【摘 要】計(jì)算思維是設(shè)計(jì)計(jì)算系統(tǒng)的思維過(guò)程，它具有完整性、遞進(jìn)性和關(guān)聯(lián)性等特點(diǎn)。在高中信息技術(shù)教學(xué)中，教師可基于問(wèn)題驅(qū)動(dòng)，將生活邏輯、學(xué)習(xí)邏輯和知識(shí)邏輯有機(jī)融合，讓學(xué)生經(jīng)歷學(xué)習(xí)的起點(diǎn)關(guān)聯(lián)、過(guò)程關(guān)聯(lián)與結(jié)果關(guān)聯(lián)等過(guò)程，找到真實(shí)的學(xué)習(xí)起點(diǎn)、經(jīng)歷真實(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程并擁有真實(shí)的學(xué)習(xí)收獲，從而培養(yǎng)其計(jì)算思維。

【關(guān)鍵詞】高中信息技術(shù)；問(wèn)題驅(qū)動(dòng)；關(guān)聯(lián)思維；計(jì)算思維

【中圖分類(lèi)號(hào)】G633.67 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1005-6009（2024）27-0066-04

【作者簡(jiǎn)介】王衛(wèi)全，江蘇省淮安市教學(xué)研究室（江蘇淮安，223001）信息科技教研員，高級(jí)教師。

《高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“新課標(biāo)”）指出，計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在形成問(wèn)題解決方案過(guò)程中產(chǎn)生的一系列思維活動(dòng)。從系統(tǒng)論的角度看，計(jì)算思維是設(shè)計(jì)計(jì)算系統(tǒng)的思維過(guò)程，具有完整性、遞進(jìn)性和關(guān)聯(lián)性等特點(diǎn)。在這一過(guò)程中，如何實(shí)現(xiàn)問(wèn)題的界定、分解、抽象、建模、算法的設(shè)計(jì)與實(shí)施、迭代與遷移等環(huán)節(jié)之間的深度關(guān)聯(lián)？其關(guān)鍵是要具備關(guān)聯(lián)思維。

一、關(guān)聯(lián)思維的內(nèi)涵

從系統(tǒng)論的角度講，關(guān)聯(lián)思維是建立系統(tǒng)要素之間聯(lián)結(jié)的思維方式。關(guān)聯(lián)主義理論對(duì)關(guān)聯(lián)思維進(jìn)行了闡述。關(guān)聯(lián)主義理論是加拿大學(xué)者西門(mén)思根據(jù)數(shù)字時(shí)代知識(shí)無(wú)處不在的特點(diǎn)提出的學(xué)習(xí)方式，認(rèn)為學(xué)習(xí)就是將學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)中的不同節(jié)點(diǎn)連接起來(lái)的過(guò)程，其結(jié)果包括：節(jié)點(diǎn)的增加或減少，節(jié)點(diǎn)之間連接的增加、減少、加強(qiáng)或減弱，節(jié)點(diǎn)或連接的特性發(fā)生變化。因此，要促進(jìn)持續(xù)性學(xué)習(xí)就要培育和維護(hù)節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間的意義關(guān)聯(lián)。關(guān)聯(lián)主義理論將關(guān)聯(lián)視為影響學(xué)習(xí)行為和學(xué)習(xí)效果的關(guān)鍵要素，直指學(xué)習(xí)的本質(zhì)。綜上所述，關(guān)聯(lián)是知識(shí)與知識(shí)之間因?yàn)槟撤N關(guān)系所建立的聯(lián)系，這種聯(lián)系既可以是縱向關(guān)聯(lián)也可以是橫向關(guān)聯(lián)。學(xué)習(xí)者具備關(guān)聯(lián)思維意味著能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)與認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的已有知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)等建立關(guān)聯(lián)，在關(guān)聯(lián)中不斷調(diào)整和豐富自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，形成解決現(xiàn)實(shí)生活中真實(shí)問(wèn)題的能力。

