面向學科思維的信息技術課程設計：以高中信息技術課程為例

作者：祝智庭李鋒

電化教育研究 2015年04期

信息技術的快速發展影響著青少年的生活與學習的方方面面，其強大的輻射力不僅改變著青少年的行為方式，也改造著他們的思維品質和文化特征，學校信息技術教育也就被賦予了全新的意蘊與內涵。轉變傳統的信息知識傳授觀念，發展學生信息技術的學科思維，提升學生在信息社會生存、學習與創新的能力就成為信息技術課程改革的一項重要內容。

一、信息技術課程設計：從學科知識到學科思維

中小學信息技術課程可以追溯到20世紀50年代的計算機教育。近年來，隨著計算機、網絡技術的發展，以及人們對技術與社會關系認識的深入，它逐漸演變為一個目標多元、內容豐富、方法多樣的現代教育領域，成為許多國家中小學的基礎教育課程。考察國內外信息技術課程的發展歷程，它大體經歷了“面向學科知識”、“面向學科工具”和“面向學科思維”的課程開發取向，每種開發取向也表現出不同的課程特征（如圖1所示）。

（一）面向學科知識的信息技術課程

以學科邏輯為根據、圍繞知識結構組織起來的學習內容體系，即為面向學科知識的課程組織[1]。20世紀70年代末，微型計算機的快速普及引發了教育學界的廣泛關注，為占得信息化社會發展的先機，世界發達國家紛紛開設中小學計算機課程，程序設計成為當時計算機教育的主要內容。1981年，前蘇聯計算機教育學家葉爾肖夫（A.P.Ershov）在第三屆世界計算機教育應用大會上作了《程序設計——第二文化》的報告，提出了“程序設計文化”的觀點，他認為“是否具有編排與執行自己工作的程序的能力是人們能不能有效完成各種任務的關鍵。現代人除了傳統的讀、寫、算能力以外，還應該具有一種可以與之相比擬的程序設計能力”。該觀點反映出計算機程序學習的理念：希望學生通過程序原理的學習，了解計算機知識，掌握計算機操作過程，以適應計算機時代的生活。受程序設計觀念的影響，我國中小學計算機教育初期也將“發展學生程序設計技能”作為主要教育目標。設計了掌握基本的BASIC語言，并初步具備讀、寫程序和上機調試的學習內容。從實施過程來看，程序設計課程為青少年創造了接觸和了解計算機的機會，推動了計算機文化的普及。但是，從學生心理發展和學習過程來看，脫離了具體生活情境、忽視學生自身學習特點、抽象地向學生灌輸計算機程序知識，無疑也是對青少年身心成長的一種摧殘。此外，面對不斷變化的信息化世界，計算機課程并不是要把每位學生培養成程序設計專家，而是希望學生能夠具有信息技術學科的思維方式，正確理解計算機、人與社會的關系。因此，如何調動學生學習積極性、激發學生學習興趣、發展學生獨特的學科思維就成為信息技術課程設計所面對的新挑戰。

（二）面向學科工具的信息技術課程

20世紀80年代，計算機操作系統和應用軟件日趨成熟，一些數據庫管理系統（如Dbase）、電子報表系統（如Visculc）、文字處理系統（如WordStar）開始安裝到微型計算機上，越來越多非專業的人員開始從事計算機應用工作。社會對計算機應用的現實需求促使中小學計算機教育從“程序設計”向“工具應用”轉型，學習內容從前期的BASIC程序設計發展為計算機基礎知識、計算機基本操作與使用、計算機常用軟件介紹、計算機對現代社會的應用等主要內容。例如，美國東田納西州大學科爾教授在第四屆計算機教育應用大會上發表的《面向職員的計算機課程》中將計算機教育的目標界定為應用者能夠在自己的教學科研、管理服務中把計算機作為一種有效的工具使用，其教學內容應該包括文字處理、電子報表處理、數據庫、圖像處理等應用軟件的使用。這種“技術學以致用”的觀點有著其存在的合理性，能夠激發學生學習動機，特別是對即將畢業尋找工作的高年級學生來說，他們也非常希望學習一些實用的操作技能。但是從教育發展來看，基礎教育畢竟不能等同于社會職業教育，其最主要的任務還應是促進學生綜合素質的全面發展。事實上，如果過于強調信息技能操練，忽視信息技術本身所特有的解決問題的思維方法與應用策略，隨著信息工具的快速發展，“當學生離開學校進入社會之前，他們所學的工具技能就已經落后于信息化社會的現實需要了”[2]。

