創(chuàng)造意義學(xué)習(xí)：“算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”模塊教學(xué)研究

【摘要】意義學(xué)習(xí)基于真實(shí)的實(shí)踐活動(dòng)，從意義解構(gòu)到意義建構(gòu)，它倡導(dǎo)學(xué)生思維的綜合發(fā)展，促成教學(xué)多方對(duì)話，從知識(shí)習(xí)得走向思維發(fā)展，從課本學(xué)習(xí)走向多維探究，從單向輸入走向教學(xué)共生。本文以“意義學(xué)習(xí)”為切入點(diǎn)，探討對(duì)初中信息科技“算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”模塊教學(xué)的啟迪意義，并探索了意義學(xué)習(xí)的過(guò)程。【關(guān)鍵詞】意義學(xué)習(xí)；算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；教學(xué)實(shí)踐《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》的頒布與實(shí)施，進(jìn)一步凸顯全面提升學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)與技能，培養(yǎng)學(xué)生用算法思維分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力。但由于算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相關(guān)知識(shí)理論性較強(qiáng)，又很抽象，給教師的“教”和學(xué)生的“學(xué)”帶來(lái)難度，課堂呈現(xiàn)負(fù)面化：教學(xué)模式簡(jiǎn)單化，學(xué)習(xí)內(nèi)容枯燥乏味；教學(xué)過(guò)程灌裝化，學(xué)生無(wú)法理解學(xué)習(xí)；教學(xué)知識(shí)碎片化，學(xué)生缺乏系統(tǒng)學(xué)習(xí)；學(xué)習(xí)注重功利化，學(xué)生失去學(xué)習(xí)樂(lè)趣。如何建構(gòu)一種能真正促進(jìn)學(xué)生發(fā)展的“意義學(xué)習(xí)”方式，讓學(xué)生能夠理解基礎(chǔ)知識(shí)，掌握基本技能，又能在現(xiàn)實(shí)生活中靈活應(yīng)用？意義學(xué)習(xí)，看見(jiàn)每天學(xué)習(xí)的快樂(lè)意義學(xué)習(xí)是一種關(guān)注學(xué)生與知識(shí)之間實(shí)質(zhì)性聯(lián)系的學(xué)習(xí)方式，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者主動(dòng)參與、教師情境設(shè)計(jì)和知識(shí)建構(gòu)的發(fā)展性。這種學(xué)習(xí)方法不僅關(guān)注知識(shí)的積累，還關(guān)注個(gè)體行為、態(tài)度和個(gè)性的成長(zhǎng)。1.“邏輯意義”挖掘：學(xué)習(xí)材料作用的充分關(guān)聯(lián)意義學(xué)習(xí)的一個(gè)前提條件就是學(xué)習(xí)內(nèi)容本身必須具備邏輯意義，并且學(xué)生已經(jīng)知道的知識(shí)內(nèi)容對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)具有重要影響。教師應(yīng)該從學(xué)生已經(jīng)具有的知識(shí)結(jié)構(gòu)開(kāi)始，挖掘教材蘊(yùn)涵的邏輯意義，關(guān)注新舊知識(shí)的相互聯(lián)系和相互作用，使學(xué)習(xí)材料成為學(xué)生新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)點(diǎn)。2.“心向意義”激發(fā)：學(xué)生主體作用的充分實(shí)現(xiàn)學(xué)生進(jìn)行意義學(xué)習(xí)時(shí)，處于一種積極主動(dòng)的思維狀態(tài)，會(huì)形成對(duì)學(xué)習(xí)的自覺(jué)要求。學(xué)生學(xué)習(xí)有四個(gè)層次：第一個(gè)層次是學(xué)生參與的各個(gè)學(xué)習(xí)和成長(zhǎng)的場(chǎng)景；第二個(gè)層次是學(xué)生投入，包括認(rèn)知、情感、意愿的投入，學(xué)生投入了學(xué)習(xí)便發(fā)生；第三個(gè)層次是學(xué)生學(xué)習(xí)，即專業(yè)知識(shí)、自我管理、遷移能力的呈現(xiàn)；最后一層是學(xué)生發(fā)展，就是發(fā)展核心素養(yǎng)。