学科思维理论下信息技术课程设计论文

2022-09-21 15:26:46 来源:写作指导

学科思维理论下信息技术课程设计论文

一、信息技术课程设计:从学科知识到学科思维

中小学信息技术课程可以追溯到20世纪50年代的计算机教育。近年来,随着计算机、网络技术的发展,以及人们对技术与社会关系认识的深入,它逐渐演变为一个目标多元、内容丰富、方法多样的现代教育领域,成为许多国家中小学的基础教育课程。考察国内外信息技术课程的发展历程,它大体经历了“面向学科知识”、“面向学科工具”和“面向学科思维”的课程开发取向,每种开发取向也表现出不同的课程特征。

1.面向学科知识的信息技术课程

以学科逻辑为根据、围绕知识结构组织起来的学习内容体系,即为面向学科知识的课程组织。20世纪70年代末,微型计算机的快速普及引发了教育学界的广泛关注,为占得信息化社会发展的先机,世界发达国家纷纷开设中小学计算机课程,程序设计成为当时计算机教育的主要内容。1981年,前苏联计算机教育学家叶尔肖夫(A.P.Ershov)在第三届世界计算机教育应用大会上作了《程序设计———第二文化》的报告,提出了“程序设计文化”的观点,他认为“是否具有编排与执行自己工作的程序的能力是人们能不能有效完成各种任务的关键。现代人除了传统的读、写、算能力以外,还应该具有一种可以与之相比拟的程序设计能力”。该观点反映出计算机程序学习的理念:希望学生通过程序原理的学习,了解计算机知识,掌握计算机操作过程,以适应计算机时代的生活。受程序设计观念的影响,我国中小学计算机教育初期也将“发展学生程序设计技能”作为主要教育目标。设计了掌握基本的BASIC语言,并初步具备读、写程序和上机调试的学习内容。从实施过程来看,程序设计课程为青少年创造了接触和了解计算机的机会,推动了计算机文化的普及。但是,从学生心理发展和学习过程来看,脱离了具体生活情境、忽视学生自身学习特点、抽象地向学生灌输计算机程序知识,无疑也是对青少年身心成长的一种摧残。此外,面对不断变化的信息化世界,计算机课程并不是要把每位学生培养成程序设计专家,而是希望学生能够具有信息技术学科的思维方式,正确理解计算机、人与社会的关系。因此,如何调动学生学习积极性、激发学生学习兴趣、发展学生独特的学科思维就成为信息技术课程设计所面对的新挑战。

2.面向学科工具的信息技术课程

20世纪80年代,计算机操作系统和应用软件日趋成熟,一些数据库管理系统(如Dbase)、电子报表系统(如Visculc)、文字处理系统(如WordStar)开始安装到微型计算机上,越来越多非专业的人员开始从事计算机应用工作。社会对计算机应用的现实需求促使中小学计算机教育从“程序设计”向“工具应用”转型,学习内容从前期的BASIC程序设计发展为计算机基础知识、计算机基本操作与使用、计算机常用软件介绍、计算机对现代社会的应用等主要内容。例如,美国东田纳西州大学科尔教授在第四届计算机教育应用大会上发表的《面向职员的计算机课程》中将计算机教育的目标界定为应用者能够在自己的教学科研、管理服务中把计算机作为一种有效的工具使用,其教学内容应该包括文字处理、电子报表处理、数据库、图像处理等应用软件的使用。这种“技术学以致用”的观点有着其存在的合理性,能够激发学生学习动机,特别是对即将毕业寻找工作的高年级学生来说,他们也非常希望学习一些实用的操作技能。但是从教育发展来看,基础教育毕竟不能等同于社会职业教育,其最主要的任务还应是促进学生综合素质的全面发展。事实上,如果过于强调信息技能操练,忽视信息技术本身所特有的解决问题的思维方法与应用策略,随着信息工具的快速发展,“当学生离开学校进入社会之前,他们所学的工具技能就已经落后于信息化社会的现实需要了”。

