信息科技教育与学生思维品质培养
朱一军
2013年12月3日，经济合作与发展组织发布了PISA 2012数学、阅读和科学领域的测评结果，有65个国家（地区)参加，上海获得三个领域第一。在这次测试中，各个国家（地区)还随机抽取了约两千名学生参加了基于计算机的问题解决测试，上海学生的测试结果位居第六。这一结果表明，上海学生和其他国家（地区)数学、阅读和科学成绩相当的学生相比，使用计算机解决问题的水平显著较低，这与学生在家庭和学校用电脑学习的情况有关，也暴露出学生信息技术应用能力和问题解决能力的不足。
据NCREL、OECD、AACU、NRC等国际组织的研究表明，自主学习能力、信息素养、问题解决能力、批判性思维、持之以恒的能力及自我评价能力是终身学习能力的核心要素。
《上海市中小学信息科技课程标准》中明确提出，信息科技课程以信息素养的形成为主线，以全面提高所有学生的信息素养为根本目标，把信息技术作为支持终身学习和合作学习的手段，为适应信息社会的学习、工作和生活打下必要的基础。信息科技学科教育有着其他学科无法取代的学科思想和独特价值，直指学生终身发展的核心思维培养。
一、 信息科技学科核心思维品质与培养路径
纵观国内外信息科技课程的发展历程，课程培养目标大体经历了“面向学科知识”“面向学科工具”和“面向学科思维”的变迁。学科思维是区分学科边界、表征学科独立和成熟的重要标志，王吉庆、李锋教授指出，计算思维是信息科技课程的一种内在价值；王荣良教授提出了信息技术课程的三种思维：算法思维、工程思维、批判性思维；朱彩兰教授认为，计算思维、管理思维、结构化思维、设计思维、合作思维是信息时代个体生命特征中不可或缺的思维品质；祝智庭教授提出，信息科技课程的学科思维指向为计算思维、设计思维和批判性思维。《上海市中小学信息科技课程标准》指出：信息科技课程承担着“学会利用信息技术发展批判性思维和创造性思维，培养解决真实、开放问题能力”的任务。
信息科技学科更关注学生利用信息技术处理问题时所形成的内在思维品质，形成利用信息技术认识世界的独特思维方式，计算思维和批判性思维是信息科技学科的核心思维品质。
（一） 计算思维
计算思维的概念最早于2006年由卡耐基梅隆大学的周以真教授提出。“计算思维是涵盖了计算机科学领域中所采用的最广泛的心理工具，是对问题解决、系统设计、人类行为理解的综合能力反映。发展学生计算思维就是要‘像计算机科学家’那样去思考信息化问题，当然这问题绝不只是应用于计算机科学领域，它适合信息技术所渗透的每一个角落。”在后续研究中，逐步构建了一个以计算为核心，以抽象、自动化、设计、通信、协作、记忆、评估为基本概念的体系框架。计算思维是信息科技最基本的学科思维，有助于发展学生“数据抽象、模型建构、回归验证、数字实现”的计算思维方式，提高学生解决问题的能力，这也正是信息科技课程重要的内在价值。
国际教育技术协会（ISTE)和计算机科学教师协会（CSTA)于 2011年为中小学计算思维教育的开展提供了结构框架和内容指导，可作为培养学生计算思维的实施路径。具体操作步骤包括：1. 确认所需解决的问题，并通过计算机和其他工具来解决问题。2. 符合逻辑地组织和分析数据。3. 通过抽象（例如模型、仿真)的方法来表示数据。4. 通过算法（一系列有序的步骤)支持自动化的解决方案。5. 识别、分析和实施各种可行的解决方案，并整合这些最有效的方案和资源。6. 将该问题的求解过程进行推广，迁移到更广泛的问题解决与应用中。
（二） 批判性思维
