单元视角下小学信息科技课堂中问题解决能力培养的四步实践
作者： 贵轶轩摘 要：《义务教育信息科技新课程标准》在2022年正式颁布，意味着我国培养中小学生数字素养能力、提升中小学生数字胜任力进入了新阶段。传统信息科技课堂教学中，教师缺乏真实情境创设、多为模仿跟进式、缺失有效学习支架提供、忽视反思迁移教学，从而导致小学高段学生问题解决能力薄弱。文章认为小学信息科技教学应以培养学生问题解决能力为重点突破口，在单元视角下通过整合、分解、实践、反思四步实践来培养小学高段学生的问题解决能力，从而提升小学生的数字素养。
关键词：新课标;问题解决能力;数字素养;信息科技
随着计算机和互联网技术的迅猛发展，当今社会已经进入数字时代。数字化进程的不断推进，对人们的数字素养提出了更高要求，其中问题解决域在数字素养中占有举足轻重的地位。在这一背景下，《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称新课标）在2022年正式颁布。问题解决域可以简要概括为：确定数字信息需求，根据需要选择最适合的数字工具，通过数字化手段解决问题，创新性使用技术，并解决技术问题。目前，问题解决能力培养是21世纪国际中小学教育改革的重点。新课标中更是强调了问题解决的重要意义。小学信息科技教学应以培养学生问题解决能力为重点突破口，不断提升学生数字素养。
一、小学高段学生问题解决能力薄弱的原因
随着新课标的颁发，信息科技课程逐渐从注重知识和技能的传授，转向注重学生的综合素养和能力培养，特别是提高学生问题解决能力。小学信息科技学科高段的教学内容有“数据处理与分析”“算法与程序设计”以及“人工智能”三大板块，每一板块的内容都需要学生有较强的问题解决能力。然而，在信息科技课堂中小学高段学生的问题解决能力普遍比较薄弱，这与传统信息科技课程教学方式存在一定关系。
（一）缺乏真实情境创设
在小学高段信息科技课堂中，程序设计是重要的一部分内容，学生需要掌握编程的理论以及Scratch软件的基本知识。但是教师教授程序设计时重知识轻实践，缺乏真实情境的创设。导致学生没有足够的实践机会和进行场景模拟，无法将所学的知识与生活实际进行联系。
（二）模仿跟进式教学
程序设计对小学高段学生而言是一项比较具有挑战性的任务，然而传统的信息科技课程中的程序设计单元教学通常是教师给定一个任务，并讲解指令的作用和语法，学生一步一步模仿跟进任务实现某个功能，从而导致学生独立思考能力和创新能力较弱。
（三）缺失有效学习支架
在程序设计课程中，自主解决问题的能力是学生必须具备的能力之一。但是教师在课程中往往只是给出任务，缺乏对学生实时的指导和帮助。这使得学生在解决具体问题时，缺乏方向和思路、无从下手。另外，教师未提供有效的学习支架，导致学生在遇到问题时无法及时得到专业的技术支持和指导。
（四）忽视反思迁移教学
在程序设计中，迁移教学至关重要，但教师往往忽视了反思和迁移教学的重要性。反思和迁移教学能够帮助学生将已学知识和技能应用到其他问题情境中。由于教师对此的忽视，学生就会缺乏对自己学习过程的再认识和再理解。
基于以上问题，为提高学生的数字素养和问题解决能力，教师需要在信息科技课堂中，加强真实情境的创设、鼓励学生发挥创新思维、提供有效的学习支架、重视迁移教学，让学生能在实践中掌握知识、培养能力。
二、小学信息科技课堂中问题解决能力培养的四步实践模型
小学高段学生问题解决能力是他们未来学习和生活中的基础，文章认为可以通过整合、分解、实践、反思四步实践来培养他们的问题解决能力。
