上海推進普通高中信息技術課程的思考與探索

張汶

2018年1月教育部公布了《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》（以下簡稱“新課程標準”），新課程標準圍繞學科核心素養，吸納學科領域的前沿成果，構建具有時代特征的學習內容，在問題解決過程中提升信息素養。在《上海市深化高等學校考試招生綜合改革實施方案》實施的背景下，立足與上海“科創中心”城市對人才培養的需求，如何推進和實施新課程標準既是一個嚴峻的考驗，也充滿機遇與挑戰。

困難與挑戰

筆者通過日常教研、問卷調查、教學調研、網絡教研等方式，匯總上海市高中信息科技（信息技術）實施的現狀，聚焦新課程標準的推進過程中的主要問題。

1.教師對核心素養理解有一定困惑

新課程標準的修訂回應了網絡和數字化工具不斷普及的現實需求，培養學生對信息技術發展的敏感度和適應性，結合信息技術變革的前沿知識與國際信息技術的發展趨勢，調整和優化信息技術課程內容模塊，提高了課程標準的前瞻性。新課程標準讓學生不僅僅是“使用者”，更強調作為技術的“理解者”和“設計者”的定位，這必然要求學生對學科知識體系和技術本質有更深入的理解，因此，“計算思維”成為極有學科特色的要求。但是，教師對如何理解“計算思維”的內涵與外延有一定困惑。

2.教師對專業知識提升有一定焦慮

新課程標準的培養目標顯然對教師在計算機科學方面的專業功底有更高的要求。新課程標準在課程結構上，安排了必修、選擇性必修和選修課程，必修課程中的“數據與計算”和“信息系統與社會”兩個模塊，與上海2014版信息科技課程標準中的基礎型課程內容有比較大的差異。在內容架構方面，上海高中信息科技課程以“信息處理”為主線，以信息編碼、信息傳輸和信息處理為主要內容，強調體現信息科技中“科學”的內涵；在教學思路方面，上海信息科技課程以“至理”為教學追求。而新課程標準更注重更廣泛的學習視野和更多的實踐，將必修課程的兩個模塊聚焦在數據、計算和信息系統等方面，增加了大數據、人工智能、物聯網、傳感器等與時代緊密相關的知識；選擇性必修課程增加了開源硬件、人工智能等新模塊。這些知識很難從大學的專業學習中得到，當前也缺少系統的培訓機會讓教師提升。新課程標準對高中信息技術教師提出了較高的要求，增加了課改實施的難度。

3.教學環境還需提升

相比上一個版本，新課程標準更加突出了實踐探究和課堂實驗的設計與實施，使用了“信息技術實驗室”指稱信息技術課程的教學場所。“信息技術實驗室”與傳統的“計算機教室”相比，顯然暗含了學習方式的變化，意味著學生必須經歷使用軟件和硬件開展驗證、測試、調試、探究和設計的學習過程，要將知識的學習與實驗探究相結合。目前，上海信息科技課程雖然均配有信息技術專用教室，但配置還比較陳舊，尤其是一些學校將機房改造為標準化聽力考場，機器之間擋板的設計極大地妨礙了學生之間的討論和合作交流。而機房除了臺式機，缺少其他信息技術設備和教學資源，設備配置與新課程標準的要求不匹配。同時，實驗室的環境和空間缺少規劃，信息技術實驗本身也缺少研究。

4.教學資源面臨困難

教學資源的獲得面臨制約，以“大數據”的體驗為例，一是獲得可靠、真實的大數據比較難；二是很多網站開始使用反網絡爬蟲技術，設法保護自己的內容。

思考與對策

新課程標準的落實需要教學研究、教師培訓、考試評價、資源保障等共同推進。上海市區校三級教研通過進一步學習新課程標準相關文件內涵，把握學科本質，共同開展了一系列研究和探索。

1.從課程發展視角，解讀課程“變化”

研讀新課程標準發現，相比上一版課程標準，新課程標準稱得上是“翻天覆地”的變化，我們應該怎樣應對這樣的變化呢？

如果將技術發展的步伐與課程發展的腳步放在一個時間軸上對比，可以看到一個清晰的同步或交錯發展的變化過程：20世紀80年代，信息技術飛速發展，催生了計算機課程，1989年有了WWW協議，分散在世界各個角落的計算機可以進行通信，同年，“信息素養”這一概念得到更多重視。1994年中國全方位接入因特網，網景瀏覽器1.0誕生，Windows 3.2中文版以及Word文字處理軟件開始普及，1999年課程的一系列文件出臺，提出以信息素養為主線，增強學生運用信息科技的實踐能力。而后Web2.0興起，信息爆炸成為熱詞，信息鑒別和處理能力更加重要，課程標準強化了對學生思維能力和學會學習能力的培養。隨后的10年，移動互聯網、物聯網飛速發展，尤其是2016年，人工智能有一個爆發式增長，標志著人工智能的應用時代到來，計算思維成為新課程標準的重要思維方式。理解技術與課程的變化，便可理解新課程標準為何會提出“依據信息技術學科的自身發展特征，……，依托快速發展與日益更新的信息技術工具，保持對新技術成果的開放性”作為課程結構的設計依據之一。“技術”與“課程”的發展從計算機開始，最終回歸了計算機學科的核心知識。認識到“變”的必然性和改革動因，理解課程繼承與發展的過程，就能更好地接受新課程標準的變化。

