指向核心素養的信息技術學科單元綜合學習設計模型

摘要：當前，培養學生信息技術核心素養作為信息技術教育的旨歸已受到越來越多的關注，其中開展單元教學作為素養導向教學的關鍵，是落實核心素養的必然要求。單元教學強調學習內容的整合協調，本質上屬于綜合學習，但現有研究尚未從綜合學習的視角審視單元教學。為此，文章首先分析指向核心素養的信息技術學科教學設計和基于四要素模型的綜合學習設計的研究現狀；然后從信息技術學科的核心素養內涵、單元學習目標、技能層級、學習任務及其評價、學習活動及學習環境方面構建信息技術學科單元綜合學習設計模型；最后以“數據處理與應用”單元為例，基于該模型進行單元綜合學習設計，以期從方法論上為一線教師教學提供指導。

關鍵詞：核心素養；信息技術學科；四元教學設計模式；單元綜合學習

【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009—8097（2023）06—0073—09"【DOI】10.3969/j.issn.1009-8097.2023.06.008

引言

信息技術學科核心素養是指學生在接受信息技術教育的過程中逐步形成的信息技術基礎知識、關鍵能力、情感態度與價值觀等方面的綜合表現，其從信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會與責任四方面描繪出課程作用于學生的整體效應^[1]，是信息技術教育的旨歸。目前，指向核心素養的信息技術學科教學設計研究已經陸續展開，根據現有研究發現，面向信息技術學科核心素養培養的教學設計強調課程內容結構化與學習活動主題性，需要打破課時主義的束縛，對學習內容進行整合協調，這一點恰好契合單元教學的本質。為此，有研究嘗試設計信息技術學科單元教學，但依然存在學科核心素養的落實未達到預期，將“計算思維教育簡化為編程練習”“數字化學習與創新簡化為新技術操練”“信息社會責任簡化為課堂故事”等問題^[2]。經分析發現，其原因在于已有研究尚未從綜合學習的視角審視單元教學。

四要素教學設計（Four-Component Instructional Design，4C/ID）是設計綜合學習的有效模型。信息技術學科作為一門操作性和應用性都較強的課程，其特點決定了它與4C/ID模型具有天然的“耦合性”，將其應用于信息技術學科單元教學，能促進信息技術學科單元綜合學習的開展，實現學習內容整合協調、提升學生解決復雜問題的能力，促進核心素養提升。基于此，本研究構建指向核心素養的信息技術學科單元綜合學習設計模型，并展示將其如何應用于單元教學的實踐過程，以期從方法論層面為廣大一線信息技術學科教師開展單元教學提供指導。

一 研究現狀

為準確把握當前信息技術學科教學問題和基于4C/ID模型的綜合學習特點，本研究梳理了指向核心素養的信息技術學科教學設計和基于4C/ID模型的綜合學習設計研究現狀。

1"指向核心素養的信息技術學科教學設計

自信息技術學科核心素養提出以來，相關研究從對其的闡釋逐漸轉向基于信息技術學科核心素養的教學設計，提出指向核心素養的信息技術學科教學需轉向單元教學。例如崔允漷^[3]指出學科核心素養倒逼教學設計變革，要求其從設計單個知識點或課時轉變為設計一個大單元；鐘啟泉^[4]指出，單元教學設計是撬動課堂轉型的支點，有利于實現素養目標的持續性培養，這些研究都為信息技術學科單元教學提供了指導。單元教學強調任務的真實性，學生學習經歷的完整性，知識、能力、情感態度的整合性，目的是協調各種“組成技能”，提高學生解決現實中復雜問題的能力，培育學生的核心素養，而這些正是綜合學習所強調的，因此單元教學本質上屬于綜合學習范疇，但現有研究尚未從綜合學習視角審視單元教學，導致其對核心素養的落實不夠有效。

