许憬：没有数据参与的计算机学习，不是真正的高阶学习 | 名师引领

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计算机信息处理的本质是数据处理，计算机技术只有遇见数据才能让这门新技术产生质的飞跃。也就是说，没有数据参与的计算机学习算不上真正的深度学习和高阶学习。

高阶思维下的信息技术数字化探究学习

文  |  许憬

名师简介

许憬：浙江省余姚市长安小学校长，全国优秀教师，浙江省特级教师、浙江省教改之星、浙江省名师工作室领衔人。长期潜心计算机课堂研究，初步构建“激、试、议、练、用”五环节教学模式。近年来积极推进学科改革，将算法思想、计算思维引入课堂，并开展了学习情境化、网络化、思维化的尝试。

座右铭：把职业当作专业，把专业当作事业。

信息技术是一门实践性极强的学科。按思维层次由低到高，信息技术实践教学有三种模式：验证性实践、制作性实践、任务型实践。思维性、智能性是计算机区别于其他工具的重要特征。教师不能将信息技术教学简单化为练习打字、画图等，更不能用简单的验证性操作替代具备思维含量的探究性实践。

信息技术学科中探究性实践离不开数据处理。笔者认为，没有学习的数字化，就不能实现学习方式的真正变革，没有数据参与的数字化学习，就不会有思维活动的深度发生。为了优化教学，笔者建构了一种基于数据、基于实验、基于实证的信息技术探究实践新模式。

让参数操作遇见高阶思维

计算机是思维的工具，信息技术教学设计不仅要体现广度、温度，而且要体现思维的深度（见表1）。所谓高阶思维就是发生在较高认知水平层次上的心智活动，是实现高阶学习、培养高阶能力的核心。

表1  信息技术学科学习的思维层级

信息技术学科中高阶思维的培养体现了深层信息素养的培育要求，体现了信息社会对人才素质的新要求，是适应原子时代向比特世界迈进、适应数字化生存的关键能力。信息技术是一门操作性非常强的学科。根据思维介入程度的深浅，可将计算机操作分为两类：基本操作和高级操作。

基本操作：也可以认为是通识化操作，通过简单的鼠标操作或菜单选择就可以实现。基本操作只涉及习惯性动作、默认参数的选用，一般只需低阶思维介入，不需要太多的思维参与。

高级操作：也称带参数操作。此参数指广义上的参数，需要通过内部的高级选项设置、参数的精准定位甚至算法设计、过程定义才能操作。高级操作需要高阶思维的参与，数字化学习必然涉及参数选用等操作。

例如，学生利用仿真软件操控发动机来实现简单的直行与右转指令，只需拖动“启动发动机”模块和“直行”“右转”模块至主程序流程图进程（使用默认值，无须改变参数）便可以实现，此即为基本操作（如图1）。

图1  基本操作

如果使用发动机并要求实现按指定的速度直行或按指定的角度右转，则要对“启动电机”模块和“直行”“右转”模块内部的多项参数进行设置才能实现，像这样的数据设置和思维参与行为就是高级操作。例如，修改发动机的参数设置，左右电机的默认功率均为80，根据需要更改右电机功率值为30（如图2）。

图2  高级操作

高级操作不限于对Vjc、Scratch等智能模块的参数设置，还包括一些看似简单的软件应用细节操作，事实上软件的很多内涵和选项也是参数范畴。

义务教育阶段，学生学习信息技术操作，如Word、Excel、PPT文件处理等，一般只需掌握默认操作或简单操作即可，但为达到某些特殊的效果或满足深度学习的需要，必然涉及高级菜单选项设置（高级操作）。例如，利用Excel连续求和，只需选定数据区块直接单击工具栏的“∑”按钮即可，此即为基本操作；但如果是不连续的精准求和，则需输入对应的函数公式才能实现，这个过程就是高级操作。

信息技术环境下的数字化学习是由一系列高级操作组成，包含屏幕观察、数据记录等，并经历相关的复杂操作和高阶思维训练。教师应用该模式让学生的技术学习实现了从定性到定量，从验证性操作到探究性实践，从低级认知到高级认知的升华。

信息技术环境下的数字化技术实践模式新探

信息技术的学习不仅需要大量的操作实践，更需建立在精细观察和大量的实验事实之上。笔者所讲的信息技术环境下的数字化技术实践，不是一般意义上的应用计算机进行学习，而是在计算机环境下将计算机学科概念作为学习对象，对屏幕数据进行观察、搜集、记录、比对、判断、选择、概括的高阶学习。

笔者主张从直接经验入手，采用程式化且易操作的手段，定量分析，使技术的研究更精确（如图3）。

图3  数字化实践的操作模型

信息技术学科的数字化教学实践是一个系统，它由6个基本环节构成。

01

问题分析

数字化技术实践的重点是找准核心问题。核心问题可能潜藏于影响学生认知的操作细节、理解上的疑点、知识建构上的难点、经验断裂带、思维生发点等。

问题分析包括对教材、对学科、对学情的分析，以及对学习预测、目标定位和核心问题的考量。

例如，信息技术教材对文件压缩的操作方法有详细介绍，但对压缩的本质与效果描述甚少，只提到“压缩一般可改变文件的大小”。这是一个极好的数字化学习的延展点：一般指什么？压缩率的高低跟什么相关？压缩后文件大小是否有量化的数据比较？有没有特殊情况？笔者选定“压缩后，不同文件大小会发生怎样的变化”作为研究课题。

