基于有效失败的不同场景信息技术教学支架设计

姜华 江苏省江阴高级中学

笔者在教学中发现这样一个问题：在教学中，如果直接展示知识体系，使学生正面理解后进行记忆；或者直接示范标准的技能与方法，让学生观摩后再进行模仿；当学生遇到困难或者失败时，直接提供相应的解决方案……这些做法当堂可以达成教学目标，但学生很容易遗忘，而且不会拓展应用。这说明，仅通过机械识记、简单模仿追求表面上的成功，并不意味着学生实现了有效的学习。那么，如何通过设计一个有效的学习支架，实施课堂有效教学，让学习真实发生？

有效失败理论为这一教学问题提供了启发。新加坡的卡普尔(Manu Kapur)教授在2008年提出了“Productive Failure(有效失败)”概念，并以此展开了教学研究。在这一理论的指导下，教师在教学的初始阶段不提供结构化的认知支持，让学生遭遇失败，但学生经过个体、小组探索形成了知识建构，即学生在表现上是失败的，但学习真实发生了。根据这一理论，为了促进学习真实发生，可以利用预设学生的学习失败来重新设计教学活动环节，利用故意设置的陷阱让学生遭遇失败，进而从中学习。

笔者在高中信息技术课堂中开展有效失败教学实践时发现，预设合理的失败、设计失败发生后的学习支架是关键。本文结合教学实践，总结出三种常见的学生“失败”场景，并提出了相应的教学支架设计实施策略。

● 场景一：失败的方法（隐性的失败）

教学设计片段：

师：请同学们打开“1基础代码.py”文件。这是什么结构？这个程序的功能是什么？

生：顺序结构。

师：任务一主要是考查大家基本技能的掌握情况。请同学们在基础代码上进行修改，绘制一个五角星。（学生动手操作，用Python实现五角星形状的绘制，教师巡视指导，找到采用不同算法设计的学生，列出学生A和学生B的代码，如下页图1所示，请学生A回答。对比分析两位学生算法的区别，适时请学生B补充回答）

图1

循环结构发挥了程序绘图的优势——重复执行，使程序代码更合理，提高了可读性和可扩展性，当要绘制十个、二十个角的星形时，循环结构的优势会更凸显。

本案例是算法的三种基本结构教学之后的综合应用，重点是引导学生探究问题的算法，通过使用顺序、分支、循环三种基本结构解决问题，体验不同算法效率的差别。在教学中，教师为学生提供了绘制一个正方形的基础代码，因为学生对turtle模块的使用还不熟悉，提供基础代码可以减少学生编写基础代码的时间，而且提供的是一个顺序结构的代码，很多学生可能会因为思维定势，直接沿用顺序结构的方法绘制五角星，导致失败。这样的失败，结果是正确的，只是代码不够简洁，方法不够高效，不是最优的方案。教师通过对比分析的学习支架，展示不同算法，帮助学生明确利用循环结构可以简化代码，高效地完成五角星绘制。

这一类型的失败，因结果无误，学生无法即时发现失败，所以是隐性的失败。针对这种失败，学习支架可以是探究性活动表，通过设计相应表格，聚焦学生的注意力，通过活动表的信息，引导学生发现失败。还可以通过前后代码对比分析等活动，帮助学生明确失败的原因，进而形成正确的认识，实现对新知的学习。在此过程中，需要根据实际情况适时增加协作支架，通过学生间的协作，共同发现问题，减少学生的认知负担。

例如，在《让机器人更聪明——做出判断的分支》一课的教学过程中，在学生设计防疫模块的温度比较运算活动时，教师使用int()函数对input()函数接受的string类型数据强制转换为整型数据。在开展活动时，当学生输入整数的温度时结果是正确的，但如果输入小数的温度就会报错，所以笔者设计了活动记录表，以情境支架引导学生进行算法测试，并提供int()、string()函数说明等学案资料，使学生在体验比较运算符的同时遭遇新的“失败”，并引导学生将注意力集中在“导致失败的原因是什么？如何解决？”等问题上，不让学生过分遭遇失败，有效引导学生学习发生。

