以大概念引領(lǐng)高中信息技術(shù)教材的內(nèi)容加工

金 婧

信息技術(shù)教育需要幫助學(xué)生發(fā)展信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)，使其具備在未來信息社會(huì)生存、創(chuàng)新與發(fā)展的基本素養(yǎng)，成為合格的“數(shù)字公民”。［1］從課程到教學(xué)，教師對(duì)于教材內(nèi)容的處理和把握在一定程度上影響著學(xué)生的學(xué)習(xí)成效和發(fā)展?jié)摿ΑＲ虼耍畔⒓夹g(shù)教師要站在未來的角度，因地制宜開發(fā)利用教材，以更具整合性的教學(xué)樣態(tài)，讓學(xué)科核心素養(yǎng)落地生根。

一、以大概念引領(lǐng)教材內(nèi)容加工的學(xué)理依據(jù)

（一）“大概念”的內(nèi)涵

概念是反映客觀事物共同特點(diǎn)與本質(zhì)屬性的思維形式，既是思維活動(dòng)的結(jié)果和產(chǎn)物，又是思維活動(dòng)借以進(jìn)行的元素。

大概念是一種高度形式化、兼具認(rèn)識(shí)論與方法論意義、普適性極強(qiáng)的概念，［2］揭示了事實(shí)性知識(shí)背后的規(guī)律。如果把學(xué)科內(nèi)容比作車輪，車軸就是學(xué)科的核心，學(xué)科大概念就相當(dāng)于一個(gè)車轄，能夠使車輪固定在車軸上；［3］“可理解為指向?qū)W科核心內(nèi)容和教學(xué)核心任務(wù)、反映學(xué)科本質(zhì)、能將學(xué)科關(guān)鍵思想和相關(guān)內(nèi)容聯(lián)系起來的關(guān)鍵的、特殊的概念”。［4］學(xué)科大概念本身就是學(xué)科領(lǐng)域中最精華、最有價(jià)值的內(nèi)容，同時(shí)它又像“魔術(shù)貼”，將零碎散亂的學(xué)科知識(shí)整合得條理清晰，成為各種關(guān)系的核心、學(xué)科思想和理論的載體。

（二）學(xué)科大概念應(yīng)對(duì)未來所需的價(jià)值所在

未來社會(huì)有三大趨勢(shì)：不對(duì)稱性、復(fù)雜性和不確定性。對(duì)待確定性和不確定性、有序性和無序性交混的復(fù)雜事物的方法是應(yīng)用“策略”。［5］策略的應(yīng)用體現(xiàn)為解決問題的決策能力與創(chuàng)新能力。基于實(shí)證的科學(xué)研究表明，專家比新手善于解決問題，是因?yàn)樗麄兯哂械闹R(shí)是按層次結(jié)構(gòu)的方式組織起來的，這些知識(shí)是對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的事實(shí)和公式的羅列，圍繞核心概念或“大觀念”進(jìn)行組織。［6］這種“核心概念或‘大觀念’”其實(shí)就是問題圖式（心理框架），是持久且可遷移的理解能力。學(xué)科大概念會(huì)為與學(xué)科相關(guān)的問題提供基本的解決思路，持續(xù)發(fā)揮作用，將成為學(xué)生適應(yīng)未來信息社會(huì)的關(guān)鍵支點(diǎn)。

溫·哈倫等學(xué)者認(rèn)為，大概念具有普遍的解釋力，不是憑空出現(xiàn)的，而是從兒童已有的概念中發(fā)展而來，存在三種進(jìn)展方式。［7］學(xué)科大概念指向?qū)W科的本質(zhì)思想和獨(dú)特方法，其理解過程就是學(xué)科思維、學(xué)科態(tài)度培養(yǎng)的過程，具有“面向未來”的特質(zhì)。學(xué)科大概念為教師分析信息技術(shù)教材提供指導(dǎo)框架，主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：明確教學(xué)內(nèi)容，在離散的知識(shí)點(diǎn)、較小的信息技術(shù)學(xué)科概念間建立聯(lián)結(jié)；建立教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)及真實(shí)世界的聯(lián)系，幫助學(xué)生從學(xué)科視角關(guān)注、解釋或者重新認(rèn)識(shí)真實(shí)的信息社會(huì)；啟發(fā)教師從不同角度重新思考學(xué)科內(nèi)容，為設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)提供有價(jià)值的線索。