計(jì)算思維的發(fā)生離不開(kāi)關(guān)聯(lián)。計(jì)算思維是建立問(wèn)題界定、分解、抽象、建模、算法設(shè)計(jì)、算法實(shí)施、迭代以及遷移之間關(guān)聯(lián)的過(guò)程。問(wèn)題界定是建立不確定性與確定性之間關(guān)聯(lián)的過(guò)程，分解是建立模塊與系統(tǒng)之間關(guān)聯(lián)的過(guò)程，抽象是建立具體案例與概念之間關(guān)聯(lián)的過(guò)程，建模是建立對(duì)象要素之間關(guān)聯(lián)的過(guò)程，算法設(shè)計(jì)是建立指令之間關(guān)聯(lián)的過(guò)程，算法實(shí)施是建立算法與代碼之間關(guān)聯(lián)的過(guò)程，迭代是建立新舊知識(shí)結(jié)構(gòu)之間關(guān)聯(lián)的過(guò)程，遷移是建立新情境與舊情境以及新概念與舊概念之間關(guān)聯(lián)的過(guò)程。

二、問(wèn)題驅(qū)動(dòng)何以成為關(guān)聯(lián)思維培養(yǎng)的操作路徑

問(wèn)題驅(qū)動(dòng)教學(xué)包括三環(huán)節(jié)和五要素，從關(guān)聯(lián)思維的視角看，問(wèn)題驅(qū)動(dòng)教學(xué)的三環(huán)節(jié)和五要素及其相互關(guān)系如下。

（一）從關(guān)聯(lián)的視角理解三環(huán)節(jié)

問(wèn)題驅(qū)動(dòng)教學(xué)的三環(huán)節(jié)包括：創(chuàng)設(shè)情境，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題；分解問(wèn)題，解決問(wèn)題；回顧問(wèn)題，知識(shí)建構(gòu)。從關(guān)聯(lián)的視角來(lái)看，每個(gè)環(huán)節(jié)內(nèi)部關(guān)聯(lián)，創(chuàng)設(shè)情境是發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的基礎(chǔ)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題是創(chuàng)設(shè)情境的目的；分解問(wèn)題是為了解決問(wèn)題，解決問(wèn)題是分解問(wèn)題的結(jié)果；回顧問(wèn)題是知識(shí)建構(gòu)的基礎(chǔ)，知識(shí)建構(gòu)是回顧問(wèn)題的結(jié)果。三個(gè)環(huán)節(jié)之間相互關(guān)聯(lián)，在結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)“總—分—總”的特征，體現(xiàn)了發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分解問(wèn)題、解決問(wèn)題和回顧問(wèn)題的完整流程。

（二）從關(guān)聯(lián)的視角理解教學(xué)五要素

教學(xué)五要素包含情境場(chǎng)、問(wèn)題鏈、活動(dòng)串、思維梯以及知識(shí)樹(shù)，它們?cè)趩?wèn)題驅(qū)動(dòng)教學(xué)的過(guò)程中是連續(xù)發(fā)生的，學(xué)生學(xué)習(xí)的過(guò)程就是走進(jìn)情境場(chǎng)、基于問(wèn)題鏈、參與活動(dòng)串、攀爬思維橋、建構(gòu)知識(shí)樹(shù)、遷移新情境的過(guò)程。相鄰兩個(gè)要素之間是相互關(guān)聯(lián)的：一是情境與問(wèn)題的關(guān)聯(lián)，在體驗(yàn)情境場(chǎng)后，學(xué)生會(huì)產(chǎn)生認(rèn)識(shí)沖突，然后發(fā)現(xiàn)核心問(wèn)題；二是問(wèn)題與活動(dòng)的關(guān)聯(lián)，通過(guò)活動(dòng)解決問(wèn)題，每個(gè)子問(wèn)題對(duì)應(yīng)相應(yīng)的活動(dòng)，問(wèn)題鏈與活動(dòng)串之間形成關(guān)聯(lián)；三是活動(dòng)與思維的關(guān)聯(lián)，在活動(dòng)中積累經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)經(jīng)驗(yàn)的反思，培養(yǎng)高階思維；四是思維與知識(shí)的關(guān)聯(lián)，思維是知識(shí)生成的過(guò)程，知識(shí)是思維進(jìn)階的結(jié)果。