被称为“现代批判性思维之父”的约翰·杜威认为，批判性思维即反省，是指“根据支持它或它将倾向的某个结论的理由对信仰或知识的假定形式所进行的持之以恒的、细心的、积极的思考”。2008年，国际教育技术协会分析了学生使用信息技术工具中的现实问题，将批判性思维作为一项重要内容标准，明确提出要“发展学生批判性思维的技能，引导学生合理地使用数字化工具和资源做出信息选择与判断，解决具体问题”。批判性思维能够培养信息素养的功能是由本身的特性所决定的。在信息时代,所有的知识与信息几乎都是触手可及,批判性思维可以帮助人们客观、公正地把握信息，可以通过解释、分析、评估、推论、说明以及自我校准来判断信息的清晰性、正确性、相关性、重要性，并在此基础上做出决策和行动。学会运用批判性思维，是学生走向社会后能依据信息需求有目的、高效地解决问题的保证。
1990年，来自人文科学、自然科学、社会科学和教育领域的46位美国和加拿大专家发表的《批判性思维：一份专家一致同意的关于教育评估的目标和指示的声明》一文中指出，批判性思维技能包括：解释、分析、评估、推论、说明和自我校准。我们可以以此为依据开展批判性思维的培养，帮助学生在经历“准确地理解信息，辨识信息之间的关系，对信息的可靠性、关联性、正确性进行评价，形成推测和假说，陈述推理的结果及依据，自我有意识地对自己的认知活动过程及结果进行监控并校正”的过程中提升批判性思维品质。
二、 问题化教学培养学生思维品质
（一） 问题化教学是提升学生思维品质的重要途径
斯腾伯格在《思维教学》一书中，曾谈到三种教学策略：以讲课为基础的照本宣科策略、以事实为基础的问答策略和以思维为基础的问答策略，其中第三种策略对于学生的思维培养最为有效。
问答策略的核心是教学问题的设计和实施。从苏格拉底的“产婆术”到杜威的问题教学法、布鲁纳的发现学习法，都是以问题为中心的学习方法。基于问题的学习（PBL)，源于20世纪50年代的医学教育，提倡“从理解和解决一个问题的过程中进行学习”，自90年代逐渐被引入到美国中小学教育中，并受到教学研究者关注。近年来，国外教学设计者们越来越重视教学中的问题性，并把目光投向了比PBL内涵更广阔、以问题和解决问题为教学设计焦点的研究工作。其中代表性的有，以问题编列来满足不同学习风格学习者全面发展的4MAT教学设计模式（Bernice McCarthy, 1996)，柏尼丝·麦卡锡认为学习是经过为何、是何、如何和若何的循环过程。还有直接面向不同类型问题解决的设计理论（David H.Jonassen, 2000)，乔纳斯细致划分和分析了各类良构和劣构问题解决的特性和教学设计模式，为解决问题流程中的问题特性提供了细化参考。梅瑞尔集大家之所长同时也提出了自己的独特看法，最有代表性的是他提出抽取蕴藏于各种教学设计模式之后基本原理的首要教学原理（M.David Merrill，2000)，该教学原理以问题解决的一般化流程进行阐述，包括问题、激活、实证、应用和整合，其中问题处于中心位置。2012年12月，梅瑞尔又出版了《Merrill教学的首要原理》一书，总结了首要教学原理的实证研究，以及相关的方法策略。(https://www.daowen.com)
基于问题的学习“强调把学习设置到复杂的、有意义的问题情境中，通过让学习者合作解决真实性问题，来学习隐含于后的科学知识，形成解决问题的技能，并形成自主学习的能力”。基于问题的学习有利于培养学习者的批判性思维能力和解决问题能力。
教学问题的设计是问题化教学实施的关键，应以课程标准和学生起点为科学依据，创设教学情境，按照知识点之间的相互关联和内在逻辑性进行问题的序列化设计与实施，这是引导学生思维发展的重要路径。
（二） 实现案例
