以问题冲突促进学生创意想象与高阶思维发展

周迎春

问题体验中的认知需求是学生在已有知识的基础上，试图通过对问题的深层探究以解决认知冲突的内部冲动或力量。它直接推动了学习动机的产生，是学习从问题情境进入问题探究阶段的关键因素。因此情境的创设需要隐含认知需求的触发因子，另外教学设计要凸显认知冲突，让学生参与解决问题的冲动主动生成。这也是信息技术课堂教学中培养学生计算思维等高阶思维，提升学生核心素养的关键所在。近期，笔者作为评委参与了省市级多个评优课研讨活动，并在省级活动中执教了“画正多边形”的公开课，在评价主客体的角色转换中认识到：近年来信息技术教材已经多次更新，教师的教学理念亦在同步跟进，智能文明时代确实需要教师在传递知识技能的同时，进一步精心设计教学环节，训练和提升学生的高阶思维。

一、问题情境项目化设计，

助力学生顺应性迁移

情境有助于使问题从抽象走向真实，并提升学生的好奇心和参与热情，附着于真实情境的知识技能更有利于学生的存储与提取。笔者在执教“画正多边形”一课时，要求学生掌握画笔模块的诸多控件，归纳正多边形的绘制规律和方法。考虑到前一课是“青蛙过河”，于是本课进行了个性化的情境设计，继续沿用了青蛙的角色，从网上下载荷花背景图，再编辑图片形成最终场景，任务变成：青蛙要进行跳跃比赛，请你编制Scratch程序绘制比赛路径图（见图1）。一开始，学生先完成青蛙点对点的跳跃，这只要提取目标所在的X、Y坐标即可，至此只是对前一课知识的复习回顾。新的问题是“要留下痕迹”，学生必须自学课本，了解如何落笔、清空、设定笔的颜色和大小等。当然，要完成第一个任务“正三角形的绘制”，如果用鼠标提取顶点坐标后再绘制不够精确，于是“移动N步”控件需加入其中，之后的调试又会遇到角色方向的准确定位、未知步数的“探测”计算获取等子问题。当完成了正三角形的场地“竞赛”后，再迁移到正方形场地的“复赛”就顺理成章了。

二、冲突设置分层递进，

能力提升潜移默化

要在教学设计中精准添加情境，前提是对教材进行精細解读。此外，情境的设计应该有连续性，既要靠近学生的生活，又要注意分层递进。在这一课的设计中，笔者依次设计了正三角形的场地轨迹，在任务示意图中有红色的轨迹，学生可以参照绘制。在正方形的绘制任务图中，需要学生自己观察并抽象出任务的实质。难度更大的第三项任务是在棋盘格上绘制正八边形（见图2），学生要思考如何最大化的问题，要在绘制前自行设计规划比赛轨迹草图，然后提取诸如起点坐标定位、步数提取计算等。而在实境进阶环节，则需要学生在舞台上绘制最大的圆形轨迹或8字形轨迹图。最后的创意拓展则是让学生自己利用已学的知识和技能绘制心中所想。

技能的提升需要分层设计任务，因此，笔者在这一教学案例的设计中，以比赛轨迹图绘制为主线，每一个任务都比前一个有所深入，需要使用新的问题解决策略。在一个个任务的转换中，问题冲突不断发生。在解决一个个新问题的过程中，学生的知识技能得到了潜移默化的提升，达到了润物细无声的效果。