意義學(xué)習(xí)就是要注重激發(fā)學(xué)生的“心向意義”，促使他們由“要我學(xué)”變?yōu)椤拔乙獙W(xué)”。3.“顯性意義”運(yùn)用：教師主導(dǎo)作用的充分發(fā)揮意義學(xué)習(xí)的過(guò)程中，不是教師單方面的情感投入和知識(shí)輸出，而是師生彼此成全的雙向建構(gòu)。教師要站在學(xué)生角度，考慮學(xué)生的感受，尊重、賞識(shí)、啟發(fā)、反思，打開(kāi)學(xué)生心靈的窗戶。在學(xué)生活動(dòng)的每一個(gè)層次都有相應(yīng)教師角色的變化，在學(xué)生參與層次是組織者，在學(xué)生投入層次是促進(jìn)者，在學(xué)生學(xué)習(xí)層次是激勵(lì)者，在學(xué)生發(fā)展層次是伙伴。學(xué)習(xí)是師生之間的互動(dòng)，相互交流、相互啟發(fā)、相互補(bǔ)充，從而豐富教學(xué)內(nèi)容，求得新的發(fā)現(xiàn)。意義解構(gòu)，為意義學(xué)習(xí)體驗(yàn)奠基教師在核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)統(tǒng)領(lǐng)下，對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行意義解構(gòu)，多元化解讀，整理出用于意義學(xué)習(xí)的素材和資源，精心設(shè)計(jì)目標(biāo)、情境、問(wèn)題、評(píng)價(jià)等，擴(kuò)展課堂教學(xué)場(chǎng)域，創(chuàng)設(shè)開(kāi)放的活動(dòng)氛圍，通過(guò)問(wèn)題生發(fā)思維動(dòng)機(jī)，促成學(xué)生對(duì)問(wèn)題的理解和解決，幫助學(xué)生透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)。1.目標(biāo)融合素養(yǎng)促系統(tǒng)領(lǐng)動(dòng)學(xué)習(xí)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)有意義學(xué)習(xí)和有效教學(xué)的首要原則。意義學(xué)習(xí)著眼于整體，這種整體性，既體現(xiàn)在教材內(nèi)容及其反映的思想方法的一體性上，又體現(xiàn)在各部分內(nèi)容的有機(jī)聯(lián)系上。教師只有對(duì)教材內(nèi)容的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)了如指掌，才能把準(zhǔn)教學(xué)的大方向，才能引領(lǐng)學(xué)生整體認(rèn)識(shí)系統(tǒng)的知識(shí)結(jié)構(gòu)，掌握理論體系，使得所學(xué)內(nèi)容前后連貫，渾然一體。教師圍繞教學(xué)內(nèi)容，從學(xué)科核心素養(yǎng)的角度，整體設(shè)計(jì)單元目標(biāo)，視角走向整體，發(fā)展學(xué)生的素養(yǎng)；精準(zhǔn)把握單課目標(biāo)，使得每課教學(xué)能夠更好地為單元目標(biāo)的達(dá)成而服務(wù)。如教師解讀課程標(biāo)準(zhǔn)、教師用書和教材，準(zhǔn)確定位“算法”的邏輯起點(diǎn)，將學(xué)生定位為教學(xué)活動(dòng)的主體，思考學(xué)生能學(xué)到什么、能做到什么，確定意義建構(gòu)的內(nèi)容，確定要掌握的知識(shí)技能，確定學(xué)習(xí)遷移的能力（表1）。這樣，學(xué)生從一開(kāi)始就可以知道學(xué)習(xí)的預(yù)期結(jié)果，系統(tǒng)地引領(lǐng)學(xué)習(xí)的全過(guò)程。2.知識(shí)聯(lián)結(jié)生活助情境調(diào)動(dòng)思考的開(kāi)始階段就是經(jīng)驗(yàn)，學(xué)習(xí)就是經(jīng)驗(yàn)的不斷擴(kuò)展，不斷同化新知。教師要捕獲與學(xué)生生活環(huán)境、學(xué)科知識(shí)背景相關(guān)的、有社會(huì)現(xiàn)實(shí)意義的現(xiàn)象或活動(dòng)，從而設(shè)計(jì)學(xué)生感興趣的教學(xué)情境，將新知融合到學(xué)生已有的知識(shí)結(jié)構(gòu)中。曾經(jīng)經(jīng)歷的熟悉情境會(huì)對(duì)學(xué)生更有黏性，使其如臨其境，可以引發(fā)高階思維，也能夠提供問(wèn)題化的組織結(jié)構(gòu)，提供有意義的目的。例如，為避免單純的概念性講解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的知識(shí)，教師引出現(xiàn)實(shí)事例：①超市為方便顧客和管理，設(shè)立電子寄存柜?！凹拇妗笔侨绾螌?shí)現(xiàn)的呢？