面向素養培育的高中信息技術單元認知圖譜構建與實踐

摘要：針對以往高中信息技術學科知識思維導圖存在的知識間關系研究不透徹以及目標指向不明確等問題，本文在理論研究的基礎上，確定了借助大概念層級框架構建單元知識體系，并根據單元知識體系所承載的核心素養要求構建合適粒度的單元素養刻畫體系，同時，設計適切的情境問題（任務）為學習路徑的原則，嘗試構建面向素養培育的高中信息技術單元認知圖譜，并以“線性數據結構”單元復習課為例詳細闡明其操作步驟。實踐表明，該圖譜能有效架構單元知識體系，對標學科核心素養育人要求，提升學生的問題解決能力、知識遷移運用能力以及批判性思維。

關鍵詞：認知圖譜；核心素養；大概念；數據結構

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2024）10-0035-04

高中信息技術學科核心素養的有效刻畫對于落實學科育人價值及促進教學提質增效有重要作用。雖然《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》（以下簡稱“新課標”）對本學科的核心素養進行了刻畫，但粗粒度的學科核心素養水平劃分及描述、學業質量水平劃分及描述，難以直接刻畫實際教學中細粒度知識單元及課時所承載的學科核心素養生成情況。此外，有關本學科認知圖譜的研究主要是由教師依主觀經驗構建的學科知識概念思維導圖，其主要關注狹義的學科知識的縱向演繹發散而忽視知識概念間的橫向聯系、交織關聯，亦缺乏對學生正確價值觀、必備品格及關鍵能力培育的目標指向。因此，本文構建了面向核心素養培育的高中信息技術單元認知圖譜，并通過相應的案例解釋其操作步驟，闡明如何在高中信息技術教學中培育學生的必備品格和關鍵能力。

面向素養培育的單元認知圖譜構建概述

1.概念界定

認知圖譜是一個計算機科學概念，可以將它理解為是知識圖譜、認知推理和邏輯表達的結合，側重問題解決的過程。本研究中的單元認知圖譜融合了結構化的單元知識體系及對應合適粒度的核心素養體系，它能表征學科知識之間的復雜邏輯關系，系統展現學科知識體系結構和層次關系，并通過真實情境問題解決過程，有效表征知識意義建構過程、素養形成過程。

學科核心素養是學科育人價值的集中體現，是學生通過學科學習而逐步形成的信息技術基礎知識、關鍵能力、必備品格和正確的價值觀念。新課標明確高中信息技術學科核心素養由信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任四個核心要素組成。四個核心要素互相滲透，共同促進學生信息素養的提升。

2.理論依據

大概念是指具有核心性、統整性、可遷移性的概念。學科大概念處于本學科中心地位，作為學科案例事實、經驗、知識的高度抽象概括，是具有普遍解釋力的核心概念。大概念經演繹解構又可細化為單元大概念、課時大概念、具體概念和案例事實，形成層次結構框架。因此，學生在前置知識結構中可以找到與新知識相契合的固著點，并以此整合離散的知識和技能，通過類屬學習、概括學習、并列學習三個方向連結到下位概念、上位概念、交叉概念，溝通認知單元涉及的案例事實、課時大概念、單元大概念之間的內在邏輯關聯，促進了案例事實或概念知識間有意義的溝通連結。這有利于打破知識融合切入點不清晰、缺乏抓手的問題。

建構主義理論認為學習的本質是意義建構的過程，是學習者在與環境之間的交互作用下主動建構內部心理表征的過程。建構主義強調，圖示是認知結構的起點和核心，從圖入手，以圖支撐可以幫助學習者進行意義建構。

學科知識是學科核心素養的主要載體。研究表明，學科特有的價值觀和方法論知識（核心素養）不是通過零散、碎片化的知識點來表達，而是蘊含在結構化的學科核心知識體系學習中。換言之，學科核心素養的形成是以學科核心知識概念體系為錨點，通過學科實踐解決真實問題的思維活動來培育。

學科核心素養分類粒度刻畫與結構化的學科知識體系相映射。一方面可借助大概念層次結構框架，將待學習的知識概念按照學科大概念、模塊大概念、單元大概念、課時大概念進行可視化呈現；另一方面可根據各學科核心素養內涵細分明確亞類（子素養，如單元素養目標刻畫等），從而實現不同粒度知識單元所承載的學科核心素養映射。

3.面向素養培育的單元認知圖譜構建

本研究確定了借助大概念層級框架構建單元知識體系，以及根據單元知識體系所承載的核心素養要求構建合適粒度的單元素養刻畫體系，并著眼設計適切的情境問題（任務）為學習路徑的原則，構建“三位一體”的面向素養培育的認知圖譜，如圖1所示。

面向素養培育的單元認知圖譜應用案例

本研究以浙教版選擇性必修“數據結構”模塊中的常見線性數據結構內容為基礎，結合教學實際，重構數組、隊列、棧、鏈表等作為教學單元，并以該單元的復習課為例，詳細說明該圖譜的具體操作步驟并解釋其在教學中如何落實核心素養的培育。