3.面向学科思维的信息技术课程

面向学科思维的课程设计强调学科知识与学科思维(DisciplinaryThinking)发展的结合,其目的是帮助学习者在知识学习的过程中形成独特的学科思维方式,全面理解生活中的世界。近年来,信息技术的革新推动了全球信息化的发展。随之,大众传媒摆脱了传统的单向、线性、控制的信息传播模式,进化为多元、互动、开放的信息化环境。信息受众也从被动的“接受者”成为信息“者”。在此充满新奇、变幻乃至诱惑的信息环境中,中小学信息技术课程就不应局限于信息知识掌握和信息技能操练上,甚至也不应停留于生活问题的解决上,而是更需要帮助青少年用信息技术学科思维方式理解信息世界,正确认识技术、个人、社会的内在关系,发挥信息技术的积极因素。多元智能专家霍化德•加德纳教授(Gardner,H.)在对学生多元智能发展研究中指出,“只限于学科知识(Subject-Matter)的学习虽然可以暂时增加学生的信息量,但过于强调知识记忆也会导致学生丧失解释新问题的能力,这就需要寻求一种新的教育设计方式,即面向学科思维”。美国教育技术协会在《学生教育技术标准》的修订版中就反映了信息技术学科思维的理念,增加了“批判性思考”和“数字化公民”的指标,指出学生要批判性地选择工具和资源,理解与技术相关的人、文化、社会的相关问题,安全、合法、负责任地使用信息和技术。面向学生思维发展的信息技术课程摆脱了“纯技术”教育的狭隘观念,从社会生态学的视角来理解信息环境中各要素的关系,希冀帮助青少年在“学技术”、“用技术”的基础上,能够从现实情境中,批判性地认识技术变革给信息环境带来的整体影响,并应用学科思维解决信息生活中的现实问题。综上可看出,信息技术课程开发的三种取向并不是截然对立的,而是随着研究者对信息技术课程认识的深入,从一个阶段向另一个阶段的发展。面向学科思维的信息技术课程是在继承信息知识、技术工具课程取向的基础上,关注学生内在思维发展,希望学生能够像“信息技术学科专家”那样深刻地思考信息化世界。

二、信息技术课程的学科思维:本质与特征

加涅(RobertMillsGagne)在认知心理学研究中将认识领域的学习结果分为三大类,即言语信息、智力技能和认知策略。其中,认识策略是指学生学习后形成的对内控制能力,以及调控认知活动的特殊认知技能,是学生内在价值的学习结果。就学科教育而言,其认知领域的教育意义既体现在外显的知识与技术学习方面,也反映在内隐的认识策略学习上。因此,信息技术课程在合理安排信息知识与技能、强调学生信息技术解决问题的应用行为时,更需要关注学生利用信息技术处理问题的内在思维发展,形成利用信息技术认识世界的独特思维方式,即计算思维、设计思维和批判性思维。

1.信息技术课程需关注学生的计算思维

算法是应用于计算机中产生特定结果的一种精确、系统的方法。从技术实现来看,它直接体现着计算机解决问题的方法与过程。近年来,随着信息技术工具的普及与推广,算法思想已广泛渗透于人们的日常生活、工作与学习之中。2006年,卡耐基梅隆大学周以真教授(JeannetteM.Wing)在计算机科学协会(ACM)年会报告中,明确提出发展学习者以算法为核心的计算思维(ComputationThinking),她认为“信息化社会的思维方式应是涵盖了计算机科学领域中所采用的最广泛的心理工具,是对问题解决、系统设计、人类行为理解的综合能力反映。发展学生计算思维就是要‘像计算机科学家’那样去思考信息化问题。当然,这些问题绝不只是应用于计算机科学领域,它适合信息技术所渗透的每一个角落。”显然,高度信息化社会的思维方式已超越了传统计算机环境中“为计算而思维(ThinkingforComputing)”的学术观念,而是将其放在信息化社会大背景下进行研究,形成“用计算而思维(ThinkingwithComputing)”的数字化生存的普适理念,以“算法”为核心的、关注人机互动的计算思维已成为信息化社会中处理问题的一种重要思维方式。2011年美国计算机科学教师协会(CSTA)研制的《中小学计算机课程标准》和2012年英国学校计算课程工作小组(ComputingatSchoolWorkingGroup,CAS)研制的《学校计算机和信息技术课程》都将计算思维作为课程的核心内容。发展学生“数据抽象、模型建构、回归验证、数字实现”的计算思维方式、提高学生利用信息技术解决问题的能力是信息技术课程的一种重要的内在价值。