2.剖析技術本質，理解課程內容的“不變”

雖然新課程標準的內容有很多改變，但“計算思維”的提出，就是對“不變”的深刻洞察。盡管計算機外在的形式從圖靈無限長紙帶的構想發展到各種智能設備的真實存在，但信息技術的本質沒有改變，輸入、處理、存儲和輸出的信息處理過程沒有變過，計算機內部使用二進制沒有改變，馮·諾依曼計算機基本架構沒有變。對數據進行數字化，存儲、計算并輸出計算結果，這個過程始終沒有變。技術不是技術產品，不是技術成果，不是會說話互動的機器人，它的本質仍然是一種問題解決方案。理解了這一點，便可以理解新課程標準為何提出“在問題解決過程中提升信息素養”這個重要論點，為何要將“運用計算思維形成解決問題的方案”成為學生必須的學習經歷，因為只有讓學生經歷問題解決的過程，掌握問題解決的方法才能使其理解技術作為問題解決方案的本質。認識到這個本質，通過對計算思維的培養與課程標準中新的要求內容兩者間相互支持、相互呼應的關系進行闡釋，提升對新內容的把握，教師就能提升面對外部世界變化的“定力”，認識到自己的學科知識儲備對于理解新課程標準的價值，減少對專業知識提升的焦慮，堅定潛心學習和專業發展的信心。

3.增強對技術的理性態度，研究學科德育的具體要求

新課程標準堅持立德樹人的課程價值觀，引導學生理解信息技術應用過程中的個人與社會關系，履行個人在信息社會中的責任和義務，幫助學生成長為有效的技術使用者、創新的技術設計者和理性的技術反思者。因此，教師要將課程獨特的育人價值與學科知識、思維方式等結合在一起，認識信息技術的邊界，更理性地認識信息技術的優勢與局限，同時對技術帶來的倫理挑戰更為審慎，對科技中蘊含的智慧和艱辛有更多深刻的理解。

上海積極推進學科德育的研究，結合學科育人價值分析，研究如何達成可觀察、可測量、可評價特征的德育目標，提高德育要求落實的可能性。征集教學實踐中的真實教學案例，闡明案例的德育價值，說明德育教學策略在案例中的具體體現，以增進教師理解、掌握，促進德育要求落實。

4.持續推進概念教學研究，促進對課程內容結構的認識

新課程標準精煉了數據、算法、信息系統、信息社會等學科大概念，這些大概念指向信息技術學科核心內容，反映學科本質，是將學科關鍵思想和相關內容聯系起來的特殊的概念。要推動教師理解新課程標準，從“少而精”的大概念入手是一個很好的途徑。理解這些大概念提出的基本原則，便可理解新課程標準是怎樣“緊扣學科大概念體系，精心架構課程結構；選擇課程內容，確保知識體系清晰”這一設計理念。但大概念通常是復雜的，也有一些概念是上位的，包含了很高層次的抽象，如何用學科大概念解讀課程內容，需要給出邏輯框架和實例。上海自2014年起連續三年開展了概念教學的研究和實踐，通過研究概念教學的方法，制作實體教具，設計教學資源，提供教學案例，為理解新課程標準提供了學習基礎，開設全市概念教學的網絡研修一體課程，提供具體的教學實例供教師借鑒和參考。

大概念的理解首先需要結合具體的教學內容，通過市區校三級教研，推進基于概念的活動設計；其次還要圍繞產生的問題背景，重視概念、知識體系、概念形成過程中蘊含的解決問題的方法，回溯概念的產生中科學家解決問題的方法，讓學生不僅“知道事實”，而且“知道為什么”，講好科技故事。

5.從課程實施視角，深化對學科項目的認識

上海信息科技課程自2004年開始推進“以項目（或活動）帶動學習”的教學方式改革，十多年的教學實踐積累了諸多項目設計和實施以及與之匹配的過程性評價經驗。但項目學習具有一定的復雜性，突出表現為兩個問題：一是項目的實施流程與知識系統學習之間的矛盾，缺失對知識的深度理解；二是學生偏向于解決問題和呈現成果，缺失對意義的追問。

