行。

第一步，梳理核心概念和关键能力，形成知识框架。教师首先根据《课标》，明确图形化编程能实现的学科核心素养，然后梳理图形化编程的核心概念和关键能力，并选取其中1～2个，形成知识框架。对于图形化编程，我们主要选取的核心概念是程序的三种结构：顺序结构、选择结构和循环结构。关键能力主要借鉴《课标》中关于计算思维的描述，再结合编程目的概括出四种关键能力：抽象建模、问题分解、问题解决和测试调试。

第二步，设计真实问题情境，草拟单元学习主题。围绕选取的核心概念和关键能力及其知识框架，教师列出社会生活中存在的可用其解决的真实问题，形成问题情境，作为备选单元学习主题。教师既可以从日常生活学习中寻找真实的问题情境，也可以模拟信息技术专业工作人员的实践工作。

第三步，调研学情，确定单元学习主题。学生是单元学习的主体。教师需要通过访谈、问卷等多种方式对学生进行充分调研，了解学生最有兴趣去探究的内容。在此基础上，教师在草拟的多个单元学习主题中选取一个单元学习主题。同时，主题的选择还要综合考虑学生的能力水平，应是学生经过努力可以完成的，切忌主题过大。

基于以上认知及操作流程，我们最终把原来的单元主题名称由“走进图形化编程乐园”改为“制作迷宫游戏”。该学习主题名称设计过程如图2所示。

（二）单元学习目标：蕴含学科本质且可测量

深度学习指导下的单元学习目标是学生在完成单元学习之后，应该获得的学科核心素养的结果，包括蕴含学科本质及思想的方法、迁移解决问题的能力等^[9]。小学阶段的图形化编程教学的目标指向发展学生的计算思维。教师参考《课标》中对计算思维的描述，根据小学生的接受能力对该单元学生的计算思维素养要求做适当调整，最后把“将计算机科学领域的思想方法渗透到解决问题的过程中”作为确定图形化编程单元学习目标的依据。

深度学习理论指导下的单元学习是一组紧密联系的学习内容与活动，要求教师从整个单元的角度审视单元学习目标，体现整个单元要落实的核心素养、发展的关键能力，而不要拘泥于某一点、某一课或将所有知识点罗列。同时，单元学习目标还是评价学生在单元活动中是否获得发展的衡量标准，而信息技术学科核心素养及思想方法，作为学科上位的指导性概念，表述较为宽泛抽象，很难在学习活动中测量。

为实现单元学习目标的整合性和可测量性，在问题解决类单元学习主题活动中，教师可结合单元学习主题，遵循问题解决的先后顺序划分每个阶段的活动目标，将每一阶段的活动过程、获得的关键知识、发展的关键能力描述清楚，实现知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三维目标的融合，体现学生在每个深度学习活动过程中要达成的发展目标。如图3所示，我们所设计的“制作迷宫游戏”单元学习目标为“单元目标—学习活动—学习评价”一体化奠定了基础。

（三）单元学习活动设计：具有深度学习特征

深度学习理论认为，学生在单元学习活动的实践探索是单元学习目标能否落实的关键。深度学习具有联想与结构、活动与体验、本质与变式、迁移与应用、价值与评价五个特征^[10]。为引导学生进入具有深度学习特征的单元学习活动，教师要设计出体现学科内容本质的、指向单元目标的、适宜的问题情境和学习任务^[11]。

为了在图形化编程单元中实现这一目标，教师需要基于计算机科学概念在解决问题的不同阶段划分课时学习活动，将学生计算思维发展目标合理分布到每课时活动中，然后搭建梯次结构化的任务框架，设计环环相扣的问题情境，实现学生关键能力的梯次提升。具体设计时，可按以下两个步骤展开。

1.搭建梯次结构化的任务框架

首先，根据单元学习主题确定总任务。在图形化编程单元学习中，总任务是指学生通过图形化编程的学习最终要实现的作品。总任务起到“锚”的作用，对学生来说应具有“真”“趣”“难”的特点。例如，我们把图形化编程单元的总任务设计为使用图形化编程软件完成迷宫游戏的制作。

其次，设计分任务。分任务是根据图形化编程总的课时数、编程知识的内在逻辑、学生认知发展水平和经验以及教学目标，对总任务进行分解而形成的有内在联系的各个任务。分任务既可为总任务即编程作品中的功能模块，也可为实现总任务所要经过的工作流程，也可为二者的混合。基于此，我们把上面的总任务分解成了规划游戏、绘制舞台背景及角色、键盘控制角色、为角色添加动画、设计反馈机制等分任务。

