素养导向的信息科技项目式学习支架的设计与实践

李媛

摘要：本文以“红包雨来袭”项目为例，探讨在信息科技项目式学习中如何提供元认知支架支持，确保学生能够在项目式学习中独立识别自身优势、及时发现问题、了解学习状态，逐步构建自己的知识体系和能力结构。

关键词：信息科技；项目式学习；元认知；学习支架

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2024）07-0016-04

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）明确指出，要推动综合学习、开展项目式学习等综合性教学活动，加强知识间的内在关联，培养学生举一反三、触类旁通的能力，促进知识体系的结构化。[1]项目式学习作为素养落地的重要载体，鼓励学生参与真实、有意义和协作的探究，在实践中探索、发现和解决问题；同时，项目式学习更强调加深学生对知识的深度理解，引导学生在项目中形成专家思维，能将这种思维在不同的情境中遷移。[2]然而，新手学习者由于复杂任务管理能力、自我监控能力以及自我调节能力欠缺，往往会在项目解决的某一个环节停滞不前。因此，教师需要在学生学习过程中提供适时且有效的学习支架，为学生提供适应性支持，确保学生能够在项目式学习中独立识别自己的优势所在，及时发现问题，了解自己当前的学习状态，帮助学生逐步构建自己的知识体系和能力结构。

信息科技项目式学习支架搭建框架

学习支架是一种基于辅助学习机制和最近发展区理论的认知协助工具，它为学习者提供了一个临时性的支持框架，旨在满足他们在学习过程中的各种需求。通过这种支持，学习者能够更深入地参与到之前难以独立完成的学习任务中。受认知结构、问题表征、算法知识、动机、态度和元认知等因素的影响，学生在信息科技项目式学习中的学习效率与学习步调也有所区别。因此，在设计支架时，要从学生实际出发，既要重视学生认知层面的引导，也要关注学生非认知层面的发展。

元认知可以帮助学习者思考学习时机与学习方式，引导学习者积极运用一定的策略来解决学习过程中产生的问题，同时引导学习者调节其问题解决过程。元认知支架通过计划、监控和调节三个方面，引导学生在解决问题时明确主题、描述问题，帮助学生更加了解自己的学习目标，激活学生原有认知结构中的知识体验，并通过自我监控、自我调节和自我反思，找出他们在学习中的问题，促进学生新知识的转移。结合项目式学习的六大流程，笔者设计了如下页图所示的信息科技项目式学习支架搭建框架。

信息科技项目式学习支架设计案例

笔者基于小学五年级图形化编程课中的“吃豆精灵”“克隆飞机大作战”两个主题，重新构架内容，设计了“红包雨来袭”项目，以“抢红包”为核心玩法，以“你作为生活日‘售卖活动的摊主，需要设置优惠游戏，吸引客流量增长”为驱动问题，引导学生深入学习和掌握游戏设计的基础知识，不断优化问题的解决方案，最终完成项目的成果输出。本文基于该项目，探讨如何在信息科技项目式学习中提供元认知支架支持，激活并促进学生的学习过程，帮助学生更好地理解和管理自己的思维过程。

1.确定焦点问题，为项目拆解提供计划支持

项目化学习的第一阶段是理解问题，这个阶段的目的是让学生确定要解决的问题，并尝试用自己的话描述任务。高质量的项目要从重视学生的“想法”开始，让学生真正参与到项目中去，让他们提出想要寻求答案的有力问题。教师需要给学生布置劣构问题，让学生明确情境中待解决的项目，将所学与生活实际相联系。元认知支架可以帮助学生明确问题、制订解决问题的计划，通过提问提示激活学生的元认知。

在项目中，教师需要从元认知的计划层面出发，根据学生的“头脑风暴”结果，引导学生确定“需要知道”，让他们知道确定的问题是学习过程的核心。通过问题提示，引导学生对项目进行梳理拆解，明确项目目标，进而形成清晰的“待解决问题清单”。在对问题澄清的基础上，学生不断从问题情境中获取与问题相关的信息，提取或添加与这些问题相关的领域知识，形成问题空间中所有信息的语义网络，以自由分散的方式讨论每个问题的语义关系，并进行结构化的总结和组织。至此，问题被有效地分解和转换。