（三）面向學科思維的信息技術課程

面向學科思維的課程設計強調學科知識與學科思維（Disciplinary Thinking）發展的結合，其目的是幫助學習者在知識學習的過程中形成獨特的學科思維方式，全面理解生活中的世界[3]。近年來，信息技術的革新推動了全球信息化的發展。隨之，大眾傳媒擺脫了傳統的單向、線性、控制的信息傳播模式，進化為多元、互動、開放的信息化環境。信息受眾也從被動的“接受者”成為信息“發布者”。在此充滿新奇、變幻乃至誘惑的信息環境中，中小學信息技術課程就不應局限于信息知識掌握和信息技能操練上，甚至也不應停留于生活問題的解決上，而是更需要幫助青少年用信息技術學科思維方式理解信息世界，正確認識技術、個人、社會的內在關系，發揮信息技術的積極因素。多元智能專家霍華德·加德納教授（Gardner，H.）在對學生多元智能發展研究中指出，“只限于學科知識（Subject-Matter）的學習雖然可以暫時增加學生的信息量，但過于強調知識記憶也會導致學生喪失解釋新問題的能力，這就需要尋求一種新的教育設計方式，即面向學科思維”[4]。美國教育技術協會在《學生教育技術標準》的修訂版中就反映了信息技術學科思維的理念，增加了“批判性思考”和“數字化公民”的指標，指出學生要批判性地選擇工具和資源，理解與技術相關的人、文化、社會的相關問題，安全、合法、負責任地使用信息和技術。面向學生思維發展的信息技術課程擺脫了“純技術”教育的狹隘觀念，從社會生態學的視角來理解信息環境中各要素的關系，希冀幫助青少年在“學技術”、“用技術”的基礎上，能夠從現實情境中，批判性地認識技術變革給信息環境帶來的整體影響，并應用學科思維解決信息生活中的現實問題。

綜上可看出，信息技術課程開發的三種取向并不是截然對立的，而是隨著研究者對信息技術課程認識的深入，從一個階段向另一個階段的發展。面向學科思維的信息技術課程是在繼承信息知識、技術工具課程取向的基礎上，關注學生內在思維發展，希望學生能夠像“信息技術學科專家”那樣深刻地思考信息化世界。

二、信息技術課程的學科思維：本質與特征

加涅（Robert Mills Gagne）在認知心理學研究中將認識領域的學習結果分為三大類，即言語信息、智力技能和認知策略[5]。其中，認識策略是指學生學習后形成的對內控制能力，以及調控認知活動的特殊認知技能，是學生內在價值的學習結果。就學科教育而言，其認知領域的教育意義既體現在外顯的知識與技術學習方面，也反映在內隱的認識策略學習上。因此，信息技術課程在合理安排信息知識與技能、強調學生信息技術解決問題的應用行為時，更需要關注學生利用信息技術處理問題的內在思維發展，形成利用信息技術認識世界的獨特思維方式，即計算思維、設計思維和批判性思維（如圖2所示）。

（一）信息技術課程需關注學生的計算思維

算法是應用于計算機中產生特定結果的一種精確、系統的方法。從技術實現來看，它直接體現著計算機解決問題的方法與過程。[6]近年來，隨著信息技術工具的普及與推廣，算法思想已廣泛滲透于人們的日常生活、工作與學習之中。2006年，卡耐基梅隆大學周以真教授（Jeannette M.Wing）在計算機科學協會（ACM）年會報告中，明確提出發展學習者以算法為核心的計算思維（Computation Thinking），她認為“信息化社會的思維方式應是涵蓋了計算機科學領域中所采用的最廣泛的心理工具，是對問題解決、系統設計、人類行為理解的綜合能力反映。發展學生計算思維就是要‘像計算機科學家’那樣去思考信息化問題。當然，這些問題絕不只是應用于計算機科學領域，它適合信息技術所滲透的每一個角落。”[7]顯然，高度信息化社會的思維方式已超越了傳統計算機環境中“為計算而思維（Thinking for Computing）”的學術觀念，而是將其放在信息化社會大背景下進行研究，形成“用計算而思維（Thinking with Computing）”的數字化生存的普適理念，以“算法”為核心的、關注入機互動的計算思維已成為信息化社會中處理問題的一種重要思維方式。2011年美國計算機科學教師協會（CSTA）研制的《中小學計算機課程標準》和2012年英國學校計算課程工作小組（Computingat School Working Group，CAS）研制的《學校計算機和信息技術課程》都將計算思維作為課程的核心內容。發展學生“數據抽象、模型建構、回歸驗證、數字實現”的計算思維方式、提高學生利用信息技術解決問題的能力是信息技術課程的一種重要的內在價值。

