建构“结构”，让知识通达思维

陈英

● 寻根：厘清“关系”——让知识“辩”出来

李艺教授团队提出的“双基、问题解决、学科思维”三层目标模型，提供了知识与思维关系的可讨论的理论基础。三层目标模型秉承发生建构论知识观，在知识和思维间建立一致性关联，重点关注学生思维能力的发展，为信息技术学科的教与学打开了新的思路，知识与思维的关系问题也豁然开朗了。

1.从性质看，知识与思维是共生的

通俗地讲，思维是一个“念头”到“另一个念头”之间的连接。这些“念头”可以理解为对事物的概念、定义，即所说的知识。由此可见，知识和思维是共生的，知识是思维的基础，思维是知识的连接器。

2.从横向看，知识和思维是动态的

思维指向具体的“动作”过程，以逻辑的形式表现出来，与逻辑数学范畴相应;知识则是在思维发生过程中被改变并沉淀下来的状态，与物理范畴对应。在这个动态过程中，新旧知识间的转化需要思维活动来触发。

3.从纵向看，知识和思维是发展的

从纵向看，知识和思维是相互作用、彼此促进的。一方面，丰富的知识是思维发展的基础，能够为思维建模和设计思维方法提供可能;另一方面，思维能够反作用于知识，能够让人们驾驭知识。

● 究底：建构“结构”——让知识“看”得到

在厘清了知识和思维的关系后，需要明确如何将知识与思维打通？三层目标模型启发我们，要通过问题解决来贯通。再追问：问题解决如何发生？这时必须回归认知发生这个核心问题来寻找答案。认知心理学家皮亚杰认为，认知是在已有图示的基础上，通过同化、顺应和平衡等机制，不断从低级向高级发展的一个建构过程。图示是人们解决问题过程中产生的一种认知结构。至此，知識通达思维的路径清楚了，就是要建构“结构”，知识的发生是“知识的发生”与“结构的发生”的统一。

概念、定义属于知识层面，典型特征是高度抽象，所以我们的大脑无法直接用，如何让知识在大脑中运作起来？这就需要“思维结构”来加工，让知识“看”得到，设计一种“形式”，让思维可视化、形象化。知识到大脑中的思维隔着一个思维结构，这个思维结构是可设计的。那么反向追问：大脑中能装什么？什么能够被大脑理解和执行？——思维模型！大脑中能够被运用的是知识的简单形式，这种简单形式具有形象化、可视化、结构化几个典型特征。

知识通过设计就有了一个对应于大脑的思维结构，正是这个思维结构，把知识跟大脑里的思维联系起来。正是这种“结构”，将抽象的知识变得形象化、可视化，从而打通了知识到思维的逻辑链路，化繁为简，从而更好地驾驭知识。

● 剥茧：解密“群体”——让知识“导”出来

在弄清楚了结构在知识学习中的重要作用后，我们再将视线回归学习发生的主体——学生。此处，必须明确几个问题：①高中生认知发展有何特点？②高中生能够运用哪些高阶思维方法解决问题？③教师该如何因势利导，让学生学习事半功倍？皮亚杰的认知发展阶段论告诉我们，高中生处于形式运算阶段，思维以命题的形式进行。在高阶思维方面，能够运用推理、归纳、演绎等思维方法解决问题。

弄清高中生群体思维发展的特征和行为表现后，教师可以因势利导，以教学活动为载体，让高生不断体验“推理”“设计”“质疑”“建模”等高阶思维活动，并逐步培养学生自主、自动运用高阶思维解决实际问题的意识和能力，从而让知识学习插上思维的双翼，让学生真正驾驭知识。

● 实证：通达“思维”——让知识“活”起来

以上认识，可以落实到高中信息技术课程中。从抽象度而言，程序设计是信息技术课程中的代表性内容。程序设计教学内容具有举一反三、高度抽象、逐步求精等若干特征，在知识通达思维方面必须经历由易到难、由特殊到一般的循序渐进的思维过程，必须经历试错、顿悟的反复质疑的思维过程，必须经历从具象到抽象的建模的思维过程。本文以Python程序设计教学为例，运用“推理”“质疑”“建模”三种思维方法，寻找让知识通达思维的可能路径。