在整合阶段，教师可以整合提炼单元大概念、系统设计问题，创设真实的情境，并在项目开始前介绍项目的背景和目标，帮助学生更好地理解问题的本质;在分解阶段，教师可以借助流程图和思维导图分解问题，将问题分解成一个个较小的开放性问题，鼓励学生探索和解决问题;在实践阶段，教师应当给予实时的帮助和指导，并且提供有效的学习支架，帮助学生解决问题。另外，教师还应提供实践机会和场景模拟，让学生在实践中掌握知识、提升能力;在反思阶段，教师可以积极引导学生反思解决问题的过程，总结经验和教训、提出改进方向，以便更好地解决相似问题。
通过整合、分解、实践、反思这四步实践，在信息科技课堂中可以逐步培养小学高段学生的问题解决能力，同时也可以帮助学生逐渐形成自主学习的能力，提高学生的学习兴趣和动力。
三、单元视角下小学信息科技课堂中问题解决能力培养的四步实践
（一）整合：提炼单元大概念，系统设计开放问题
新课标多次体现大概念的理念。大概念强调基于idea（点子）解决真实问题，主要分为解决什么问题以及怎样解决问题两个维度。
1. 提炼单元大概念：基于内容，围绕学生需求
（1）基于学科内容进行提炼。小学信息科技学科涵盖很多内容，例如计算机基础知识、编程、信息安全等。教师可以根据信息科技中不同的教学内容，提炼出适合该内容的单元大概念。比如小学高段五年级第三单元“scratch”，其围绕着算法模块，主要使用Scratch软件进行编程设计，并且新课标中提及学生需要在本单元掌握“算法可以描述、求解实际问题”。（2）围绕学生需求进行提炼。信息科技是一门比较实用的学科，学生往往会根据自己的需求，寻求信息科技学科的帮助。教师可以围绕学生的需求，提炼出适合学生的单元大概念。
总之，教师要根据学科内容和学生需求，灵活提炼出符合学科特点、教学目标和课程标准并且能够激发学生兴趣和增强学生实践能力的单元大概念。并且教师需要在项目开始前介绍项目的背景和目标，提出单元大概念，帮助学生更好地理解本单元的项目。
2. 系统设计问题：实践性强，重视真实情境
（1）开放问题，重思维。新课标对高段学生的思维能力有更高的要求，学生需要通过学习身边的算法，了解算法的特征，有意识地将其应用于数字化学习过程中;在创作数字化作品中，学生需要不断反思与交流，迭代与完善数字化作品。因此，教师在系统设计问题时，应当考虑到问题的开放性，引导学生从多方面、多角度回答问题，注重培养学生思维的逻辑性、灵活性和广阔性。（2）实践性强，可操作。信息科技学科是实践性较强的一门学科，大部分学习内容都需要学生通过实践来完成。因此，在系统设计项目问题和课程问题时，需要设计实践性强的环节，并且关注学生的可操作性。（3）真实情境，显主体。项目化学习理论曾提出：学生在真实情境中解决问题时学得最好，生活化、情境化的内容更有助于学生的认知和理解。新课标也倡导真实性学习。因此，在信息科技课堂教学中，教师需要精心设计课程主题与任务，为学生提供一个真实的情境。真实情境既要真实，又要是学生感兴趣的、具有挑战性的，还需要与学生的生活相关，是学生当下或者未来所能接触到的。
（二）分解：思维导图助力解析，头脑风暴扩展思路
1. 分步设计，思维导图助力解析。巧用思维导图将复杂的大问题拆解成若干个小问题，是解决问题的有效途径。如在信息科技程序设计课堂中，教师需要引导学生拆解、分析程序设计项目，分步设计小问题，继而将小问题归纳成小任务加以解决，从而厘清程序设计的思路和步骤。
2. 交流互助，头脑风暴扩展思路。在程序设计中，通过学生的自主探究、小组协作，设计、编程，形成密切合作、互帮互助、优势互补的共同体，从而充分体现学生的主体地位。学生在不同的阶段可以根据当下的知识和经验建构出“新知识”;不同的学生会从不同的角度思考、运用不同的方法和不同的形式来呈现问题成果。因此小组头脑风暴可以很大程度地扩展学生的思路，推动他们多角度思考解决问题。
（三）实践：学习支架内化知识，四步操作提升思维
1. 明确任务：借助学习支架，内化编程知识
