摘要：本文提出了一種以大概念和KUD（知識、理解、操作）目標(biāo)為基礎(chǔ)的計算思維課程設(shè)計模式。將大概念整合到教學(xué)框架中，有助于強化信息技術(shù)的核心概念，引導(dǎo)學(xué)生深入理解學(xué)科概念的本質(zhì)；圍繞大概念制訂KUD教學(xué)目標(biāo)，可以幫助教師更精確地規(guī)劃課程內(nèi)容、教學(xué)活動和評估方法，使教學(xué)目標(biāo)與培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)更緊密地結(jié)合。

關(guān)鍵詞：大概念教學(xué)；KUD教學(xué)目標(biāo)組；計算思維課程；核心素養(yǎng)

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 論文編號：1674-2117（2024）14-0045-05

引言

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》特別強調(diào)了培養(yǎng)學(xué)生的信息意識、計算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新以及信息社會責(zé)任等核心素養(yǎng)的重要性。[1]其中，計算思維是利用計算原理來解決問題、設(shè)計系統(tǒng)和理解人類行為的思維過程。[2]雖然教育工作者都已認(rèn)識到計算思維的重要性，而如何有效地設(shè)計和實施計算思維課程卻是一個復(fù)雜且具有挑戰(zhàn)性的問題。[3-5]

在傳統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計中，教師通常在課堂上傳授知識，再通過各種各樣的測試來評估學(xué)生的知識理解程度和運用能力。這樣的教學(xué)設(shè)計雖然能讓學(xué)生了解所學(xué)的知識內(nèi)容，但卻忽視了學(xué)生的創(chuàng)新能力，以及對應(yīng)用知識和解決問題能力的訓(xùn)練。[6]此外，許多教師把編程教育等同為培養(yǎng)學(xué)生計算思維的課程，窄化了計算思維的范疇。本研究旨在探索一種以大概念和KUD教學(xué)目標(biāo)為引導(dǎo)的計算思維課程設(shè)計范式，希望為解決這一問題提供理論和實踐的依據(jù)。

大概念和KUD目標(biāo)的基本概念

大概念代表一個學(xué)科中最基本和最全面的概念，是指那些深度精煉、能貫穿各個級別或子主題的關(guān)鍵概念。這些關(guān)鍵概念是理解一個領(lǐng)域或?qū)W科的基石，并可以提供一個統(tǒng)一的框架，幫助理解和組織學(xué)科知識，被認(rèn)為是教學(xué)的核心支柱。[7]在計算思維教育中，大概念有助于聚焦并整合諸多繁復(fù)的計算思維概念，幫助學(xué)生看到更大的知識脈絡(luò)，深化他們對學(xué)科本質(zhì)的理解。例如，在計算思維教育中，“算法”就是一個大概念，它既可以用于描述簡單的排序和搜索過程，也可以應(yīng)用于更復(fù)雜的問題解決策略和機(jī)器學(xué)習(xí)模型。通過學(xué)習(xí)和理解算法這個大概念，學(xué)生可以加深對不同算法之間相似性和適用性的理解。

KUD目標(biāo)是“知識（Knowledge）、理解（Understanding）和操作（Doing）”的縮寫，KUD目標(biāo)在教育研究領(lǐng)域已經(jīng)被廣泛承認(rèn)，被認(rèn)為能夠幫助教師更精確地規(guī)劃課程內(nèi)容、教學(xué)活動和評估方法。KUD目標(biāo)將教學(xué)目標(biāo)分為三種類型：

①知識目標(biāo)。包括學(xué)生需要了解的事實或概念。②理解目標(biāo)。注重概括、解釋、推理、比較、判斷和展現(xiàn)洞察力的能力，是知識目標(biāo)的發(fā)展和延伸，需要學(xué)生運用知識目標(biāo)中所學(xué)習(xí)到的信息。③操作目標(biāo)。注重實踐應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生結(jié)合實際情境解決現(xiàn)實問題的能力，是學(xué)生對大概念理解的應(yīng)用。用KUD模型設(shè)計的課程，可以讓教師更準(zhǔn)確地設(shè)定學(xué)習(xí)目標(biāo)，明確哪些需要記憶，哪些需要深度理解，哪些操作技能需要掌握，從而分階段進(jìn)行教學(xué)，逐步深入。