1.在“推理”中通达思维

多重循环历来是程序设计教学中的重点和难点。在实际教学中，有相当一部分学生不能理解多重循环的本质和执行过程，究其原因，主要是缺少“推理”的情境和“推理”的能力。因此，该知识点的教学，可以尝试“易—难”“点—面”“具象—抽象”的教学思路。

情境1：图形变变变（推理：易—难）。

情境2：图形变变变（推理：点—面）。在情境1的基础上，推理图形3如何实现，并列表模拟实现过程。

情境3：打印9×9乘法表（推理：具象—抽象）。（打印内容从具体的“*”变为变化、抽象的算式）

经过这三个情境的学习，学生的脑海中会形成如图1所示的这样一个“结构”。

2.在“质疑”中通达思维

质疑是思维的起点，在学生不断的“质疑”中，知识得到修正和丰富。因此，在日常教学中，教师要善于运用问题教学法，巧妙设置前后关联的任务群，以学生现有的知识系统为起点，设置认知冲突，让学生在不断解决“为什么”中掌握新知识，通达思维。该知识点的教学可以尝试“告知—发现”“排错—顿悟”的教学思路。

情境1：变量和数据类型（质疑：直接告知—主动发现）。

在学习程序设计时，变量和数据类型是基础性内容，但是，对程序设计初学者来说，还是略显困难。下面，比较一下两种教学方法（如下表）。在主动发现的过程中，学生会发生各种各样的错误，会产生各种各样的疑问，在这些疑问被一一解决的过程中，学生也水到渠成地掌握了该部分的核心知识。

情境2：变量类型转换（质疑：试错排错—明白顿悟）。

从一个错误开始

请输入要买的水果的价格：8.5

请输入要买的水果的重量：4

Traceback （most recent call last）：

File "C：＼Users＼wwx＼Desktop＼01-helloPython.py"， line 8， in

t=p*w

TypeError： can't multiply sequence by non-int of type 'str'

质疑：为什么报错？如何查看Python中的数据类型？

print（type（input（）））

思考：怎么改？字符串—数值。

驗证。至此，在学生的脑海中，自然而然地能够形成如图2所示的思维结构图。

通过这个排错案例，学生不但掌握了Python中常见的数据类型，而且明白了类型转换的现实需要和实现方法。

3.在“建模”中通达思维

冒泡排序是基础编程教学中的难点，要想让绝大多数学生掌握其原理，并能够转化为完整的代码难度很大，所以，在学生学习过程中，教师要帮助、引导学生尝试建立该算法的“模型”，在“建模”中通达思维。因此，该知识点的教学可以尝试“启发—建模”的教学思路。

情境1：变量和数据类型（建模：引导启发—算法建模）。

启发1：体育课排队导入，讨论冒泡排序的基本思想方法：相邻元素，逆序交换。

实践活动1：创建一个数组a，存放2、1、3、4、5、6这六个数，从小到大排序（一轮）

实践活动2：数组a内数变为6、5、4、3、2、1这六个数，从小到大排序（五轮）。

启发2：如何从一轮排序（最好的情况）基础上，解决五论排序（最坏的情况）？

启发3：利用“支架”，分析过程。

启发4：代码能否优化？如何优化？（深度、轮次）。

启发5：九九归一，算法建模。

● 小结

知识和思维是一体的，知识的学习需要思维运作才能变得高效，在程序设计教学中，要重视建构“结构”的核心作用，尝试“推理”“质疑”“建模”等思维方法，让知识通达思维。建议教师将程序设计知识点以微项目的形式打散重构，并将项目系列化、纵深化。项目系列化、纵深化更为学生创造了运用高阶思维方法的时间和空间，在项目解决的过程中也培养了学生建构“结构”的能力。