落实教学问题设计，培养高阶思维能力——以程序设计教学《Image模块应用》为例

陈丽华 浙江省桐乡市凤鸣高级中学

高阶思维是高阶能力的核心，是指发生在较高认知水平层次上的心智活动或认知能力，主要指创新能力、问题求解能力、决策能力和批判性思维能力等。[1]传统的课堂教学更注重知识的背诵和记忆，学生缺乏对问题的独立思考与解决过程。长此以往，会导致学生独立思考能力弱，很难将知识融会贯通，从导而致高阶思维发展水平低。因此，培养学生的高阶思维能力，着力点在于课堂教学，更在于教师。

●培养学生高阶思维能力的意义与可行性

1.高中信息技术课程培养学生高阶思维能力的意义

①符合学科核心素养的要求。《中国学生发展核心素养》指出，理性思维能力、批判质疑能力、勤于反思能力及问题解决能力与高阶思维能力是紧密联系的。[2]《普通高中信息技术课程标准（2017年版2020年修订）》（下文简称《课标》）也提出了信息意识、计算思维、数字化学习与创新和信息社会责任四个核心，这四个学科核心素养与高阶思维能力的培养是相互促进、相辅相成的。落实高中信息技术学科核心素养，需要培养学生的高阶思维能力。

②顺应社会的发展需求。当代学生作为新时代人才的后备力量，应能根据实际主动发现、提出问题，多角度、辩证地分析问题，从而选择适合自身的方法、运用科学的思维方式认识事物、解决问题。培养学生的高阶思维能力有利于开拓学生的视野，增进学生对知识的理解与运用，使学生在面对真实问题时能够灵活地应用学习到的知识解决问题，从而养成积极探索钻研、冷静分析思考、敢于质疑权威、主动解决问题的好习惯。

2.高中信息技术课程培养学生高阶思维能力的可行性

①课程性质与高阶思维紧密相连。普通高中信息技术课程集实践性、综合性与应用性于一体，是与当前信息化社会发展联系最为紧密的一门学科。《课标》指出，普通高中信息技术课程是一门旨在帮助学生发展计算思维、提高数字化学习与创新能力的基础课程。[3]课程通过丰富多样的任务情境，鼓励学生在数字化环境中学习与实践。这就需要教师在教学过程中采用恰当的教学方法引导学生运用综合思维分析复杂问题，进而选择简洁高效的方法解决问题；引导学生从机械学习、被动学习转向有意义的发现学习，使学生的逻辑思考能力、批判能力、评价与反思能力、迁移能力以及探究能力得到充分的发展，而这些能力的培养与形成与高阶思维能力的培养密不可分。

②课程内容与高阶思维密不可分。以必修模块“数据与计算”为例，在该模块的算法与程序设计内容的教学中，编程解决一个问题要经过“抽象与建模→设计算法→编写程序→调试与优化→找到最优算法”的过程，在这个过程中需要学生分析归纳、思考讨论、逻辑推理，需要学生调动问题求解能力、逻辑思维能力、分析与评价能力、批判性思维能力等（如图1），这些层面的思维能力均属于高阶思维能力。由此可见，高中信息技术课程内容的学习离不开高阶思维能力。

图1

●基于教学问题设计培养高阶思维能力的策略

教学问题设计是指教师在教学过程中根据特定的教学内容，分析课程类型和学生情况，对课堂提问的内容进行有意识的设计。笔者基于浙教版高中信息技术《数据与计算》中的《Image模块应用》一课的教学，尝试通过立足真实情境、借助数学模型、基于发现学习和依托开放问题这四个教学问题设计策略对学生高阶思维能力进行培养。

1.立足真实情境，培养问题解决能力

在课堂教学过程中，教师要注重将现实生活中的真实问题引入课堂教学，从而引发学生的共鸣，激发学生的学习兴趣，进而促进学生更主动地思考、解决问题。例如，教师以案例导入后，提出问题：“计算机是如何判断答题卡上的选项是否被填涂的？”这个问题贴近学生的学习生活，学生会联想到自己考试时填涂答题卡的情境，因此可以顺利总结出计算机判断某个选项是否被填涂的过程：首先逐个取出填涂区域中的像素，其次对像素进行判断并统计出黑色像素的数量，最后根据黑色像素所占比例确定填涂结果。真实情境有利于学生顺利地进行知识和技能的迁移与应用，在“答题卡识别”问题中，学生根据自己的亲身经验思考、分析问题，最终解决问题。这个基于真实情境的问题为学生顺利解决问题奠定了良好的基础。