2.信息技术课程需关注学生的设计思维

“设计”是一种创造性的规划活动,其目的是为事件、过程、服务以及在整个活动周期中所构成的系统建立一个高效的组织方式。西蒙(Simon)在《人工科学》中分析了“设计科学”的内容体系,认为设计不仅是技术教育的专业要素,更应是每个知书识字的人的核心素养。1990年,马奇(March.S)和史密斯(Smith.G)等人在西蒙理论的基础上系统阐述了设计科学的“概念、结构、模型与方法”,强调设计者要通过建立行为、形成知识、使用知识、评价知识来实现设计,并突出说明“构造与评价”作为设计科学特有的活动与思维方式。由此可见,设计思维(DesignThinking)正是设计者经过相应的设计活动或学习相应的设计知识后,所具备的擅长于设计的专业技巧,是一种特殊的思维形式,表现在处理问题上包括有“现象分析”、“问题识别”、“事实表征”、“概念产生”、“方案形成”、“方案评价”的过程。从表现形式来看,设计思维更强调通过形象化、结构性的方式来表示设计进程中的模糊属性,以此来明确所需设计的作品和研究过程的方案。如今,随着越来越多的信息技术应用于人们的生存空间,怎样区分复杂的信息现象、如何基于现实需要合理选择技术工具,怎样制定与验证应用信息技术解决问题的可行方案,这都是对信息化社会成员设计思维的考查。通过信息技术课程发展学生的设计思维,也就有益于学生将所学习的信息知识与技能迁移于解决实际的设计问题之中。

3.信息技术课程需关注学生的批判思维

所谓“批判思维(CriticalThinking)”是指人们对于某种事物、现象和主张能发现其问题所在,根据特有的思维逻辑作出的理性思考。早在20世纪初,美国哲学家约翰•杜威(JohnDewey)就在对个体反思研究的基础上概述了“批判思维”的概念,认为它是反思过程中所表现出来的解决问题的思考方式。1990年,范西昂(PeterFacione)等人开展了“批判思维特征”的研究,研究报告指出,“个体批判思维的培养并不完全在于是否知道一个批判思维的概念,最主要的还应该是明确批判思维的度量标准和习性特征。基于此,他们提出了‘澄清意义、分析论证、评估证据、推理判断’的批判思维分析维度和真实情境下合理运用批判思维的‘心智习惯(MentalHabit)’”。近年来,青少年接触信息技术和媒体信息的频度和时间迅速增长,也引发了“迷恋电视”、“沉迷网络”等严峻的社会问题。媒体文化研究者波兹曼(NeilPostman)就曾尖锐地指出“教育的目的本应是让学生们摆脱现实的奴役,学会独立地思考。然而,纷繁复杂的媒介信息却使得年轻人正竭力朝着相反的方向努力———为适应现实而改变自己,失去独立思考的意识”。因此,青少年缺少了对信息及信息工具的批判意识与分析能力,将个人陷于信息技术固有的程序控制之中,也就很有可能成为信息技术的“奴隶”,为技术所“异化”。2008年,国际教育技术协会(ISTE)分析了学生使用信息技术工具中的现实问题,重新修订“面向学生的教育技术标准(NETS•S)”,将批判思维作为一项重要内容标准,明确提出要“发展学生批判思维的技能,引导学生合理地使用数字化工具和资源作出信息选择与判断,解决具体问题”。因此,发展学生的批判思维,提高学生对信息应用的自控能力是中小学信息科技教育的内在价值之一。

三、面向学科思维的信息技术课程设计:框架与结构

面向学科思维的课程设计是知识技能学习与应用情境的结合,它不仅关注学生需要学习哪些内容,同样也引导学生理解为什么要学这些内容、怎样学习这些内容以及如何用这些内容进行专业交流,即发展学生“了解学科专业的基本目的,理解学科专业的知识结构、掌握学科专业的探究方法、懂得学科专业的交流方式”等四项基本能力。由此可见,面向学科思维的信息技术课程设计与开发,既不能脱离“知识”而孤立地谈“学科思维”,也不能忽视“学科方法”讲普遍性的“思维方式”,而是在综合分析学科结构、学生特点、社会需要的基础上,对学科课程的学习缘由、知识内容、探究方法和交流方式进行一体化的架构。

