面向计算思维培养的支架式教学模式研究

2023-02-22陈可钧裘国永

科学与信息化 2023年3期

陈可钧裘国永

陕西师范大学计算机科学学院陕西西安 710119

引言

随着大数据和人工智能时代的到来，一种运用计算手段解决问题的思维活动——计算思维成为计算时代的新产物[1]。《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》将计算思维列为信息技术学科核心素养[2]。当今，如何在信息技术课堂中培养学生的计算思维能力已成为当前教育研究的热门话题。

在新课标背景下，信息技术学科的培养目标和教学内容发生了巨大变化，信息技术教师需要对自己的知识结构做出较大调整。但是，由于教学环境的限制，许多一线教师在教学中缺乏必要的理论指导，难以有针对性地对核心素养进行培养。在设计能够满足学生需求、激发学习兴趣、培养学生能力的具体教学内容时还有许多问题有待进一步改进。

1 支架式教学与计算思维培养的契合点

1.1 学习支架

“支架”又称为“脚手架”，Wood最早将该术语引入教育领域，描述在学习过程中对学习者的有效支持[3]。维果斯基认为学习支架可以帮助学习者跨越最近发展区到达潜在发展区，Pressley认为学习支架应该在了解学生需求的基础上及时为他们提供帮助，并在学生能够独立解决问题时及时撤除[4]。

此外，研究者对学习支架的具体类型提出了不同见解。根据使用目的，Bernie Dodge将其分为接收支架、转换支架和产品支架。根据表现形式，闫寒冰将其分为范例、问题、建议、向导、图表[5]。综合国内近年的研究文献，根据学习支架的实现效果，大致能分为如表1所示的几种类型[6]。

表1 学习支架的实现效果与具体形式

1.2 计算思维

自计算思维概念提出以来，研究者们从不同角度对其进行定义。周以真将其定义为问题和解决方案通过信息处理流程描述的思维方式[7]。国际教育技术协会（ISTE）和计算机科学教师协会（CSTA）将其定义为包含确定问题、数据分析、数据抽象、算法设计、整合有效方案以及推广求解方法的问题解决过程[8]。普通高中信息技术课程标准修订版（2017年版）将其定义为运用计算机科学领域的思想方法，形成问题解决方案，并迁移到相关问题的解决过程中。计算思维内涵丰富、评价手段多样，是信息技术学科学习效果检测的重要指标。

1.3 两者的契合点

结合近年来的研究文献，国内学者从不同的研究角度发现学习支架应用于信息技术课堂能有效培养学生的计算思维，例如王肖莲的Scratch教学[9]、王晶晶的Swift教学[10]、潘丽丽的情境式教学[11]。信息技术学科集理论和实践于一身，实践性很强。高中信息技术教材中每章都设有活动项目，部分学生在项目活动课程中对解题思路毫无头绪。为此，教师应提供各类学习支架使学生能快速明确学习目标，引导学生形成解题思路，利用各种资源解决数据收集处理、算法与程序设计等实际问题，不断发现并跨越最近发展区，实现计算思维能力的培养。

2 支架式教学的框架构建

2.1 设计原则

2.1.1 体现学生主体原则：学生是学习的主体，只有充分了解学生的认知水平和思维特点，才能找到学生的“最近发展区”，通过引导探究，充分发挥学生的主观能动性。

2.1.2 促进知识深化原则：学习支架不能直接给出答案，而只是提供线索，引导学生主动探究问题解决方法，鼓励学生温故知新，结合新旧知识更新知识体系。

2.1.3 及时动态调整原则：学习者特征和学习任务难度不尽相同，学习支架的设计既要符合学习者在不同认知阶段的学习需要，也要根据任务难度设计不同程度的学习支架。

2.2 模式构建

在遵循上述原则的基础上，本文构建了面向计算思维培养的支架式教学模式，包括支架准备、知识讲解、引导探究、小组协作与评价总结环节，教学模式结构框架如图1所示。

图1 面向计算思维培养的支架式教学模式的结构框架

实施教学时，教师需要提前对学生认知水平和思想特征有所了解，做好支架搭建的准备；在课堂中创设学习情境，激发学生的学习兴趣，使学生掌握课堂知识，达到一定的认知水平；接着通过提供资源、设置任务，引导学生进行深度思考，并在组织课堂活动时适当提供各类支架进行指导；在评价总结环节，不仅要对学生作品进行评价反馈，还要对自己的教学设计进行反思，并根据课堂效果和学生反馈及时调整学习支架。计算思维的五大维度（创造力、算法思维、批判性思维、问题解决、合作与沟通能力）在教学活动的不同环节均有所体现，教师通过该教学模式能更有针对性地设计出不同类型的学习支架，并在课堂教学中进行实践，最终促进学生计算思维能力的有效培养。

2.3 特点分析

尽管支架式教学的研究和应用较为广泛，但针对信息技术学科的相关文献仍然较少。本文基于高中信息技术课堂课时少、内容广、项目多等特点，将支架式教学引入高中信息技术课堂，使学生在学习理论知识的同时，在学习支架的指导下利用已有知识和解题线索进行主动探究，以计算机思维分析问题，在团队合作中形成问题解决方案，学会对他人作品进行评价并自我反思，进而培养学生的计算思维能力。

3 本文教学模式的教学案例

本研究实践于2022年4月至2022年6月，教学对象是西安市某中学高一年级学生，在人教版必修1第一章的教学中，设计探究主题《旅游向导》：你是一名旅游向导，在本次招待任务前，你需要绘制一张思维导图，向游客介绍当地特色。其中，教师成果展示如图2所示，教学过程如表2所示。

图2 《旅游向导》教师成果展示

表2 《旅游向导》教学过程

4 支架式教学的应用效果和反思

该班级共有52名学生，在小组协作环节分成9个小组，其中有47名学生（90.4%）表示该教学模式为他们提供了较大的帮助，主要体现在以下几点：①能够快速明确学习目标，在收集和分析数据前已有大致方向，而不是漫无目的地开展项目活动；②通过教师设置的梯度任务，了解当堂课的具体学习内容，既学习了课本知识，也培养了主动探究知识的习惯；③在小组合作中分享各自的意见，对问题解决的过程和方法有了更深刻的理解；④掌握了多种评价他人作品的方法，总结归纳出对自己作品的改进建议。

同时，有3名小组长（33.3%）反映小组协作环节的不足之处：①组内分工不明确，部分组员需要担任多种角色，因任务过重从而降低了积极性；②小组成员对展示内容看法不一，难以在规定时间内讨论出所有组员都满意的结果。

本文中的教学模式充分发挥了学生的学习主体性，以小组合作的形式探究知识，对学生计算思维的五大维度有所培养，同时也存在一定的局限性，如分工不明确、讨论不充分等。在后续课程的支架设计中，可以添加角色分工表为任务分配提供参考，引入对学生的课堂讨论积极性和学习态度等数据的分析。此外，本研究还需扩大样本容量和范围，在其他年级或学科中进行实践以使研究结果更具有说服力。