基于计算思维的支架式教学策略研究

郑鲁芳

【摘要】2017年底教育部正式公布《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》，提出高中信息技术课程全面提升高中学生信息素养的课程目标。计算思维作为信息技术学科四大核心素养之一，是教学中的重要内容。本文从教学策略的视角讨论利用学习支架促进计算思维技能形成，从而培养学生计算思维能力。

【关键词】计算思维   支架式教学   学习支架   教学策略

计算思维是信息社会成员处理信息问题的重要思考方式，也是新课标下信息技术课重要教学目标。教师对学生计算思维的培养缺乏可操作性指导，传统教学中让学生通过任务或案例学习感悟计算思维，因学生个体间差异对计算思维领悟存在的影响，教学效果不可控。若将计算思维看作一种可以训练的思维技能呢？从思维训练这个视角本文探讨利用学习支架培养学生计算思维的教学策略。

一、相关概念研究

（一）计算思维的含义

新课标明确提出“计算思维是指个体运用计算机科学领域的思想方法，在形成问题解决方案的过程中产生的一系列思维活动”。

（二）学习支架与支架式教学

“支架”最先源于建筑术语“脚手架”，即当建筑楼房时提供的临时性支持，当楼房建好后就撤掉了。这一词后来被引用到教学中，指根据学生的需要为他们提供帮助，并在他们能力增长时撤去帮助。

支架式教学就是以维果斯基的最近发展区理论为基础的教学策略，它强调为学习者构建知识、促进理解、发展思维提供一种概念框架，由浅入深地引导学生完成知识的意义构建，从而能够帮助学习者从现有水平提升到另一个新的更高水平。

二、搭建学习支架培养学生计算思维的必要性

传统教学中依靠学生在知识学习与实践中体悟计算思维的这种方式操作性不强且低效。思维能力是思维技能娴熟运用后表现出来的综合素质，具有综合性、抽象性的特征。若将思维看成是一种可以训练的技能，在教育教学中则具有很强的可操作性。赵姝等提出了一般思维训练的指导框架，将思维技能训练分为隐性思维显性化、显性思维工具化、高效思维自动化三个阶段，用以提高思维技能训练的可操作性。虽然现有研究中尚未发现专门针对计算思维训练的方法，但是计算思维是在形成问题解决方案的过程中产生的一系列思维活动，其形成机制具有所有思维的共性，计算思维的训练亦遵循思维训练的一般规律。

根据一般思维训练的指导框架，计算思维训练可以分为三个阶段。首先，利用显性化的学习支架帮助学生认识与理解计算思维过程;然后，学生借助学习支架这一工具思考解决类似问题;最后，当外部提供的学习支架逐渐被学生内化为自我搭建的支架，学生可以在无意识中利用支架进行分析、组织知识，达到思维自动化效果，从而能够有效促进计算思维的迁移应用。在教学中结合计算思维的具体内容，遵循思维训练的一般规律，利用学习支架这一有效手段开展计算思维训练，将使计算思维能力培养更具针对性和可行性。

三、面向计算思维的支架式教学策略设计与实施原则

（一）针对学习者的最近发展区设计学习支架

教学中设计基于计算思维的学习支架时，首先分析学习者当前计算思维表现水平以及要达到的目标水平，设计适合学习者的不同支持粒度的学习支架。支架粒度过大，学生无法借助支架完成任务;支架粒度过小，则无法达到思维训练的目的。

（二）利用学习支架将计算思维显性化

培养学生的计算思维首先要让学生认识什么是计算思维，然而计算思维隐含于形成问题解决方案的过程中，因此利用学习支架将计算思维显性化是十分必要的。设计学习支架时应该充分利用思维导图、流程图等将计算思维过程及结果显性地呈现出来，让学生观察到解决问题的过程、认识计算思维。在练习中，这些将思维过程显性化的学习支架可作为学生解决新问题的思维工具，引导学习者思考，帮助学生应用高效的方法形成相对稳定的思维模式。

（三）及时动态调整学习支架

支架式教学在于帮助学生成功完成当前的学习任务，其根本目的是使学生获得更高水平的独立，因此教师给予学生的支持对学生来说必然是暂时的。当学生的认知和能力日渐增强到一定程度、能够独立解决问题时，就可以循序渐进地撤去学习支架。

