新课标导向的信息科技学科师范生高阶思维能力培养策略研究*

金 涛

（广东技术师范大学 教育科学学院，广东 广州 510665）

一、研究背景

《教师教育振兴行动计划（2018—2022 年）》[1]和《教育部教师工作司2023 年工作要点》[2]等国家政策文件均明确指出要建强做优教师教育，推动教师教育改革发展，全面提升教师素质能力，努力建设一支高素质专业化创新型教师队伍。师范生是明日之师，是未来教育的实施者与推动者，其素质能力高低决定了他们的教师专业发展程度，对未来教师队伍整体素质结构和能力水平起到决定性作用，因此师范生能力培养是高等师范院校教师教育活动的重心。高阶思维能力属于高认知水平层次的心智活动或认知能力，对师范生而言，它既是适应新时代教育发展需求的关键能力，又是高质量开展未来教学系统设计和教育问题解决等实践活动的必备素质。因此，师范生高阶思维能力对他们自身专业发展和促进教育质量提升，发挥着举足轻重的作用。教育部于2022 年把义务教育阶段信息技术课程更名为信息科技课程并将其设为独立学科[3]，强调应把核心素养具体化且细化到该课程教学中，明确学生学习信息科技课程后应形成的必备品格和关键能力等，落实立德树人的课程教学任务。信息科技课程的核心素养是学生通过课程学习所形成的价值观念、品格和关键能力的综合，它不仅对学生的信息科技课程学习目标作出了界定，而且也为将来从事该课程教学的师范生的高阶思维能力赋予了新内涵。由此，本研究以信息科技课程的核心素养培养目标为导向，探究信息科技学科师范生高阶思维能力培养策略，从而以发展师范生高阶思维来促进教师教育质量的提升，推动高等学校教师教育改革与发展进程。

二、基于信息科技课程标准的学科师范生高阶思维能力构成分析

国内学者们根据教育部印发的课程标准，从中总结了信息科技课程的核心素养目标，他们大致将信息科技课程的核心素养目标分为信息意识、计算思维、数字化学习和创新、信息社会责任等四个维度和相应的构成要素[4][5]。根据该种划分方式，笔者认为信息科技课程的核心素养培养目标可分为知识层面、能力层面、思维层面和品德层面，这四个层面之间相互联系、影响，构成信息科技课程的核心素养目标体系。学生通过信息科技学科课程学习，可掌握信息技术相关知识，经过参与信息科技课程相关的课外实践活动，能形成学习实践能力、创新能力和问题解决能力，信息科技相关的知识增长与能力提升会促进学生计算思维和互联网思维的发展，而品德层面的课程目标都贯穿在知识层面、能力层面和思维层面的课程目标中，品德层面的课程目标是信息科技课程目标体系的核心与归宿点。因此，信息科技课程核心素养的知识层与能力层是思维层发展的路径，思维层的发展势必会促进知识层与能力层的发展，知识、能力与思维三者相互统一、相互促进和共同发展，而品德则有机融入在知识、能力和思维三者之中，影响着三者螺旋上升与发展的价值方向。

曾有学者在皮亚杰儿童阶段发展论、布鲁姆教育目标分类理论、马扎诺高层次思维路线和斯腾伯格创造力三维模型理论等基础上，提出高阶思维分为智力因素和非智力因素两种类型[6]。从本研究界定的信息科技课程的核心素养目标体系来看，信息科技学科的师范生高阶思维主要表现为计算思维和互联网思维。依据教育部在信息科技课程标准中对计算思维的解释[7]和国家互联网信息办公室对互联网思维的界定[8]，信息科技学科师范生的高阶思维能力是指运用计算机技术和网络技术开展问题解决活动所形成的高水平认知能力及该过程中的情感支持因素的统称。高水平认知能力包含创造性思维能力、问题解决能力、批判性思维能力、反思评价能力、决策能力等，在高水平认知能力形成与发展的过程中，受到自我情绪调节、自我效能感和社会情感支持等因素影响。鉴于上述分析，本研究认为信息科技学科师范生的高阶思维能力结构包括认知能力层、情感支持层、学科问题层和技术环境层。认知能力层主要由上述五种高水平认知能力构成。情感支持层主要由上述三种影响因素构成。学科问题层由信息科技学科六个内容模块所涉及的核心问题组成，即：数据、算法、网络、信息处理、信息安全和人工智能。技术环境层主要由当前流行的计算机技术和网络技术所构筑的信息化学习环境、网络学习平台和信息化网络学习软件等构成。认知能力层是评价师范生高阶思维能力水平的重要依据，它是师范生在技术环境层开展学科问题解决活动的过程中所表现出来的活动能力，其中，情感支持会促进问题解决活动进程。技术环境层、学科问题层和情感支持层都是为认知能力层服务的，为认知能力水平的提升提供环境支撑、内容依托和情感支持，同时认知能力的提高也会带动技术环境的建设质量、学科问题的深度演化以及情感支持因素的发展。因此，技术环境层、学科问题层、情感支持层和认知能力层之间是多元交互、相互促进的关系，最终以认知能力水平的提升作为高阶思维能力提高的主要标志，如图1 所示。

