基于变构模型的信息技术深度学习策略

2019-04-15 01:38:22 中国信息技术教育2019年6期

王蕾

深度学习与变构模型的理论依据

深度学习也称为深层学习,是美国学者马飞龙(Ference Marton)和罗杰·塞利约(Roger Saljo)首先提出的,它是与浅层学习即孤立记忆和非批判性接受知识相对的一个概念。中国学者俞丽萍教授认为,深度学习的特征包括:①强调新知识与学习者原有知识结构的关联。重视知识间内在的有意义的联系,注重理解性学习。②注重运用所学知识解决实际问题。将课程内容和现实世界联系起来,灵活而熟练地运用科学知识作出决策和解决问题。③学习源于学习者自身发展的需要。由学习者内在的兴趣、动机、好奇心与认知需求等因素驱动,强调学习者积极主动地学习。④学习是主张批判性思考。对新信息和观念保持一种怀疑批判的态度,不满足于对原有知识的扩充,更注重认知结构的重建。⑤深度学习重视元认知的参与。元认知在学习过程中能有效调节、反思学习过程,并选择合适的学习策略,为问题解决提供方法。⑥学习的结果是概念的转变、高水平思维的发展,包括身体、情感、审美、道德和精神的成长,即态度、情感和价值观的持久改变。

变构模型是瑞士日内瓦大学的安德烈·焦尔当(Andre Giordan) 针对传统学习理论的不足而提出的,其主要观点有:第一,学习者的原有概念体可能成为学习的障碍。第二,学习就是学习者概念体的转化。第三,概念体转化的机制是知识的炼制和调用。第四,设置恰当的“变构教学环境”才能促进变构学习的产生。

深度学习基于认知心理学,变构学习模型在认知论的基础上,以教学和实践为研究样例,揭示了学习过程中阻碍有效学习的因素,并在教学层面有效地指导深度学习的发生。

信息技术学科中深度教学的现状与困境

目前的信息技术教学实践中,有关深度学习的研究大多基于认知层面开展,其基本理论围绕认知过程的发展进行教学。首先,认识论层面不能解释复杂学习中的多项阻滞现象,带来理论引导和教学实践脱节的窘境;其次,信息技术学科学习内容溯源的多态性、技术更新的频繁性,导致学习的深度不足,缺乏必要的纵向空间探寻设置;再次,由于常规教学中的认知过程受学生已有知识基础的影响,在产生积极的同时,部分内容会对新知识的认知过程产生负迁移,对教学重点内容的学习造成滞怠的状况,影响深度学习效能。

变构模型指导下的信息技术深度学习实施策略

1.变构教学环境,促进深度学习产生

首先,变构教学模型要构建适宜的学习环境,教师要营造和谐的学习氛围,创设基于信任为基础的人际关系,包括教师与学生以及学生和学习小组之间的关系等。当新的认知内容出现时,教师可及时调节整体课堂秩序,维持学习动机。

(1)原设计

《主题活动:物联网创新设计》是小学、初中信息技术教材中均有所涉及的内容。在已有的教学案例中,教学的一般流程为:“总结物联创新思路→阐述自我意见→编写程序脚本→绘制流程图→设置基本环节→设计作品→评价反思”。由于本课涉及的硬件较多,且常规教学需要的时长与普通课时有差距,所以本课实际教学的比率过低。即使授课也无法在教材规定的1~2课时内完成,教学过程流于形式,缺少个性化的产品,无法凸显物联网创新设计的优势。

(2)思考焦点

此类综合主题练习课,大多会遇到类似的问题。如果没有巧妙的设计,技术类的综合主题课容易缺少创新意蕴。要想解决此类问题,需要优化教学策略,创设优良的教学环境,保证学生能够敢于创新、深度创新。

(3)改进型设计

基于变构学习模型的教学设计中,教师改变课堂结构,打破原有的班级授课制的局限,组成创意小组。在创新小组上课前,进行合理的分工:“金点子组”负责收集身边的创意作品;“编导组”负责将创意作品细化为具体的问题要求,并提出程序的诉求;“盖茨组”负责将问题进行程序化;“施工组”负责调试作品以保证效能。各小组在课前做好相应的准备,在课上与教师商讨后进行实践。在此过程中,成员可以相互记录过程,并不断修正作品。第二课时中,教师召开汇报会,各小组展示作品,随后提供二次修改的机会,完善作品,最终提交小组的代表作。