1.树立科学、技术与社会(STS)三元课程观

科学技术革命引发了生产工具的变革,同样也使得整个“科学范式(Paradigms)”发生了根本性的转换。在此过程中,如果人们缺少了对人、科学技术、社会一致性的思考,忽视技术生态“范式”的重新建构,就很有可能会引发人类生存环境的潜在危机。当前,社会存在的青少年“网络上瘾”、“沉迷手机”等社会问题,也时时提醒着信息技术课程设计者“不仅要关注信息知识与技能的学习,也要帮助学生理解技术本身与社会发展的内在关系,通过批判性思维技能分析信息现象,作出合理决定,解决信息化问题”。STS课程观以综合、多样化的方式描述科学技术与社会的关系,将学生的个人生活、科学技术和社会发展有机结合起来,实现人、科学技术和社会的一体化教育。正如亚格尔(R.E.Yager)指出的那样:STS教育为学习者学习科学技术提供了一个真实的社会情境,其中既包含了各个理论上的认识,也融入了其他方面的许多因素,其课程理念本身也就具备发展学生创造性的教学环境特点。因此,承担着培养数字化公民的中小学信息技术课程就需要树立STS的科学课程观,从而实现知识学习、技能掌握、思维发展的统一。

2.融合原理、方法与工具三类知识

一门充分发展的学科课程应有其独特的核心概念、逻辑结构和表达方式,以此反映学科课程的本体价值。中小学信息技术作为一门基础性课程,同样需要明晰知识结构,辨清逻辑关系,融合课程本身所固有的原理、方法、工具三类知识。2008年,俄罗斯联邦教育部重新修订中小学“信息与信息交流技术”课程标准,从信息过程、信息技术和信息对象等三个方面构建知识体系。其中,信息过程的内容包括信息表征、信息传输、信息加工等;信息技术的内容涵盖信息交流技术主要设备的原理特征、评价指标、应用过程与方法等;信息对象的创建与处理的内容包括多媒体信息化数字化、数据库、编程和建模等,以此构成课程的知识技能体系,突出“计算(Computing)”在本学科的核心地位。再如,华盛顿大学LawrenceSnyder教授按照美国国家自然科学基金会研发的“通晓信息技术(BeingFluentwithInformationTechnology)”的内容要求,从信息技术技能、算法和数字化信息、数据和信息、程序设计等四个方面分析信息技术的学习内容,将计算机和网络原理知识、应用方法和工具特征融合到知识体系之中,发展学生的信息通晓能力。可见,当前无论国外教育研究部门还是专家学者,都希望通过对信息技术的原理、方法与工具三类知识的融合,构建信息科技课程内容体系,明确核心概念,理顺要素关系,通过引导学生理解信息技术学科的本体价值,发展学生独特的信息技术思维方式。

3.渗透信息技术学科方法与探究过程

学科课程的本质特征既取决于它特有的学科逻辑体系,也表现在它独特的研究方法和话语体系。斯卡特金(M.H.CKATKNH)在对学科结构的研究中指出,“科学的学科课程既要包括重要的学科事实、概念、法则、理论,也要反映出它探究方法、认知活动的逻辑操作和思维方式”。中小学信息技术课程同样需要帮助学生了解信息技术学科的话语体系和探究方法,引导学生能够用信息技术的学科方法和研究过程去理解信息现象,思考信息问题。1990年,艾森堡(MikeEisenberg)和博克曼(BobBerkowitz)博士在对信息技术探究过程和应用方法中发现信息能力不同于技术工具的操作技能,如果缺少了应用方法与策略的学习,这些特定的技能也不能为学生提供不同情形下的技术应用迁移,也就无法实现问题的解决。据此,他们开发出发展学生批判思维和设计思维的信息问题解决的Big6技能方案,将信息能力的发展贯穿于任务确定、策略分析、信息检索与获取、信息应用、信息生成、过程与结果评价的学习过程中。2013年,英国教育部对中小学信息技术课程进行了改革,将“计算思维”和“设计思维”的发展作为信息技术学习的关键过程,要求学生通过“交流”与“合作”的方式,体验利用信息技术获取、分析、判断、加工、综合、创新、信息的过程,引导学生尝试使用“结构分析”、“模型设计”、“程序开发”和“调试完善”的学科方法进行信息交流。显然,这种具有学科特征的、调控思维的过程与方法,也正是我国当前课程改革非常看重的学习目标。

四、面向学科思维的课程开发:高中信息技术课程的重构

随着现代信息技术的发展,我国高中信息技术课程得以建立与实施,同样随着信息技术应用的“傻瓜化”和“日常化”,信息技术课程也面临着重重困惑。一方面信息技术工具的普及提高了学生的信息技术应用能力,另一方面机械的操作练习也限制了学生对信息技术课程本质特征的理解。实现知识技能与方法过程的统一,发展学生信息技术学科的思维能力,就成为信息技术课程重构的关键环节。