以大概念和KUD教學(xué)目標(biāo)組為指導(dǎo)的計算思維課程設(shè)計

1.整合計算思維的核心概念

計算思維是問題解決過程中一系列復(fù)雜的思維過程，如分解問題、算法設(shè)計、問題解決、模式識別、抽象思維等，這些元素都是必不可少的，如果分開教授，可能會使學(xué)生感到混亂。因此，需要一種方法來整合這些元素，使學(xué)生能夠理解和掌握計算思維。而大概念正是實現(xiàn)這一目標(biāo)的理想工具，可以挑選出較為基本且全面的計算思維大概念。這個過程需要教師具備對計算思維本質(zhì)的深入理解，并能精準(zhǔn)地判斷哪些概念足夠“大”，能夠覆蓋計算思維的多個方面。通過設(shè)計不同的教學(xué)模塊，使每個模塊都圍繞一個或多個與大概念相關(guān)的小概念展開。例如，設(shè)計一個模塊來探討如何使用某種算法解決實際問題，設(shè)計另一個模塊來探討某種算法的優(yōu)化和改進(jìn)等。

2.制訂KUD教學(xué)目標(biāo)組

在大概念的指導(dǎo)下可以開始制訂KUD教學(xué)目標(biāo)組，即基于每個教學(xué)模塊，確定學(xué)生需要掌握的知識點、理解的概念和能夠執(zhí)行的技能。

知識目標(biāo)：需要獲取新的知識，理解它的意義，并且與已有知識或經(jīng)驗建立聯(lián)系。需要學(xué)習(xí)如何獲取、分析、評估信息，并且需要在這個過程中不斷擴(kuò)大知識儲備。知識目標(biāo)應(yīng)該包括學(xué)生需要了解和記憶的基本信息，如關(guān)鍵術(shù)語、基本原理、工具使用等。例如，在算法設(shè)計模塊中，學(xué)生需要了解算法設(shè)計方法、設(shè)計流程和工具，并能列舉出日常生活或編程實踐中常見的算法，掌握基礎(chǔ)的算法設(shè)計步驟和一些基礎(chǔ)且常用的算法，如查找算法、排序算法等。

理解目標(biāo)：強調(diào)分析和批判性思維，即能理解為什么需要這些知識，并且知道如何和何時使用它們。這就需要學(xué)生有能力去理解、分析問題和找到最佳的解決方案，能提煉和解釋知識中的主要概念并將其應(yīng)用在新的問題環(huán)境中。例如，學(xué)生應(yīng)了解算法設(shè)計的重要性，以及它在實際問題解決過程中的作用，了解何時應(yīng)用何種算法，并理解不同算法如何影響編程任務(wù)的結(jié)果和性能，理解算法設(shè)計與其他計算思維概念（如抽象化、分解問題等）的關(guān)聯(lián)。

操作目標(biāo)：涉及創(chuàng)新性思維和生活職業(yè)技能的培養(yǎng)，即知道如何運用知識，將理解目標(biāo)轉(zhuǎn)化為實踐。這就需要學(xué)生有創(chuàng)新能力，有解決實際問題的能力，強化他們的生活和職業(yè)技能。例如，針對如何能夠應(yīng)用所學(xué)知識設(shè)計和實現(xiàn)基本的算法這一問題，可以要求學(xué)生對實際問題進(jìn)行算法分析，選擇最合適的算法來解決問題，獨立設(shè)計和編寫代碼實現(xiàn)具體的算法，并且能夠?qū)Υa進(jìn)行測試和性能評估，了解如何進(jìn)行算法優(yōu)化等。

通過設(shè)置和執(zhí)行KUD教學(xué)目標(biāo)，能保證學(xué)生的學(xué)習(xí)是積極主動的、行動導(dǎo)向的，并且還可以通過學(xué)生的行動來實時評估他們的學(xué)習(xí)進(jìn)度和效果。