2"基于4C/ID模型的綜合學習設計及其應用

范梅里恩伯爾等^[5]提出的4C/ID模型是綜合學習的重要理論模型，包含學習任務、相關知能、支持程序和專項練習四個要素。國內在《面向復雜認知技能的訓練：四要素教學設計模型（4C/ID）述評》一文中首次對該模型進行介紹，闡釋了4C/ID模型的理論基礎和四個核心要素，并在理論與實踐價值及應用有效性層面上對其評析^[6]。之后，更多學者開始關注4C/ID模型，如盛群力等^[7]對綜合學習設計進行了相關介紹，并分析了四元素教學設計模式相較于傳統教學模式的優勢。2014年開始，國內學者開始將4C/ID模型應用于實際教學，如王宏宇利用“綜合學習設計”理論改革高職課程，解決了不能將職業技能靈活運用于實踐生活、技能掌握不扎實等傳統問題^[8]；也有研究嘗試將4C/ID模型應用于信息技術教學，如張新宇^[9]利用4C/ID模型設計PPT教學，和傳統的碎片化教學相比，學生取得了更佳的學業表現。國外對4C/ID模型的研究主要集中在物理教育和醫學教育領域，如Melo^[10]依據4C/ID模型，以物理電路教學的數字化學習環境為例，介紹了基于4C/ID模型的教育資源設計與構建方法。同時，國外有學者也嘗試利用4C/ID模型進行信息技術教學的設計，如將4C/ID模型應用到Alice編程教學^[11]、Android應用程序開發的教學^[12]等。綜上可見，雖然國內外探討了4C/ID模型在信息技術教學中的應用，但是這些研究都還未探討4C/ID模型在信息技術學科單元教學中的應用。

開展基于4C/ID模型的綜合學習作為落實信息技術學科單元教學的有效途徑，圍繞其構建進行的探索更是少之又少。基于此，本研究著重解決以下兩個問題：①如何構建信息技術學科單元綜合學習設計模型？或者說，單元綜合學習設計模型的理論基礎、構成要素及其關系是什么？②如何基于構建的模型進行信息技術單元教學設計？

二 構建指向核心素養的信息技術學科單元綜合學習設計模型

1"理論基礎

為解決以上問題，本研究提出以綜合學習理論、強化學習理論、情境學習理論和雙主教學理論作為構建指向核心素養的信息技術學科單元綜合學習設計模型的理論基礎：①綜合學習理論強調各技能整合，其將技能分為創生性技能和再生性技能，前者指向認知策略，強調問題解決思路的梳理；后者則指向一成不變的認知規則，強調規則掌握^[13]。建立在綜合學習理論上的4C/ID模型由學習任務、相關知能、支持程序和專項練習組成，依據4C/ID模型，在設計信息技術單元綜合學習時，要繪制出單元技能層級圖，其中針對創生性技能學習，需在圖式建構學習活動中進行，并提供相關知能；針對再生性技能學習，需在圖式熟練學習活動中進行，并提供支持程序和專項練習。而相關知能、支持程序、專項練習的呈現都需要借助數字化學習環境，因此單元綜合學習設計模型要包含技能層級、學習活動、數字化學習環境要素。指向核心素養的信息技術學科單元綜合學習的特點是以落實信息技術核心素養為導向，需要分析信息技術核心素養的內涵、確定信息技術單元總學習目標，形成核心素養導向的學習評價，而這也正是強化學習理論的觀點。②強化學習理論要有明確的學習目標、及時的學習評價以及反復不斷的練習^[14]。在信息技術學科單元綜合學習設計中，要依據強化學習理論，要制定學習目標和學習評價，并針對要達到高度熟練的再生性技能，安排專項練習進行強化，因此單元綜合學習設計模型要包含單元總學習目標及評價要素。③情境學習理論強調將學習任務置于真實的情境中^[15]，信息技術學科核心素養的培養要在真實情境中進行，因此設計信息技術單元綜合學習任務時，要創設真實情境，以利于解決信息化生活中的真實問題。④雙主教學理論強調教師主導地位、學生主體地位^[16]。依據此理論，在實施教學的過程中，教師想成為學習引導者，可采用學習支架、自主探究、小組討論等教學策略，促進學生對問題的探索，突出學生主體地位。

