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面向问题解决能力的高中信息技术“四级四化”课程体系的研究与实践

admin12小时前数码科技4

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摘要

【摘要】本论文提出高中信息技术课程的问题连续体概念，从问题解决能力的水平层次出发，提出了面向问题解决的信息技术四级课程结构。本研究进一步阐述了单元化、微型化、项目化、引领化的“四化”课程开发方法，以期重构优化国家课程，创生发展校本课程，推动学校信息技术课程的层次性、多样性和选择性发展，提升信息技术课程教学与个体能力发展的契合度，助力学生问题解决能力的培养。

【关键词】问题解决；高中信息技术；课程体系

一、问题提出

长期以来，信息技术课程教学以操作技能教学为主，缺乏与信息技术相关的真实问题情境的融入，不利于培养学生创造性解决问题的能力；对于抽象难懂的编程语句内容，学生基本采用模仿的方式学习，缺乏运用合理的算法解决问题的能力。进入2010年，随着物联网、大数据、移动技术、人工智能技术等新一代信息技术的迅猛发展，学生将要面对的未来世界的问题日益复杂多变。信息技术的快速发展，不断改变着人们的思维模式，已经超越单纯的技术工具价值，为信息技术课程注入了新的目标内涵与价值定位。2012年，美国计算机教育协会明确指出信息技术教育不只是“技术工具功能的掌握”，更应从“计算机思维”“合作交流”“计算实践与编程”等方面发展学生“核心素养”。2014年，教育部颁布《关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》，旗帜鲜明地指出“全面深化课程改革，落实立德树人根本任务，是提高国民素质、建设人力资源强国的战略行动”，“各学段、各学科、各环节都应充分发挥教育的育人功能，不断提高学生综合运用知识解决实际问题的能力”。教育部制定的《普通高中信息技术课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称“信息技术新课程标准”）指出“培育以学习为中心的教与学关系高中信息技术项目式教学设计，在问题解决过程中提升信息素养”是高中信息技术课程的基本理念之一高中信息技术项目式教学设计，“鼓励学生在数字化学习环境中学习与实践，将知识建构、技能培养与思维发展融入到运用数字化工具解决问题和完成任务的过程中”。可见面向问题解决能力的高中信息技术“四级四化”课程体系的研究与实践，新时代的信息技术教育已经从培养学生“信息技术的基本知识和技能”发展到培养学生“学科核心素养”阶段，课程培养的关键能力应是运用信息技术学科工具和方法解决问题的能力。

学习理论的研究表明，人类学习历经了“学习即个体获得”的获得隐喻和“学习即情境参与”的参与隐喻，当下正在走向“学习即知识创造”的新型隐喻。知识创造隐喻，要求技术不仅为学习者提供学习资源，推进学习者之间的互动交流，更要促成学习者创造新知识及开发出承载新知识的载体。新知识的载体包括概念、观点、理论、计划、方案、产品等多种形式，学习者在学习过程中创造出的知识即是由这些载体所承载。技术在新知识载体的创造中发挥着认知性中介、实践性中介、社会性中介和反思性中介等关键作用。在信息技术课程中，运用算法和数字化工具解决问题和完成任务的过程即是知识创造的过程。

目前，高中学校还缺乏系统化、多层次、多样化的信息技术课程，难以满足学生个性化发展需要：面向全体学生开设的国家课程，我们需重构课程内容，使教学能够有效实现问题解决能力的培养；面向学科特长生，我们应提高校本选修课程开发效率，解决高中学生学业紧张、学习时间少与学科兴趣培养之间的矛盾问题；面向致力于信息技术领域工作的学生，我们应给予学科的专业引领和生涯规划指导。因此，我们需要加强学校信息技术课程建设，重构国家课程，创生校本课程，形成系统化的学校信息技术课程体系；根据信息技术课程体系中的不同层次、不同类型的课程，开发出体现基础性、情境性、时代性和前沿性的内容，满足学生个性化学习需要。

二、面向问题解决能力的高中信息技术课程结构

（一）高中信息技术问题分类

高中信息技术课程培养的关键能力是运用信息技术特有的学科工具和方法解决问题的能力。我们首先要对信息技术课程解决的问题类型进行研究。卡斯特以技术问题为研究对象，从技术素养要求的角度将技术问题归纳为以下四种类型：发现问题、设计问题、故障检测问题和程序问题。华盛顿大学劳伦斯教授把信息技术学习内容分为信息技术技能、算法和数字化信息、数据和信息、程序设计四个方面。在两位专家研究的基础上，我们结合高中信息技术课程标准高中信息技术项目式教学设计，把信息技术课程常见问题分为数据与信息处理问题、算法与程序设计问题、互联网故障排除问题、作品设计问题、产品设计问题、改造问题、发明问题七大类型。美国亚利桑那大学的梅克教授基于对多元智能的研究提出了问题连续体理论，把问题按解决该问题所需的创造性程度来划分等级。如从教师和学生两方面，就问题本身、解决问题的方法、答案这三个维度的已知或未知状况来划分；或从问题、方法、答案是唯一的、系列的还是开放的这一角度来划分。本研究将问题分为单一性问题、再现性问题、引导性问题、参与性问题和开放性问题。我们以问题连续体理论为参考，把信息技术课程常见的七大类型问题归纳如表1所示。