基于大概念和KUD教學(xué)目標(biāo)組的課程設(shè)計模型

基于大概念和KUD教學(xué)目標(biāo)組的課程設(shè)計模型如下圖所示。

1.確定大問題和核心驅(qū)動問題

在課程設(shè)計啟動階段，第一步是確定以大概念為基礎(chǔ)的大問題，這些問題通常是開放性的，不僅要植根于專業(yè)領(lǐng)域的知識核心，更是KUD教學(xué)目標(biāo)的基礎(chǔ)載體。因此，這些問題應(yīng)該具有普適性，即類似問題在學(xué)科中反復(fù)出現(xiàn)，能夠激發(fā)知識的聯(lián)系和遷移；具有核心性，能夠概括學(xué)科的本質(zhì)內(nèi)容，要求深度推理和探究；具有上位性，能體現(xiàn)某一學(xué)科的核心思想，指向并突出宏觀概念；具有啟發(fā)性，能夠最大程度地吸引和激發(fā)學(xué)生，引起困惑和認(rèn)知矛盾。例如，在算法設(shè)計的課程中可以將大問題設(shè)計為：“如何設(shè)計一個有效的、可應(yīng)用到大數(shù)據(jù)處理的算法？”

而在進(jìn)一步的課程設(shè)計中，還需要通過具體的核心驅(qū)動問題引導(dǎo)學(xué)生深入學(xué)習(xí)。這些問題通常針對性更強、更加具體，并且直接與學(xué)習(xí)目標(biāo)對應(yīng)。例如，在算法設(shè)計的課程中，可設(shè)置這樣的核心驅(qū)動問題：“在處理大量數(shù)據(jù)排序的問題上，冒泡排序和快速排序有何區(qū)別和優(yōu)劣？在哪些情況下，我們選擇哪一種排序方法？”

2.構(gòu)建知識圖譜

大概念是更為宏觀、抽象的概念，它把握和反映了學(xué)科的本質(zhì)和核心，是對一系列學(xué)科核心概念的高度總結(jié)和抽象。以大概念為樞紐，連接與KUD教學(xué)目標(biāo)相應(yīng)的學(xué)科核心概念，形成完整的知識圖譜，可以使課程內(nèi)部邏輯緊密。教師在創(chuàng)建好知識圖譜后，可以根據(jù)知識圖譜進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，每一部分的學(xué)習(xí)可以圍繞知識圖譜的一個節(jié)點或者一組節(jié)點進(jìn)行，根據(jù)不同的知識節(jié)點，可以細(xì)化對應(yīng)的KUD教學(xué)目標(biāo)組。

3.基于KUD的挑戰(zhàn)任務(wù)設(shè)計

在設(shè)計挑戰(zhàn)任務(wù)及驅(qū)動性問題時，應(yīng)確保任務(wù)設(shè)計緊密結(jié)合KUD教學(xué)目標(biāo)，并且?guī)椭鷮W(xué)生理解和掌握算法設(shè)計及與之對應(yīng)的大概念。也就是說，根據(jù)學(xué)生需要知道什么、理解什么、能夠做什么來設(shè)計適合的挑戰(zhàn)任務(wù)，并精細(xì)化這一過程。例如，對于理解的相關(guān)任務(wù)可以設(shè)計頭腦風(fēng)暴、策略分析等；對于技能相關(guān)任務(wù)，可以設(shè)計真實情境的實踐探索、游戲闖關(guān)、編程挑戰(zhàn)等。多種任務(wù)形式的引入，能使評價方式更為多元，更能真實反映學(xué)生的技能和理解程度。

4.問題解決圖譜制訂

問題解決圖譜提供了一個結(jié)構(gòu)化的解決問題的路徑，既明確了學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)，又為他們提供了實踐機(jī)會，并且在最后階段幫助他們通過反饋了解自身表現(xiàn)，進(jìn)一步指導(dǎo)他們的學(xué)習(xí)。這個過程能夠幫助學(xué)生加深對計算思維的理解，并更好地把理論知識應(yīng)用到實際問題的解決中。

5.學(xué)習(xí)活動、支架與資源設(shè)計

在以學(xué)生為中心的教學(xué)設(shè)計中，應(yīng)依據(jù)KUD教學(xué)目標(biāo)設(shè)計學(xué)習(xí)活動、學(xué)習(xí)支架及學(xué)習(xí)資源。對于具體執(zhí)行，理想的情況是，所有的教學(xué)元素應(yīng)當(dāng)是有機(jī)整合的，其中每一個小的實踐活動也都服務(wù)于更大的理解目標(biāo)。所有的實踐環(huán)節(jié)，無論是獨立作業(yè)、游戲體驗、小組討論，還是項目實施、自我評估，都應(yīng)直接與KUD教學(xué)目標(biāo)關(guān)聯(lián)，以保證在進(jìn)行具體的學(xué)習(xí)活動時，學(xué)生能夠?qū)⒆⒁饬性趯Υ蟾拍畹睦斫馍稀?/p>