2.借助数学模型，培养分析评价能力

数学模型是一种模拟，是用数学符号、数学式子、图形等对实际问题本质属性的抽象而又简洁的刻画。[4]数学模型是通过对问题进行数学建模而得到的结果。数学模型可以将问题化繁琐为简洁，化抽象为具体，让问题更直观易懂。在“答题卡识别”问题中，在学生总结出计算机识别答题卡的过程后，教师继续提出问题“计算机如何确定答题卡上信息点的填涂区域”？引导学生分析需要哪些数据才可以确定一个信息点的填涂区域。此时，教师可以引导学生画一个信息点的填涂区域数学模型（如图2），帮助学生对问题进行分析。基于图2的数学模型，学生可以分析出信息点的填涂区域面积为信息点宽度（fill_w）乘以高度（fill_h），信息点的填涂区域与信息点起始位置坐标（start）、信息点宽度（fill_w）和信息点高度（fill_h）有关，信息点宽度填涂范围为（x0,x0+fill_w-1），高度填涂范围为（y0,y0+fill_h-1），对于多个信息点来说，还与信息点之间间隔的宽度（space_w）和间隔的高度（space_h）有关。学生借助数学模型对问题进行模拟与简化，提高了对问题的分析评价能力。

图2

3.基于发现式学习，培养探索创新能力

发现式学习是一种主张学生独立学习、独立思考后发现问题、解决问题并得出结论的学习方法。发现式学习主张在教学中，教师引导学生围绕一定的问题，依据教师和教材提供的材料，积极思考、探索和发展相应的原理和结论。学生是学习的主体，学生只有对学习内容进行主动的意义建构、知识内化，才能够把所学的内容牢牢掌握，才能在面对不同情境时顺利地进行知识的迁移。在“答题卡识别”问题中，学生在分析出信息点填涂区域的范围后，接下来需要思考：“如何判断信息点像素的颜色？”通过教师提供的答题卡扫描图像，学生发现这些扫描图像一般是彩色图像或灰度图像，所以先要将图像统一转换为黑白图像。此时，教师再提供相关的阅读材料，让学生寻找“计算机将其他颜色模式的图像转换为黑白图像”的答案。在这个过程中，学生通过自己的探索提出自己的观点和结论，一步一步建构自己的知识体系，不再局限于教师搭建的知识框架。发现式学习的目的在于最大限度地发挥学生学习的积极性、主动性，提高学生的探索与创新能力。

4.依托开放问题，培养批判思维能力

开放式问题指的是没有明确指向性的问题，它没有统一的答案，学生可以在比较广的范围内进行思考，有些开放式问题需要学生自主搜集资料以获得问题答案。在教材改革后，信息技术课程内容与社会热点问题结合得更加密切，考试题材多样，考查内容新颖。在课堂教学中，教师有必要设计开放式问题对学生进行思维锻炼，从而培养学生的批判思维能力。例如，在学生已经解决了“答题卡识别”问题，初步感受了计算机对图像进行分析、处理的过程后，教师可以让学生列举生活中还有哪些涉及图像处理应用的案例，同时，鼓励学生在班级内进行案例分享。在这个过程中，学生需要洞察生活中的细节，联想出各种案例，再经过客观和理性的分析，确定哪些案例涉及图像处理应用。开放式问题让学生自己提出见解并基于客观事实验证，培养了学生的批判性思维能力。

●教学问题设计注意事项

1.问题设计要有目的性

教师在设计教学问题时应明确提出的问题需要达到的教学效果和对应的教学目的，避免出现无效问题。课堂上提出的问题应紧密围绕教学知识点展开，引导学生拓展学习思维，加深对知识点的理解和掌握。新课讲授时着重让学生搭建学习框架、建构知识体系，培养学生的思考、创新能力。复习课则更注重学习方法的落实，强调知识运用，培养学生的分析、归纳、辨别、迁移能力。

2.问题设计要有层次性

问题设计要注重层次性，要全面清晰地呈现教学思路，要从多维角度剖析教学知识点，凸显知识点的结构层次，让学生在思考、分析问题时能依循教学问题的层次逐步解析问题和理解教学知识点。教师设计的问题应达到承上启下、拓展延伸、环环相扣的教学要求，从而引导学生由浅入深分析解决问题。只有这样，才能使课堂达到教学思路清晰流畅、课程结构重点突出的效果。