四、基于计算思维的支架式教学策略

（一）创建情境支架，激发学生思考

教学中发现学生存在不能灵活运用基础知识解决实际问题的问题，这与学生知识学习脱离实际问题情境有关，学生缺乏从情境中界定问题、抽象关键特征的能力，不能将计算机基础知识与实际问题建立联系。因此，在教学中要注意结合学生生活创建情境，真实的问题情境可以激发学生学习兴趣，促进学生对问题的解读和表征，建立计算机基础知识与实际问题的关系，从而找到问题解决的方法。比如，提出使用APP inventor为喜欢的科技節知识竞赛设计开发手机应用的任务，学生结合问题情境不仅能够将列表这种数据结构与竞赛题目的存储建立联系，找到问题解决的关键创建答题系统，而且还能够结合实际问题需要设计登录、积分等功能，使应用更加符合活动需要。

（二）搭建学习支架，使思维可视化

运用计算思维解决问题的过程需要一系列思维活动，学生自己在实践中难以感悟到这些复杂的思维活动，这就需要教师提供问题串、思维导图、表格、图示、流程图等多种形式的学习支架，这些支架要反映有经验的学习者 （如教师） 所经历的计算思维过程，帮助学生理解其中的要素关系，使计算思维可视化。

以循环为例，为学生提供表格填写每一次循环执行的结果，模拟循环执行的过程，帮助学生理解循环的过程及功能;在解决“百钱买百鸡”问题时，可先让学生绘制流程图表示出问题解决过程，然后根据流程图编写代码;解决复杂问题时，利用问题串、图示、提示语等支架让学生分解问题、描述问题，将复杂的问题逐渐分解转化为清晰描述的可执行操作。

（三）利用提示支架，培养良好习惯

好的学习习惯可以让学生在解决问题的过程中思维更流畅。学习支架不仅可以对学生的学习过程进行结构化、程序化，有序安排解决问题过程的各个阶段，还可以有效规范学生的行为，帮助学生形成良好的解决问题习惯，形成相应的问题思考方式，提高思考和学习效率。

教学中笔者发现，学生在编程解决问题的过程中的不良习惯严重影响任务的完成，比如：未对问题深入分析就急于写代码;代码一写到底，中间没有任何调试;命名不规范、缺少注释等。因此，教学中要对学生提出明确要求，如编程练习中所有变量命名遵循驼峰命名法;对变量、函数有注释说明;代码及时测试，即写一部分测试一部分;复杂任务一定先对问题进行描述等等，以培养学生良好的编程行为习惯及思维习惯，提高编程效率。

（四）提供反思支架，提高反思质量

具有计算思维的学生应该能够总结利用计算机解决问题的过程与方法并迁移到与之相关的其他问题中。研究表明，当学习者明确反思的内容时，反思对于问题解决具有积极作用。在问题解决过程中为学生提供反思评价支架，明确反思内容，不仅可以提高方案质量，还可以促进其对新知识进行深入理解建构和应用。

在APP inventor教学中，当学生完成手机应用之后，可以向学生提供反思问题支架，如作品是否实现了预期功能？代码是否简洁，是否可以优化？是否有更好的方案？在应用制作过程中遇到了哪些问题，怎样解决的，在解决问题的过程中学到了哪些知识方法？通过这一系列提问引导学生客观评价作品、深入反思学习过程，促进知识迁移。

五、总结

计算思维作为计算时代的新产物，是21世纪人们必须具备的素养与技能之一。教学不只是向学生教授知识，更重要的是培养学生的计算思维能力。支架式教学是培养学生计算思维的一种有效策略：一方面，学习支架是学生学习的脚手架，不仅可以将计算思维外显化、可视化，有助于学生认识、理解计算思维，还能够被学生内化作为思维工具用于解决问题;另一方面，学习支架是教师教学中的抓手和着力点，可以提高计算思维教学的可行性、针对性、有效性。

【参考文献】

[1]陈丽香，冯维.论組织者教学与支架式教学的异同及应用[J].教学与管理，2006（24）：62-63

[2]赵姝，赵国庆，吴亚滨，徐宁仪.思维训练：技术有效促进学习的催化剂[J].现代远程教育研究，2012（04）：28-34+78.

[3]朱龙，付道明.一种提升学生问题解决能力的问题支架应用框架——基于翻转课堂的实证研究[J].电化教育研究，2020，41（02）：115-121.