新課程標準回應了這些困惑，明確提出了“把握項目學習本質，以項目整合課堂教學”的要求，強調它是“學生在教師引導下發現問題，以解決問題為導向開展方案設計、新知學習、實踐探索，具有創新特質的學習活動”。新課程標準關于項目學習的闡述，強調了項目本身應包含知識的建構和轉化，明確學科知識的深度理解是項目學習不可或缺的。托馬斯提出判斷高質量項目化學習的標準，其中特別分析了和學科知識的關聯性：項目化學習聚焦在能夠驅動學生去面對學科中的核心概念或原則的關鍵問題，學生通過項目學習主要的學科概念和能力，需要“建立起項目活動和隱藏其后的希望掌握的概念性知識之間的關聯”，真正重要的是學生所追求的問題、活動、成果和表現，都要協調起來服務于真正重要的理智和目的，而不是作為傳統課程后的一個展示、表演、附加實踐或作為例證的部分。

6.加強單元教學設計，增強教學整體性

新課程標準的推進面臨教學內容調整和課時減少的現實矛盾，采用單元教學的方式可以發揮其“整體大于局部累加”的效益。單元教學設計是分解、傳遞和落實課程目標的關鍵一環，是統整單元內所有課時目標的主要手段，是對教學內容的“結構化”組織的抓手。2017年上海信息科技學科編制了《單元教學設計指南》，提供單元教學設計的原則、方法和典型案例，教師可將單元教學設計的路徑和支架，通過流程、屬性表和問題導向，提高單元教學設計的規范和質量，其中，流程呈現單元教學設計的步驟，屬性表呈現單元教學設計的內涵品質，問題導向呈現單元教學設計的思考路徑。單元設計體現了立足信息科技課程整體，準確把握不同學段的信息科技學習的定位，清晰地設計了單元在整個年段課程中的位置，體現了單元與單元之間在學生素養培養方面的有序的設計。

7.從計算的角度，解讀計算思維的內涵

要將核心素養落地，需要結合教師的困惑，將核心素養進行教學操作性轉化，教師需要的不僅是對“計算思維”各個角度的分析，更需要的是面對具體教學內容時的操作能力。我們將教師有關計算思維的困惑提煉為兩個主要問題：一個是計算思維具體可表現為哪些方面的能力？回答是主要可落實在抽象、符號化，形式化、自動化，建模、邏輯思想在問題解決中的應用等方面。另一個是在當前的教學內容中，如將計算思維作為培養目標，有哪些知識是比較薄弱并希望有所提高之處？回答是怎樣將現實中的信息抽象為符號，怎樣用物理的方法將符號轉換成物理狀態（如傳感器），怎樣用計算模型（如圖靈機）按形式化的方法對信號進行處理（如數字化），怎樣將數學和邏輯思想（如遞歸和迭代）在實際項目工程中實現信息自動化處理的過程彰顯出來等。

8.組建研究團隊，研究教師專業提升的路徑

新課程標準的推進需要一支“先鋒隊”，率先研究實踐，起到示范和帶頭作用，同時也為各區提供更加廣泛的教師培訓支持。2017年上海組建了上海市Python研究小組，招募教師志愿者參與共同研究和實踐，目的在于培養一支隊伍，設計一系列項目，提供典型教學案例，積累學習資源，為新教材的全面實施提供先導和支持，開展從VB到Python的遷移研究，目前已經完成了計算機圖像識別、卷積神經網絡手寫數字圖片識別、數據分析與可視化（透視某共享單車數據表）、機器學習典型算法（某共享單車使用量預測）的課例開發與培訓。

教師的專業素養提升是一個循序漸進的過程，要從易到難，提供專業學習的路徑。同時，要拓展教師學科專業知識的“寬度”與“深度”，一方面通過學科知識培訓讓教師深入學習新課程標準的學習要求，另一方面通過實例拓寬教師的專業視角。

9.開展初高中銜接的教學探索

新課程標準的實施對學生的學習起點有一定的要求，因此，要夯實初中階段的教學，建立初中和高中課程的銜接，開展初中人工智能啟蒙的研究與探索。通過研究初中階段數據與計算思維的要求，開展人工智能啟蒙教育，重視計算機文化。例如，我們近年來通過開展初中階段“小數據”分析的探索，提供真實的數據，通過更多維度、更多相關性的數據，讓學生根據評定結果提出推測，選擇性地使用具有相關性的數據表，通過公式、函數、排序等操作進行數據處理后用數據證明自己的推測。

結語

課程建設既需要頂層設計，也需要基層探索，只有自上而下的理論借鑒和自下而上的典型經驗相結合，才能走出扎實的課程建設和教學研究之路。盡管當前信息技術課程的實施教師面臨一些困難，但是我們不應將教師看成被動的執行者，他們有活躍的思維，有積極探索的精神，有創新實踐的熱情，有得到學術尊嚴和職業自信的需求，當下的困難和挑戰也是未來發展的動力，上海市信息技術教師的發展會一直秉承“日拱一卒無有盡，功不唐捐終入海”的理念，行走在“積累、沉淀、發展”的路上。