（二）信息技術課程需關注學生的設計思維

“設計”是一種創造性的規劃活動，其目的是為事件、過程、服務以及在整個活動周期中所構成的系統建立一個高效的組織方式。西蒙（Simon）在《人工科學》中分析了“設計科學”的內容體系，認為設計不僅是技術教育的專業要素，更應是每個知書識字的人的核心素養。1990年，馬奇（March.S）和史密斯（Smith.G）等人在西蒙理論的基礎上系統闡述了設計科學的“概念、結構、模型與方法”，強調設計者要通過建立行為、形成知識、使用知識、評價知識來實現設計，并突出說明“構造與評價”作為設計科學特有的活動與思維方式。[8]由此可見，設計思維（Design Thinking）正是設計者經過相應的設計活動或學習相應的設計知識后，所具備的擅長于設計的專業技巧，是一種特殊的思維形式，表現在處理問題上包括有“現象分析”、“問題識別”、“事實表征”、“概念產生”、“方案形成”、“方案評價”的過程[9]。從表現形式來看，設計思維更強調通過形象化、結構性的方式來表示設計進程中的模糊屬性，以此來明確所需設計的作品和研究過程的方案。如今，隨著越來越多的信息技術應用于人們的生存空間，怎樣區分復雜的信息現象、如何基于現實需要合理選擇技術工具，怎樣制定與驗證應用信息技術解決問題的可行方案，這都是對信息化社會成員設計思維的考查。通過信息技術課程發展學生的設計思維，也就有益于學生將所學習的信息知識與技能遷移于解決實際的設計問題之中。

（三）信息技術課程需關注學生的批判思維

所謂“批判思維（Critical Thinking）”是指人們對于某種事物、現象和主張能發現其問題所在，根據特有的思維邏輯作出的理性思考。早在20世紀初，美國哲學家約翰·杜威（John Dewey）就在對個體反思研究的基礎上概述了“批判思維”的概念，認為它是反思過程中所表現出來的解決問題的思考方式。1990年，范西昂（Peter Facione）等人開展了“批判思維特征”的研究，研究報告指出，“個體批判思維的培養并不完全在于是否知道一個批判思維的概念，最主要的還應該是明確批判思維的度量標準和習性特征。基于此，他們提出了‘澄清意義、分析論證、評估證據、推理判斷’的批判思維分析維度和真實情境下合理運用批判思維的‘心智習慣（Mental Habit）’”[10]。近年來，青少年接觸信息技術和媒體信息的頻度和時間迅速增長，也引發了“迷戀電視”、“沉迷網絡”等嚴峻的社會問題。媒體文化研究者波茲曼（Neil Postman）就曾尖銳地指出“教育的目的本應是讓學生們擺脫現實的奴役，學會獨立地思考。然而，紛繁復雜的媒介信息卻使得年輕人正竭力朝著相反的方向努力——為適應現實而改變自己，失去獨立思考的意識”[11]。因此，青少年缺少了對信息及信息工具的批判意識與分析能力，將個人陷于信息技術固有的程序控制之中，也就很有可能成為信息技術的“奴隸”，為技術所“異化”。2008年，國際教育技術協會（ISTE）分析了學生使用信息技術工具中的現實問題，重新修訂“面向學生的教育技術標準（NETS·S）”，將批判思維作為一項重要內容標準，明確提出要“發展學生批判思維的技能，引導學生合理地使用數字化工具和資源作出信息選擇與判斷，解決具體問題”。因此，發展學生的批判思維，提高學生對信息應用的自控能力是中小學信息科技教育的內在價值之一。

三、面向學科思維的信息技術課程設計：框架與結構

面向學科思維的課程設計是知識技能學習與應用情境的結合，它不僅關注學生需要學習哪些內容，同樣也引導學生理解為什么要學這些內容、怎樣學習這些內容以及如何用這些內容進行專業交流，即發展學生“了解學科專業的基本目的，理解學科專業的知識結構、掌握學科專業的探究方法、懂得學科專業的交流方式”等四項基本能力[12]。由此可見，面向學科思維的信息技術課程設計與開發，既不能脫離“知識”而孤立地談“學科思維”，也不能忽視“學科方法”講普遍性的“思維方式”，而是在綜合分析學科結構、學生特點、社會需要的基礎上，對學科課程的學習緣由、知識內容、探究方法和交流方式進行一體化的架構（如圖3所示）。

