指向高阶思维培养的高中信息技术教学研究

袁庆

（灌云县杨集高级中学，江苏 连云港 222200）

一、高阶思维概念的界定

高阶思维目前没有统一的定义，比较受到大多数人认可的有以下两个定义：一个是布卢姆在《教育目标分类学》中的认知领域理论——人们习惯上把“认知过程”中的“记忆、理解、应用”归于低阶思维，把“分析、评价和创造”归于高阶思维；一个是我国学者钟志贤的理论——认为高阶思维是指发生在较高认知水平层次上的心智活动或较高层次的认知能力。高阶思维是高阶能力的核心，主要包括创新能力、问题求解能力、决策力和批判性思维能力。哈佛大学心理学教授戴（D·Perkins）认为高阶思维是可以培养和训练出来的。良好的思维能力，就像百米赛跑一样，是一种技术、技巧的训练结果。高中生的心智逐渐成熟，逻辑思维能力、抽象思维能力以及分析评价能力都足以满足高阶学习的需求，因此，在高中阶段进行高阶思维的培养具有可行性，其不仅能够解决低阶学习的问题，还具备决策力、判断力和创造力。除此之外，还能初步解决在学习过程中遇到的劣构问题[1]。

信息技术学科核心素养主要包含信息意识、数字化学习与创新、计算思维、信息社会责任。其高阶思维能力主要是指创新能力、问题求解能力、决策能力、评价能力和批判性思维能力等。二者的实质是相互关联、相互融通的。信息意识是指个体对信息的敏感度和对信息价值的判断力，在这个素养培养的过程中主要涉及学生对信息的批判能力、评价能力。计算思维是指个体运用计算机科学领域的思想方法，在形成解决问题方案的过程中产生的一系列思维活动。具备计算思维的学生，在信息活动中能够采用计算机可以处理的方式界定问题、抽象特征、建立结构模型、合理组织数据，并分析、综合各种信息资源，然后运用合理的算法形成解决问题的方案，在此过程中涉及问题的分析、求解、决策等多种高阶能力。数字化学习与创新是指个体通过评估选用常见的数字化资源与工具，以有效管理学习过程与学习资源，并创造性地解决问题、完成学习任务、形成创新作品的能力，在学生素养培养的过程中，他们的评价能力、创新能力等将得到锻炼与提升。因此，信息技术学科高阶思维与核心素养的培养是和谐统一的。

二、指向高阶思维培养的高中信息技术学习活动设计

所谓高阶思维，是指发生在较高认知水平层次上的心智活动或认知能力。它在教学目标分类中表现为分析、综合、评价和创造。高阶思维是高阶能力的核心，主要指创新能力、问题求解能力、决策力和批判性思维能力。下面，笔者以《探究智能家居——物联网中的传感与控制机制》一课为例，介绍在高中信息技术课堂，如何通过学生自主的、探索性的、研究性的学习促进高阶思维的形成。

（一）情境创设，激发学生探究欲望

1.展示生活场景

观看智能家居应用中的灯光控制系统视频，并引导学生提出问题与疑问。真正的有效教学是学生提出问题，并尝试寻找方法去解决，这样才能从根本上提高学生的学习内驱力。学生可能会提出以下问题：“为什么手机会控制灯光明暗？”“手机APP 是如何设计出来的？”教师要肯定并赞赏学生发现问题、大胆质疑的行为，鼓励学生主动发现问题并尝试寻找方法去解决问题，激发学生的求知欲与学习内驱力。

2.展示实验场景

教师要求学生观看利用创客资源制作的“智能控制开关灯系统”，引导学生思考如下问题，并在问题情境中自然过渡到第二个环节：（1）该智能系统中涉及了哪些技术？（2）实验中的手机是如何控制灯开关的？（3）为何灯会随着外界环境改变而改变亮度？设计意图：第一个视频能够让学生初步了解智能家居的硬件组成，初步感知智能家居中的控制机制。第二个实验场景的设计是为了让学生更直观地了解智能家居的技术及设备，通过思考问题对物联网技术体系产生初步认知，为后续的学习做铺垫[2]。