图1 信息科技学科师范生高阶思维能力要素结构

三、信息科技学科师范生高阶思维能力培养策略设计

（一）设计原则

依据本研究提出的信息科技学科师范生高阶思维能力要素结构，信息科技学科师范生高阶思维能力培养过程应以信息科技学科问题解决为导向，将高阶认知能力发展目标融入问题解决活动进程，并为该过程提供学习支架，创设数字化学习环境，提供资源、信息技术工具，增设情感支持元素等，从而保证信息科技学科的师范生在问题解决活动中习得的高阶思维能力具备普适性、创造性、批判性和反思性等特征。本研究在设计信息科技学科的师范生高阶思维能力培养策略时应遵循以下原则：

第一，以高阶认知能力发展为主线贯穿培养过程。高阶认知能力的形成与发展是评判信息科技学科师范生的高阶思维能力水平的重要标志，在设计高阶思维能力培养策略时，应在培养过程中重点训练信息科技学科师范生的创造性思维能力、问题解决能力、批判性思维能力、反思评价能力和决策能力，将上述高阶认知能力训练目标融入到信息科技学科问题解决的各个环节中，以问题解决的过程与结果反映高阶思维能力培养效果与质量。

第二，营造积极情感氛围，助力高水平认知行为发生。信息科技学科的师范生在解决学科问题的过程中，难免会出现问题性质分析不透彻、问题产生原因分析不明确、问题解决方案欠合理等现象，而这些现象的发生必然导致师范生无法顺利提出行之有效的问题解决方案，产生挫败感、焦虑感和无助感。此时，自我情绪调节、他人的帮助与鼓励、增强自信心等方式会有效激发师范生战胜困难的勇气，通过借助他人的帮助与指导，成功解决信息科技学科问题，并在该过程中形成高水平认知能力。

第三，设置各类学习支架，促进问题解决进程。问题解决是较为复杂的认知技能应用过程，由于信息科技学科的特殊性，如该学科的问题具有跨学科特点、问题性质较难定义、解决思路无固定模式、解决方案的合理性较难验证等，师范生在解决信息科技学科问题时，需要教师为其提供相关学习支架：情境支架可帮助师范生更好地定义问题，了解问题解决的意义；策略支架可为师范生提供问题解决技巧和步骤；资源支架可为师范生创作学习成果呈现参考性资料与案例等；互动支架可为师范生提供互动交流技巧，方便他们获得帮助与指导。

第四，创设数字化学习环境，提供资源工具，支撑问题解决活动。数字化学习环境以其交互性、学习者中心、共享性、工具性等特点，能较好地支撑问题解决活动。在发现问题环节，可为师范生提供全方面的信息资源，有助于他们认识问题和理解问题；在分析问题环节，为师范生提供信息技术工具，使他们能全面分析问题解决的重点与关键之处；在提出假设环节，能为师范生提供各类典型案例和参考资料，以便于他们提出多种解决方案；在验证假设环节，为师范生呈现各种经典理论观点和软件工具，帮助他们提炼出合理的问题解决方案。

（二）行动框架构建

在上述四条原则的指引下，本研究提出认知—情感双轮驱动的问题型培养策略，其行动框架如图2 所示。认知—情感双轮驱动的问题型培养策略是在资源工具的支撑下，通过高水平认知能力训练目标和情感支持方式两个层面的动力因素来促进问题解决的高阶思维能力培养方案。