以高中信息科技教材中的教学内容“枚举算法”为例，谈谈如何以问题化设计和教学来实现学生思维品质培养的具体实施过程。
教学问题的设计源于教学目标，由此找出课堂教学需要解决的核心问题，并围绕核心问题，延伸出相关的教学问题序列。根据对课程标准、学习者认知特点和学习起点，可确定本课教学目标为：“理解枚举算法的基本思想及结构特点，能使用枚举算法解决问题。”由此目标出发，将“如何理解和初步运用枚举算法”作为本节课的核心问题。为解决这一核心问题，进一步细化为“什么是枚举算法？什么时候用枚举算法？如何用枚举算法？”三个问题，通过这三个问题的解决来实现核心问题。
图1 问题设计与实施的一般路径示例
在具体教学过程中，要将教学内容和知识点，结合具体的教学情境进行问题化设计和课堂教学实施，整个教学过程也应以问题的引导与解决为主线展开。在本例中，教师结合让学生找出10本《评估与指导》教材中所有“选学模块”分册的具体问题情境，延伸出一套问题序列的设计，可以结合课堂教学环节展开提问和问题解决。
通过问题的分析，学生进行具体数据的抽象和模型设计，并进行相应解决步骤的算法设计，尝试设计具体的算法程序，进行设计思维和算法思维的培养。通过生活中算法实例的设计，让学生理解生活与程序设计之间的关系，进行知识迁移，开发学生开放性的创造思维，将该问题的求解过程进行推广，迁移到更广泛的问题解决与应用中。对于学生设计算法的问题，教师并不给出唯一答案，让学生自己通过识别、分析、自查和小组互评，培养学生的批判精神与协作能力。
案例中涉及的教学问题具有不同的分类属性，在设计时需根据各自的分类要求进行不同类别的设计。从问题的产生阶段来看，分为生成性问题和预设性问题；从问题的认知维度来看，可实现识记、理解、应用、分析、综合、评价六个不同层次的目标；从问题的运用维度来分，可采用五何分类方法：是何、为何、如何、若何、由何；从问题对学生思维能力的培养出发，可进行内容性问题和发散性问题的不同设计；从问题的结构特性出发，可分为良构问题和劣构问题。
最后，因为问题的设计均为教学之前的预设，为保证问题序列设计的有效性，如能将教学对象放入问题中进行初步模拟答问，建立可能的问题达成度的概率分布模型，将大大促进问题序列的有效设计。之后将问题序列投入教学实践，通过实践检验问题序列设计的可行性，再进一步完善教学问题设计的各个环节，促进问题序列的有效性。教学过程中，教师启发学生发现问题，善于课堂追问，围绕核心问题不断聚焦与深化问题的解决。
南京师范大学教育科学学院李艺教授将基础教育学生核心素养分为三层：最底层是“双基层”，以基础知识和基本技能为核心；中间层为“问题解决层”，以解决问题过程中所获得的基本方法为核心；最上层为“学科思维层”，指在系统的各学科学习中通过体验、认识及内化等过程逐步形成的相对稳定的思考问题、解决问题的思维方法和价值观。
由此可见，学科思维与学生核心素养有着密不可分的联系。信息科技教育要更加关注计算思维和批判性思维等学科思维的本质，提升学生终身发展所需的核心素养。
上海市信息科技特级教师、特级校长。毕业于华东师范大学信息与计算机专业。现任闵行区教育学院名师与校长工作室主持人，区重大项目推进指导顾问。兼任教育部“国培”专家，华东师范大学特聘教授，上海市教育学会中小学信息科技理事会副理事长，上海市教师学研究会综合学科委员会副主任，第一、二、三期上海市名师名校长工程基地导师、主持人，上海市高评委委员、执委会委员兼学科组长，上海市教委教研室学术委员会委员，上海市中小学信息科技课程标准制定专家。上海科教版中小学信息科技教材副主编、高中教材执行主编。科研成果获市、全国一、二等奖。