基于UBD理念的计算思维能力培养的教学策略研究

黄志锋

摘要：计算思维是指个体运用计算机科学领域的方法，在问题解决过程中产生的一系列思维活动。作者认为，基于UBD理论的评价为先的课堂教学是一种以评价为导向的教学模式，提出了有要求、有目标、有针对性的课堂教学策略，关注学生计算思维的发展与培养，值得探讨与研究。

关键词：UBD理论;计算思维;信息技术教学

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2022）02-0027-03

● 计算思维与UBD理论课堂的美好遇见

《普通高中信息技術课程标准（2017年版）》中提出了核心素养这一学科概念，指出要培养具有新时代关键能力与必备品格的数字化公民，就要重视和发展学科核心素养。其中，“计算思维”作为信息技术特有的学科核心素养被提出，相应地，新教材中出现了关于数据与算法的内容，对学生的计算思维能力有了较高的要求，而运用算法解决问题正是计算思维能力的体现。计算思维是一种高品质的思维活动，是用数学方法表达模型化的思维方式，分析数据的计算与数据之间的结构，最后利用计算机强大的运算能力得出结论的自主探究活动。不同于工具的学习，它不仅对学生的学习提出了挑战，更对教师的教学提出了更高质量的要求。

而UBD（理解为先）是由美国格兰特·威金斯和杰伊·麦克泰格开发的以明确的学习目标为起点、以促进学生有意义学习为宗旨，强调评价设计先于课程设计和教学活动开展的创新型教学设计模式。UBD理论的教学模型是一种基于评价的教学体系和策略，这种模型强调评价在前，关注教学设计的目的性和针对性，把握了课堂的基本方向，预设了学习的期望结果，围绕目标与期望结果选择教学策略，设计教学活动，强调教学环节的真实有效，提供课堂实施的评价标准。其所有的教学设计与活动都要围绕评价来思考，课堂是精练而高效的，以保证教学环节的平稳、有序和连贯。该模型关注问题解决的过程，重视学生计算思维能力的发展，是一种符合教师“教”的规律和学生“学”的规律的好方法。

● 基于UDB理论培养计算思维能力的三个学习阶段

根据UBD框架，笔者将学生计算思维能力的培养分为三个阶段。

第一阶段，对预期学习目标的评价，即明确在单元教学活动结束后学生应该知道什么、能做什么。例如，学生学习了必修1第一单元“初识数据与计算”后，应知道如下页表1所示的知识。

由表1可知，在单元学习之前，应首先根据课程标准和教学内容，科学合理地构建一个教学目标体系，明确要完成哪些具体的任务，其次根据学习者的认识规律，将教学目标划分为三个不同的级别，下一个层次对上一个层次提出要求，上一个层次完成本级别的目标，并为下一个级别的思维活动做好准备，整个教学互动通过循序渐进的方式逐一实现所有目标。

第二阶段，评价为先，明确证据评价。用评价来引导教学的设计，使学习活动有指向性，使教师在教学设计时严格按照基于证据的评价，设置启发性的问题引导学生进行思考和讨论，追求有意义的情境创设以及高效率的学习策略。同时，教师需要对评价标准和方式进行明确和细化，这样才能知道学生思维活动到了哪一个层级。这里的评价分为两种：一是评价方式（教师评价、客观评价、小组评价和自我认知评价），如在“计算机处理问题的一般过程”一节中，可以根据以下六个问题搜集学生计算思维培养的证据：①什么是算法;②如何表达算法;③算法的不同表达方式各自的特点是什么;④计算机处理问题的过程和人脑有何不同;⑤设计算法的意义是为了我们更好地去计算结果吗;⑥计算机处理问题的基本结构有哪些。只有理解了这些问题，学生才能体验计算机处理问题的一般过程，才能了解什么是设计一个简单的算法，什么是计算机科学的思维过程。二是结合布鲁纳的认知原理和周以真教授关于计算思维的外延定义，将学生的“计算思维”分为解释、抽象、建模、重构、抽象与现实的融合与思维的提高六个维度。教师根据不同的学习内容从上述维度中选择不同的标准，设计教学，通过PPT、视频和提问来引导学生思维活动，展开全面科学的探究活动，完成知识的迁移和内化，提升计算思维。在基于项目式设计的课题“快递计算器”中，笔者通过明确评价的证据来设计教学任务（如下页表2）。