案例支架：“红包雨来袭”焦点问题任务单。

当学生协作解决复杂的编程问题时，如果可以通过功能元素、角色或其他逻辑将它们分解为易于理解的问题，解决编程问题的过程会更容易。借助情境支架（生活日即将来临，你作为生活日‘售卖活动的摊主，需要设置优惠游戏，吸引客流量增长），让学生观察“618”“双11”促销节电商平台的红包雨，观察商家的优惠活动设置，结合学生喜爱的“生活日售卖活动”，引导学生思考游戏制作需要解决的问题，明确“焦点问题”，并将复杂的项目问题拆解为几个容易解决的子问题：①你能根据红包雨视频，分析红包雨的主要功能吗？②我们的“优惠活动”项目目标是什么？③为完成这个项目目标，需要分别解决哪些问题？

元认知支架中的问题均不涉及内容层面的提示，需要小组成员自主讨论完成。在这里，元认知问题计划支架不是单独使用的，教师也可在其中辅以提示支架。例如，当学生在分析案例功能中存在的问题时，教师可以结合游戏设计五要素提示支架，让学生从对象、环境、目标、规则、交互五个方面来展开分析，利用情境支架与提示支架，让学生置身于情境之中进行思考与分析，并综合焦点问题任务单，逐步引导学生提炼本项目中的“待解决问题清单”。

2.绘制思维导图，为方案生成提供思维路径

项目式学习的第二阶段是建立新知识与旧知识的联系，教师需要引导学生找到这次要解决的任务与前几次要解决的任务之间的异同。学生需要明确在不同目标解决中待使用的“编程知识”。这意味着学生需要了解并掌握相关的编程概念和技能，如变量、数据类型、控制结构、函数等。而思维导图这一元认知支架，有助于学生整合和组织新知识，与先前的知识建立联系，对待解决问题清单里的关键任务进行分析，确定具体可执行的编程目标，并逐一规划解决方案。

在这一阶段，学生的能力差异较为突出。项目化学习致力于促进学生的持续学习，以实现学校教育与现实生活情境之间的顺畅“过渡”。为了实现这一目标，项目化学习需要适度减少“有效成功”模式下过早的高支持，转而采用“有效失败”策略。[3]学习支架的设计并非都是普适性的。教师需要确定哪些学生将从给定的学习支架中受益，为学生提供“阶梯式”支架，要求学生“剥洋葱”式使用支架，外层的支架为普适性支架，能力较为薄弱的学生则可以进一步使用内层支架。学生在确定自身所需支持时拥有自主权，但对于“内层支架”的提供时机，则需建立在学生积累了一定“失败”经验的基础之上。

案例支架：“红包雨来袭”思维导图。

在“红包雨来袭”项目中，为了培养学生的问题解决能力，引导他们构建全面且系统的解决方案，笔者要求学生按照三个层次绘制思维导图。第一层次，明确待解决的问题清单，并据此确定需要达成的具体编程目标。这一步骤旨在帮助学生确立项目的核心任务和方向。第二层次，思考并列出实现第一层次目标所需的编程相关知识和策略。这一步骤旨在帮助学生深入理解项目需求，并为其后续的编程工作提供有力的支撑。第三层次，分析程序中不同功能目标的共同之处，探索是否可以进行模块化处理。这一步骤旨在帮助学生优化代码结构，提高代码的复用性和可维护性。通过以上三个层次的思维导图绘制，期望学生能够在“红包雨来袭”项目中建立起清晰的问题解决思路，有效地完成编程任务。

以“红包雨来袭”项目为例，其目标设定应严谨而明确：第一，设计并绘制游戏角色，如红包和聚宝盆等关键元素。第二，确立清晰的游戏环境或背景，为玩家提供沉浸式体验。第三，明确控制机制，使玩家能通过按键操控聚宝盆左右移动，并在与红包互动时触发特效，增强游戏趣味性。此外，红包的随机掉落是游戏机制的重要组成部分，但红包的数量、起始位置、运动轨迹以及是否附带特效等细节应详细规划。不过学生在制订这些目标时，往往容易忽视细节，由于目标不清晰，算法设计和程序功能并不完善，最终影响项目的整体表现。因此，教师在支架设计时，应为这部分学生提供“内层支架”，通过个性化学习支架如“红包的具体参数怎么设定”等，帮助他们完善目标定义，提升项目的整体质量。