图2 认知—情感双轮驱动的问题型培养策略行动框架

该培养策略以问题解决为主轴，共分为六个教学活动环节：创设情境，提出问题→问题分析，明确任务→任务探究，建构知识→提出方案，解析完善→创作成果，交流展示→分享评价，反思总结。在“创设情境，提出问题”环节，师范生在教师应用信息化教学平台或数字化学习资源所创设的信息科技学科问题情境中，使用思维可视化工具，从多角度思考问题情境中存在的各种现象，分析现象的本质，去伪存真，发现实质性问题并提出问题情境中需要解决的关键问题。该过程可培养师范生的创造性思维能力和批判性思维能力。在“问题分析，明确任务”环节，教师为师范生提供分析问题所需要的策略与方法，并指导师范生应用思维可视化工具，分析问题的主要方面和次要方面，通过比较分析，明确信息科技学科问题解决的重点和难点，依据分析结果，列举详细的任务清单。该过程能较好地训练师范生的问题解决能力和批判性思维能力。在“任务探究，建构知识”环节，师范生依据上一步骤中所列举的任务清单，运用在线论坛、实时社交工具、软件开发工具和数字化学习资源，在教师指导和同伴交流下完成各项任务，在完成任务的过程中，通过归纳演绎与认识内化，总结所学到的信息科技学科相关知识与技能。该过程能培养师范生的问题解决能力和决策能力。在“提出方案，解析完善”环节，师范生应用思维可视化工具、在线论坛、实时社交工具，从多学科的角度总结完成任务的过程中所学到的知识与技能，在教师指导与同伴交流的基础上，围绕待解决的信息科技学科问题，将完成任务的过程与习得的知识和技能进行整合，形成解决问题的方案，然后应用所学知识和数字化学习资源中的参考资料，对方案进行分析，保留合理的方案内容，修改有误之处，进而形成完善的问题解决方案。该过程可训练师范生的创造性思维能力和批判性思维能力。在“创作成果，交流展示”环节，师范生使用软件开发工具和信息化教学平台，依据问题解决方案，应用跨学科的知识，创作研究性学习报告或制作技术成品等形式多样的学习成果，并将学习成果展示在信息化教学平台上，师范生在平台上开展互动交流，探讨成果研发的过程及成果特色，同时也提出成果修改完善的建议。该过程可培养师范生的创造性思维能力和批判性思维能力。在“分享评价，反思总结”环节，教师和学生在信息化教学平台上，对学习成果进行自评、互评与师评等多元化评价活动，应用已制定的评价量规对学习成果进行客观评分并提出其优缺点，师范生依据评价意见，回顾和总结问题解决过程中存在的问题并提出后续学习方案。该过程可培养师范生的反思评价能力和决策能力。

在认知—情感双轮驱动的问题型培养策略行动框架中，六个教学活动环节中除了贯穿资源工具支持的高阶认知能力训练目标之外，还应体现教师和同伴对师范生开展问题解决活动过程中的情感支持行为。情感支持行为主要包括三类，即调节自我情绪、提升自我效能感和给予社会情感激励。在“创设情境，提出问题”和“问题分析，明确任务”环节，师范生应勇于面对教师所创设的学科问题情境，增强自信心，敢于发现问题并提出问题，积极向教师及有经验的同伴请教，获取分析问题的策略，以便顺利提出基于问题的任务清单。在“任务探究，建构知识”和“提出方案，解析完善”环节，师范生会遇到完成任务过程中的各种挑战，此时，他们除了树立自信心之外，还要学会调节负面情绪，塑造对待任务的积极态度。在总结任务完成的过程和结果时，教师和同伴应激励师范生把完成任务的情况呈现出来，尽可能提供积极的反馈意见，正面引导师范生修改完善方案。在“创作成果，交流展示”和“分享评价，反思总结”环节，师范生除了勉励并相信自己可以制作出成果外，还应向教师和同伴学习创作经验，提高成果质量，然后自信地展示个人成果，坦然接受有关成果的评价意见，积极面对学习过程中存在的不足和成果的缺点，客观合理地提出后续学习计划。

四、信息科技学科师范生高阶思维能力培养策略的应用效果分析

本研究选取了G 省某师范大学计算机科学与技术（师范）专业大三年级的41 名师范生作为实验组，将该校教育技术学（师范）专业大三年级的43 名师范生作为对照组。排除师范生的学习兴趣、学习态度、经验背景等干扰因素的影响，实验组和对照组的PPT 课件制作水平基本一致，高阶认知能力水平相近，均掌握了一定的自我情绪调节方法、自我效能感提升策略和社会情感激励方式。