（數(shù)組）②應(yīng)用軟件大多提供“撤消”功能，允許撤消有限的操作步驟?！俺废笔侨绾螌?shí)現(xiàn)的呢？（棧）③銀行、醫(yī)院等為方便按序辦理業(yè)務(wù)，都有“排隊(duì)叫號(hào)系統(tǒng)”，你知道計(jì)算機(jī)是怎么實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排隊(duì)的呢？（隊(duì)列）在蘊(yùn)含經(jīng)驗(yàn)的情境中產(chǎn)生真實(shí)的問(wèn)題，作為思考的刺激物，不斷激活學(xué)生已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)，為學(xué)習(xí)新知識(shí)提供穩(wěn)定的附著點(diǎn)。3.活動(dòng)深度實(shí)踐以問(wèn)題驅(qū)動(dòng)真實(shí)情境的原始素材往往具有問(wèn)題開(kāi)放性、條件隱蔽性、價(jià)值多元性特征，不適合直接作為教學(xué)素材展開(kāi)教學(xué)，需要教師進(jìn)行一定的加工。教師要梳理核心概念，確認(rèn)與這些核心概念相關(guān)的一系列基礎(chǔ)知識(shí)和技能，以此達(dá)到知識(shí)與素養(yǎng)的兼得。在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題時(shí)，教師可以借助工具提前做調(diào)查，了解學(xué)生的已知、未知，并從學(xué)生那里獲得問(wèn)題的雛形，結(jié)合學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)和個(gè)性特點(diǎn)，從這些問(wèn)題中選擇并轉(zhuǎn)化，將抽象深?yuàn)W的本質(zhì)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為學(xué)生感興趣的問(wèn)題，從而更好地為學(xué)生指出持續(xù)思考、自我探究的方向與方法。例如，選擇排序比較次數(shù)問(wèn)題，設(shè)計(jì)趣味體驗(yàn)活動(dòng)：10個(gè)外觀一樣的被測(cè)物，只能使用天平比較兩個(gè)不同被測(cè)物的重量，每次只能比較兩個(gè)，設(shè)計(jì)方法最快得出結(jié)果。教師設(shè)計(jì)問(wèn)題：①共比較幾次才找到最輕物？②比較幾次才能發(fā)現(xiàn)3個(gè)被測(cè)物中最輕的一個(gè)？③如果被測(cè)物有100個(gè)，要比較幾次？④設(shè)計(jì)一個(gè)公式，計(jì)算在n個(gè)被測(cè)物中找到最輕被測(cè)物需要比較的次數(shù)。4.學(xué)習(xí)日志運(yùn)用引評(píng)價(jià)互動(dòng)評(píng)價(jià)貫穿于整個(gè)學(xué)習(xí)歷程之中，發(fā)生在所有時(shí)間、所有環(huán)節(jié)之中。教師匯聚學(xué)生的活動(dòng)數(shù)據(jù)，利用不同的分析指標(biāo)對(duì)學(xué)生活動(dòng)行為、經(jīng)歷等要素建模，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)認(rèn)知風(fēng)格、思維方法和學(xué)習(xí)策略，從目標(biāo)情感、過(guò)程與知識(shí)等層面給予積極的反饋，提供個(gè)性化的報(bào)告、推薦、建議，從而促進(jìn)學(xué)生更加有效學(xué)習(xí)。教師可借助學(xué)習(xí)日志記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程，包括學(xué)習(xí)的進(jìn)度、解決問(wèn)題時(shí)的困惑與突破等，這是非常好的過(guò)程性文件。在學(xué)習(xí)過(guò)程中，教師要跟蹤學(xué)習(xí)日志，并進(jìn)行評(píng)分。教師通過(guò)翻閱學(xué)生的學(xué)習(xí)日志，可以找到學(xué)生學(xué)習(xí)中的需求，使得教學(xué)更具有實(shí)效性和針對(duì)性。意義建構(gòu)，形成動(dòng)態(tài)的連貫整體意義學(xué)習(xí)注重讓學(xué)生體驗(yàn)概念的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，理解知識(shí)與技能背后的“理”，感悟信息科技的思想與方法，形成可遷移的思維方式。學(xué)生在學(xué)習(xí)活動(dòng)中要像科學(xué)家一樣遇到真實(shí)的問(wèn)題并進(jìn)行決策、思考、假設(shè)、驗(yàn)證，進(jìn)行整合了技能、態(tài)度的實(shí)踐行動(dòng)。1.