2"模型構建

在分析綜合學習設計的4C/ID模型、指向核心素養的信息技術學科單元綜合學習特點的基礎上，本研究將信息技術核心素養內涵、單元總學習目標、單元技能層級、單元學習任務、單元學習評價、單元教學活動、數字化學習環境確定為六個教學設計模型的核心要素，并合理安排這些元素在教學設計過程中位置，在此基礎上構建了指向核心素養的信息技術學科單元綜合學習設計模型，如圖1所示。

（1）分析信息技術核心素養內涵

準確把握信息技術核心素養內涵是設計單元綜合學習的起點。根據課程標準^[17]，信息技術核心素養內涵包括信息意識、計算思維、數字化學習與創新和信息社會與責任四個方面。其中，信息意識指個體對信息的敏感度和對信息價值的判斷力，能夠分析數據中承載的信息，并對信息來源的可靠性、內容的準確性、指向的目的性做出合理判斷；計算思維指個體運用計算機科學的思想方法，在形成問題解決方案的過程中產生的一系列思維活動；數字化學習與創新指個體通過評估并選用常見的數字化資源與工具，完成學習任務；信息社會與責任指信息社會中的個體在文化修養、道德規范等方面承擔責任，能遵守信息社會的法律法規，具備社會責任感。

（2）確定信息技術單元總學習目標

明確內涵后就需要確定信息技術單元總學習目標。單元總學習目標整合知識、技能、態度，是信息技術核心素養在單元教學中的呈現，也是信息技術核心素養的載體。這一步具有“承上啟下”的作用，其既承接了對信息技術核心素養內涵的分析，又是后續各步驟的起點。教師需理解信息技術核心素養內涵和課程標準，明確承載信息技術核心素養的單元總學習目標，只有這樣，才能順利開展后續的教學設計。

（3）形成信息技術單元技能層級

在明確承載信息技術核心素養的單元總體學習目標后，需要進行技能分解、開發技能層級，其作為一種組織框架，反映了問題解決過程，有利于學生把握完整的單元技能體系，明確單元技能的層次結構、各技能間的關系（如時序關系、同步關系和轉換關系）。需要注意的是，要特別區分創生性技能和再生性技能：創生性技能面向任務的解決問題、推理和決策層面，要求表現出基于圖式加工的能力；再生性技能指向任務的常規方面，要求表現出基于規則的加工能力。在完成技能的分解后，明確各項技能的應然狀態，可為設計任務評價提供依據。

（4）設計單元學習任務與評價

完成單元技能層級的確定后，需要設計單元學習任務與評價。單元學習任務和單元學習評價的設計同時進行，均需以單元技能層級為依據。其中，單元學習任務是技能層級中各項目標技能的載體，指向核心素養的單元學習必須是真實的學習，必須有真實情境與任務的介入。因此，需根據技能層級圖對學習任務進行排序，這有利于調節學生的認知負荷，確保學習任務始終隸屬于學生的“最近發展區”，同時也確保了任務的變式度。在進行任務排序時，通常有整體任務排序法和局部任務排序法兩種方法，前者是指每個任務類別都包含完整的組成技能，代表在現實生活中會遇到的任務，任務按照從易到難的順序形成任務類別序列；后者是指依據單元技能層級，將單元整體任務分割成有邏輯關系的組成技能群組，根據每個組成技能群組設計相應的子任務（局部任務），學生完成所有子任務后，單元學習任務也就完成了。每個子任務都包含三種類型任務：案例任務、補全任務和完整任務。