在实践中，教师需要清晰地告诉学生需要完成的任务和目标，以便学生可以更好地理解和完成项目实践。学生在明确任务的基础上通过自主探究和解决问题，逐步掌握编程基础知识和程序设计经验。在学生解决问题的过程中，教师需要提供及时的指导和反馈，并且及时为学生提供有效的学习支架，帮助学生解决实际问题。信息科技课堂中，教师提供的学习支架可以是文字、图片、声音、视频等形式，教师可以根据学生的实际情况和学习需求选择合适的方式，从而帮助学生更好地完成实践项目、内化编程知识。
2. 四步操作：启发引导思考，学习编程思维
“编程思维”并不是编写程序的技巧，而是一种解决问题的思维方式。编程思维由四个步骤组成：分解、模式识别、抽象、算法。在四步操作过程中，教师可以通过举例、比喻、引导等方式启发和引导学生的思考和创新能力，培养学生的创新思维。
（1）分解：把复杂问题拆分成若干个小问题。在分解过程中，教师可以让学生先将问题看作一个整体，然后通过联系生活、头脑风暴、思维导图等方法，将大问题分解成若干个小问题，直到小问题的难度和复杂程序符合学生当下的知识经验。（2）模式识别：寻找发现问题中的相似性和规律。教师可以通过给学生提供不同的问题案例，让学生分析和比较问题的不同方面和特征、寻找和发现问题中的相似性和规律性，从而培养学生的模式识别能力。（3）抽象：抽取问题特定方面形成抽象模型。教师可以通过给学生提供不同的问题案例，让学生抽取出问题的关键点和本质，从而培养学生的抽象能力。（4）算法：分析设计解决路径从而解决问题。教师可以给学生提供不同的问题案例，引导学生分析和设计解决方案，从而培养学生的算法设计能力和逻辑思维能力。
通过分解、模式识别、抽象、算法四步操作的综合运用以及启发式教学，教师可以帮助学生更好地学习编程，提高解决问题的能力和创新思维能力。
（四）反思：回顾总结丰富经验，变式实践迁移能力
1. 在回顾总结中反思经验。巧用图式、知识复述、小组互评等良好的总结反思习惯，不仅可以帮助学生内化编程知识、吸取编程经验、厘清解决问题的一般步骤，还可以培养学生的编程思维。
（1）巧用图式理框架：流程图、思维导图等图式可以将知识点通过图形化的方式呈现出来，帮助学生更好地理解知识点之间的联系和逻辑。（2）复述知识补细节：在梳理流程图后，学生可以通过复述知识点来加深对知识点的理解和记忆。在复述的过程中，学生可以发现自己对知识点的理解和记忆存在的缺漏和不足，从而补充和加强知识点的细节。（3）小组互评丰经验：在小组互评中，互相分享解决问题的思路，学生可以从其他小组成员的经验中获得启发和帮助，在回顾反思中习得编程经验。
2. 在变式实践中迁移能力。在程序设计中，变式训练不仅可以帮助学生巩固编程知识、增强编程思维、提升程序设计能力，更重要的是学生在这个过程中学会了怎样发现问题、分析问题、解决问题，从而提升了解决问题的能力。
（1）巧用类比打基础：教师可以在学生已学的基础上进行变化或者提供不同但相似的案例进行变式训练，帮助学生巩固知识。（2）反向设计习迁移：反向设计是指教师提供一个已知答案，要求学生倒推出程序设计中问题的解决方法和步骤，帮助学生提升迁移能力。
四、结语
文章以培养学生问题解决能力为重点突破口，通过整合、分解、实践、反思四步闭环的实践流程来探索如何培养小学高段学生的问题解决能力，从而提升小学生的数字素养。包括引导学生将复杂的大问题拆解成若干个小问题，再将小问题转化成小任务;在任务解析的过程中用思维导图、头脑风暴等方法助力;在实践中借助学习支架内化知识、四步操作提升思维;最后通过回顾总结反思经验、变式实践迁移能力，从而促进小学高段学生的思维进阶。
单元视角下小学信息科技问题解决能力培养的四步实践能够帮助学生掌握信息科技知识，培养学生的问题解决能力。然而这种实践方法也存在一些不足之处：在反思阶段，教师如何引导学生进行深层次的反思迁移还需要更多的实践探索;知识迁移的效果如何需要通过实验进一步研究。