从表1问题分类的内容看，高中信息技术问题分类涵盖了信息素养的各方面；从问题结构看，从类型一至类型七，问题从封闭过渡至开放，解决问题的策略和方法以及答案从一系列过渡至无限种，复杂度由简单至复杂，呈现问题解决的连续状态，也标志着信息技术课程培养学生问题解决能力的不同水平。

（二）面向问题解决能力的高中信息技术四级课程结构构建

学者黄再茂、陈文典在《“问题解决”的能力》中从三个维度分析学生的问题解决能力，即“学生问题解决的态度”“问题解决的方法和策略”“学生问题解决的品质”。基于高中信息技术问题分类的连续状态，我们从以上三个维度对培养问题解决能力水平逐层提高设置，提出了面向问题解决的信息技术四级课程结构（如表2所示），体现了信息技术课程的层次性、多样性和选择性，问题解决类型的广度与深度和培养学生的问题解决能力水平逐级增加。

基础课程主要是信息技术国家课程，为高一至高二年级学生的全员必修课程，满足全体学生的学习需求；实践课程和研发课程为校本课程、研究性课程及竞赛课程，每年为高一和高二年级300多名同学选修，满足不同层次信息技术特长学生的学习需求；活动课程为学校特色社团活动和英才计划，满足致力于信息技术领域工作的学生的需求。

三、面向问题解决能力的高中信息技术课程开发

（一）“四化”课程开发方法

安德森的思维适应性控制理论指出认知技能的获得是这样一个过程：知识先以陈述性的形式进入记忆系统，然后用弱方法产生问题解决方案，再通过知识编辑过程形成新的认知技能。其中最关键的一步是知识编辑过程，包括程序化与合成两个过程。程序化即形成专门的问题解决方法和技能。合成是组块化过程，提高问题解决的速度。安德森的思维适应性控制理论为我们开发四级课程提供了有力的理论框架。以“知识编辑过程”为面向问题解决能力课程开发关键，针对各级课程的目标要求和适用对象，我们依次探索形成单元化、微型化、项目化、引领化的“四化”课程开发方法：单元化，即紧扣学科大概念，以单元主题统整课程内容，实施单元教学，增强课程的系统性。微型化，即以微专题和微资源开发课程内容，实施微型学习，体现课程的灵活性。项目化，即基于真实的社会或生活问题情境，以项目产品开发为目的研制课程内容，实施项目式学习，突出课程的实践性；引领化，即以职业生涯规划为导向开发课程内容，实施学长引路式学习，突出课程的时代性。

1.单元化

对于基础课程，即全体学生的必修课程，我们提出信息技术课程单元化开发流程（如图1），即聚焦学科大概念，在分析课程标准、教材和学情基础上对课程内容进行知识编辑，把具体化的知识和技能转化为信息技术学科结构化知识，并结合信息技术情境形成问题链，最后设计学习活动。其中，针对“数据与信息处理问题”，我们从利用数据处理方法和技术工具解决问题的角度提出建立单元结构化知识流程，包括“数据收集—数据分析—数据可视化表达”。针对“程序设计问题”，我们从利用编写程序解决问题的角度提出建立单元结构化知识流程，包括“分析问题—设计方案—编程调试”。

2.微型化

对于实践课程，为学生个性化发展而设计，属于部分学生选修的校本课程。针对高中学生学业压力，校本课程学习时间难以保证，我们提出“微型化”这种全新形态的课程开发形式（如图2）。基于微型化开发的校本课程在评估学生需求和问题解决能力水平基础上，结合信息技术情境提出互联网故障排除问题、作品设计问题和产品设计问题。课程开发最关键的一步知识编辑过程体现故障排除过程或者作品设计过程，重点是排除故障的方法和开发工具的使用。我们把该部分问题一级级分割，最终形成小问题组成的问题链。每个问题呈现一个微小的知识点，并提供对应的微课。学生在微课和自主学习任务单引导下自定步调地开展学习。

3.项目化

基于项目的学习活动能促进学生运用知识和技能解决现实生活中复杂的问题。这与三级课程要求的问题解决能力水平一致。对于课程研发，我们提出基于项目式学习的课程开发方法（如图3），即学生以信息技术为主要工具，融合科学原理、工程思维和数学方法形成一个植根于真实问题的产品面向问题解决能力的高中信息技术“四级四化”课程体系的研究与实践，从而发展跨学科知识连接能力和问题解决能力。学生首先针对信息技术情境主动提出需要改良的问题，然后运用科学方法对问题进行探究，接着设计项目方案，并用技术解决问题最终形成植根于问题的产品。为了更好支持学生开展个性学习和项目研发，我们还提供了网络学习空间，不但实现了学习资源共享，同时还支持老师、学生与家长在学习过程中信息的交流、共享、沟通和反思。

4.引领化

与信息技术相关的社团活动、科技节、科技英才计划、大师讲座和研学等活动被定义为活动课程。项目组提出了信息技术活动课程“引领化”开发方法（如图4）。“引领化”课程开发方法打破了年级界限，在社团活动室开展项目活动，通过专家学者项目点拨、专业引领、生涯规划、学业指导，让学生在学习中少走弯路，并在信息技术专业上树立目标，不懈奋斗，努力向前。社团活动和科技节由高三或者高二学长引领高一社团成员，他们会把信息技术学习的经验和方法传授给学弟，研究的成果会通过科技节展示。科技英才计划、研学和大师讲座活动由专家学者、家长、校友和IT 精英参与课程开发，他们会把更多信息技术专业前景和学科思维方法分享给学生，坚定学生对信息技术专业学习的信心。