教学评析:上述的过程改变了原有的课堂结构和教学环境,将任务进行分解,规划等内容前置,既解决了课时的问题,又给学生充足的思考机会,让不同的声音、不同的火花都能有交流的机会。通过良好的学习环境,促进学生的深度学习。

2.“解构-重构”协助概念体转化

变构模型认为,很多学习障碍或困难并不与知识本身相关,而是间接来自学生对所学知识或方法的刻板印象或直觉认识。学生原有的知识体系,即其具有的原生态的概念体,会对认知产生影响。学生在没有更加权威的影响下,不会轻易放弃自己的原有知识。因此,概念体的转变很难在没有外界干预支持的情况下顺利完成。所以要促进概念体转化,需要对学习成果进行必要的解構与后期的重构。

(1)原设计

《克隆飞机大战》是苏科版小学信息技术五年级的内容,该课基于Scratch2.0,要求学生掌握“克隆”系列模块的使用方式,并利用组合控件,编写程序,现场创作游戏作品。常规设计中,教师授课环节包括:讲解“克隆自己”“当作为克隆体启动时”“删除本克隆体”三个控件的意义;绘制飞机和火炮造型;编写相应的脚本;学生模仿练习;学生调试游戏等过程。笔者在实际上课过程中,发觉无法在规定的课时内完成作品,学生达成率较低。

(2)思考焦点

在本课中,新认知内容并不多,但是学生对于“克隆”的概念理解尚有困难,因此在模仿教师程序中,会出现难以复制程序、机械模仿的情况,影响了任务的达成率。

(3)改进型设计

基于变构模型的教学策略,可以将常规教学流程倒置。

环节1:体验。提供给学生初步的克隆游戏,让学生感受克隆模块的工作方式。

环节2:解构。将教师给的源程序进行分解,分析其中的特别之处,让学生观察每个动作是如何通过脚本实现的。

环节3:归纳。教师提供规范的“克隆”控件的知识介绍。

环节4:重构。学生依据自身的需要,提出自己的“克隆”控件练习方式,并进行实践。

环节5:再构。小组交流、互玩游戏。教师帮助学生优化算法。

教学评析:以上过程对教材中的主题进行了二次开发,避免了过多与主题无关的工作内容。通过不断的“解构与重构”,鼓励学生从多种层面认识“克隆”控件。经过教学实践,收到了较好的教学效果。

3.变构视界,利用多重对质使新知识固着

对质是产生迁移的主要原因之一。对质的方式包括:学生与现实的对质,即信息获取得到的结论与学生原始想法相反,导致学生产生质疑和迷惑;学生与新信息的对质,即学生通过新媒体等多种方式获取信息,或者通过技术手段对原事物的改造,使新概念的本质外显或展现现实生活中无法佐证某些现象;生生之间的对质,常见于信息课上相邻学生之间的结果差异;师生对质,即对于某些结论,师生观点或角度有差异,学生形成困惑。多重对质可以触发学生思维视域的扩展,接受到多种求解路径,给新知识的认知固着创造正迁移的机会。

(1)原设计

《画城堡》是信息技术学科多个单元的主题,包括三年级的画图模块、四年级的WPS文字中的“组合图形”课、五年级的Scratch单元中的“更多积木”课、原五年级的PC logo单元的“定义过程”课等。笔者首次执教五年级的Scratch《画城堡》时,沿袭教材的脉络,设置了“认识城堡→定义各基本图形模块→调用积木块,画出城堡图”的环节。结果半数学生的城堡与我的雷同,并未出现我预期的百花齐放的效果。

(2)思考焦点

单一的作品形式是学生缺乏深度思考的结果,教师需要采用更为合理的教学策略,保护学生的学习动机,鼓励学生的深层思维。

(3)改进型设计

在随后的二次反思中,我调整了教学策略,采用了基于变构模型中的对质方式,进行了如下的设计:

类比导入:通过复习“画图单元”中的“画城堡”提供具象认知;复习Scratch的图章控件,提供脚本对质素材。

任务1:完成图例关联。正方形、圆形、三角形与对应脚本进行链接。

任务2:绘制简易城堡矢量图。在“画图”中画好三笔画(两种基本图形组成的城堡)。

任务3:依据图纸绘制的城堡。构建基础脚本,搭建相应的图形。

综合任务:优化脚本算法,为城堡锦上添花,如增加房间数等。

教学评析:在以上的设计中,类比导入环节提供了现实作品与脚本的对质,任务1提供了感性素材和理性程序的对质,任务2进行了复杂任务与简易任务的对质,任务3提供了解构思维的机会。综合任务进行了生生对质、师生对质、自我对质的思维过程。通过多重对质,保证了深度学习效能。

