基于计算思维培养的DOK深度学习教学设计研究

关键词：计算思维培养；DOK深度学习；教学设计；教学高效性；中职

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）28-0160-04

0 引言

在快速发展的数字化、网络化和全球互联的计算机时代，人们的生活和思维方式被深深地影响着。计算思维作为人类科学思维的重要组成部分，涵盖着问题解决、数据分析、创新设计等多个领域的思维能力，其培养已然成为社会人才竞争的重要抓手[1]。中职院校作为提升社会技能水平和培养各行各业合格人才的关键平台，在这个背景下发挥着重要作用。2020 年，我国《中等职业学校信息技术课程标准》（以下简称“新课标”） [2]明确将计算思维定义为学科核心素养，以实现育人目标与新时代学生需求的统一发展。新课标强调课程不再仅追求知识技能的习得，而是更注重将思维过程与技术工具相结合，形成在技术支持下的问题解决过程与方法，以促进学生思维模式和核心素养的发展。

传统的知识导向课堂教学已无法满足新课标所强调的素质发展导向育人目标[3-4]，改变原有教学方式是发展学生计算思维的关键所在。深度学习作为一种新的教育理念[5]，旨在通过对知识进行高度组织和深度加工来培养学生的高阶思维。在中职信息技术教学活动中，这种高阶思维体现为计算思维。因此，深度学习是发展学生计算思维的重要途径。深度学习的最终实现需要依托课堂教学方式的改革[6]。美国教育评价专家Webb为表征学生的深度学习认知水平，于1997年提出了DOK（Depth of Knowledge） 模型[7]。近年来，随着教育改革的不断推进，DOK模型已被视为教育领域中的重要教学设计工具，用以促进学生深度学习和培养高阶思维能力[8]。

本研究综合考虑新课标对学生深度学习和计算思维的发展要求，深入理解计算思维、深度学习和DOK模型的内涵，构建了基于计算思维培养的DOK 深度学习教学设计模型。同时，以中职网页设计课程为例进行案例研究，旨在有效地发展学生计算思维，帮助他们更好地应对未来的职业发展，并为中职院校的课堂教学设计提供参考。

1 核心概念

1.1 计算思维

2006年，周以真教授在美国《Communications ofthe ACM》期刊中首次提出了计算思维的完整定义，自此引发了计算思维研究热潮。周教授认为：计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及理解人类行为等涵盖广泛计算机科学范畴的一系列思维活动[9]。随后，学者们从不同角度给出计算思维定义，择其共识：计算思维是一种独特的解决问题过程，是需要系统培养、科学锻炼的一种思维方式，其中蕴含了不同的思维要素。由此可知，计算思维培养与问题解决过程密切相关。

在郁晓华副教授[10]的研究中，计算思维子能力被提炼为：问题识别与分解能力、抽象建模能力、算法设计能力、自动化能力、问题迁移能力和计算观念，结合新课标对计算思维的概述，我们将计算思维问题解决流程概括为界定问题、抽象建模、算法设计、程序自动化和优化、迁移应用五要素。将计算思维要素融入教学能够为学生提供系统化和结构化的解决问题方法。这种思维方式有助于学生高效处理问题，提高问题解决的效率，同时培养和发展他们自身的计算思维能力。

1.2 深度学习

深度学习理念是由美国学者Marton和Saljo[11]于1976年在他们对学生学习过程的实验研究基础上，针对孤立记忆和简单理解的浅层学习而提出来的[12-13]。之后，Smith[14]、Eric[15]等的研究强调认知策略和认知技能的重要性，主张采用多样化的学习方法，并通过深入分析和处理学习过程以实现知识的深度认知。2005年，何玲等[16]在国内率先开启了深度学习研究，强调以理解为前提，通过整合认知结构和知识迁移应用来实现问题解决。何克抗[5]、胡航等[17]专注于建立深度学习理论框架，通过系统研究概念、过程和作用等方面，指出深度学习有助于培养高阶思维和深层认知能力。刘哲雨等将深度学习内涵定义为：“深度学习是一种以深度理解为起点、以新情境中的迁移为导向、以解决复杂问题和发展高阶思维为目标的学习方式[18]。”

各个学者对深度学习内涵的界定均有所区别，但都强调深度学习的这些特征：（1） 知识的综合运用、分析与评价，而不仅仅是简单地记忆和应用。（2） 知识与实践的相互作用。要求学生亲自践行，通过实际问题的解决完成知识建构与迁移应用。（3） 深度学习帮助发展学生的高阶思维与深层认知能力。

与传统的教学理念相比，深度学习强调学生思维的培养，将知识在课堂中的地位降低，着重引导学生运用高阶思维解决问题，从而实现对学科知识的学习和应用，并掌握学科的本质和方法。计算思维作为学生必备的高阶思维之一，其培养目标与基于深度学习的教学理念存在着内在的耦合性。

1.3 教学设计工具：知识深度（DOK）模型

DOK模型被分为四个层级，每个层级代表着学生对学科知识的不同认知水平，如表1 所示。其中DOK1、DOK2与浅层学习相对应，DOK3、DOK4与深度学习相对应[19]。通过分析DOK模型各个层次的含义与模块内容，不难发现，利用DOK模型进行教学设计能够更有效地将知识点分级整合到课程设计中，指导学生逐步从表面到深层次进行思考，实现渐进式的深度思考。DOK模型在教学设计中帮助教师设计层次不同的问题和任务，促进学生不同层次学习和思维能力的培养，同时协助评估学生知识内容的掌握程度，以实时改进教学设计，提高教学效果。

