關聯與構建：聚焦概念理解的信息科技教學

周靜 浙江省寧波市江北區慈城中心小學

當下，信息科技課程的內涵不斷發展，正逐步向探究計算機原理、理解數據底層編碼、發展學生學科核心素養等方向發展。從這一趨勢不難發現，信息科技學科的教學正悄然變化，它不再局限于讓學生習得技術操作，而是著眼于技術的內涵，讓學生從數據、算法、信息系統等更宏觀的概念體系中把握信息科技學科本質，感受信息科技學科魅力，激發學生探究意識。但概念是抽象的，且信息科技學科中的很多概念又離學生的生活經驗較遠，因此需要將這些概念通過有效的方法和學生已有的認知結合起來，使學生親歷技術實踐活動，并親歷概念的生成、聯結、透視、拓展，形成概念網絡，培養學生的計算思維。

● 表述類比明概念

類比教學法的應用，能把抽象的概念特征和具體的、形象的事物特征加以聯結，變抽象為具象，啟發學生聯想學習，即當學生碰到新知識、新概念時，調用自身原有的知識儲備，以聯想的方式去理解新知識，提升自主學習能力。

案例1：變量的秘密世界。

在浙攝版小學信息技術五年級下第8課《變量計數》中，出現了變量的概念，怎么能讓學生更好地理解變量的概念呢？筆者把內存比作酒店，把內存中存放數據的空間——變量比作酒店的房間，只是這家酒店的每個房間在某時刻只能住一個人。很多學生都有入住酒店的經歷，都知道每個房間必須有唯一的房號，才能讓住戶順利找到自己的房間。因此，對于變量來說，也必須有一個變量名，而這個變量名則具有唯一性。變量中可以存放數據，隨著酒店入住和退房，變量中的值在不斷發生改變。如果有團隊需要入住酒店（一組數據），那就需要多個變量，這個時候就可以用鏈表來存儲數據（如下頁圖1）。經過這樣的類比，學生消除了對“變量”概念的陌生感，開始主動探究變量的應用。

圖1

● 技術實驗析概念

類比教學法的應用，需要在抽象概念和具象事物中找到合適的特征點。但當概念內涵更加復雜，概念邊界無比接近，在生活中無法找到合適的類比對象時，就需要從微觀層面通過具象的實驗來探尋其內在的本質，這樣才能幫助學生有效把握特征點，形成概念，即利用小軟件或工具，通過控制實驗變量、記錄實驗數據、對比實驗結論等方法，設計技術實驗，理解相關概念。技術實驗變概念的“理解”為“樂玩”，利用技術實驗的可重復性原則，學生逐漸觸摸到概念的內在本質，也在潛移默化中培養了技術探究精神和嚴謹的思維方式。

案例2：為什么我的文件無法上傳？

下課前，教師要求學生通過極域電子教室的作業上傳功能把作業上傳到教師機，但課堂中學生會提出問題。學生：“老師，我的作品無法上傳。”教師：“檢查一下，需要上傳的文件關閉了嗎？”學生：“哦，沒有關。”為什么學生總是記不住要關閉文件再上傳呢？于是，在接下來的課堂里，教師通過技術實驗，引導學生揭示文件無法上傳的秘密（如圖2）。

圖2

實驗①：打開桌面上的“慈城介紹.docx”文件，加入一句對家鄉的感悟。

實驗②：把修改好的文件（不保存），直接復制到“D:慈城介紹”文件夾。

實驗③：打開慈城景點介紹文件夾，查看復制后的文件是不是最新版？

實驗④：把桌面的這個文件，通過“剪切”的方式，移動到自己的文件夾中。

實驗⑤：把這份未保存過的文件刪除。

實驗⑥：把這份未經保存的文件重命名，修改文件名為：慈城介紹-姓名。

學生邊嘗試，邊記錄結果（如圖3中的表），最終得出結論：如果不關閉文件，涉及文件的很多操作并不能順利完成。于是，筆者開始揭秘失敗的原因：對于一個正在使用的文件，相當于計算機正在處理一個任務。如果執行這個任務的流程是打開文件—修改文件—保存文件—關閉文件，那么在這個任務尚未結束的時候，系統會給文件一把任務鎖（如圖3）。復制的操作，不會破壞正在修改的文件，系統允許用戶復制前一個版本的數據信息。刪除、重命名或者是移動的操作，也可以看作是一個新任務，當前一個任務A（如修改文件流程）在使用文件的時候，另一個任務B就必須排隊等待，只有等任務A結束流程，釋放文件，任務B才能開始。這樣的設計在一定程度上對文件起到了保護作用。