三、引领跨越问题沼泽，

逐步晋级高阶学习

教学是慢的艺术，学生思维的跟进需要时间。不能为了赶进度而让学生直接下载复制粘贴教师的“下水方案”，要让学生独立或者小组共同完成“思考—实验—完善”的过程，而不是因循守旧。在经历过反复迭代演进过程，体验了困顿、醒悟、失败、成功等多种情绪之后，相应的思维能力才能在内化的过程中不断提升。“教师演示解决问题的路径—学生依样画葫芦”的习惯一旦形成模式，学生就容易产生依赖。为此，在本课的设计中，笔者在各个环节、各项任务中预设了大量问题冲突，如把线性问题改为非良构问题：移动步数需要学生自己通过坐标探查来计算获取;棋盘格中正八边形的最大化需要预先设计定位;机器人巡迹图则要求圆及半圆的最大化，还需要圆的周长计算等数学知识的融合。再如，在学生完成任务时新增一些问题冲突：在画好正方形后，请思考如何让每一条线的颜色及粗细都有所不同。预设该问题冲突的目的，是让学生把画笔模块中的“将画笔颜色增加为”及“将画笔粗细增加为”两个控件利用起来。更重要的是，此时学生的思维再次进入了“循环语句”，要模拟多次循环后再拖拽控件运行验证。

四、精心设计问题，培养学生高阶思维

“画正多边形”一课的教学目标是学会画笔模块控件的使用，并且学会正多边形的编制。事实上，画笔也是让思维可见的工具，教师要注重通过一系列预设的项目任务对学生进行计算思维等高阶思维的培养。通过程序的自动化实施，画笔的实时绘制呈现可让学生在编程时获得宝贵的直接体验，让他们能根据呈现结果慢慢调整控件命令参数，逐渐靠近预设目标。例如，在绘制正多边形时，有的学生发现第二次绘制时画歪了，于是添加了控制角色方向的控件;在绘制正八边形时感觉没有放在正中心位置，于是修改了起点坐标。这样，在程序反复调整修改的过程中，培养了迭代思维。

简单地说，计算思维可分为抽象和自动化两个步骤，再分得更细一些，则有结构分解、实体抽象、模型构建及自动化实施。笔者在教学设计中注重增加情境及项目化的任务设计，使学生在问题解决的过程中经历任务的分解、抽象及自动化（编程）的过程。例如，拓展环节是要在Scratch舞台上绘制一个最大的圆形路径，学生要将任务分解成一系列具体问题：最大圆的半径应是多少;周长如何计算;如果以360边形为圆的话，每条边的步数如何;起点如何定位等。另外，在不同的任务环节将出现循环算法思想，包括拓展环节的创意无极限，以及在舞台上画完一个横向的8字型机器人轨迹图后如何再画一个纵向的8字型轨迹图。又如，“画一个螺旋状的彩虹”（见图3）更是添加了循环的嵌套。以上问题设计实质上都指向了诸如归纳思维、发散思维、计算思维等高阶思维的培养。

五、引入人工智能，

提高跨学科解决问题的能力

在江苏省信息技术评优课《身边的人工智能》中，一位教师重组教材后以“流连彭城 回眸楚汉”为主题，设计了“智能规划游览彭城”这一主项目。在开始时出示徐州的几位历史名人，让学生利用人工智能平台的“百度识图”进行辨认，然后设置问题冲突：如何改革现有的人工验票流程，提升验票速度？学生讨论后引出了图像识别：一方面要机器学习采集人脸数据，另一方面还要通过Scratch调用机器学习结果进行程序调试。最后要求学生进行智能路程规划，学生又下载了旅游APP进行个性化旅游方案的确认。基于真实情况并从学生角度出发的整体化教学设计让人耳目一新，图像识别智能路程规划等AI技术刷新了学生的认知，使学生整堂课都沉浸在新鲜刺激的跨域解决问题的过程中，有利于提高学生面向未来的素养。

基于项目的Scratch教学可以通过项目化的情境设计，以问题冲突的有效设置为策略，激发学生的好奇心与想象力，有效地达成思维层面的培养目标。如今诸多编程软件随着软硬件的迭代演进而产生，最终又将会被更新的版本刷新，但是蕴涵其中的高阶思维能力，诸如迭代思维、递归思维、循环思维、发散思维等才是核心素养的真正体现，无论软件如何更新升级，个体只要拥有了这些思维能力，就可以以不变应万变了。

（责任编辑   郭向和）