创造意义学习：“算法与数据结构”模块教学研究

【摘要】意义学习基于真实的实践活动，从意义解构到意义建构，它倡导学生思维的综合发展，促成教学多方对话，从知识习得走向思维发展，从课本学习走向多维探究，从单向输入走向教学共生。本文以“意义学习”为切入点，探讨对初中信息科技“算法与数据结构”模块教学的启迪意义，并探索了意义学习的过程。【关键词】意义学习；算法与数据结构；教学实践《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》的颁布与实施，进一步凸显全面提升学生数字素养与技能，培养学生用算法思维分析解决实际问题的能力。但由于算法与数据结构相关知识理论性较强，又很抽象，给教师的“教”和学生的“学”带来难度，课堂呈现负面化：教学模式简单化，学习内容枯燥乏味；教学过程灌装化，学生无法理解学习；教学知识碎片化，学生缺乏系统学习；学习注重功利化，学生失去学习乐趣。如何建构一种能真正促进学生发展的“意义学习”方式，让学生能够理解基础知识，掌握基本技能，又能在现实生活中灵活应用？意义学习，看见每天学习的快乐意义学习是一种关注学生与知识之间实质性联系的学习方式，强调学习者主动参与、教师情境设计和知识建构的发展性。这种学习方法不仅关注知识的积累，还关注个体行为、态度和个性的成长。1.“逻辑意义”挖掘：学习材料作用的充分关联意义学习的一个前提条件就是学习内容本身必须具备逻辑意义，并且学生已经知道的知识内容对学生的学习具有重要影响。教师应该从学生已经具有的知识结构开始，挖掘教材蕴涵的逻辑意义，关注新旧知识的相互联系和相互作用，使学习材料成为学生新的认知结构生长点。2.“心向意义”激发：学生主体作用的充分实现学生进行意义学习时，处于一种积极主动的思维状态，会形成对学习的自觉要求。学生学习有四个层次：第一个层次是学生参与的各个学习和成长的场景；第二个层次是学生投入，包括认知、情感、意愿的投入，学生投入了学习便发生；第三个层次是学生学习，即专业知识、自我管理、迁移能力的呈现；最后一层是学生发展，就是发展核心素养。意义学习就是要注重激发学生的“心向意义”，促使他们由“要我学”变为“我要学”。3.“显性意义”运用：教师主导作用的充分发挥意义学习的过程中，不是教师单方面的情感投入和知识输出，而是师生彼此成全的双向建构。教师要站在学生角度，考虑学生的感受，尊重、赏识、启发、反思，打开学生心灵的窗户。在学生活动的每一个层次都有相应教师角色的变化，在学生参与层次是组织者，在学生投入层次是促进者，在学生学习层次是激励者，在学生发展层次是伙伴。学习是师生之间的互动，相互交流、相互启发、相互补充，从而丰富教学内容，求得新的发现。意义解构，为意义学习体验奠基教师在核心素养培养目标统领下，对学习内容进行意义解构，多元化解读，整理出用于意义学习的素材和资源，精心设计目标、情境、问题、评价等，扩展课堂教学场域，创设开放的活动氛围，通过问题生发思维动机，促成学生对问题的理解和解决，帮助学生透过现象看本质。1.目标融合素养促系统领动学习目标是实现有意义学习和有效教学的首要原则。意义学习着眼于整体，这种整体性，既体现在教材内容及其反映的思想方法的一体性上，又体现在各部分内容的有机联系上。教师只有对教材内容的系统结构了如指掌，才能把准教学的大方向，才能引领学生整体认识系统的知识结构，掌握理论体系，使得所学内容前后连贯，浑然一体。教师围绕教学内容，从学科核心素养的角度，整体设计单元目标，视角走向整体，发展学生的素养；精准把握单课目标，使得每课教学能够更好地为单元目标的达成而服务。如教师解读课程标准、教师用书和教材，准确定位“算法”的逻辑起点，将学生定位为教学活动的主体，思考学生能学到什么、能做到什么，确定意义建构的内容，确定要掌握的知识技能，确定学习迁移的能力（表1）。这样，学生从一开始就可以知道学习的预期结果，系统地引领学习的全过程。2.知识联结生活助情境调动思考的开始阶段就是经验，学习就是经验的不断扩展，不断同化新知。教师要捕获与学生生活环境、学科知识背景相关的、有社会现实意义的现象或活动，从而设计学生感兴趣的教学情境，将新知融合到学生已有的知识结构中。曾经经历的熟悉情境会对学生更有黏性，使其如临其境，可以引发高阶思维，也能够提供问题化的组织结构，提供有意义的目的。例如，为避免单纯的概念性讲解数据结构的知识，教师引出现实事例：①超市为方便顾客和管理，设立电子寄存柜。“寄存”是如何实现的呢？（数组）②应用软件大多提供“撤消”功能，允许撤消有限的操作步骤。“撤消”是如何实现的呢？（栈）③银行、医院等为方便按序办理业务，都有“排队叫号系统”，你知道计算机是怎么实现自动排队的呢？