面向计算思维的高中信息技术任务驱动式教学模型探究

吴远丽

（云南师范大学信息学院，云南 昆明 650500）

随着信息化时代各项科学技术的普及应用，计算思维开始不断受到重视。从根本上，计算思维可以说是信息技术学科的内在价值体现[1]。高中信息技术课程以计算机为其主要工具，具有逻辑性、思维性、实践性和抽象性等特征，要求学生运用综合性的思维运用计算机求解问题，而计算思维正是信息技术课程中集抽象、逻辑、评估、迁移等特征解决问题的思维方式。它作用于各种计算机技术，是一种交互性的思维能力，是人与各种信息技术资源在思维层面上的结合，从而更好地解决各种大规模复杂性的问题。信息技术课程的目标不仅是教会学生操作各种信息技术，还要内化成自己应用这些信息化资源的能力，就像日常的读写算一样。任务驱动教学作为信息技术课程常用的教学方式，强调将教学内容组织成一个或连续几个任务的形式，让学生探究完成任务从而习得相应的知识和能力。在任务过程中，学生需要在自主和合作学习中激发思维，综合运用已有和新知识技能去探究解决问题的方案。如果能够进行恰当的任务驱动设置，将学生思维的培养方法融合到任务过程中，有意识地引导和激发学生的思维运用，相信能够对学生计算思维的发展有一定的帮助。

1 计算思维培养与高中信息技术课程

就计算思维的定义来说，虽然各有不同，但都未脱离核心。计算思维不是外在的能力，而是学生内在的、经过长期训练的思维活动，它能够让学生在面对新的科技手段时自发地做出自己的判断，运用先前所学进行思考和应对，调动自身综合运用各种思维方法以及技术工具进行问题求解。国际教育技术协会（ISTE）和计算机教师协会（CSTA）联合对计算思维提出了一个在操作性方面的定义：“计算思维是一种解决问题的过程，包括明确问题、分析数据、抽象、设计算法、评估最优方案、迁移解决方法六个要素”[2]。计算思维的培养在高中阶段是一个非常关键的时期，学生的认知发展表现在能够对问题进行抽象概括、归纳演绎、反向推理、批判创新等。在信息技术课程中，要引导学生能够将这些能力运用到信息化的学习中，在与信息化技术和资源的交互和认识过程中，有意识地培养这些能力。信息技术课程不仅教会学生掌握相关的知识理论、操作技能，也要培养相应的学科性思维，计算思维是最重要的体现。

高中信息技术课程是在中小学信息技术的基础上设立的一门课程，其目的在于依据学生的认知特点和已有的信息技术基础进一步培养学生的信息技术基本素养。在日益发展变化的信息化社会中，学生不应该仅仅掌握特定的信息技术操作方法、程序的编写或是理论知识，更应该具备信息技术学科的思维方式。信息技术学科的教学目标也应该将着重点放在信息技术学科知识技能与学科思维的结合培养上，突出学生思维的运用。要培养学生自己的计算思维意识和能力，帮助学生在面对不断迭代发展的硬软件和系统设备时做出自己的思考和运用，能够创新性、批判性地使用甚至更新这些信息技术。在这样的社会化环境发展中，信息技术课程需要创造更多的条件让学生更好地激发和运用计算思维。

2 任务驱动教学培养学生计算思维的可行之处

任务驱动教学作为一种教学手段，具有比较强的操作性，也是信息技术这样实践性强的课堂中常用的教学方式。任务驱动教学是指教师在教学之前首先明确教学内容，创设任务情境，利用任务的解决过程承载教学内容，展开教学活动，学生在任务过程中主动探究，获得新知与技能[3]。课堂任务中强调学生自身的主动性，而教师的定位在于课堂的引导与帮助。同时，任务不仅来源于课本，更是来源于学生的实际生活，是学生能够接触到的有趣真实的事物，能够激发学生的好奇心和探索的欲望。将教学目标融于任务中，任务强调真实性、趣味性，符合“最近发展区”[4]的特点。学生能够在任务的完成和问题的解决过程中获得乐趣、真实的成就感和做中学的体验感。

计算思维作为一种思维方式，有其独特的形成过程，需要在连续性的实践和学习中逐渐累积和内化。计算思维运用于实践，也来源于实践，指导实践。因此，计算思维的培养不仅仅需要理论知识的学习，更需要大量的实践操作练习。通过实践的大量累积，才能形成大脑思维的反射。计算思维虽然具有抽象性，却也需要在具体的课堂学习和实践操作中习得。任务驱动教学作为操作性极强的一种教学方式，需要学生进行大量的实践操作和反思总结才能完成任务。在这个过程中，学生不仅需要思维的主动参与交流，也需要手动的操作，从而达到手脑并用的状态。通过动手实践和理论结合的方式，任务驱动可以极大化地促进学生思维和操作能力的发展。从理论和实践上来说，任务驱动可以是计算思维培养的可行路径。所以，以任务为载体，将计算思维的相关思维方式融入任务驱动教学的具体环节中，在任务过程中潜移默化地引导学生的思维发展，在学生掌握相关知识技能的同时发展计算思维能力。

3 初步教学模型探究

在任务驱动和计算思维的结合后，初步设计以下的教学模型，主要分为前端分析模块、教学过程设计模块和计算思维评价模块。

1）任务设计的前端分析

在前端分析模块，需要进行学习需求上的分析、教学内容分析、学习者特征分析、学习者所处环境分析。其中，在对学习需求的分析上，主要是学生在学习后应该掌握的知识和技能以及学生计算思维的变化和发展，比如习得或者进一步发展了某一方面的思维；在教学内容的分析上，需要对教材内容详细分析，结合实际，将内容组织成相应的任务，或是将教学内容融于特定任务中，再融入相应的计算思维培养的方式；在学习者的分析上，需要分析高中生当前信息技术的基础水平，同时还需要对学习者在认知和情感进行分析，清楚学生对信息技术课程的了解程度以及感兴趣程度，从而得出学习者对信息技术学科及当前学习内容的综合水平，再进行特定的任务设计；最后，在学习环境的分析上，需要判断学校的多媒体教学环境实际情况是否达到理想中任务实现需要的环境和学生日常生活中信息化产品和资源接触情况，以此确定学生的信息化素养水平，从而有针对性地设计教学任务和问题。对于不同学生的个体差异，由于在课堂中难以做到个性化的教学，可以将不同层次水平的学生进行划分，进行能力的差异性分组合作，让学生进行互补性的学习和实践，教师也可以根据这些差异给予层次化的帮助。

图1 基于计算思维的任务驱动式教学模型

2）任务过程设计

教学过程设计这一模块是教学实践的主要体现，也是后面进行评价的客观数据来源，主要分为教师活动和学生活动以及在任务过程中计算思维的嵌入，这里主要借助ISTE 和CSTA 提到的关于思维的操作性定义来进行相应的思维训练。在任务驱动的过程中计算思维培养的要素主要也是围绕操作性定义进行，比如相应的算法思维、分解性思维、抽象性思维、评估性思维和迁移性思维等。教师活动对应的是前期的任务设计、课堂中的任务呈现、相应任务的实施下达、在任务过程中对学生相关资源和知识理论的帮助指导以及对任务的评价总结。学生活动主要是教学前期学生所作的心理准备以及相应的理论知识的预习、对课堂任务的明确即抓住任务的关键、借助相应的资料和工具对任务的分析理解和相关数据的处理、通过小组合作和自主探究在教师帮助下完成任务、任务后的作品展示和分析交流以及相应的迁移总结。

在明确任务阶段，计算思维培养主要培养学生运用设计性思维和分解性思维将任务形成或分解为一个或多个计算机可以解决的问题。任务分析阶段，引导学生利用逻辑思维、发散思维等组织和分析相关数据，同时运用抽象思维将数据通过建模和仿真表示出来。在完成任务阶段，帮助学生运用算法思维和相应的理论知识设计流程图、算法等，并通过批判性思维和创新思维对比优化方案，形成最优的算法解决问题，完成任务[5]。在作品展示和交流反思阶段，引导学生自己反思总结。在整个课堂教学任务进行过程中，教学不仅需要进行新的理论知识和操作技能的讲解，还需要对于小组或个别学生的思维情绪、外在表现及时捕捉和监督，比如学生思考时抓耳挠腮，小组讨论出现分歧等情况，要及时介入、了解情况，从而巧妙恰当地引导。如果发现学生不加思考，思维出现懒惰，比如发呆、照着别人做时，要给予及时鼓励和帮助，尽量让每一位同学都参与任务，激发思维的灵活运用。

3）计算思维评价

在对计算思维的学习评价这一模块中，主要参考了任友群教授在分析计算思维时，在中小学信息课程中培养的必要性和可能性的论文中提到的从原理理解方面和任务实践方面来建构的评价体系[6]。首先是原理理解类评价，主要偏向总结性的评价，对学生的计算思维在理论和认知方面的考察，包括运用哪些思维，比如分解、抽象、迁移、概括等，这是学生内在的思维变化情况，需要将学生的计算思维过程采用可视化的方式表达出来，比如流程图的绘制、问卷调查、相关理论知识的标准化测试等，通过前后的对比测试，以可视化的形式发现学生思维的变化，给予学生相应的反馈。同时，也可以发现学生任务过程中思维的疑惑点和偏差之处，能够在以后的任务教学中及时有效地给予纠正和指导。然后是任务实践类的评价，主要偏向过程性操作性的评价，包括学生在思维指导下任务的真实实践过程，是一个连续性的过程性的记录评价。通过这些，可以发现学生计算思维能力的外在表现是否变化，比如问题解决、数据分析、同伴合作交流以及方法的迁移应用等，可以通过教师观察、自评、同学互评、过程记录表以及成果展示等的评价方式来评测，在结果分析之后判断学生的计算思维能力是否得到发展。总的来说，对于计算思维的评价是基于课堂教学目标基础上的评价，不能脱离课堂教学目标，二者是相辅相成的。

4 总结

计算思维是学生日后工作生活必备的能力，但思维的培养不是短时间内就能够看到效果的，是一个循序渐进的逐渐内化的过程[7]。就高中信息技术课程来说，需要厘清计算思维的培养目标，并依据课程内容对计算思维的不同方面进行培养，再做好相应的思维衔接和递进。教学方式也要针对性地改进，任务驱动教学作为常见的教学方式融入计算思维的培养，需要从理论和实践两个方面找到二者的结合之处，再根据实际情况进行任务设计。计算思维不是外在的立刻显化的教学目标，不是在一次或几次任务驱动的教学中就能得到提升发展，需要教师连续性地观察做好记录，在师生共同努力和反馈调整下取得进步。在面向计算思维培养的任务驱动教学模型中，也需要强调任务设计的重要性和任务设计与任务实施之间的调整，这是理想化和实际的对接，是作为任务改进的重要依据。计算思维贯穿整个教学过程，教师也要给予及时性的监督和引导。在实践和理论的相互指导和作用下，建立相应的模型，希望能够更好地促进学生计算思维方面的发展。