（三）問(wèn)題驅(qū)動(dòng)與關(guān)聯(lián)思維培養(yǎng)過(guò)程的關(guān)系

從系統(tǒng)論的角度講，教學(xué)環(huán)節(jié)是教學(xué)系統(tǒng)的時(shí)間結(jié)構(gòu)，而教學(xué)要素是教學(xué)系統(tǒng)的空間結(jié)構(gòu)，兩者共同構(gòu)成教學(xué)的完整系統(tǒng)，通過(guò)關(guān)聯(lián)思維實(shí)現(xiàn)起點(diǎn)關(guān)聯(lián)、過(guò)程關(guān)聯(lián)和結(jié)果關(guān)聯(lián)，使計(jì)算思維的培養(yǎng)過(guò)程與關(guān)聯(lián)思維的培養(yǎng)過(guò)程以及問(wèn)題解決的過(guò)程保持一致性。因此，筆者構(gòu)建如圖1所示的關(guān)系圖。

三、基于問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的關(guān)聯(lián)思維培養(yǎng)案例

（一）創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，建立起點(diǎn)關(guān)聯(lián)

新課標(biāo)強(qiáng)調(diào)真實(shí)性學(xué)習(xí)，學(xué)生的學(xué)習(xí)要從真實(shí)的生活或?qū)W習(xí)情境開(kāi)始，促進(jìn)學(xué)生學(xué)以致用，實(shí)現(xiàn)知識(shí)與生活的關(guān)聯(lián)。教師在教學(xué)中創(chuàng)設(shè)審美情境，可以引導(dǎo)學(xué)生建立知識(shí)與審美生活的有機(jī)關(guān)聯(lián)。

在課堂導(dǎo)入中，教師現(xiàn)場(chǎng)賦一首藏頭詩(shī)，給學(xué)生學(xué)習(xí)的信心，突出學(xué)科育人的功能。隨后，教師帶領(lǐng)學(xué)生回憶并齊唱歌曲《早安，隆回》，相機(jī)引導(dǎo)“這節(jié)課就讓我們一路同行，在漢諾塔游戲的過(guò)程中，共同經(jīng)歷一次愉快的遞歸之旅”。

（二）解決核心問(wèn)題，經(jīng)歷過(guò)程關(guān)聯(lián)

1.基于問(wèn)題鏈，提供學(xué)習(xí)支架

（1）以核心問(wèn)題指引學(xué)習(xí)方向

在創(chuàng)設(shè)情境、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題環(huán)節(jié)，教師安排學(xué)生觀看自己錄制的講解演示漢諾塔移動(dòng)的視頻，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)并總結(jié)漢諾塔圓環(huán)的移動(dòng)規(guī)則，思考手工移動(dòng)64層漢諾塔圓環(huán)需要多長(zhǎng)時(shí)間。學(xué)生猜測(cè)1年、2年或5年。當(dāng)教師說(shuō)出需要5800億年時(shí)，全體學(xué)生發(fā)出驚訝的感嘆，此時(shí)教師進(jìn)一步追問(wèn)：“如何用編程的方式模擬漢諾塔圓環(huán)的移動(dòng)過(guò)程呢？”

整堂課圍繞核心問(wèn)題展開(kāi)，將核心問(wèn)題轉(zhuǎn)化為學(xué)生可感知的學(xué)習(xí)目標(biāo)，也是學(xué)習(xí)成果評(píng)價(jià)的依據(jù)，體現(xiàn)了逆向設(shè)計(jì)的思想。

（2）以子問(wèn)題推進(jìn)教學(xué)進(jìn)程

教師將核心問(wèn)題分解為五個(gè)子問(wèn)題。問(wèn)題1：如何手工移動(dòng)1至3層漢諾塔？問(wèn)題2：漢諾塔圓環(huán)移動(dòng)有何規(guī)律？問(wèn)題3：如何將遞歸模型轉(zhuǎn)化為遞歸函數(shù)？問(wèn)題4：如何將遞歸函數(shù)轉(zhuǎn)化為遞歸算法？問(wèn)題5：如何將遞歸算法轉(zhuǎn)化為程序代碼？