（队列）在蕴含经验的情境中产生真实的问题，作为思考的刺激物，不断激活学生已有认知结构，为学习新知识提供稳定的附着点。3.活动深度实践以问题驱动真实情境的原始素材往往具有问题开放性、条件隐蔽性、价值多元性特征，不适合直接作为教学素材展开教学，需要教师进行一定的加工。教师要梳理核心概念，确认与这些核心概念相关的一系列基础知识和技能，以此达到知识与素养的兼得。在设计驱动性问题时，教师可以借助工具提前做调查，了解学生的已知、未知，并从学生那里获得问题的雏形，结合学生的生活经验和个性特点，从这些问题中选择并转化，将抽象深奥的本质问题转化为学生感兴趣的问题，从而更好地为学生指出持续思考、自我探究的方向與方法。例如，选择排序比较次数问题，设计趣味体验活动：10个外观一样的被测物，只能使用天平比较两个不同被测物的重量，每次只能比较两个，设计方法最快得出结果。教师设计问题：①共比较几次才找到最轻物？②比较几次才能发现3个被测物中最轻的一个？③如果被测物有100个，要比较几次？④设计一个公式，计算在n个被测物中找到最轻被测物需要比较的次数。4.学习日志运用引评价互动评价贯穿于整个学习历程之中，发生在所有时间、所有环节之中。教师汇聚学生的活动数据，利用不同的分析指标对学生活动行为、经历等要素建模，了解学生的学习认知风格、思维方法和学习策略，从目标情感、过程与知识等层面给予积极的反馈，提供个性化的报告、推荐、建议，从而促进学生更加有效学习。教师可借助学习日志记录学生的学习过程，包括学习的进度、解决问题时的困惑与突破等，这是非常好的过程性文件。在学习过程中，教师要跟踪学习日志，并进行评分。教师通过翻阅学生的学习日志，可以找到学生学习中的需求，使得教学更具有实效性和针对性。意义建构，形成动态的连贯整体意义学习注重让学生体验概念的发现过程，理解知识与技能背后的“理”，感悟信息科技的思想与方法，形成可迁移的思维方式。学生在学习活动中要像科学家一样遇到真实的问题并进行决策、思考、假设、验证，进行整合了技能、态度的实践行动。1.课前探习：变“学跟着教”为“教为学辅”有效的前置活动可以充分发挥学生的主体作用，促进课堂的自主与开放。探习看似简单，实则内涵丰富。用生活中的问题激发学生积极思考，让学生带着自己的已知来到课堂，尽管零散、不成系统，但已做到“心中有底”，所以此时的学习不会是“漫无目的”地跟着教师走，而是带着思考、带着问题主动探究。有启发性的体验之后的“教”要比没有任何体验就“教”的效果明显好很多。2.课中研习：变“教师讲授”为“主动探究”杜威在《我们如何思考》一书中说“没有概念的生成过程，就不能获得任何知识的迁移，更不能对新体验产生更好的理解。”学习不是把概念直接装进学生脑袋里，不是被动、机械地习得，更不是重复地死记硬背，而是要回归学习的本质，回归学习是对问题的探求。（1）实践探究。在富有挑战性的情境中，学生结合生活经验，不断洞察，有创造力地思考。在解决问题中理解概念，逐步形成“专家思维”，使记忆更为深刻和持久。学生经历各种社会性的互动，对话、质疑、讨论，通过互助分享，达到知识的分享。如设计杭州到北京耗时最少的旅行路线方案，学生需要完成三个探究活动。活动一：问题分析，解析人工解决问题的步骤，体验计算机解决问题的过程；活动二：设计算法，进一步掌握算法的概念和描述方法，理解算法的概念；活动三：程序体验，借此了解程序语言的发展历程，体验Python程序的运行，并深入了解程序设计语言的产生与发展。（2）迁移拓展。学生只有把获得的知识和技能、原理和态度迁移到其他新的情境问题中，才能够产生真正持久的理解。教师要以促成反思和拓展为导向，引导学生复盘学习过程，展示并检验思维收获；梳理已有知识结构、体系，产生新思考；迁移已有方法、经验，创造新成果。学生在扩充和完善原有的知识结构，提升和发展思维品质，形成强迁移能力，解决更复杂的问题的过程中，提升核心素养。如设计不同的旅行路线方案算法，学生考虑交通费用最少、路程最短、时间最短等多种因素；组建团队，明确任务，设计方案并实施，形成作品并评价；使用多种工具方法，如头脑风暴、思维导图、搜索技术、数据建模等，发掘事实和方法背后的含义并谨慎运用，创造新意义。（3）评估反思。教师组织学生对活动中的学习经历与体验进行讨论、分析和评估，表达感受、反馈意见，让学生在活动中能有一定层次的感悟，使得学生能够更好地掌握和应用所学的知识与技能。3.课后练习：变“机械重复”为“探究提升”有意义学习理论告诉我们，每个学生都有学习的潜能。课后，教师提供的课后习题要具有层次性、探究性和开放性，让不同层次的学生都能得到提升与发展，引导学生更灵活地运用所学知识，基于