（一）樹立科學、技術與社會（STS）三元課程觀

科學技術革命引發了生產工具的變革，同樣也使得整個“科學范式（Paradigms）”發生了根本性的轉換。在此過程中，如果人們缺少了對人、科學技術、社會一致性的思考，忽視技術生態“范式”的重新建構，就很有可能會引發人類生存環境的潛在危機。當前，社會存在的青少年“網絡上癮”、“沉迷手機”等社會問題，也時時提醒著信息技術課程設計者“不僅要關注信息知識與技能的學習，也要幫助學生理解技術本身與社會發展的內在關系，通過批判性思維技能分析信息現象，作出合理決定，解決信息化問題”[13]。STS課程觀以綜合、多樣化的方式描述科學技術與社會的關系，將學生的個人生活、科學技術和社會發展有機結合起來，實現人、科學技術和社會的一體化教育。正如亞格爾（R.E.Yager）指出的那樣：STS教育為學習者學習科學技術提供了一個真實的社會情境，其中既包含了各個理論上的認識，也融入了其他方面的許多因素，其課程理念本身也就具備發展學生創造性的教學環境特點。因此，承擔著培養數字化公民的中小學信息技術課程就需要樹立STS的科學課程觀，從而實現知識學習、技能掌握、思維發展的統一。

（二）融合原理、方法與工具三類知識

一門充分發展的學科課程應有其獨特的核心概念、邏輯結構和表達方式，以此反映學科課程的本體價值。中小學信息技術作為一門基礎性課程，同樣需要明晰知識結構，辨清邏輯關系，融合課程本身所固有的原理、方法、工具三類知識。2008年，俄羅斯聯邦教育部重新修訂中小學“信息與信息交流技術”課程標準，從信息過程、信息技術和信息對象等三個方面構建知識體系。其中，信息過程的內容包括信息表征、信息傳輸、信息加工等；信息技術的內容涵蓋信息交流技術主要設備的原理特征、評價指標、應用過程與方法等；信息對象的創建與處理的內容包括多媒體信息化數字化、數據庫、編程和建模等，以此構成課程的知識技能體系，突出“計算（Computing）”在本學科的核心地位。再如，華盛頓大學Lawrence Snyder教授按照美國國家自然科學基金會研發的“通曉信息技術（Being Fluent with Information Technology）”的內容要求，從信息技術技能、算法和數字化信息、數據和信息、程序設計等四個方面分析信息技術的學習內容，將計算機和網絡原理知識、應用方法和工具特征融合到知識體系之中，發展學生的信息通曉能力。可見，當前無論國外教育研究部門還是專家學者，都希望通過對信息技術的原理、方法與工具三類知識的融合，構建信息科技課程內容體系，明確核心概念，理順要素關系，通過引導學生理解信息技術學科的本體價值，發展學生獨特的信息技術思維方式。

（三）滲透信息技術學科方法與探究過程

學科課程的本質特征既取決于它特有的學科邏輯體系，也表現在它獨特的研究方法和話語體系。斯卡特金（M.H.Ckatknh）在對學科結構的研究中指出，“科學的學科課程既要包括重要的學科事實、概念、法則、理論，也要反映出它探究方法、認知活動的邏輯操作和思維方式”[14]。中小學信息技術課程同樣需要幫助學生了解信息技術學科的話語體系和探究方法，引導學生能夠用信息技術的學科方法和研究過程去理解信息現象，思考信息問題。1990年，艾森堡（Mike Eisenberg）和博克曼（Bob Berkowitz）博士在對信息技術探究過程和應用方法中發現信息能力不同于技術工具的操作技能，如果缺少了應用方法與策略的學習，這些特定的技能也不能為學生提供不同情形下的技術應用遷移，也就無法實現問題的解決。據此，他們開發出發展學生批判思維和設計思維的信息問題解決的Big6技能方案，將信息能力的發展貫穿于任務確定、策略分析、信息檢索與獲取、信息應用、信息生成、過程與結果評價的學習過程中[15]。2013年，英國教育部對中小學信息技術課程進行了改革，將“計算思維”和“設計思維”的發展作為信息技術學習的關鍵過程，要求學生通過“交流”與“合作”的方式，體驗利用信息技術獲取、分析、判斷、加工、綜合、創新、發布信息的過程，引導學生嘗試使用“結構分析”、“模型設計”、“程序開發”和“調試完善”的學科方法進行信息交流[16]。顯然，這種具有學科特征的、調控思維的過程與方法，也正是我國當前課程改革非常看重的學習目標。

四、面向學科思維的課程開發：高中信息技術課程的重構

隨著現代信息技術的發展，我國高中信息技術課程得以建立與實施，同樣隨著信息技術應用的“傻瓜化”和“日常化”，信息技術課程也面臨著重重困惑。一方面信息技術工具的普及提高了學生的信息技術應用能力，另一方面機械的操作練習也限制了學生對信息技術課程本質特征的理解。實現知識技能與方法過程的統一，發展學生信息技術學科的思維能力，就成為信息技術課程重構的關鍵環節。