02

实验设计

实验的关键是设计一份科学可行的方案。教师要在核心问题导引下做好实验设计，并遵循如下原则：有核心问题，有变量控制，有数据参与，有思维含量。教师设计实验方案时要选择好因变量与自变量，掌控好自变量的参数变化，剔除非核心干扰因素。实验方案的设计主体可以是教师，也可以是学生。

例如，“网页下载”与“收藏网址”是两个容易混淆的概念。在有网状态下难以甄别“收藏网址”还是“保存网页”。在信息技术课堂实践中笔者创设了有网和无网的环境，在信息技术虚拟的情境里设计了一个网页访问的实验，帮助学生理解“收藏网址”与“保存网页”的区别。

03

环境搭建与学单设计

其一，环境搭建。材料的结构会影响经验的习得和问题的解决。教师需搭建便于探究的可视化的技术环境，提供结构化的实验材料。

所谓材料的结构化，就是将搜集、积累的信息资源加以归纳、整理并重组，使之目标明确，重点突出，以利于学生理解学科概念；使之条理化、序列化，以利于学习的推进；使之活动化、可操作化，以利于学生认知；建构资源之间的链接联系使之网络化，引发高阶思维。

比如，在“压缩实验”教学中，教师为学生提供了一些典型的实验材料：纯文本文件、照片文件、音频文件、程序文件、Word文档、图案文件。其中既包含常用文件又包括压缩率偏低或偏高甚至是不缩反大等类型的文件，有利于形成强烈的数据对比，达到预期的实验效果。此案例中，教师选择的材料具有通识性和典型性，独具匠心。

其二，学单设计。学单是学习的主要线索，它可以为信息技术“教与学”提供有效的资源方法、学情分析、进程引领、作业练习等支持。

在数字化技术实践中，学单是实验的外在呈现，其形式有纯文本式、导图式、表格式、图文混合式等。学单的选择一定要有利于实验记录和数据比对。在数字化学习中表格是最佳的呈现方式。教师在“关键词查找”教学中，关于如何利用“搜索引擎”进行查找，设计了3份表格式实验单。

表格设计出发点不同，往往目的和结果也会不同。让学生执行表单一中的任务旨在训练对搜索结果索引目录的有序观察和有效性筛选；表单二的设计和执行旨在利用相同搜索引擎搜索不同关键词并比较结果，让学生体验多关键词组合精准搜索；表单三的设计与执行旨在利用相同关键词比较不同搜索引擎的搜索结果，让学生了解搜索引擎的效率差异。

04

实验操作

数字化技术实践由一组连续的实验活动构成，相比于普通操作，数字化实验的路径指向更清晰、更明确。教师要以实验学单为线索推进实验，要把控课堂教学进程，循序渐进。

例如，“让机器人学走路”教学中，教师为了让仿真软件走好“P”字母中的最关键一步（走弧线），设计了专用表单（见表2）和实验流程。

表2  弧线的方向、大小与什么有关

首先，班级内交流预设影响机器人走弧线的因素。接着，尝试实验，打开探究表选择方案，并利用仿真软件进行参数设置和调试，将实验结果填入表格，进行数据比对，寻找变与不变；全体交流“我的发现”，探索规律。最后，总结规律，正确操作使机器人走出“P”字母中的弧线。

05

数据记录

在信息技术里诸多信息都是以数据的形式呈现的，诸多操作结果也会以隐性或显性的方式反映在参数变化上。技术操作和算法学习中，数据最能说明问题。实验数据可以揭示科学的本质和规律，为概念的形成提供有力的佐证。在信息技术课堂上，教师要善于捕捉屏幕参数的变化，指导学生观察、搜集、记录、分析数据（见表3）。

表3  “压缩实践”数据记录单

06

实验结论

实验总结要充分体现科学性、全面性、自主性、开放性。实验结论要用事实说话，一定要依据记录的数据表单并对比变量因素推导出结论。教师要求学生基于翔实数据总结操作经验，找出规律，提炼要点，提出问题与建议。实验结论宜由学生得出。

实验结论可以是收敛的，也可以是发散的。在数字化技术实践中，实验结果往往会验证学生的预测，强化学生对概念的认知。但有时也会出现实验结果与操作前的预估、猜测、假设产生认知冲突的情况，学生不得不改变思维定式去接纳新概念，以获得实验现象与理论解析的一致性（同化与顺应）。此过程有利于发展学生的计算思维能力。

根据“压缩实验”数据（见表3）可得出结论：由于不同类型信息的编码方式有所不同，同款软件对文件的压缩效果相差较大，图案和程序文件压缩比较低，效果最好，位图文件和MP3文件压缩效果微乎其微；最小的纯文本文件压缩后，文件反而变大。

信息技术环境下的数字化学习，以学生为研究主体，以信息技术学科概念为研究对象，以屏幕数据为研究源，以劣构问题为研究目标，以表格为呈现方式，以实验为学习方式，以高阶思维为思维方式。这是笔者对信息技术这门新学科教学模式的一种全新尝试。

数字化技术实践强调动眼、动口、动手、动脑，是一种思维含量较高的学习形式，它改变了从概念、定义、规律入手的技术学习模式，开启了通过各种自主实验等事实性操作、试错法、数据实证分析来理解概念的课堂教学新模式。教师利用信息技术可以为学生提供可视化、可复原的实验环境，实现“做中研，做中学”，真正使学生实现从会操作到会探索、会研究的转变。

文章来源：《中小学数字化教学》2019年第8期，文章有删减责任编辑：祝元志微信编辑：李中华
监    制：朱哲