二、以大概念進(jìn)行教材內(nèi)容加工的原因分析

教材作為課程標(biāo)準(zhǔn)的物化載體，是影響高中信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)落地的關(guān)鍵因素。目前實(shí)行一個(gè)課標(biāo)下的教材多樣化政策，各版本教材在知識(shí)結(jié)構(gòu)、內(nèi)容選擇、素材和活動(dòng)設(shè)計(jì)以及具體問題處理上存在差異。江蘇省主要使用教科版與粵教版教材。

不同教材其教學(xué)內(nèi)容的組織結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)順序不同。以必修1《數(shù)據(jù)與計(jì)算》為例，課程標(biāo)準(zhǔn)中包含三個(gè)部分，分別是“數(shù)據(jù)與信息”“數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用”“算法與程序?qū)崿F(xiàn)”。教科版教材遵循“初識(shí)數(shù)據(jù)與計(jì)算→編程計(jì)算→認(rèn)識(shí)數(shù)據(jù)→計(jì)算與問題解決→數(shù)據(jù)分析與人工智能”順序，體現(xiàn)從“初識(shí)”到“深入”的螺旋式上升，突出“建構(gòu)”。粵教版教材則嚴(yán)格按照課程標(biāo)準(zhǔn)，形成“數(shù)據(jù)與信息→知識(shí)與數(shù)字化學(xué)習(xí)→算法基礎(chǔ)→程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)→數(shù)據(jù)處理和可視化表達(dá)→人工智能及其應(yīng)用”的順序，并將核心素養(yǎng)之一的“數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新”相關(guān)內(nèi)容放在第二章節(jié)。學(xué)生在對(duì)數(shù)據(jù)與算法有了基本認(rèn)識(shí)和實(shí)踐基礎(chǔ)之后，再開始學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用。不論哪版教材，都是基于學(xué)生水平的非零起點(diǎn)，內(nèi)容廣、能力要求高，這與教學(xué)實(shí)際中學(xué)生能力水平的參差不齊相悖，會(huì)產(chǎn)生認(rèn)知斷層。顯然，單一選用、直接“拿來”，無法真正落實(shí)新課標(biāo)精神，這就需要教師根據(jù)實(shí)際情況對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行合理加工。

在教材的實(shí)際使用中，教師最容易出現(xiàn)教學(xué)方向與教學(xué)重點(diǎn)的偏移。例如必修1《數(shù)據(jù)與計(jì)算》中的“算法與程序?qū)崿F(xiàn)”部分，教師在教學(xué)實(shí)踐中不自覺地就將算法等同編程，過多糾纏于編程語(yǔ)言，學(xué)生會(huì)形成“編程是實(shí)現(xiàn)算法唯一方式”的錯(cuò)誤認(rèn)知。零碎的、不連貫的編程語(yǔ)言知識(shí)的堆積和技能的重復(fù)，無法讓學(xué)生形成面向未來的勝任力。究其原因，教師在思考教什么的時(shí)候，沒有擺脫對(duì)舊有知識(shí)點(diǎn)的分析，沒有從學(xué)科邏輯整體性地看待算法與程序?qū)崿F(xiàn)的內(nèi)在聯(lián)系，自然就沒有抓住學(xué)科內(nèi)容的核心。而大概念恰恰指向的是學(xué)科核心內(nèi)容，是有組織、有結(jié)構(gòu)的知識(shí)模型。因此，以大概念進(jìn)行教材內(nèi)容加工，可以幫助教師更好地思考和理解所教授學(xué)科內(nèi)容的本質(zhì)，而這與學(xué)科核心素養(yǎng)培育的本質(zhì)要求一致。

