从课程设置的角度分析认知工具对高阶能力的影响

[摘 要]高阶能力是信息时代对人才素质要求所偏重的能力，是以高阶思维为核心，解决劣构问题或复杂任务的心理特征。信息与计算科学专业学生认知工具的构建应该基于信息技能的学习，了解认知工具；应依托知识的建构，掌握认知工具；应面向问题的解决，运用认知工具；应基于创新实践，完善认知工具。在此平台下学生围绕信息科学与计算科学等领域中的实际问题，创造性地运用多学科知识，通过虚拟模拟等手法，从中观察现象，获取信息，科学分析，科学决策，培养科学研究的态度和能力，掌握科学探索的方法和途径，发展学生的创造性思维和科学决策能力。

[关键词]认知工具 高阶能力 高阶思维能力

[中图分类号] G642.3 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2013）17-0036-02

一、有关概念的界定

高阶能力是信息时代对人才素质要求所偏重的能力，是以高阶思维为核心，解决劣构问题或复杂任务的心理特征。培养和发展学习者的高阶能力是当今素质教育所追求的目标之一，是衡量教育成败的关键因素。高阶能力的核心是高阶思维能力，许多学者对此做了大量的研究。美国耶鲁大学的心理学家斯腾伯格1985年提出三元智力理论，认为成功的智力包括三种形态的智力：分析、创新与实践的思维能力。香港《课程纲要》提出的五项基本高层次思维能力为：解决问题能力、探究能力、推理能力、传意能力和构思能力。钟志贤认为高阶能力是指问题求解、决策制定、批判性思维和创造性思维能力，是综合运用分析性、创造性和实践性思维的能力。它主要包括创新、问题求解、决策、批判性思维、信息素养、团队协作、兼容、获取隐性知识、自我管理和可持续发展十大能力。这十大高阶能力不是孤立的、弥散的，而是以高阶思维为核心的能力的整体。[1]虽然对高阶思维能力的构成，不少学者提出了自己的看法，但大多数存在不同程度的相似。综上可以看出多数包括了问题分析能力、求解思维能力、创造性思维能力、批判性思维能力等。

信息化时代，已大大地改变了教育模式。除了必须学习那些范畴内知识外，学习的过程、学习的环境和学习的方式以及学习的态度也非常重要。何克抗等论述了教学系统设计中学习环境设计，强调了技术环境设计及计算机作为认知工具的作用。[2]钟志贤将技术应用作为信息化教学模式的三大支柱之一，[1]用技术来学习，将技术作为学习工具，是信息时代的主要特征之一。

Derry 认为认知工具是支持和扩充使用者思维过程的心志模式和设备。Jonassen 认为认知工具是指各种促进批判性思维、创造性思维和综合思维能力的软件系统， 通常是可视化的智能信息处理软件，如知识库、语义网络、几何图形证明树、专家系统等。何克抗指出在现代学习环境中，认知工具主要是指与通信网络相结合的广义的计算机工具，用于帮助和促进认知过程，学习者可以利用它来进行信息与资源的获取、分析、处理、编辑、制作等，也可用来表征自己的思想，替代部分思维，并与他人通信与协作。常用的六种认知工具为：问题/任务表征工具、静态/动态知识建模工具、绩效支持工具、信息搜索工具、协同工作工具、管理与评价工具。[2]以上各位学者对认知工具的界定虽有所不同，但在信息技术环境中，我们可以认为认知工具主要是指与通信网络相结合的广义的计算机工具，借助于计算机的各种软件系统，在课程学习资源利用、情境创设与探究、发现学习、协商学习、交流讨论、知识建构与创作实践等方面发挥着重要的作用。

如何发展和提高学习者的高阶思维能力？良好的思维能力需要培养和训练，最有效的高阶能力思维发展方式，应是融合于具体的教学活动过程中，即在完成课堂学习任务，完成教学目标的同时发展高阶思维能力。在人才培养过程中，通过恰当的教学条件支持，有助于学生高阶思维能力的培养。钟志贤从理论和实践的角度论述了运用信息技术及其所构成的新型的学习模式，能有效地促进学习者高阶思维能力的发展。[1]

二、信息与计算科学专业学生认知工具的构建

信息与计算科学专业是教育部1998年颁布的一个新的数学类专业，该专业的设置顺应了“以信息技术为核心的全球经济格局”。该专业的培养目标是以信息技术与计算技术的数学基础为研究对象的理科类专业， 培养具有良好的数学基础和数学思维能力， 掌握信息与计算科学的基础理论、方法与技能， 受到科学研究的训练， 能解决信息技术和科学与工程计算中的实际问题的高级专门人才。其培养的人才应具有良好的数学基础，能运用知识去解决实际问题，具有较强的知识更新、技术跟踪与创新能力。这些能力是信息时代对人才的要求，属于高阶能力的范畴。