圖3

技術實驗的應用，在解決問題的同時，也給學生打開了一條信息科技學習的新途徑。教師在設計技術實驗時，不僅要考慮實驗材料、實驗工具、實驗記錄，還應該選擇有意義的實驗點，利用技術手段，幫助學生辨析概念模糊點，突破思維盲點，促進素養的提升。

● 活動體驗悟概念

概念的構建源于學生自身的“悟”，在教學中，應關聯學生原有經驗，充分挖掘相關概念的生長點，讓概念中文字式的記憶“活起來”。或者，通過學生自身的“悟”，由“輸出”推動“輸入”，倒逼概念的形成，通過概念路演的方式，幫助概念“立”起來，使學生厘清它的內在結構。

案例3：計算機是如何輸出文字的？

《走進計算機》是浙攝版小學信息技術五年級下冊第一課的內容，學生在認識計算機硬件組成的基礎上，還應了解計算機的工作原理。但計算機究竟是如何工作的呢？這對于五年級的學生來說存在著一定的認知模糊點。為了解決這個問題，筆者為每組學生準備了一塊Microbit板來模擬計算機的運行。

師：計算機有輸入、輸出、存儲、運算、控制五大設備，這塊小小的Microbit板，雖然和我們使用的計算機長相不同，但它也集成了按鈕、LED燈、揚聲器、麥克風、微處理器等，也擁有馮·諾依曼結構，也是一臺微型的計算機。我們用它來模擬計算機是如何輸出文字的。

學生使用Microbit進行體驗：按下按鈕A，屏幕顯示字母L；按下按鈕B，屏幕顯示字母E；搖一搖，屏幕顯示“D”。體驗后思考：微處理器是如何控制屏幕顯示相應字符的。

經過體驗，學生發現，屏幕上字符的變換是由LED燈的亮滅組合而成。由此推斷出，計算機顯示器上的文字顯示，也是由處理器控制高低電平的開關來運行的，只是顯示器還需要有顏色輸出，設計更為復雜。在這個活動之后，再去理解計算機的工作原理，學生就豁然開朗了（如圖4）。這樣的體驗學習，讓學生經歷概念的形成過程，化靜態為動態，實現了對概念的理解和掌握。

圖4

● 底層編碼構概念

編碼的本質是數據和算法，在用計算機解決問題的過程中，不能僅停留在問題的解決上，而應該撥開云霧，去思考它的底層編碼，去探究其背后支撐的相關算法，從而理解整個信息系統的機理，這樣才能幫助學生更好地理解學科大概念。

案例4：圖像能變文字嗎？

浙攝版小學信息技術六年級上冊第三課《數據編碼》中的計算機編碼方式的理解是難點。對于“計算機以二進制形式來處理數據”學生已經有了一定的記憶，但二進制編碼是隱藏的，和呈現在顯示器上的數據信息有很大的出入，必須借助工具才能將其顯示出來。為了讓學生清晰地認識圖像的本質，探究編碼的秘密，筆者通過“圖像編碼工具”在線將BMP圖片轉換成了數字編碼，改變其中的幾個數據后將其轉換成圖片形式展示給學生（如圖5）。學生不僅能看到圖片背后的數字編碼，還能發現修改數字之后相應位置的圖片顏色的變化。

圖5

在概念教學中，教師應該引導學生向著“可編碼”“可計算”的方向展開思考，不斷反思、迭代，為學生開啟一個概念理解的新世界，帶領學生走進計算機科學的微觀世界。從宏觀到微觀，對學生來說，不僅僅是一種概念的理解，更是一種思維的迸發，以此推動學生計算思維的形成，促進學科核心素養的落實。