《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版2020 年修訂）》“重視以學(xué)科大概念為核心，使課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化，以主題為引領(lǐng)，使課程內(nèi)容情境化，促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí)”，明確了學(xué)科大概念在課程教學(xué)中的地位，強(qiáng)調(diào)借助大概念，整合學(xué)科內(nèi)容，融入情境問題，打通知識(shí)建構(gòu)與知識(shí)運(yùn)用。學(xué)科大概念成為連接學(xué)科核心素養(yǎng)與學(xué)科內(nèi)容的橋梁，是進(jìn)行教材內(nèi)容加工的重要抓手。

從教學(xué)設(shè)計(jì)的視角，教師需要突破知識(shí)本位，關(guān)注知識(shí)的意義，以學(xué)科大概念為“錨點(diǎn)”，以科學(xué)的邏輯和認(rèn)識(shí)的發(fā)展為線索重組教學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生在社會(huì)生活情境中將已有知識(shí)、假設(shè)的知識(shí)和感知的信息進(jìn)行整合，在解決實(shí)際問題的過程中洞悉學(xué)科知識(shí)，探究學(xué)科內(nèi)核，建構(gòu)自我理解，并能運(yùn)用學(xué)科知識(shí)，養(yǎng)成學(xué)科思維，確保信息技術(shù)課程育人目標(biāo)的達(dá)成。

三、以大概念進(jìn)行教材內(nèi)容加工的路徑實(shí)施

（一）依循邏輯關(guān)系，重構(gòu)教學(xué)序列

信息技術(shù)學(xué)科提出學(xué)科大概念：數(shù)據(jù)、算法、信息系統(tǒng)與信息社會(huì)。大概念是包括諸多相關(guān)小概念的上位概念，從而形成“學(xué)科大概念—中位概念—小概念”的層次結(jié)構(gòu)。我們可以從大概念這一關(guān)鍵點(diǎn)確定所處的位置以及與其他概念的內(nèi)在邏輯關(guān)系，形成對(duì)教材內(nèi)容的重新理解。

現(xiàn)行教材必修1《數(shù)據(jù)與計(jì)算》、必修2《信息系統(tǒng)與社會(huì)》分別聚焦數(shù)據(jù)和算法、信息系統(tǒng)和信息社會(huì)。關(guān)于數(shù)據(jù)，教材中包含定義、特征、表現(xiàn)形式、存儲(chǔ)（編碼）、處理、應(yīng)用等結(jié)構(gòu)要素，與此相似相關(guān)的概念有“信息”“知識(shí)”“智慧”，偏重于縱向的聯(lián)系。在概念之間，如數(shù)據(jù)與算法可以尋找內(nèi)在聯(lián)系。數(shù)據(jù)是算法服務(wù)的對(duì)象、資源，算法是處理、應(yīng)用數(shù)據(jù)的技術(shù)解決方案。數(shù)據(jù)與信息之間又有什么關(guān)系？各種應(yīng)用場(chǎng)景中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，基于計(jì)算進(jìn)行處理和分析，這是算法的實(shí)現(xiàn)過程，從而挖掘出有價(jià)值的信息。這樣，數(shù)據(jù)、算法與信息三者之間又建立了橫向的聯(lián)系。我們以系統(tǒng)觀再次觀察4 個(gè)學(xué)科大概念：信息社會(huì)是以信息活動(dòng)為基礎(chǔ)的新型社會(huì)形態(tài)和新的社會(huì)發(fā)展階段；信息系統(tǒng)是其中重要的子系統(tǒng)，是一個(gè)人機(jī)交互系統(tǒng)；交互的是基于算法的數(shù)據(jù)。基于這樣的思路，學(xué)科內(nèi)容之間就呈現(xiàn)出一種結(jié)構(gòu)化的狀態(tài)。