4.启动元认知,明确深度学习目标

变构学习模型的目的是触发深度学习。通过探寻元认知,可以减少教师的主导作用,通过自身体验,获得主观认知的需求,使得学生获得深度学习的机会。元认知是认知的本源,对于学科而言,元认知是信息技术学科素养的重要内显特征。加强对元认知的研究,帮助学生明确深度思維的指向。

(1)原设计

作为新型课例,《认识Swift》借助Pad为载体,实施移动学习,常规的思路是教师演示与学生操练相结合。但由于移动学习的控制力等原因,部分学生会游离于本课内容之外,影响了教学效果。

(2)思考焦点

学生的关注力容易被声画并茂的游戏所吸引,当学习动机不够强烈时,会出现学生的走神现象。只有提供了更为有趣的活动,才能让学生自始至终保持较高的参与度。

(3)改进型设计

改进后的教学中,利用移动终端的特殊性,设置有趣的游戏化界面,带领学生探寻元认知的奥秘,符合学生的认知习惯。

游戏第一关:“我是指挥官”。先观察右边的舞台区,说一说Byte是怎么到达目的地的,在地板上戴头饰表演。扮演Byte的角色,执行Byte走路的步骤,取得宝石后,可以模仿Byte伸手喊“耶”!

游戏第二关:“我是探险者”。引导学生观察舞台区,规划Byte取宝石的路线。探究出Turnleft()命令的需要,并在游戏中优化算法。

游戏第三关:“我是工程师”。教师演示切换开关,小组练习如何取宝。小组商议,哪些方法获得宝贝的途径又快又成功。

游戏拓展关:“试试任意门”。学有余力的小组,探索利用传送门来获取最佳路径。

教师总结:学会Swift的编程,可以帮助我们编写有用又好玩的APP,比如说生成声音的APP、石头剪刀布的游戏APP,这是一个好玩的编程语言。

教学评析:此处的游戏化设置,给学生充分的游戏闯关体验,通过Pad特有的触屏,即编即玩,降低了编程的难度。通过角色演绎的动作,让学生能够深入理解语句的元认知,帮助其建立理性的语句概念。实际授课过程中,大多数学生关注度高,保持了较高的参与度,收到了较好的授课效果。

基于变构模型的深度学习的关注点

基于变构模型的教学策略,旨在帮助学生构建良好的学习情境,实现对元认知内容的深度挖掘,接受多重相关内容的正迁移。在上课过程中,教师根据一定的学科理论和认知学基础,选择适宜的教学策略。同时兼顾自身的教学风格,因地制宜,因人而异。具体教学中,应关注以下内容:

首先,教学评价的变革。基于变构模型的教学与传统教学有所区别,所以在评价标准和评价方式中都应有所区别。例如,传统教学中,重视总结性评价的过程,以是否能运用所学技能为标准。但在基于变构模型的学习中,关注点应侧重于过程性评价,将学生的情况及时反馈给教师,调整教学策略。除此之外,还应提供开放的评价标准,提升反思效能。

其次,教学环节的变革。基于变构模型的教学注重创设总结环节,常规教学中,总结环节是一节课的尾声,是教师归纳知识点的句号。但是基于变构模型的教学中,总结则是集大成的环节,是学生深度学习的工具。例如采用认知图示,帮助学生构建知识框架,利用学习脚手架,辅助学生提炼知识和思维的关键点等。

最后,学习深度的适度。强调学习深度,并非无休止地一味求深,而是依据学生的实际情况,为其提供适宜的深度。切勿为了深度而忽略了教学的其他维度,造成偏激的窘境。例如,对于AR等前沿科技,因其背景技术和相关知识较为复杂,在教学过程中,可以蜻蜓点水的方式让学生体验其工作方式和基本原理,但不能过于深究其背景技术等远超学生认知能力的内容。

参考文献:

[1]俞丽萍.基于变构模型的深度学习研究[J].中国教育学刊,2015(11).

[2]钟柏昌.有效课堂如何生成的三个问题与三对关系[J].中国信息技术教育,2014(13):31-33.

[3]李艺.中小学信息文化教育与信息技术教育问题观察报告(上)[J].中国电化教育,2002(5):9-12.