兩個(gè)相鄰的問(wèn)題之間突出問(wèn)題的轉(zhuǎn)化，隨著問(wèn)題難度和開(kāi)放度逐步加大，問(wèn)題之間的關(guān)聯(lián)深度和廣度也逐步深入和擴(kuò)大，從而有效推進(jìn)教學(xué)進(jìn)程。

2.參與活動(dòng)串，完成活動(dòng)任務(wù)

活動(dòng)是為解決問(wèn)題服務(wù)的，五個(gè)活動(dòng)對(duì)應(yīng)五個(gè)子問(wèn)題，學(xué)生可通過(guò)自主實(shí)踐、小組討論等方式，建立不同學(xué)習(xí)方式之間、生生之間以及師生之間的關(guān)聯(lián)。

（1）活動(dòng)1：回憶視頻中的移動(dòng)過(guò)程，嘗試移動(dòng)手中的圓環(huán)，填寫(xiě)表格。

在活動(dòng)1中，學(xué)生通過(guò)回憶視頻中教師的示范移動(dòng)過(guò)程，與自己的移動(dòng)過(guò)程建立關(guān)聯(lián)，尋找其相似點(diǎn)和不同點(diǎn)。

（2）活動(dòng)2：分析圓環(huán)的移動(dòng)過(guò)程，總結(jié)規(guī)律，填寫(xiě)表格。

在活動(dòng)2中，通過(guò)分析圓環(huán)的移動(dòng)過(guò)程，學(xué)生將操作過(guò)程進(jìn)一步抽象，將過(guò)程符號(hào)化。教師給出1層漢諾塔圓環(huán)的移動(dòng)過(guò)程與規(guī)律，作為支架，啟發(fā)學(xué)生思考2層和n層漢諾塔圓環(huán)的移動(dòng)過(guò)程和移動(dòng)規(guī)律，從而建立不同層數(shù)漢諾塔圓環(huán)移動(dòng)過(guò)程與規(guī)律之間的關(guān)聯(lián)。

（3）活動(dòng)3：回憶自定義函數(shù)的功能及格式，填寫(xiě)表格。

在活動(dòng)3中，學(xué)生回憶自定義函數(shù)的功能及格式，建立遞歸函數(shù)與數(shù)學(xué)中自定義函數(shù)之間的關(guān)聯(lián)；同時(shí)明確han（n，a，b，c）函數(shù)與移動(dòng)模型“有n個(gè)圓環(huán)，從A柱通過(guò)B柱移動(dòng)到C柱”之間的關(guān)聯(lián)，以此遞推，讓學(xué)生明白遞歸函數(shù)的子函數(shù)就是在han（n，a，b，c）函數(shù)基礎(chǔ)上的持續(xù)迭代。

（4）活動(dòng)4：打開(kāi)畫(huà)程軟件，設(shè)計(jì)算法，分析自動(dòng)生成的代碼（設(shè)計(jì)過(guò)程略）。

在活動(dòng)4中，通過(guò)填寫(xiě)遞歸函數(shù)以完善算法，讓遞歸算法在畫(huà)程軟件中運(yùn)行，建立遞歸函數(shù)與算法的關(guān)聯(lián)；通過(guò)分析自動(dòng)生成的代碼，建立算法與代碼之間的關(guān)聯(lián)。

（5）活動(dòng)5：打開(kāi)Python軟件，完善程序代碼。

教師引導(dǎo)學(xué)生輸入不同層數(shù)，觀察輸出結(jié)果，并與手工移動(dòng)過(guò)程進(jìn)行比對(duì)。隨后，教師引導(dǎo)學(xué)生思考如果計(jì)算64層漢諾塔圓環(huán)移動(dòng)時(shí)間，計(jì)算機(jī)要運(yùn)行多長(zhǎng)時(shí)間。