通过不同角色的评价可以对学生进行定性的评价，通过计算思维六个维度的评价，可以制订评价标准定量表，明确每个学生每个教学单元的评价结果。以此作为课堂教学的评价依据，调整教学策略，有助于教学精准化，能有效提升学生计算思维能力。

第三个阶段，教师设计课程和活动。教师以第二阶段的评价为目标考虑设计符合评价标准的教学活动。UBD理念下的教学方法与新课程标准提倡采用与项目式教学相契合，根据UBD理念的第二个阶段的明确学生证据的评价，教师需要把复杂的、难度大的学习内容转化为多台阶、小步走的学习任务。例如，在必修1“数据与计算”中的“数据与系统”中，要求探究如何设计一个多表查询订票的系统。多任务的网上订票在现实生活中体现为综合性强、逻辑处理问题复杂的案例，笔者设计的项目为从厦门出发经武汉中转，最后前往成都。由于整个项目的车次查询条件较多，高一的学生可能无法快速理解如何在多张数据表之间进行查询，因此需要将大项目化成小项目，将小项目设计成循序渐进的任务群，让学生从单张表的一个简单任务入手，要求先查询“厦门—武汉”的所有车次中的动车和高铁信息。在随后的任务中，引导学生以小组为单位进行协作，理清思路，构建查询模型，建立查询方式，通过增加条件，引入SQL语句，逐步实现复杂条件的查询。通过这种教学策略可以培养学生分析数据的能力，并让学生明确数据结构的概念。在学生熟悉了数据操作的方法后，再引入多表结构，探究在不同的数据表之间进行关联和查询，最后完成对查询系统的设计。这样，学生的每一项能力都能通过细化的学习任务找到评价的证据，既便于教师观察，也有利于学生学习，让抽象的思维落实在具体的学习过程中。

● 基于UDB理论的教学策略反思

UBD理论的教学策略重视从学科知识的关键问题入手，强调理解之下的教学设计，所以要求教师在开展教学活动之前，必须先弄清课程标准要求、学科核心素养、学科核心知识的概念。UBD理论的教学策略强调基于评价的设计，以评价结果倒推教学设计，追求“怎么做”“怎么才能做好”“什么是好的标准”，也就是说，在明确教学目标的基础上去进行教学设计，使教学的实施能最终满足教学的要求，达到预设的期望。UBD理论的教学策略强调基于理解的教学设计，既需要教师理解教学的要求，用基于真实情境的项目式教学方法进行教学，也需要学生能理解所学的知识与现实生活的关系，做到真正的学有所得、学以致用。UBD理论重视评价的作用，特别是强调多元的评价。基于UBD理念的计算思维教学策略的评价抛弃了传统单一的以考试分数为评价手段的模式，基于学习发生的过程，从教学环境的不同角度对不同的角色（学习者、协作者、引导者）进行评价，并贯穿项目式学习的始终。依据计算思维的不同层级，多维度进行评价，引导学生在学习的过程中通过评价与反馈不断建构属于自己的知识体系，主动学习，学会思考，学会学习，做一个有科学思维能力的学习者，从而在自我探究的学习过程中，快速提高计算思维。

基于UBD理论的高中信息技术教学对学生的计算思维培养起到了积极的作用，采用多元的评价，教学的策略针对性也更强。笔者认为，不断优化UBD理论的信息技术课堂模型，一定会促进学生计算思维的培养。

参考文献：

[1]李婉莹.“逆向备课”的UBD教学设计框架[J].上海教育，2018（14）：32-34.

[2]威金斯，麦克泰格.追求理解的教学设计（第二版）[M].闫寒冰，宋雪莲，赖平，译.上海：华东师范大学出版社，2017.

[3]钟启泉.基于核心素养的课程发展：挑战与课题[J].全球教育展望，2016，45（01）：3-25.