1.建立信息技术学科思维的表现性标准

表现性标准(PerformanceStandards)解释了在一定学习水平层次上学生应表现出来的行为特征,是一种可操作性的、具有等级特征的标准体系。从应用效能来看,它既可以把抽象的学习目标细化为可操作性的具体要点,也可以表述这些具体要点之间的相互关系,保持学习目标的整体特征。在面向学科思维的课程设计中,为了能明确学科思维的具体学习结果,知道学习结束后所应具备的信息技术的学科能力,就有必要建立与之相对应的表现性标准。例如,美国计算机教师协会(CSTA)制定的“学校计算机课程标准”,建议10年级学生要能够“聚焦于真实世界问题,应用计算思维和批判思维完成解决问题的方案,通过信息技术工具实现这些方案”。为了达到这种学科思维的要求,他们制定了与之相对应的表现性标准:分辨利用计算科学能处理的、难处理的、不能处理的问题;对于难以解决的问题,能够解释启发式算法(HeuristicAlgorithms)的近似方案;批判性地检测分类算法,并执行原算法;通过模型和模拟分析数据来确认方案。可见,建立一套清晰、具有可操作性的信息技术学科思维的表现性标准,既有利于师生对学科思维的理解,也便于组织教学内容,有针对性地开展教学。如同CSTA研究报告所言,“面向计算思维的计算机教育的表现性标准,不仅明确了对教师和学生教与学的期望,也建立了一个根本的等级体系,影响着教育管理者怎样选择、分配和利用教学资源。”

2.设计与表现性标准相一致的学科知识结构框架

学科思维之所以能对学科规律作出间接的、概括的反映,一定程度上在于它是以学习者自身的知识经验为基础的。没有足够的知识经验,学科思维也难以很好地发挥作用。信息技术课程的重构也需要按照信息技术科学的内在逻辑体系和学科思维的表现性标准建构与之相对应的知识结构和内容框架。2012年,英国计算课程工作小组从“语言、机器、计算;数据与数据表示、信息交流与合作;抽象与设计;宽泛的计算情境”等方面构建计算(Computing)学习的知识框架。近年来,无论国外的专家学者还是教育研究部门,在中小学信息技术课程建构过程中都开始关注信息技术的本体内容,并将此贯穿于课程设计之中。借鉴国际先进研究成果和国内经验,笔者通过分析信息技术自身的原理、方法和工具特征,梳理了其中的核心概念和内在关系,从计算、通信、控制等三个领域建构了促进高中学生信息技术学科思维发展的知识结构框架,将此融合于学科活动情境之中,为学生提供了解决信息问题的知识支撑。

3.组织信息技术学科思维迁移的教学活动

面向学科思维的信息技术课程是期望学生将信息技术学科思维方式合理迁移至日常生活与学习之中,将信息技术的学科方法渗透到解决信息问题之中,成为信息化社会的问题解决者、革新者和创造者。从现代学习心理学理论来看,思维的发展是一种富情境化的过程,脱离了真实情境的“说教式”教育是很难真正实现学生思维能力的迁移。霍华德•加德纳教授在发展学生思维研究中,开发了面向问题的学科思维发展模式,通过“学科情境问题、专业思考与探究、情境问题表述与解决、深入交流与反思”方式将学生的学科知识的建构与学科思维的发展结合在一起。因此,为了促进学科思维的学习迁移,高中信息技术教学活动就不应停留于知识的讲座和技能的操练上,同样还需要创设隐含计算方法的、与学生生活学习相类似的学习情景,引导学生在其中发现计算问题,应用信息技术学科方法设计与解决问题,将学科思维迁移于真实的问题情景中,逐步完善和发展这种思维方式。信息技术的快速发展和无处不在的搜索引擎已经使得人们意识到:具备良好的信息化思维方式比仅仅拥有繁杂无序的信息知识更为重要。因此,面向学科思维的信息技术课程设计就是要避免信息技术学习的重复记忆和机械应用,要在学生掌握信息知识与技能的基础上,引导学生用信息技术学科思维全面认识和思考这个复杂的信息化社会,作出科学、专业的信息化判断,更好地在信息化社会中生存、创新与发展。

作者:祝智庭 李锋 单位:华东师范大学开放教育学院