在設計單元學習評價時，要依據單元技能層級，明確每個技能應達到的基準，形成單元學習評價模型，如圖2所示。指向核心素養的信息技術學科單元學習評價由評價過程、評價題型、評價指向三個維度組成：①評價過程維度，包括形成性評價和總結性評價，前者面向過程性分任務，后者面向總任務。②評價題型維度，每次測評都包括知識、規則、圖式、完整任務四種題型。其中，知識和規則測評主要考察學生對單元基本知識和規則的掌握情況，可通過客觀題作答的方式進行；圖式測評反映利用計算機解決問題的思路，可通過繪制完整任務思維導圖的方式進行；完整任務測評主要考察學生對知識、規則、圖式的遷移應用情況，通常為學生提供一個無任何支持的完整任務。③評價指向維度，測評學生信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會與責任核心素養的達成情況。其中，信息意識測評主要考察學生對信息的準確性、目的性等的判斷；計算思維測評主要考察學生對計算機科學思想方法的運用情況；數字化學習與創新測評主要考察學生對數字化資源與工具的使用情況；信息社會與責任測評主要考察學生對信息社會責任感的承擔情況。值得注意的是，在整個教學活動中，教師要為學生提供完整任務的評價量規，包括組成技能、學業目標、信息技術核心素養、任務的評估標準、評價分值等內容，從而讓學生明確核心素養在任務中的具體表現，以及自身核心素養所達到的水平，體現“評價即學習”理念，將評價任務嵌入教學活動過程中。

（5）設計單元學習活動

單元學習任務驅動單元學習活動，信息技術學科單元綜合學習設計將學習活動分為三部分：圖式建構學習活動、圖式熟練學習活動、圖式遷移學習活動。其中，圖式建構學習活動對應創生性技能學習，由案例任務驅動，學習內容涉及推理、決策層面，旨在讓學生形成正確的問題解決思路。通過提供專家講解、操作視頻等相關知能材料，圖式建構學習活動可以讓學生通過觀察、討論，形成對問題的整體認識，建構正確的問題解決途徑。圖式熟練學習活動對應再生性技能學習，由補全任務驅動，再生性技能的學習涉及一成不變的規則運用，旨在讓學生熟悉認知規則。通過設計若干個給定狀態、目標狀態明確，但缺失部分步驟的補全任務，學生借助提供的規則、前提知識等支持程序進行步驟補全。圖式遷移學習活動需要設計無任何支持的完整任務，當任務情境發生變化時，學生需要綜合運用已經掌握的圖式、知識和規則完成任務。

（6）設計數字化學習環境

數字化學習環境整合于單元學習活動中，同時，也主要用于支持相關知能、支持程序、專項練習材料的呈現。在圖式建構學習環節，教師可以通過多媒體系統、因特網等數字化學習環境，向學生呈現專家對問題的講解視頻、文字案例等相關知能材料，幫助學生梳理解決問題的流程。在圖式熟練學習環節，教師可以通過在線幫助系統、電子績效支持系統等數字化學習環境，向學生提供規則學習的支持程序材料和規則熟練的專項練習材料。在整個單元教學活動中，學生可通過社交軟件或平臺等數字化學習環境，進行交流討論，開展協作學習。

三 指向核心素養的信息技術學科單元綜合學習設計實踐

本研究將通過具體案例介紹如何運用提出的模型設計單元綜合學習，案例選用的教材為2019年人教版的《普通高中教科書 信息技術 必修1：數據與計算》。該教材包含四章內容：認識數據與大數據、算法與程序實現（主要學習Python）、數據處理與應用、走進智能時代。由于“數據處理與應用”內容是Python的一個具體應用領域，具有較強的綜合性，涉及多種組成技能的綜合應用，因此可將該單元看作一個完整的學習單元，基于構建的模式進行單元教學設計。