在开展实验研究的过程中，实验组和对照组都围绕教育技术学公共课中的“PPT 课件制作”主题开展学习活动，对照组采取传统的高阶思维能力培养方式，实验组则采取本研究设计的认知—情感双轮驱动的问题型培养策略开展教学活动，实验研究的时间为两个月。实验研究结束后，笔者从作品质量、高阶思维能力水平和学生意见等方面对高阶思维能力培养策略的应用效果与实施建议进行了分析和总结。

在作品质量分析方面，本研究将实验组和对照组的师范生所完成的PPT 课件及其总结报告对照评价量规进行评分，并用SPSS 24.0 对两组被试的作品得分进行了独立样本t 检验，数据统计结果如表1 和表2 所示：

表1 实验组和对照组师范生PPT 课件与总结报告得分的均值与标准差统计结果

表2 实验组和对照组师范生PPT 课件与总结报告得分的独立样本t 检验结果

根据实验研究数据分析结果可知，实验组和对照组师范生的PPT 课件及总结报告得分差异非常显著，实验组师范生的作品得分明显高于对照组，这说明认知—情感双轮驱动的问题型培养策略对提升作品质量具有明显效果。

在高阶思维能力水平测评方面，本研究依据国内外有关复杂问题解决能力测评工具[9]、创造性思维测评维度[10]、批判性思维测量表[11]、社会决策能力测评工具[12]和反思评价能力评价量表[13]，编制了以信息科技学科师范生高阶认知能力为评判依据的高阶思维能力评价量表。对照组的43 名师范生的测评数据显示，除了“客观分析问题”和“正确描述问题”这两项测评指标的得分率大于0 之外，其余15 项的得分率均小于0，这说明对照组师范生的高阶思维能力水平较差，因此，本文未列出对照组的高阶思维能力测评结果。实验组师范生的高阶思维能力测评结果如表3 所示，调查对象在17 个测评指标项中的得分率均大于0，这说明认知—情感双轮驱动的问题型培养策略在提升师范生高阶思维能力方面产生了明显效果。然而，问题解决能力和反思评价能力两个维度的能力提升效果不够显著，其中，问题解决能力维度中的表征问题关键点和任务优先级划定两个指标项的得分率仅为0.024和0.012，反思评价能力维度中的内容深思和价值认同两个指标项的得分率也相对较低。鉴于此，本研究认为在认知—情感双轮驱动的问题型培养策略的各教学活动环节中应增设对师范生问题解决能力和反思评价能力的训练项目。

在学生意见反馈方面，笔者从实验组的41名师范生中随机选取了2 名师范生进行半结构化访谈，访谈问题主要包括：他们在接受了本研究构建的高阶思维能力培养策略后，发现与传统的教学策略相比，教学中存在哪些因素有助于提升学习效果？经过2 个月的学习后，有哪些收获？有哪些与教学活动安排相关的意见和建议？笔者整理了访谈记录后，将学生的观点总结如下：

第一，学生认为在整个学习过程中，不仅可以使用多样化的信息资源工具，而且得到了教师与同伴的情感支持，这对他们顺利完成作品创作和提升作品质量有较大帮助。

第二，在六个教学环节中，学生的创造性思维能力、问题解决能力、批判性思维能力、反思评价能力和决策能力等各项高水平认知能力在完成任务的过程中得到了较好的锻炼，这些能力的习得为今后开展信息科技学科教学奠定了良好的基础。

第三，学生并没有在每个环节中都得到教师和同伴的情感支持，有时缺少教师的适当指导，导致作品创作中遇到困难，如出现不会使用信息资源工具、不会调节自我情绪和提升自我效能感、遇到难度大的任务时无法完成、提不出问题解决方案等现象。所以，学生希望在每个教学环节中都能得到教师的指导，有配套的信息资源工具帮助他们完成各教学环节的活动任务，有同伴和教师为他们提供情感支持。

根据认知—情感双轮驱动的问题型培养策略的实施过程与应用效果分析结果，笔者认为本研究提出的高阶思维能力培养策略在实施过程中有三个方面仍需改进：

其一，每个教学环节应细分教师活动和学生活动两部分。环节一的教师活动应为围绕主题、创设情境，学生活动应为进入情境、提出问题；环节二的教师活动应为指导问题分析、提供分析策略，学生活动应为围绕问题设计任务清单；环节三的教师活动应为指导学生完成任务、提供知识建构方法指导，学生活动应为任务探究、学习知识；环节四的教师活动应为指导学生总结任务探究过程中学到的知识与技能、引导学生对方案提出修改意见，学生活动应为提出问题解决方案、吸收反馈意见并完善方案；环节五的教师活动应为组织学生展示成果、为成果提出修改意见，学生活动应为创作成果、分享创作经验；环节六的教师活动应为组织学生开展多元评价，学生活动应为积极参与评价、合理吸收评价意见并完善方案与作品。

