信息科技課程一體化教學(xué)設(shè)計：空間與時間維度的再思考

[中圖分類號]G434 [文獻標志碼]A

[作者簡介]（1983—），女，香河人。副教授，博士，主要從事信息科技課程與教學(xué)、人工智能教育、思維可視化理論與實踐研究。E-mail：youmeifeng 2008@163.com_? ，為通信作者，E-mail：CHXH10@163.com。

一、引言

《義務(wù)教育信息科技教學(xué)指南》（以下簡稱“教學(xué)指南”及配套課件于近期發(fā)布，其以具體詳實的內(nèi)容設(shè)計與教學(xué)指導(dