周迎春

問題體驗中的認知需求是學生在已有知識的基礎上，試圖通過對問題的深層探究以解決認知沖突的內部沖動或力量。它直接推動了學習動機的產生，是學習從問題情境進入問題探究階段的關鍵因素。因此情境的創(chuàng)設需要隱含認知需求的觸發(fā)因子，另外教學設計要凸顯認知沖突，讓學生參與解決問題的沖動主動生成。這也是信息技術課堂教學中培養(yǎng)學生計算思維等高階思維，提升學生核心素養(yǎng)的關鍵所在。近期，筆者作為評委參與了省市級多個評優(yōu)課研討活動，并在省級活動中執(zhí)教了“畫正多邊形”的公開課，在評價主客體的角色轉換中認識到：近年來信息技術教材已經多次更新，教師的教學理念亦在同步跟進，智能文明時代確實需要教師在傳遞知識技能的同時，進一步精心設計教學環(huán)節(jié)，訓練和提升學生的高階思維。

一、問題情境項目化設計，

助力學生順應性遷移

情境有助于使問題從抽象走向真實，并提升學生的好奇心和參與熱情，附著于真實情境的知識技能更有利于學生的存儲與提取。筆者在執(zhí)教“畫正多邊形”一課時，要求學生掌握畫筆模塊的諸多控件，歸納正多邊形的繪制規(guī)律和方法?？紤]到前一課是“青蛙過河”，于是本課進行了個性化的情境設計，繼續(xù)沿用了青蛙的角色，從網上下載荷花背景圖，再編輯圖片形成最終場景，任務變成：青蛙要進行跳躍比賽，請你編制Scratch程序繪制比賽路徑圖（見圖1）。一開始，學生先完成青蛙點對點的跳躍，這只要提取目標所在的X、Y坐標即可，至此只是對前一課知識的復習回顧。新的問題是“要留下痕跡”，學生必須自學課本，了解如何落筆、清空、設定筆的顏色和大小等。當然，要完成第一個任務“正三角形的繪制”，如果用鼠標提取頂點坐標后再繪制不夠精確，于是“移動N步”控件需加入其中，之后的調試又會遇到角色方向的準確定位、未知步數(shù)的“探測”計算獲取等子問題。當完成了正三角形的場地“競賽”后，再遷移到正方形場地的“復賽”就順理成章了。

二、沖突設置分層遞進，

能力提升潛移默化

要在教學設計中精準添加情境，前提是對教材進行精細解讀。此外，情境的設計應該有連續(xù)性，既要靠近學生的生活，又要注意分層遞進。在這一課的設計中，筆者依次設計了正三角形的場地軌跡，在任務示意圖中有紅色的軌跡，學生可以參照繪制。在正方形的繪制任務圖中，需要學生自己觀察并抽象出任務的實質。難度更大的第三項任務是在棋盤格上繪制正八邊形（見圖2），學生要思考如何最大化的問題，要在繪制前自行設計規(guī)劃比賽軌跡草圖，然后提取諸如起點坐標定位、步數(shù)提取計算等。而在實境進階環(huán)節(jié)，則需要學生在舞臺上繪制最大的圓形軌跡或8字形軌跡圖。最后的創(chuàng)意拓展則是讓學生自己利用已學的知識和技能繪制心中所想。

技能的提升需要分層設計任務，因此，筆者在這一教學案例的設計中，以比賽軌跡圖繪制為主線，每一個任務都比前一個有所深入，需要使用新的問題解決策略。在一個個任務的轉換中，問題沖突不斷發(fā)生。在解決一個個新問題的過程中，學生的知識技能得到了潛移默化的提升，達到了潤物細無聲的效果。

三、引領跨越問題沼澤，

逐步晉級高階學習

教學是慢的藝術，學生思維的跟進需要時間。不能為了趕進度而讓學生直接下載復制粘貼教師的“下水方案”，要讓學生獨立或者小組共同完成“思考—實驗—完善”的過程，而不是因循守舊。在經歷過反復迭代演進過程，體驗了困頓、醒悟、失敗、成功等多種情緒之后，相應的思維能力才能在內化的過程中不斷提升?！敖處熝菔窘鉀Q問題的路徑—學生依樣畫葫蘆”的習慣一旦形成模式，學生就容易產生依賴。為此，在本課的設計中，筆者在各個環(huán)節(jié)、各項任務中預設了大量問題沖突，如把線性問題改為非良構問題：移動步數(shù)需要學生自己通過坐標探查來計算獲取;棋盤格中正八邊形的最大化需要預先設計定位;機器人巡跡圖則要求圓及半圓的最大化，還需要圓的周長計算等數(shù)學知識的融合。再如，在學生完成任務時新增一些問題沖突：在畫好正方形后，請思考如何讓每一條線的顏色及粗細都有所不同。預設該問題沖突的目的，是讓學生把畫筆模塊中的“將畫筆顏色增加為”及“將畫筆粗細增加為”兩個控件利用起來。更重要的是，此時學生的思維再次進入了“循環(huán)語句”，要模擬多次循環(huán)后再拖拽控件運行驗證。