3.设计流程图，为协作项目制作明确监控思路

将新旧知识联结完成后，学生需要了解如何将这些编程知识应用到实际的问题解决中、如何选择合适的编程语言和工具、如何设计和实现算法等。学生需要具备一定的算法设计和分析能力，同时还需要具备一定的项目管理能力，对自己的学习过程进行动态监控。监控支架可以帮助学生确认问题解决进度，确认各个问题子目标的任务完成情况。教师可以借助元认知监控支架，及时提醒学生关注任务完成进度，并在必要时进行适当的调整。

通过元认知问题支架，引导学生使用自然语言或流程图来描述算法，比较不同算法的优缺点，并最终选择一种最适合解决问题的算法来编写程序、调试和运行。监控主要体现在两方面：一是对时间的把控，学生需要在制订方案时分配各环节的所需时间，并在制作作品时根据规划动态调整制作进度；二是引导学生及时发现问题解决中存在的问题，并进行相应的改进。信息科技教学活动中遇到的一种常见情况是试错循环，在项目式学习活动中对应过分强调尝试实践和修改优化阶段之间的前馈和反馈转换。这种监控支架的核心在于引导学生对自己的思维过程进行反思和监控，监测自身是否顺利完成问题示例、目标设定和算法理解，并且清晰明确。

案例支架：“红包雨来袭”目标实现流程图。

在“红包雨来袭”项目的思维导图中，学生已对游戏程序进行了模块化处理。在该环节，学生需要完成的流程图有两种：一是规划不同目标完成的先后顺序，简单绘制项目完成流程；二是针对不同的子目标，设计相应的算法解决方案，绘制目标解决流程图。教师需要在时间分配和算法解决方案两方面为学生提供问题支架，激发学生的元认知监控。在时间分配方面，笔者设置了两个问题：①完成终极目标的解决，需要经历哪些步骤？请用流程图表示；②总团体需要在的多少分钟内完成？每个步骤需要多少时间？（在流程图中标注）项目完成流程图并非只有唯一解，学生能将待解决的程序模块化，并按照合理的逻辑排列即可。在算法解决方案方面，则是通过问题“在完成任务的过程中，你们遇到了哪些问题？是如何解决的呢？”引导学生对其之前的思维过程进行监控与反思，检查是在算法理解、算法设计、目标设定哪一方面出错，并及时进行相应的改进。

4.共制评价量规，为迭代优化提供反馈空间

在项目式学习的最终阶段，教师有责任引导学生对解决问题的过程与结果进行深入反思，促进学生进行知识内化。在执行和修改方案时，当小组成员的进展没有达到预期、与目标状态存在差距时，通过反思支架让学生总结协作中遇到的障碍及原因，并进行相应的修改，找到解决问题的办法。在展示交流阶段，小组成员通过反思支架回忆自己小组的问题解决过程，分析合作过程中的优点或不足。为了更有效地实施这一评价体系，教师可以和学生共同设计基于表现类成果的评价量规。这一评价量规不仅可以作为学生自我规划、自我把控学习进度的有力工具，还能起到良好的监控作用，确保学习进度得以稳步推进。

信息科技项目式学习支架设计反思

支架的建立不仅是一个临时的支撑，更是学生学习过程中的一个重要工具，它帮助学生逐步发展思维、深化理解、形成技能。在設计和实施支架的过程中，教师必须遵循由复杂到简单、逐步撤离的原则，确保学生在逐步减少对支架依赖的同时，不断提升自身的独立学习和创作能力。元认知支架在学生学习过程的监控、策略调整以及自我反思能力的提升方面具有显著作用。当然，在实际应用中，为确保学生在信息科技项目式学习中能够全面、有效地获取知识、技能和思维成长，元认知支架还需与其他类型的学习支架协同工作，共同构成多层次、全方位的支持体系。

同时，由于编程教学在不同阶段具有不同的教学重点和思维培养要求，元认知支架在编程教学中的支持重点应作相应调整。其设计构建必须遵循学生的认知发展规律，并深入了解学生的学习状况，避免盲目追求高度而忽视学生的实际需求。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.义务教育信息科技课程标准（2022年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2022.

[2]杨明全.核心素养时代的项目式学习：内涵重塑与价值重建[J].课程·教材·教法，2021，41（02）：57-63.

[3]夏雪梅.项目化学习中“教师如何支持学生”的指标建构研究[J].华东师范大学学报：教育科学版，2023，41（08）：90-102.