1"分析單元指向的學科核心素養

該單元的信息意識是指個體能選擇可靠的信息源獲取數據；計算思維是指個體能夠掌握數據處理的一般流程，運用編程語言如Python完成實際的處理工作；數字化學習與創新是指個體能夠在數據處理及應用過程中，熟練運用各種信息化工具；信息社會與責任是指個體在采集數據過程中，遵守信息社會法律法規，形成能解決社會實際問題的數據分析報告、調研報告等。

2 確定單元總學習目標

《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》指出，該單元的學習要求是讓學生通過典型應用實例，了解數據采集、整理、分析和可視化表達的基本方法；根據任務需求選用適當的軟件工具或平臺處理數據，完成分析報告，理解對數據保護的意義（信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會與責任）。據此，該單元的總學習目標可描述為：學生在完成數據處理與應用的單元學習后，能在真實的生活情境中，根據實際需求，列出需要采集的數據目錄、選擇可靠的數據來源、選用適當的數據采集工具（傳感器、在線問卷等）、完成數據的采集（計算思維、信息意識、數字化學習與創新）；使用Python完成對采集數據的去重、補漏、勘誤等整理（計算思維、數字化學習與創新）；確定數據分析指標、設計分析算法、編寫分析語句，對整理后的數據進行分析（計算思維、數字化學習與創新）；確定可視化圖表、設計可視化算法、編寫可視化語句，實現數據的可視化（計算思維、數字化學習與創新）；撰寫數據分析報告（信息意識）。在處理數據和應用數據的過程中，還要注意數據安全以及對數據的保護（信息社會與責任）。

3 確定單元技能層級

通過對該單元總學習目標的分析，可以看出數據處理與應用單元包含了數據采集、基于Python的數據整理、基于Python的數據分析、基于Python的數據可視化、數據分析報告撰寫5個二級技能，并且它們之間存在先后關系。這5個二級技能均屬于推理決策層面，即創生性技能。確定二級技能后，還要設計三級技能，如數據采集子技能包括明確數據需求、確定數據來源、使用采集工具，這三個技能之間也存在先后關系。其中，明確數據需求、確定數據來源的技能涉及推理決策，屬于創生性技能；而使用采集工具屬于再生性技能，因為學生只需按照采集工具的使用規則，即可完成數據采集工作。逐層解構單元總學習目標，可以確定數據處理與應用單元技能層級，如圖3所示。其中，宋體加黑字表示創生性技能，楷體字表示再生性技能，虛線表示可互相調換技能完成的順序。

4 設計單元學習任務與評價

確定數據處理與應用單元技能層級后，要進行單元學習任務和評價的設計。教師可結合當前甲流防控，創設任務情境、設計“甲流防控盡責任”學習任務：“新冠肺炎已經過去，但又出現了甲流危機。現在你所在的社區出現了甲流患者，想聘請你為專家，請判斷什么時候社區新增甲流患者為0？并將研究結果以報告的形式呈現給社區，為甲流防控盡一份力”。完成任務情境的創設后，接下來就需考慮學習任務的排序問題。根據第二步形成的技能層級，可使用局部任務排序方法，將單元學習任務劃分為甲流患者人數采集、基于Python的患者人數整理、基于Python的數據分析、基于Python的患者人數可視化、疫情分析報告撰寫共五個邏輯關聯子任務。

依據圖2，可將該單元學習評價設計為對數據的采集、整理、分析、可視化和分析報告撰寫的過程性評價和判斷社區甲流風險等級的總結性評價，每個評價都包括對知識、規則、圖式和完整任務的測評。以數據采集評價設計為例，可根據技能層級，確定每個技能應達到的學業要求：明確數據需求技能，要求學生能根據具體的情境確定所需的數據；確定數據來源技能，要求學生能選擇可靠的數據來源；使用采集工具技能，要求學生能熟練運用數據采集工具。在此基礎上，需要設計：①考察數據采集概念、數據采集工具分類、數據采集工具使用規則的客觀題；②考察疫情數據采集思路的圖式題；③完成對近一個星期內，每日增加甲流確診病例數據采集的任務題，并向學生提供甲流數據采集完整任務的評價量規。過程性任務評價設計采用一個情境問題貫穿始終，在本案例中體現為預測何時社區新增甲流感染者為0；總結性任務評價設計對情境進行遷移：“X市一些區域已被劃分為高、中和低三個甲流風險等級。經判斷，風險等級可能和該地人口密度有關。請你任選該市的一個區域，預測其可能會被劃分為哪個風險等級。”