其二，各教学环节均应体现情感支持行为和所使用的资源工具。在“创设情境，提出问题”环节，教师应为学生提供自我效能感提升方法，帮助他们增强自信心，应用思维可视化工具提出实质问题。在“问题分析，明确任务”环节，教师和同伴应鼓励学生积极分析问题的主要方面和次要方面，适时提供问题分析方法，指导学生应用思维可视化工具列举任务清单。

在“任务探究，建构知识”环节，教师为学生提供自我情绪调节方法和自我效能感提升方法，增强探究任务和完成任务的自信心，学生使用在线论坛、实时社交工具、软件开发工具和数字化学习资源完成任务并总结学习到的知识与技能。在“提出方案，解析完善”环节，学生应用思维可视化工具、在线论坛、实时社交工具，提出问题解决方案，教师和同伴鼓励学生分享方案，并提供正面反馈，帮助学生完善方案。在“创作成果，交流展示”环节，教师鼓励学生将创作的成果展示出来，并在信息化教学平台上说明成果的功能特点，同时教师为学生提出成果的修改意见。在“分享评价，反思总结”环节，教师鼓励学生在信息化教学平台积极参与在线评价，正确提出有针对性的评价意见，同时也教会学生调整心态和情绪，认真对待评价意见，吸取合理意见，制订后续学习计划。

其三，教学环节内应增设对问题解决能力和反思评价能力的训练目标。除了“问题分析，明确任务”和“任务探究，建构知识”两个教学环节包含问题解决能力训练目标外，在“创设情境，提出问题”和“提出方案，解析完善”两个教学环节中也应增设问题解决能力训练目标，使学生学会提出实质性问题，并围绕问题，明确关键要点，划定完成问题解决系列任务的优先级，学会从完成任务的过程中总结所学到的知识，并将这些知识应用到实际问题的解决过程中。目前仅有“分享评价，反思总结”环节含有反思评价能力训练目标，因此，在“提出方案，解析完善”和“创作成果，交流展示”两个教学环节中也需增设反思评价能力训练目标，使学生能对应评价标准，提出问题解决方案的完善意见；对创作的成果内容进行深入思考，发现其优缺点；对问题解决过程进行深度反思，发现存在的不足，提出后续改进方案，领悟评价反思的作用。

五、研究结论

本研究在信息科技学科课程标准、布鲁姆教育目标分类理论、马扎诺高层次思维路线和斯腾伯格创造力三维模型理论等指引下，设计了信息科技学科师范生高阶思维能力要素结构，它包括认知能力层、情感支持层、学科问题层和技术环境层。认知能力层是评价师范生高阶思维能力水平的重要依据，情感支持层会促进高水平认知行为的发生，技术环境层和学科问题层也是为认知能力层服务的，为认知能力水平的提升提供环境支撑和内容依托，同时认知能力的提高也会带动技术环境的建设质量、学科问题的深度演化以及情感支持因素的发展。本研究基于信息科技学科师范生的高阶思维能力要素间的关系，设计了信息科技学科师范生的高阶思维能力培养策略，即认知—情感双轮驱动的问题型培养策略。它以问题解决为主轴，共包含六个教学活动环节：创设情境，提出问题→问题分析，明确任务→任务探究，建构知识→提出方案，解析完善→创作成果，交流展示→分享评价，反思总结。在每个教学环节中有思维可视化工具、在线论坛、信息化教学平台、实时社交工具、软件开发工具和数字化学习资源等资源工具供教师和师范生使用，每个教学环节设置了高水平认知能力训练目标及情感支持行为，两者助力问题解决活动进程。为验证认知—情感双轮驱动的问题型培养策略的应用效果，本研究使用准实验研究方法，从师范生完成的作品质量和高阶认知能力水平两个方面证明了该培养策略对提升师范生高阶思维能力的效果。针对作品评价、问卷调查和学生访谈等数据分析结果，提出了该培养策略在实施过程中的三条建议：应细分教师活动和学生活动两部分，各教学环节均应体现情感支持行为和所使用的资源工具，部分教学环节内应增设对问题解决能力和反思评价能力的训练目标。