（二）实验分析，初步感知物联网中的结构

学生根据教师提供的创客及微课资源，结合教材和物联网的结构，小组共同探究分析智能开关灯系统的运行流程，观察系统运行过程，了解智能开关灯原理，并完善流程图。教师则引导学生总结物联网系统中的技术架构，初步认识物联网中的传感与控制机制，落实本节的教学重点。设计意图：在教师的引导下，学生在观察、分析实验的过程中，思考并推理相对应的网络架构及功能，并能用语言描述出来。这一系列的思维活动，能促使学生完成知识的建构，强化计算思维，培养分析问题、解决问题的能力。

（三）智慧搭建，体验分析物联网传感与控制机制

在本课极域电子教室网络环境下，教师提供创客学习平台、学习资源网、微课、在线文档、软硬件等资源与工具，学生通过小组分工合作完成实验。教师以四人小组为单位分发硬件设备——Arduino 主板、蓝牙模块、LED 灯、光敏传感器，同时提供硬件安装指引资源，讲解各硬件设备的作用，以及连接方法和注意要点。（1）搭建硬件，了解物联网中的设备。小组分工合作根据微课资源指导完成硬件连接，了解光敏传感器的作用，结合教材了解传感技术及嵌入式系统技术在物联网中的作用。（2）设计软件，探究运行原理。如何根据外部环境控制灯的开关呢？教师和学生共同分析，经过思考、探究、交流得出，智能开关灯系统的实现主要包括两个步骤：第一步是设计手机APP，通过Arduino 主板上的蓝牙设备与主板连接并控制灯的开关；第二步是通过Mixly 编程获取光敏传感器的数据来控制灯的开关。学生利用微课进行自主学习，使用App Inventor 编写手机APP 并下载到手机，使用Mixly 软件根据流程图编写Arduino 主板程序，控制主板上的设备与元器件。通过本环节的学习，学生理解了程序是物联网控制机制中的关键，实现了设备的功能，控制了设备的运行。根据运行结果，教师引导学生将程序与硬件结合分析整个系统的运行原理，学生经过讨论发现，Arduino 主板通过蓝牙模块接收手机APP 发送信号“1”或“2”来控制灯的开关，灯的明暗则是由光敏传感器实时收集现场环境光线数据并通过编程来实现。通过对系统的综合分析探究，学生能直观感受到物联网中的传感与控制机制。设计意图：在本环节中，通过体验一个完整的物联网系统，让学生在观察、搭建、编程、运行、分析、总结的过程中，既动手又动脑，通过观察思考总结规律，真正实现深度学习。教师在对实验的答疑解惑过程中观察学生的思维活动过程，及时引导学生进行再思考、再实践，突破思维瓶颈。在这一过程中，学生得以完善对知识和技能的理解并提升思维水平。而针对不同学习基础的学生设计不同的教学目标并练习，使处于不同层次的学生都能“摘到桃子”，获得成功的喜悦，从而提高师生合作、交流的效率。通过小组合作探究的学习方式，利用资源网和微课等资源，学生在观察、分析实验的过程中，能够思考并推理相对应的网络架构及功能，并能用语言描述出实验中设备的原理。

（四）提升思维，激发创新

高效课堂的构建和学生高阶思维的培养是有效教学的目标，在学生理解物联网传感与控制机制这一知识的基础上，教师呈现以下两个问题：（1）“智能开关灯系统”存在何种不足？还能如何改进？（2）参考资源“各种传感器的功能”，畅想未来的智能家居，并思考如何设计智能家居，用思维导图画出并向大家介绍。通过启发学生的思维，培养学生运用所学知识解决问题的能力。语言是实现思维、巩固和传达思维成果的工具，学生可以通过极域电子教室广播展示，也可通过电子白板展示。在学生的展示环节中可以看到学生能够清晰地阐述自己的设计想法，有的学生基于本课的内容，设计了智能开关窗系统，将所学知识创造性地应用创新，学生的信息意识和计算思维得到了有效发展[3]。有的学生设计的智能家居，除了各种物联网支持下的智能家居外，还将多维空间论和统一场论融入智能家居中的传送系统，这既体现了学科融合，也体现了创新思维。设计意图：第一个问题是培养学生用审辩式思维去看待问题，而开放性的问题设计，则给予学生足够的空间去发挥自己的想象力和创造力，将所学知识与技能有效整合，在设计新型智能家居系统这一过程中，培养学生的智慧和创新能力，实现思维的进阶。