5 設計單元學習活動

在明確“甲流防控盡責任”的學習任務并將此任務按邏輯關系排序后，就需設計圖式建構、圖式熟練、圖式遷移三類學習活動。教師應先設計一個圖式建構學習活動，旨在讓學生掌握數據處理與應用的一般流程（數據采集→數據整理→數據分析→數據可視化→撰寫數據分析報告）。圖式建構學習活動由案例任務驅動，教師可為學生提供專家講解視頻、文字案例等相關知能材料；學生則觀看視頻，并通過小組間的交流討論，以流程圖的形式，梳理數據處理與應用的一般流程，完成案例任務。之后，再針對五個子任務，分別設計梳理其完成思路的圖式建構學習活動及相應的相關知能材料（如錄制的專家講解視頻、微課等）；進行其中規則學習的圖式熟練學習活動，準備相應的支持程序材料（如軟件工具使用說明書、操作指南等）和專項練習；在無任何提示的情況下，獨立完成完整任務的圖式遷移學習活動。數據處理與應用單元學習活動如圖4所示。

6 設計數字化學習環境

數字化學習環境主要用于支持相關知能、支持程序、專項練習等的呈現，可選擇多媒體教室或智慧教室。軟件可選擇配置Python環境的操作系統、在線幫助系統，以及一些數據采集工具、協作學習工具等。

四 結語

本研究在分析指向核心素養的信息技術學科教學設計、基于4C/ID模型的綜合學習設計及應用的基礎上，構建了指向核心素養的信息技術學科單元綜合學習設計模型，并以高中信息技術“數據處理與應用”單元內容為例，梳理了基于該模型的單元教學設計案例，以期從方法論層面指導信息技術教師開展單元教學設計。本研究雖探討了如何開展信息技術學科單元綜合學習，但仍存在不足，如缺少應用研究、如何充分利用數字技術等。在后續的研究實踐中，研究團隊將開展實證研究，對這些問題展開深入研究，并根據實驗結果，進一步完善該模型。

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An Integrated"Learning Design Model for Information Technology Subject Units Pointing to"Core Literacy

XU Xian-long DANG Bo-fei

（1. Shanghai Engineering Research Center of Digital Education Equipment，"East China Normal University，"Shanghai，"China 200062; 2. Department of Educational Information Technology， East China Normal University，"Shanghai，"China 200062）

Abstract： At present， mor and more attention has been paid to the cultivation of students’ core literacy as"the objective of information technology education."As"the key of literacy-oriented instruction， carrying out unit teaching is an inevitable requirment for the implementation of core literacy."Unit teaching emphasizes the integration and coordination of learning content， which belongs to"integrated learning in essence. However， existing research has not examined unit instruction from the perspective of integrated learning. Therefore， this paper firstly analyzed"the research statuses"of teaching design"of"information technology subject pointing to the core literacy and integrated"learning design of information technology subject based on the four-element model. Then， the integrated learning design model of information technology subject was constructed from the aspects of the core literacy"connotation， unit learning goals， skills hierarchy， leraning tasks"and their evaluation， learning activities and learning environment. Finally， taking the unit “Data Processing and Application” as an example， the unit integrated learning design based on this model was"carried out， so as to provide guidance for front-line teachers from the methodology.

Keywords："core literacy; information technology subject; four-component instructional design; unit integrated learning