在學(xué)科大概念的統(tǒng)攝下，聚焦概念進(jìn)行延伸、衍生，知識(shí)間的本質(zhì)聯(lián)系和縱橫關(guān)系聯(lián)結(jié)成網(wǎng)。以這樣的邏輯調(diào)整模塊序列，重構(gòu)內(nèi)容，呈現(xiàn)在學(xué)生腦中的就不會(huì)是一個(gè)個(gè)孤立的知識(shí)點(diǎn)。

（二）依循知識(shí)境脈，理清教學(xué)思路

一直以來，我們的信息技術(shù)課堂都過于關(guān)注技能“操練”，學(xué)生容易產(chǎn)生這樣的困惑：我為什么要學(xué)？我學(xué)的這些東西有什么用？這樣的課堂簡(jiǎn)單地將教學(xué)內(nèi)容定位于“作為符號(hào)的知識(shí)”，但只有適當(dāng)涉及“作為思想和方法的知識(shí)”和“作為意義和價(jià)值的知識(shí)”的時(shí)候，教學(xué)才能觸及知識(shí)的內(nèi)核、學(xué)科的本質(zhì)。

杜威認(rèn)為“知識(shí)是解決問題情境的活動(dòng)結(jié)出的果實(shí)”，學(xué)習(xí)是知識(shí)產(chǎn)生、知識(shí)發(fā)現(xiàn)的過程，而這種過程是在問題解決中實(shí)現(xiàn)的。所以，教學(xué)應(yīng)該把教材或知識(shí)各部分恢復(fù)到它所抽象的原理的經(jīng)驗(yàn)，［8］從引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)學(xué)科知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橥瑫r(shí)認(rèn)識(shí)這些知識(shí)得出的過程。因此，教學(xué)內(nèi)容的組織需要逆向思考，就是從知識(shí)產(chǎn)生的原點(diǎn)出發(fā)，讓學(xué)生在個(gè)人經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行體驗(yàn)，借助問題情境重新進(jìn)入知識(shí)生產(chǎn)過程，習(xí)得知識(shí)，形成概念。比如“數(shù)據(jù)”的概念，從現(xiàn)實(shí)世界到計(jì)算機(jī)世界，從模擬到數(shù)字，教師遵循數(shù)據(jù)編碼的現(xiàn)實(shí)處理過程，把原理遷移到二維碼的探索當(dāng)中，指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用已有學(xué)科知識(shí)參與學(xué)習(xí)，又將新的經(jīng)驗(yàn)融入自己的經(jīng)驗(yàn)體系，這就是一種知識(shí)產(chǎn)生的過程，是學(xué)生所能理解的個(gè)性化的知識(shí)；或者使用概念之間某一條聯(lián)系，如數(shù)據(jù)與信息的橫向演變過程來貫穿教學(xué)，教師對(duì)知識(shí)生產(chǎn)過程進(jìn)行簡(jiǎn)化和改造，將數(shù)據(jù)到信息的轉(zhuǎn)化過程以及計(jì)算在這個(gè)過程中扮演的角色，構(gòu)成教學(xué)內(nèi)容的脈絡(luò)，讓學(xué)生經(jīng)歷從具象到抽象歸納的知識(shí)產(chǎn)生過程，完成自我經(jīng)驗(yàn)世界與學(xué)科知識(shí)世界的對(duì)話，這也是學(xué)生思維發(fā)展變化的過程。

把握大概念中點(diǎn)與點(diǎn)的關(guān)系可以幫助學(xué)生建立教學(xué)內(nèi)容的立體結(jié)構(gòu)。教師追尋知識(shí)的境脈，以知識(shí)產(chǎn)生的“過程線”整合教學(xué)內(nèi)容，將教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)化成聚焦大概念的學(xué)習(xí)活動(dòng)。