三、建议

（一）基于建构主义的高阶教学支架

皮亚杰、维果斯基等开创的建构主义理论认为，课堂教学不是教师向学生灌输知识的过程，而是教师提供学习资源平台让学生自我建构和共同建构的过程。按照这个理论来看，高阶思维不是教师“教”出来的，而是学生自己“学”出来的。传统的课堂教学以讲授为主，而高阶课堂教学以学生的自主、合作探究为主，在此过程中教师应充分利用信息技术及其网络环境，为学生搭建探究平台。杜威认为学生思考的过程是由学生对问题的疑惑所引发和维持的，不是自然而然发生的。认知冲突是激发学生思维发展的根本，因此本范式教学主要是以问题为主线，并贯穿教学始终。教学从目标融合开始，即在课堂教学目标确立的基础上，融入本节课要培养的高阶思维目标，然后根据融合目标设计问题情境，开发相应的数字资源，构建数字化探究环境，由此可引导学生开展自主、合作学习，并最终实现思维生长、提升。

（二）构建具有“信息味”的高阶思维课堂

信息技术独特的教学环境决定了信息技术高阶思维课堂必然离不开信息化工具的支持。在学习情境、学习活动、归纳提升三个环节也都需要信息技术支撑。例如在进行学习情境的创设时，教师可以拍摄任务情境视频，也可以利用Flash 制作动画等方式呈现情境；学习活动环节以学生自主合作学习为主，而教师则需要为学生提供一定的数字化资源，如微课、课件、微视频、网络资源链接、网络案例等，如此可助力学生的自主探究；在归纳提升环节教师可以引导学生运用数字化方式对已学的知识进行呈现、对比、分类、建构等。如任务结果的呈现可以引导学生根据需要选择 Word、PPT、Excel、网站或视频等形式表达，也可以综合运用多种软件辅助呈现。学生在选择表达方式的过程中必然涉及到决策问题，因此学生的决策能力在该学习过程中能得到培养[4]。

（三）理清教育本质，重构高阶课堂教学新策略

高阶思维教学的本质应是知识的深度重构。高阶思维的学习必须是深度学习、意义学习。当代国际上比较权威的美国教育心理学家理查德·梅耶提出了生成学习的 SOI 模式，该模式强调学生在学习时应主动进行认知加工，即首先需要选择相关输入信息，然后在心理上将输入的信息组织形成一个一致的表征，学生整合信息至现有的知识结构中，如此就完成了意义学习。高阶思维的学习不仅要求学生对新获得的信息进行建构，还要求学生将新获得知识之间的关系以及其与原有知识之间关系理清，即将新旧知识进行重新整理、合理建构。具有不同思维方式的人重构方式也不同，因此教师在教学中要有目的地引导学生开展知识建构，同时更要有意识地引导学生进行深度、创新建构。

（四）高阶思维课堂教学应转变传统的教学方式

高阶教学方式通常包含变式教学、发现教学、归纳教学、比较教学、演绎教学、图式教学等，教师在教学中可根据实际需要灵活运用。在进行重难点的教学时，通常运用变式教学以实现学生对重难点知识深度的全面把握。在表达学习结果时可运用图式呈现，并根据需求选择不同类型的图式进行展示，也可将多种教学方式综合运用[5]。例如在学习Excel 中图表与表格数据之间的关系时，可逐项变换表格中的某个元素让学生观察图表的变化，然后让学生自己发现、总结图表与表格数据之间的内在联系。在此基础上，教师再引导学生总结插入图表的方法、图表与表格数据之间的关系等。在总结时教师可引导学生利用思维导图等图式来表达本节学习的主要内容及其关系，这也是一种图形化建构的过程，图形化教学比纯文本教学的效果更胜一筹。

四、结语

高阶思维的培养策略没有固定的形式，需要我们教师在教育实践中不断总结、不断摸索、不断创新。但信息时代的高阶思维课堂教学必然是以问题为主线，以复杂或真实的任务为载体，以数字化资源和信息化环境为支撑的课堂教学范式。同时必须注重知识的深度建构。因此，教师在课堂教学伊始必须明确高阶思维的培养目标，做到有目的、有意识地组织课堂教学，如此才能最终实现思维进阶。