● 场景二：失败的结果（显性的失败）

教学设计片段：

师：Python非常贴心，为我们设计了range()函数，它可以直接生成一组连续增加的数字，构建for循环的迭代列表。[学生打开执行learn2.py，如图2所示，体验for-in语句执行过程和结果。教师展示讲授执行过程，以及range(start,end,step)语法]

图2

请同学们尝试用range()函数输出2到10之间的偶数。（学生尝试输出五个偶数，并分析失败原因，讨论“顾前不顾后”、步长的含义，如图3所示）

图3

本案例是《繁花曲线——周而复始的循环》一课的教学片段，重点是理解range()函数的应用，探究语法的特征和作用。在设计时，充分利用range()函数使用过程中可能出现的问题，如学生对函数的参数理解不到位、设置不当，导致无法成功输出2到10之间的偶数。这里的失败属于参数等细节处理不到位导致结果有误或者有偏差，失败有显性的失败结果和特征。针对这一类型失败的场景，可以使用问题链式的学习支架，引导学生开展独立探究活动，通过对比分析，使学生聚焦于认知冲突和引起失败的原因，引发思考。同时，还可以使用协作学习支架，学生互助解决“失败”，从而促进学习的发生，最后教师总结，帮助学生更好地理解知识点，加深印象。

再如，在《数据的计算》一课的教学过程中，由于分类汇总的操作是初中的技能要求，随着时间的推移，学生对分类汇总操作要先排列这一知识点已经遗忘或者模糊，在这种情况下，教学中可以故意设置陷阱，提供乱序的数据表，学生根据现有模糊知识储备来解决问题，必然导致失败。教师以此问题为契机，让学生自主探索或小组合作探索出错的原因，最后提示分类汇总也称“分类后汇总”。这样，通过比较、协作等支架，学生能深刻理解分类汇总前排序的作用和意义。

● 场景三：失败的体验（感性的失败）

教学设计片段：

活动一：编写防疫机器人“小江”的聊天模块。

师：刚刚我们已经实现了最简单的人机对话（如图4），请大家思考一下，我们是如何获取用户的姓名信息，并输出姓名进行对话的？（学生回答）这里有一个关键点，就是变量name。（教师讲解变量的定义、命名规则、赋值等）恭喜大家，完成了“小江”的第一个功能模块，但有同学在调试程序时发现了一个Bug，无论输入什么信息，小江都是同样的回答，好像智能机器人“小江”不是那么智能，这主要是因为“小江”还没有判断的能力，正如我们今天的课题一样，判断分支让机器人更聪明，期待同学们运用本节课判断分支等知识改进“小江”2.0智能升级版。

图4

在《让机器人更聪明——做出判断的分支》一课的教学设计中，笔者以探究防疫机器人“小江”的设计为主线，将课堂情境化教学与生活化教学相融合，用“小江”的几个功能模块探究活动串起整个课堂，采用精准定位、螺旋上升的学习方式。将教学活动置于现实的生活背景之中，激发了学生作为生活主体参与活动的强烈愿望。但是，设计一个现实生活中的防疫机器人，即便是仅仅探究防疫机器人相关算法也是不可能的事，失败是必然的。这种“失败”表现为课堂活动成功，但体验上感觉“失败”。针对此类问题，笔者的设计思路是关注学生的兴趣点和本课的知识难点，设计一个有一定挑战性和激励性的任务，用一次似乎不完美的“失败”体验，完成新知识的学习，通过互动式教学支架，让学生明白理性的判断是建立在理性的认识基础上的，点燃学生进一步学习知识和知识迁移的主动性，以达成学习和发展的目的，并使情操得到真正的陶冶。

综上所述，教学中可通过教学设计，引发学生的认知冲突，使其遭遇失败，教师则根据不同的失败场景，针对性地提供学习支架，为学生提供帮助，在学生解决当下问题后撤去帮助，实现概念转变和方案优化，将学习主动权逐步转移给学生，从而促进学习的发生。在具体教学中，如何选择合适的学习支架展开教学，需要结合失败的场景和学情分析，了解学生已有的学习经验和生活经验。同时，教师需要注意根据实际问题提供新的支架，既不让学生过分遭遇失败，也不让学生直接获得解决策略，有效引导学生的学习发生与思维发展。