最后，在分任务中融入基础知识。基础知识是学生在探究分任务时能够经过思考、实践获得的基础知识和操作技能。

2.设计环环相扣的问题

在结构化任务框架的基础上，将学习主题拆解成环环相扣的问题，形成多个问题情境。学生在对这些问题的探究活动中，沿着任务框架的暗线路径，不断引发认知冲突，经历用计算机科学解决问题的思路和方法，形成对图形化编程的深度认知，收获提炼解决问题的方法，实现在生活中的迁移。问题情境依据分任务进行设计，每一个问题情境对应分任务中学生能理解的核心知识、能发展的关键能力，然后将其结合问题情境进行具体化描述，体现出学生关键能力的梯次发展。例如，在第一课时中，子任务是“规划游戏”“绘制舞台背景及角色”。为此，我们设计了三个引导任务完成的问题：迷宫游戏的规则是什么？游戏发生在哪里？哪里有游戏角色呢？其他课时也按如此方法进行设计。

需要注意的是，问题情境要具有开放性和探究性，学生能够主动调动认知，选择多种路径和方法去解决问题，提升核心素养。遵循上述思路，我们整体设计了“制作迷宫游戏”单元学习活动（见表1）。

（四）持续性评价方案：体现“单元目标—学习活动—学习评价”一体化

深度学习指导下的单元学习强调“单元目标—学习活动—学习评价”的一体化，提倡持续性评价。它是指学生在单元学习中以学科核心素养为导向的立体化评价体系，是激励性评价、持续性评价^[12]，具有反馈、改进学生学习和教师教学的作用。

要开展一体化的持续性评价，教师在研制持续性评价方案时，第一，要与单元学习目标一致。对单元设计的评价要立足学科核心素养的提升，关注高阶目标的达成。第二，持续性评价要贯穿整个单元学习的全过程，关注学生在学习活动中的持续表现。教师可以将要培养的关键能力结合具体的学习活动分解到每一课时的评价中，体现学生能力的梯次发展。第三，发挥“以评促学”的评价激励、反思功能。评价可以学习单的形式出现，学生在学习单的指引下，实现自我反思，自我修正，促进学习的不断深入。

如表2所示，“制作迷宫游戏”单元的评价目标指向该单元学习活动中学生能发展的关键能力，评价标准与单元学习目标对应，评价任务来源于单元学习活动。

三、结语

基于深度学习理论的图形化编程单元设计为变革传统的信息技术教与学的方式、落实核心素养教育、全面实现立德树人，进行了积极的尝试与探索。图形化编程单元设计从核心素养的高度出发，从学科特有的思想方法入手，对图形化编程教学的各个要素进行综合的、整体的、结构化的设计，有利于学生形成结构化的解决问题的框架，易于迁移到生活中解决其他问题。这种单元整体设计的方法和教学方式对一线教师提出了更高的要求。首先，教师要有深厚的学科专业知识功底，能够从学科上位的角度剖析每一个知识点的作用与价值;其次，教师要时刻有单元整体设计与教学的意识，每个环节的设计、每个问题的处理，都要放到整体中去考量;最后，教师要善于在团队中共同钻研单元学习设计，集纳众人智慧，从各个角度完善单元学习的设计。

注：本文系北京市京津冀一体化建设研究项目“中小学人工智能安全教育研究”（课题编号：SK2020JJJ02）、“北京市第七批中小学名师发展工程”首都师范大学基地项目的研究成果。

参考文献

[1][4][5][9][10][12]刘月霞，郭华.深度学习：走向核心素养（理论普及读本）[M].北京：教育科学出版社，2018：72.

[2] 郑葳.单元学习设计的价值追求[J].江苏教育：教师发展版，2019（4）：23-26.

[3] 郭华.深度学习及其意义[J].课程·教材·教法，2016（11）：25-32.

[6] 海淀区教师进修学校.小学信息技术六年级上册[M].北京：首都师范大学出版社，2007：28-69.

[7] 胡久华.深度学习：走向核心素养（学科教学指南 初中化学）[M].北京：教育科学出版社，2019：12.

[8] 中华人民共和国教育部.普通高中信息技术课程标准：2017年版[M].北京：人民教育出版社，2018：1-6.

[11]刘晓玫.深度学习：走向核心素养（学科教学指南 初中数学）[M].北京：教育科学出版社，2019：39.

（作者田爽系北京石油学院附属小学高级教师;李云文系首都师范大学初等教育学院副教授）