（一）建立信息技術學科思維的表現性標準

表現性標準（Performance Standards）解釋了在一定學習水平層次上學生應表現出來的行為特征，是一種可操作性的、具有等級特征的標準體系[17]。從應用效能來看，它既可以把抽象的學習目標細化為可操作性的具體要點，也可以表述這些具體要點之間的相互關系，保持學習目標的整體特征。在面向學科思維的課程設計中，為了能明確學科思維的具體學習結果，知道學習結束后所應具備的信息技術的學科能力，就有必要建立與之相對應的表現性標準。例如，美國計算機教師協會（CSTA）制定的“學校計算機課程標準”，建議10年級學生要能夠“聚焦于真實世界問題，應用計算思維和批判思維完成解決問題的方案，通過信息技術工具實現這些方案”。為了達到這種學科思維的要求，他們制定了與之相對應的表現性標準：分辨利用計算科學能處理的、難處理的、不能處理的問題；對于難以解決的問題，能夠解釋啟發式算法（Heuristic Algorithms）的近似方案；批判性地檢測分類算法，并執行原算法；通過模型和模擬分析數據來確認方案。可見，建立一套清晰、具有可操作性的信息技術學科思維的表現性標準，既有利于師生對學科思維的理解，也便于組織教學內容，有針對性地開展教學。如同CSTA研究報告所言，“面向計算思維的計算機教育的表現性標準，不僅明確了對教師和學生教與學的期望，也建立了一個根本的等級體系，影響著教育管理者怎樣選擇、分配和利用教學資源。”[18]

（二）設計與表現性標準相一致的學科知識結構框架

學科思維之所以能對學科規律作出間接的、概括的反映，一定程度上在于它是以學習者自身的知識經驗為基礎的。沒有足夠的知識經驗，學科思維也難以很好地發揮作用。信息技術課程的重構也需要按照信息技術科學的內在邏輯體系和學科思維的表現性標準建構與之相對應的知識結構和內容框架。2012年，英國計算課程工作小組從“語言、機器、計算；數據與數據表示、信息交流與合作；抽象與設計；寬泛的計算情境”等方面構建計算（Computing）學習的知識框架[19]。近年來，無論國外的專家學者還是教育研究部門，在中小學信息技術課程建構過程中都開始關注信息技術的本體內容，并將此貫穿于課程設計之中。借鑒國際先進研究成果和國內經驗，筆者通過分析信息技術自身的原理、方法和工具特征，梳理了其中的核心概念和內在關系，從計算、通信、控制等三個領域建構了促進高中學生信息技術學科思維發展的知識結構框架（如下頁圖4所示），將此融合于學科活動情境之中，為學生提供了解決信息問題的知識支撐。

（三）組織信息技術學科思維遷移的教學活動

面向學科思維的信息技術課程是期望學生將信息技術學科思維方式合理遷移至日常生活與學習之中，將信息技術的學科方法滲透到解決信息問題之中，成為信息化社會的問題解決者、革新者和創造者。從現代學習心理學理論來看，思維的發展是一種富情境化的過程，脫離了真實情境的“說教式”教育是很難真正實現學生思維能力的遷移。霍華德·加德納教授在發展學生思維研究中，開發了面向問題的學科思維發展模式，通過“學科情境問題、專業思考與探究、情境問題表述與解決、深入交流與反思”方式將學生的學科知識的建構與學科思維的發展結合在一起[20]。因此，為了促進學科思維的學習遷移，高中信息技術教學活動就不應停留于知識的講座和技能的操練上，同樣還需要創設隱含計算方法的、與學生生活學習相類似的學習情景，引導學生在其中發現計算問題，應用信息技術學科方法設計與解決問題，將學科思維遷移于真實的問題情景中，逐步完善和發展這種思維方式。

信息技術的快速發展和無處不在的搜索引擎已經使得人們意識到：具備良好的信息化思維方式比僅僅擁有繁雜無序的信息知識更為重要。因此，面向學科思維的信息技術課程設計就是要避免信息技術學習的重復記憶和機械應用，要在學生掌握信息知識與技能的基礎上，引導學生用信息技術學科思維全面認識和思考這個復雜的信息化社會，作出科學、專業的信息化判斷，更好地在信息化社會中生存、創新與發展。

本文以作者為某市信息技術課程規劃所做的咨詢報告為基礎。

作者介紹：祝智庭、李鋒，華東師范大學開放教育學院（上海 200062）。

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