6.多維度的學(xué)習(xí)成果評價和可視化展示

可視化展示學(xué)習(xí)成果，不僅有利于讓學(xué)生更好地感知和理解自己的學(xué)習(xí)進(jìn)度，而且有助于教師對教學(xué)效果進(jìn)行評估和改進(jìn)。例如，采用項目展示的形式來呈現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果能夠有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)激情和探究欲望，而這些成果將直觀反映學(xué)生在各類問題解決、數(shù)據(jù)分析和算法設(shè)計方面的能力。

此外，應(yīng)鼓勵學(xué)生主動進(jìn)行成果分享和展示，包括對自己的想法和理解進(jìn)行闡述。這不僅有助于深化學(xué)生對大概念的理解，而且可以鍛煉他們的溝通、表達(dá)和團(tuán)隊協(xié)作能力，同時也為學(xué)生提供自我反思的機(jī)會。對于學(xué)習(xí)成果評價，還可以使用Bebras國際計算思維挑戰(zhàn)活動等作為評價工具。[8]它能有效評估學(xué)生對計算思維內(nèi)容的理解和運用程度，反映出學(xué)生在KUD教學(xué)目標(biāo)上的實際成績。

總的來說，通過有目的的活動設(shè)計和多維度的成果展示，可以全面、有效地展現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，同時也為教學(xué)提供持續(xù)反饋，推動教學(xué)方法和策略的持續(xù)優(yōu)化。

7.評價標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定

評價標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)聚焦于KUD教學(xué)目標(biāo)的實現(xiàn)程度，同時需要關(guān)注該實現(xiàn)程度如何推進(jìn)學(xué)生理解和應(yīng)用大概念。多元化的評估方式，不僅可以全面考查學(xué)生的知識掌握程度、理解程度和技能應(yīng)用，還能在一定程度上反映實踐活動對達(dá)成KUD教學(xué)目標(biāo)的影響。任務(wù)設(shè)計和學(xué)習(xí)評價緊密結(jié)合，使得評價過程自身也成為學(xué)生學(xué)習(xí)的一部分。學(xué)生在完成挑戰(zhàn)任務(wù)及其評價的過程中，既能在實踐中學(xué)習(xí)，又能通過評價得到反饋，有效地提升學(xué)習(xí)成效。基于KUD教學(xué)目標(biāo)的任務(wù)設(shè)計也鼓勵學(xué)生參與并反思自己的學(xué)習(xí)過程，這是自我評價的重要部分，也是培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的關(guān)鍵因素。

結(jié)論與展望

本研究深入討論了基于大概念以及KUD教學(xué)目標(biāo)組的計算思維課程設(shè)計范式。研究結(jié)果表明，大概念與KUD教學(xué)目標(biāo)能有效地整合、深化學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗，并提供了一種實用的規(guī)劃與評估課程的框架。通過堅持采用這種設(shè)計模式，教師能更有目標(biāo)性地構(gòu)建與執(zhí)行課程，專注于提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。同時，本研究進(jìn)一步闡明，以大概念和KUD教學(xué)目標(biāo)為指導(dǎo)的課程設(shè)計不僅有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，而且能促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新思維和求知欲的提升。通過解決現(xiàn)實中的問題來應(yīng)用知識、技能和態(tài)度，學(xué)生能更好地理解并解決復(fù)雜問題，進(jìn)而形成更強的自信和自主學(xué)習(xí)能力。

本研究期待更多研究者和教育工作者的參與，共同擴(kuò)大對計算思維課程設(shè)計的理解與實踐，也期待驗證此教學(xué)模型在更廣泛的教學(xué)環(huán)境中的效用，鼓勵學(xué)生成為信息社會的積極、負(fù)責(zé)和有效的參與者。展望未來，我們有望共同開啟一個教育新時代，為每位學(xué)生提供一個充分發(fā)揮他們潛力和才智的教育環(huán)境。

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