1.梳理“線性數據結構”單元知識結構體系

構建單元知識結構體系是構建面向素養培育的單元認知圖譜基礎環節。因大概念具備核心統攝性，故依據大概念理論方法建構的單元知識體系不僅包括本單元最核心、最重要的核心知識概念，而且蘊含概念之間的內在邏輯關系（如前驅后繼關系、并列關系、交織關系等），另外，學科專家的經驗、思想方法也可錨入其中。基于此，針對“線性數據結構”單元，本研究聚焦新課標學業內容要求、新教材相關內容，挖掘其中蘊含的大概念，梳理單元知識及屬性關系，將相關概念有秩序地組織形成意義關聯的結構化整體，如下頁圖2所示。

2.明確“線性數據結構”單元素養刻畫目標

高中信息技術核心素養是調用本學科知識解決實際問題的能力，觀照的是結構化的學科知識與技能、思維模式、探究方法以及正確價值觀在真實情境中的創造性整合。

由于實際教學是分模塊、單元、課時進行的，因此教師應將新課標中本學科的四個學科核心素養結合本單元知識體系進行粒度細分，以契合本單元內容承載的核心素養發展要求。圖3所示為“線性數據結構”單元的素養刻畫目標。

3.設計學習路徑，聚焦目標活化知識體系

活動與體驗強調學生作為主體進行主動活動，促進有意義學習的真正發生。具體操作是教師圍繞結構化單元知識體系及其對應的核心素養刻畫目標，系統設計問題任務活動集。學生運用多種資源，通過溝通協作，解決挑戰性的問題（任務），教師給予相應的學習支架，并通過評估指導，促進學生完成表現性任務等關鍵能力的形成。例如，針對“線性數據結構”單元復習課，本研究在單元素養目標導向下，創設多種數據結構求解“圍圈報數”問題的學習路徑。

具體問題（任務）為：已知班上有n名學生（以編號1，2，3，……，n分別表示），學生按照編號由小到大的順序圍成一個圓圈，從編號為1的學生開始報數，報到m的學生出列，同時該出列學生再隨機報一個新的m值，下一名學生又從1開始報數，報數為新m值的學生又出列。以此規律重復下去，直到班級只剩一人為止，輸出剩下的最后一名學生編號。不同數據結構建模實現如下頁表所示。

實踐證明，多種數據結構實現了“圍圈報數”任務，活化了數組、隊列（循環隊列）、鏈表等數據結構知識體系，學生在對如何表示參賽與淘汰（如普通隊列實現時參賽即全部數據入隊，計數未到目標值時該數據先出隊后立即入隊，淘汰時該數據出隊后不再入隊）、如何遍歷所抽象的數據結構模型（如數組實現時數到最后一個元素時循環變量又返回到索引0繼續計數）、如何判定最終的贏家（如數組實現時最后一個值為1的元素）等問題的思考解決中，深刻理解并習得各種線性數據結構的定義、特性、創建、遍歷、修改、插入、刪除等知識技能，通過比較不同數據結構實現問題求解的優缺點，領悟建構知識間的橫向及交織聯系，在經歷抽象數據特征、建立結構模型、設計算法解決問題中潛移默化地形成信息意識、抽象建模、組織數據、算法思維，以及信息社會責任等關鍵能力及必備品格。

結束語

本研究提出單元知識體系、學習路徑、單元素養目標“三位一體”的面向素養培育的單元認知圖譜教學設計模式，并通過“線性數據結構”單元復習課實踐驗證該模式，獲得具有參考價值的教學案例。實踐表明，采用單元認知圖譜開展高中信息技術單元教學，可為教師提供新思路和方法，更好地關注知識間的橫向及交織聯系，更好地落實匹配單元知識體系的合適粒度的素養刻畫目標。具體而言，教師在單元教學中以大概念方法構建單元知識體系為載體，匹配合適粒度的核心素養刻畫目標，創設真實情境問題為學習路徑推進教學，著力培養學生對單元大概念、課時大概念、具體概念的意義建構，進而形成結構化的單元知識體系，并在問題解決中培養學生的學科關鍵能力及必備品格。

研究及實踐發現，教師開展大概念單元教學需要考慮以下三個方面：一是大概念視角下的單元知識結構體系構建需要深入研究知識之間的關系屬性；二是按粒度不同將本學科四個學科核心素養細化到相應內容的單元及課時中；三是設計意義關聯、思維梯度化的學習活動，有效落實核心素養的培育。這些都需要教師深入研讀新課標，整體把握教學內容，尋求多方資源，并通過學科專家組充分研討來確定。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中信息技術課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]趙國慶，李欣媛，路通，等.從認知地圖到認知圖譜：相似概念的跨學科審視[J].現代遠程教育研究，2021，33（05）：14-25.

[3]董曉曉，周東岱，黃雪嬌，等.學科核心素養發展導向下教育領域知識圖譜模式構建方法研究[J].電化教育研究，2022（05）：76-83.

[4]薛鈺康.運用知識圖譜指向核心素養的物理復習課教學設計——以初中物理力學綜合復習教學為例[J].物理教師，2020（02）：41-43.

[5]鄧彰超.概念圖.問題鏈.任務群：基于深度學習的單元設計研究[J].中國信息技術教育，2021（23）：24-27.

[6]盧華，鄧彰超.大概念視角下高中信息技術單元教學模式構建與實踐[J].中國信息技術教育，2021（11）：62-65.