2003年，信息与计算科学专业教学指导委员会制订了“信息与计算科学专业教学规范”，[3]规范中明确指出课程的结构分为四大类：公共基础课、专业基础课、专业课、专业选修课。每一类包含若干门课，我们依据课程的教学目标和教学内容，将相关课程进行重新整合、归类，阐述了了解、掌握、运用与完善认知工具的过程及学生能力的发展。

（1） 基于信息技能的学习，了解认知工具

该平台主要依托于计算机概论、程序设计与算法语言、数学类工具软件等课程的学习。计算机概论介绍计算机文化、组成、网络，常用软件的操作，建立信息与资源的获取、编辑能力，发展信息技能。课程程序设计与算法语言介绍面向对象和面向过程两类程序设计方法，让学生了解、理解算法概念，掌握编程的基本方法。课程数学类工具软件通过介绍Matlab、Lingo、Spss等专有的数学软件，发展学生用工具表征数学问题、理解数学概念、从事科学计算的能力。

这些课程的学习有助于学生认识和了解认知工具，发展信息技能，建立算法概念，掌握程序设计方法，扩充和完善计算工具，为进一步学习提供认知工具平台。

（2） 依托知识的建构，掌握认知工具

该平台主要基于离散数学、数据结构等课程的学习。离散数学提供了处理离散结构的描述工具和方法，提高抽象思维和严格的逻辑推理能力。数据结构介绍了几类数据结构的特征、有关操作的算法和应用，发展学生在求解实际问题中选择合适的数据组织形式的能力，提高学生的算法设计和编写高效程序的能力。课程一方面介绍有丰富和完善的理论知识，同时也需将理论上推出的结论通过认知工具去实现。学生通过编程解决问题，从中需分析现象，获取信息，解释和组织个人知识，表达、表现和反思自己的知识，从而达到知识的建构。

这些课程为学生提供了观察和实验的学习环境，促进了学生对所学知识的理解与概括，提升了算法设计、算法分析的能力，为进一步理解和掌握认知工具提供了平台。

（3） 面向问题的解决，运用认知工具

该平台主要依托数学建模、数值分析、运筹学等课程的学习。数学建模是运用数学的语言和方法，通过抽象、简化建立能近似刻画并“解决”实际问题的一种强有力的数学手段。数值分析是研究用计算机求解科学计算问题的数值计算方法及其理论的学科。运筹学是以定量分析为主来研究经济活动或社会生活中的优化决策、科学管理等问题，应用系统的、科学的、数学分析的方法，通过建模、检验和求解数学模型而获得最优决策的科学。课程的特点是将数学、计算机有机地结合起来去解决实际问题，使学生了解利用数学理论和方法去分析和解决问题的全过程。

这些课程为学生利用认知工具，构建情境探究、发现学习、问题解决的平台。在此平台下，将问题情境化，分析建模，用认知工具求解，观察结果，分析结论，从而提升发现问题、解决问题的能力，发展了学生问题解决和批判性思维能力。

（4） 基于创新实践，完善认知工具

“信息与计算科学专业教学规范”依据不同的专业方向提供了三类专业选修课供各校选择。课程软件方法、数值并行算法、科学与工程计算的近代方法、计算智能、计算机图形学与可视化、信息工程概论等专业选修课及该专业的实习、毕业设计等实践性教学环节为学生利用认知工具创作实践，构建开发应用的平台。这些课程将会以多种形式为学生提供创作实践的任务（问题），学生不仅需要综合应用认知工具，还需发展完善认知工具。

在此平台下学生围绕信息科学与计算科学等领域中的实际问题，创造性地运用多学科知识，通过虚拟、模拟等手法，从中观察现象，获取信息，科学分析，科学决策，培养科学研究的态度和能力，掌握科学探索的方法和途径，发展学生的创造性思维和科学决策能力。

以上我们从信息与计算科学课程设置的角度，构建了基于认知工具发展高阶能力的四个平台，每个平台的构建依托着几门主要课程，但是其他课程对这些平台的构建也有着一定的影响，而且每个平台是随着课程的开设、学习的深入不断发展和完善的。教学中关注这些平台的形成，对发展学生的高阶思维能力有着积极的作用。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 钟志贤.信息化教学模式-理论建构与实践例说[M].北京：教育科学出版社，2005：35-48.

[2] 何克抗，林君芬，张文兰.教学系统设计[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3] 信息与计算科学专业教学规范[J].大学数学，2003（19）.

[责任编辑：钟 岚]