課前探習(xí)：變“學(xué)跟著教”為“教為學(xué)輔”有效的前置活動(dòng)可以充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，促進(jìn)課堂的自主與開(kāi)放。探習(xí)看似簡(jiǎn)單，實(shí)則內(nèi)涵豐富。用生活中的問(wèn)題激發(fā)學(xué)生積極思考，讓學(xué)生帶著自己的已知來(lái)到課堂，盡管零散、不成系統(tǒng)，但已做到“心中有底”，所以此時(shí)的學(xué)習(xí)不會(huì)是“漫無(wú)目的”地跟著教師走，而是帶著思考、帶著問(wèn)題主動(dòng)探究。有啟發(fā)性的體驗(yàn)之后的“教”要比沒(méi)有任何體驗(yàn)就“教”的效果明顯好很多。2.課中研習(xí)：變“教師講授”為“主動(dòng)探究”杜威在《我們?nèi)绾嗡伎肌芬粫姓f(shuō)“沒(méi)有概念的生成過(guò)程，就不能獲得任何知識(shí)的遷移，更不能對(duì)新體驗(yàn)產(chǎn)生更好的理解?！睂W(xué)習(xí)不是把概念直接裝進(jìn)學(xué)生腦袋里，不是被動(dòng)、機(jī)械地習(xí)得，更不是重復(fù)地死記硬背，而是要回歸學(xué)習(xí)的本質(zhì)，回歸學(xué)習(xí)是對(duì)問(wèn)題的探求。（1）實(shí)踐探究。在富有挑戰(zhàn)性的情境中，學(xué)生結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)，不斷洞察，有創(chuàng)造力地思考。在解決問(wèn)題中理解概念，逐步形成“專家思維”，使記憶更為深刻和持久。學(xué)生經(jīng)歷各種社會(huì)性的互動(dòng)，對(duì)話、質(zhì)疑、討論，通過(guò)互助分享，達(dá)到知識(shí)的分享。如設(shè)計(jì)杭州到北京耗時(shí)最少的旅行路線方案，學(xué)生需要完成三個(gè)探究活動(dòng)?；顒?dòng)一：?jiǎn)栴}分析，解析人工解決問(wèn)題的步驟，體驗(yàn)計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的過(guò)程；活動(dòng)二：設(shè)計(jì)算法，進(jìn)一步掌握算法的概念和描述方法，理解算法的概念；活動(dòng)三：程序體驗(yàn)，借此了解程序語(yǔ)言的發(fā)展歷程，體驗(yàn)Python程序的運(yùn)行，并深入了解程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的產(chǎn)生與發(fā)展。（2）遷移拓展。學(xué)生只有把獲得的知識(shí)和技能、原理和態(tài)度遷移到其他新的情境問(wèn)題中，才能夠產(chǎn)生真正持久的理解。教師要以促成反思和拓展為導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生復(fù)盤學(xué)習(xí)過(guò)程，展示并檢驗(yàn)思維收獲；梳理已有知識(shí)結(jié)構(gòu)、體系，產(chǎn)生新思考；遷移已有方法、經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)造新成果。學(xué)生在擴(kuò)充和完善原有的知識(shí)結(jié)構(gòu)，提升和發(fā)展思維品質(zhì)，形成強(qiáng)遷移能力，解決更復(fù)雜的問(wèn)題的過(guò)程中，提升核心素養(yǎng)。如設(shè)計(jì)不同的旅行路線方案算法，學(xué)生考慮交通費(fèi)用最少、路程最短、時(shí)間最短等多種因素；組建團(tuán)隊(duì)，明確任務(wù)，設(shè)計(jì)方案并實(shí)施，形成作品并評(píng)價(jià)；使用多種工具方法，如頭腦風(fēng)暴、思維導(dǎo)圖、搜索技術(shù)、數(shù)據(jù)建模等，發(fā)掘事實(shí)和方法背后的含義并謹(jǐn)慎運(yùn)用，創(chuàng)造新意義。（3）評(píng)估反思。教師組織學(xué)生對(duì)活動(dòng)中的學(xué)習(xí)經(jīng)歷與體驗(yàn)進(jìn)行討論、分析和評(píng)估，表達(dá)感受、反饋意見(jiàn)，讓學(xué)生在活動(dòng)中能有一定層次的感悟，使得學(xué)生能夠更好地掌握和應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)與技能。3.課后練習(xí)：變“機(jī)械重復(fù)”為“探究提升”有意義學(xué)習(xí)理論告訴我們，每個(gè)學(xué)生都有學(xué)習(xí)的潛能。課后，教師提供的課后習(xí)題要具有層次性、探究性和開(kāi)放性，讓不同層次的學(xué)生都能得到提升與發(fā)展，引導(dǎo)學(xué)生更靈活地運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，基于