在活動(dòng)5中，通過(guò)與手工移動(dòng)過(guò)程的對(duì)比，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的優(yōu)勢(shì)；通過(guò)對(duì)64層漢諾塔圓環(huán)移動(dòng)時(shí)間的測(cè)算，指出現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的不足，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生增強(qiáng)自主可控和原始創(chuàng)新的社會(huì)責(zé)任感，發(fā)揮學(xué)科的育人價(jià)值。

以上五個(gè)活動(dòng)，基于學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，突出基礎(chǔ)問(wèn)題自主學(xué)習(xí)、提高問(wèn)題合作學(xué)習(xí)和拓展問(wèn)題探究學(xué)習(xí)的基本思路，強(qiáng)化了活動(dòng)與問(wèn)題以及活動(dòng)與活動(dòng)之間的關(guān)聯(lián)，發(fā)揮了活動(dòng)的學(xué)科實(shí)踐價(jià)值。

3.攀爬思維梯，經(jīng)歷計(jì)算思維的過(guò)程

計(jì)算思維的培養(yǎng)過(guò)程是學(xué)生思維逐層抽象的過(guò)程，需要思維梯的幫助，從而實(shí)現(xiàn)思維進(jìn)階。其中，界定問(wèn)題時(shí)需要發(fā)現(xiàn)思維，子問(wèn)題1需要實(shí)踐思維和符號(hào)思維；子問(wèn)題2需要?dú)w納思維與抽象思維；子問(wèn)題3需要聯(lián)想思維和整合思維；子問(wèn)題4需要算法思維與創(chuàng)新思維；子問(wèn)題5需要工程思維與迭代思維，分別對(duì)應(yīng)了計(jì)算思維培養(yǎng)的全過(guò)程。

（三）知識(shí)建構(gòu)遷移，達(dá)成結(jié)果關(guān)聯(lián)

1.讓學(xué)生經(jīng)歷知識(shí)的發(fā)生過(guò)程

知識(shí)的發(fā)生過(guò)程就是回到知識(shí)的起點(diǎn)。本節(jié)課中，教師引導(dǎo)學(xué)生從學(xué)科大概念算法開(kāi)始，探求經(jīng)典遞歸算法，從知識(shí)發(fā)生的視角去回答這一問(wèn)題，取得了較好的學(xué)習(xí)效果。

2.讓學(xué)生經(jīng)歷知識(shí)的發(fā)展過(guò)程

回顧知識(shí)的發(fā)展過(guò)程就是要讓學(xué)生持續(xù)建構(gòu)知識(shí)。以遞歸算法為主線，學(xué)生經(jīng)歷完整的關(guān)聯(lián)過(guò)程：移動(dòng)經(jīng)驗(yàn)的積累—移動(dòng)過(guò)程的記錄—移動(dòng)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)—遞歸模型的建構(gòu)—遞歸函數(shù)的創(chuàng)建—遞歸算法的設(shè)計(jì)—遞歸代碼的編寫(xiě)—遞歸之美的發(fā)現(xiàn)—遞歸思維的遷移。

3.讓學(xué)生經(jīng)歷知識(shí)的創(chuàng)造過(guò)程

一是要內(nèi)化知識(shí)體系，形成自己的觀點(diǎn)，以思維導(dǎo)圖的形式呈現(xiàn)知識(shí)建構(gòu)的結(jié)果。二是讓學(xué)生經(jīng)歷知識(shí)的遷移過(guò)程，將程序編寫(xiě)中的遞歸遷移到生活中，將生活邏輯、學(xué)習(xí)邏輯與知識(shí)邏輯有機(jī)融合。

【參考文獻(xiàn)】

［1］朱彩蘭，陳彤，李藝，等.關(guān)聯(lián)思維的內(nèi)涵與形成路徑研究［J］.電化教育研究，2023，44（5）：29-35，43.

［2］鐘柏昌，劉曉凡.跨學(xué)科創(chuàng)新能力培養(yǎng)的學(xué)理機(jī)制與模式重構(gòu)［J］.中國(guó)遠(yuǎn)程教育，2021（10）：29-38，77.