（三）依循學(xué)習(xí)進(jìn)階，診斷教學(xué)水平

學(xué)習(xí)進(jìn)階理念認(rèn)為，學(xué)生對(duì)某一主題概念的理解會(huì)持續(xù)深化，思維逐步精細(xì)，存在多個(gè)中間態(tài)。因此，教材加工除了基于對(duì)學(xué)科內(nèi)容的邏輯分析及教師自身的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，還需要尊重學(xué)生原有認(rèn)知水平和認(rèn)知發(fā)展規(guī)律。

從學(xué)的角度來看，學(xué)生對(duì)概念的認(rèn)識(shí)由淺入深、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，整合具體的教學(xué)內(nèi)容是為了促進(jìn)對(duì)概念的深層理解。北京師范大學(xué)郭玉英研究團(tuán)隊(duì)基于學(xué)習(xí)進(jìn)階理論提出了科學(xué)概念理解發(fā)展層級(jí)模型，［9］包括“經(jīng)驗(yàn)、映射、關(guān)聯(lián)、系統(tǒng)、整合”5 個(gè)發(fā)展水平。我們可以利用層級(jí)模型，分析概念掌握的起始目標(biāo)和目標(biāo)狀態(tài)，針對(duì)理解層級(jí)的發(fā)展水平逐步整合教學(xué)內(nèi)容進(jìn)階的路徑。

以“算法”概念為例，結(jié)合課程標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)教材內(nèi)容，教師可分析算法概念的內(nèi)涵、外延與特征等，然后以層級(jí)模型為理論框架，結(jié)合自身教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，初步擬定算法概念理解的發(fā)展層級(jí)，如下頁(yè)表1所示。

表1 “算法”概念的理解發(fā)展層級(jí)

教學(xué)中，教師需要思考建立概念需要哪些事實(shí)經(jīng)驗(yàn)，不僅要重視事實(shí)經(jīng)驗(yàn)的豐富程度，而且要有一定的分類，特別要重視具有遷移性的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)，幫助學(xué)生完成異同辨別。例如，算法概念的建立至少需要3 類事實(shí)經(jīng)驗(yàn)：算法不是求解一個(gè)問題的方法；算法是求解一類問題的方法；算法是有限步驟，結(jié)果明確。然后，分析促進(jìn)概念理解從低層級(jí)向高層級(jí)“躍遷”的學(xué)科思維有哪些。例如，需要在事實(shí)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上抽象概括出算法的特征、定義算法概念，并能結(jié)合算法描述理解算法結(jié)構(gòu)，這其實(shí)也是計(jì)算思維中“抽象”的表現(xiàn)。最后，建構(gòu)學(xué)科內(nèi)概念之間的關(guān)聯(lián)，如算法與程序之間的關(guān)系。教師厘清教學(xué)的主線，梳理概念在教學(xué)內(nèi)容中的聯(lián)系，結(jié)合學(xué)情分析找到切入點(diǎn)，將概念、原理等顯性知識(shí)與策略、思路等隱性知識(shí)整合，構(gòu)建教與學(xué)的聯(lián)結(jié)，不斷充盈教學(xué)的內(nèi)涵。

面對(duì)這一代“數(shù)字原住民”，信息技術(shù)教育需要幫助他們建立面向未來的技術(shù)勝任力，體現(xiàn)為通過學(xué)科學(xué)習(xí)沉淀而成的學(xué)科核心素養(yǎng)。學(xué)科知識(shí)是培養(yǎng)核心素養(yǎng)的主要載體，學(xué)科大概念作為學(xué)科知識(shí)的核心，隱含學(xué)科的思維方式。以大概念為引領(lǐng)，探討信息技術(shù)教材的加工，可以化繁為簡(jiǎn)，啟發(fā)教師從學(xué)科邏輯、知識(shí)結(jié)構(gòu)、認(rèn)知發(fā)展等不同角度引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建思維認(rèn)知地圖，從而可以在未來應(yīng)對(duì)瞬息萬變的世界。