四、精心設計問題，培養(yǎng)學生高階思維

“畫正多邊形”一課的教學目標是學會畫筆模塊控件的使用，并且學會正多邊形的編制。事實上，畫筆也是讓思維可見的工具，教師要注重通過一系列預設的項目任務對學生進行計算思維等高階思維的培養(yǎng)。通過程序的自動化實施，畫筆的實時繪制呈現(xiàn)可讓學生在編程時獲得寶貴的直接體驗，讓他們能根據(jù)呈現(xiàn)結果慢慢調整控件命令參數(shù)，逐漸靠近預設目標。例如，在繪制正多邊形時，有的學生發(fā)現(xiàn)第二次繪制時畫歪了，于是添加了控制角色方向的控件;在繪制正八邊形時感覺沒有放在正中心位置，于是修改了起點坐標。這樣，在程序反復調整修改的過程中，培養(yǎng)了迭代思維。

簡單地說，計算思維可分為抽象和自動化兩個步驟，再分得更細一些，則有結構分解、實體抽象、模型構建及自動化實施。筆者在教學設計中注重增加情境及項目化的任務設計，使學生在問題解決的過程中經歷任務的分解、抽象及自動化（編程）的過程。例如，拓展環(huán)節(jié)是要在Scratch舞臺上繪制一個最大的圓形路徑，學生要將任務分解成一系列具體問題：最大圓的半徑應是多少;周長如何計算;如果以360邊形為圓的話，每條邊的步數(shù)如何;起點如何定位等。另外，在不同的任務環(huán)節(jié)將出現(xiàn)循環(huán)算法思想，包括拓展環(huán)節(jié)的創(chuàng)意無極限，以及在舞臺上畫完一個橫向的8字型機器人軌跡圖后如何再畫一個縱向的8字型軌跡圖。又如，“畫一個螺旋狀的彩虹”（見圖3）更是添加了循環(huán)的嵌套。以上問題設計實質上都指向了諸如歸納思維、發(fā)散思維、計算思維等高階思維的培養(yǎng)。

五、引入人工智能，

提高跨學科解決問題的能力

在江蘇省信息技術評優(yōu)課《身邊的人工智能》中，一位教師重組教材后以“流連彭城 回眸楚漢”為主題，設計了“智能規(guī)劃游覽彭城”這一主項目。在開始時出示徐州的幾位歷史名人，讓學生利用人工智能平臺的“百度識圖”進行辨認，然后設置問題沖突：如何改革現(xiàn)有的人工驗票流程，提升驗票速度？學生討論后引出了圖像識別：一方面要機器學習采集人臉數(shù)據(jù)，另一方面還要通過Scratch調用機器學習結果進行程序調試。最后要求學生進行智能路程規(guī)劃，學生又下載了旅游APP進行個性化旅游方案的確認?；谡鎸嵡闆r并從學生角度出發(fā)的整體化教學設計讓人耳目一新，圖像識別智能路程規(guī)劃等AI技術刷新了學生的認知，使學生整堂課都沉浸在新鮮刺激的跨域解決問題的過程中，有利于提高學生面向未來的素養(yǎng)。

基于項目的Scratch教學可以通過項目化的情境設計，以問題沖突的有效設置為策略，激發(fā)學生的好奇心與想象力，有效地達成思維層面的培養(yǎng)目標。如今諸多編程軟件隨著軟硬件的迭代演進而產生，最終又將會被更新的版本刷新，但是蘊涵其中的高階思維能力，諸如迭代思維、遞歸思維、循環(huán)思維、發(fā)散思維等才是核心素養(yǎng)的真正體現(xiàn)，無論軟件如何更新升級，個體只要擁有了這些思維能力，就可以以不變應萬變了。

（責任編輯? ?郭向和）