2 基于计算思维培养的DOK 深度学习模型教学路径探究

计算思维存在着难以在单个知识点讲解或理论层面的应用中形成的问题，其培养需要大量知识点的交织学习和应用以及实践操作，故选择操作性极强的项目式教学来组织课堂。而程序化的计算思维问题解决流程是一个从理论学习到实践应用的完整环节，能够为教师提供教学框架，引导学生分析和解决问题，促进学生计算思维培养。

本研究具体教学设计思路为：在课堂教学中依托DOK模型评估学生认知发展水平，导入具有一定难度的项目任务后，对项目进行逐层分解，将困难场景演变为进阶型学习任务与活动，并融入计算思维问题解决流程，进而实现学生学习的发生与深化和计算思维的培养。教学设计模型如图1所示。

本研究教学设计包括课前准备、课堂教学和课堂评价三个模块，其中核心是课堂教学模块。这里，课堂教学的开展以前期准备为基础，这两个模块整体设计需要强调的是：

1） 课堂教学设计要在了解学生已有知识经验、评估学生认知发展水平和分析教材的基础上，将知识点整合导入计算思维问题解决过程，设计不同难度的学习任务。

2） 在真实情境中应用所学知识解决问题是评估学生核心素养的最佳方法，所以应注重课堂项目的情境化，以引起学生共鸣和思考，激发学生课堂参与积极性。

3） 计算思维问题解决流程“五要素”在计算思维培养中为教师开展教学提供抓手，为学生分析、解决问题提供思路，构成教学循环过程。然而，针对不同的课堂任务，这五个步骤并非必不可少的，可以根据任务的具体复杂程度，适当省略或重复某些步骤，以灵活应对。

课程评价模块并非只发生在课程结束时，而是贯穿于整个学习过程的持续活动。在本研究中，课程评价旨在将学生内隐的计算思维变化以可视化形式呈现出来[20]。评价采用过程性评价和总结性评价两种方式，同时要求师生共同参与。这种多样化的评价方式有助于提升评价质量，能够更全面地综合评判学生计算思维的变化。总的来说，对于计算思维的评价是基于课堂教学目标基础上的评价，不能脱离课堂教学目标，二者是相辅相成的。

3 基于计算思维培养的DOK深度学习教学设计实例

为了更有效地制定因材施教的教学策略，在对中职课程进行教学设计时，必须首先充分了解中职学生的学习特点。调查显示，中职学生普遍存在入学时基础薄弱、学习热情不高、更依赖老师的指导和监督、缺乏自主学习能力的现状。然而，值得注意的是，他们易于接受新事物、新观念，适应性强[21]。本研究在充分考虑新课标教学培养目标及中职学生学习特点的基础上，选取中职网页设计课程中的第七章“表单的应用”内容为例展开教学活动设计。

3.1 教学设计—课前准备

1） 学情分析。学生对网页开发比较感兴趣，对程序设计语言有了一定的了解，具备简单代码编写能力；其喜欢形象化、活动式的教学内容，适应从简单到复杂的学习模式。

2） 内容解读。本章节是对表单的定义标签和表单元素及属性设置的知识学习。通过课程学习，学生能够掌握表单基础知识，能够在网页中创建表单来实现网页登录、注册等功能，培养计算思维能力。

3） 课堂活动设计。课程首先以“用户登录界面”为例介绍课程内容，通过简单案例的分析和实践，帮助学生掌握表单基础知识；接着，引入“用户注册页面”项目，通过实践操作巩固学习成果，并提升学生的问题解决能力和计算思维。最后，通过设置进阶项目“小米商城用户注册页面”，将理论知识应用到实际情境中，鼓励学生发挥创造力，提出新颖的注册页面设计理念和功能需求。这样的安排有助于学生在不断迁移和应用中熟练掌握计算思维问题解决流程，实现计算思维的培养目标。

3.2 教学设计—课堂教学

以下是“用户注册页面”项目为例的教学设计，如表2所示。

3.3 教学设计—课堂评价

为了全面评估学生的计算思维发展状况和判断他们是否具备运用计算思维解决问题的意识和能力，我们从以下两个方面具体出发。

一方面，在课堂上采取过程性评价方式，通过判断计算思维能力的外在表现变化情况来评估学生的计算思维能力发展情况。例如，通过观察学生参与课堂活动的表现，密切关注他们解决问题的思考方式、步骤和所采用的计算方法。组织小组讨论和合作项目，让学生在团队合作中共同解决问题，观察他们在交流、思考深度和解决问题效率方面的表现。同时，教师可以利用学生自评和互评的方式，促进学生的思考和自我反思，帮助他们评估在“抽象建模”“算法设计”等计算思维环节中的表现情况。

另一方面，在课堂中进行总结性评价，考查学生在分解、抽象、建模、迁移等计算思维方面的理论和认知方面变化。这些内在思维变化可通过标准化测试、成果展示、问卷调查和项目总结报告等可视化方式展现，以前后测结果对比分析学生思维变化情况。总的来说，计算思维的评价基于教学目标和学生课堂实践表现展开。

4 结束语

本文以探讨在数字化、网络化和全球互联的信息时代背景下如何培养学生的计算思维为主题展开。通过对新课标的分析和应用Webb提出的DOK模型，建立了基于计算思维培养的深度学习教学设计模型，并以网页设计课程为例展示了相应的教学设计案例。在这一过程中，本文深入研究了计算思维的重要性，并探讨了如何通过教学实践来培养学生的计算思维能力，使其学会应用计算思维解决问题。计算思维的培养是长期循序渐进的过程，不仅仅是依靠少数项目式教学，而需师生共同努力、长期正向反馈和调整。未来，笔者将继续探索并完善这一教学模型，以提高教学效率和学生的学习成效。同时，期望本研究能为信息技术教育领域的教学实践提供有益的启示和指导，并推动中职教育中计算思维培养的深入发展。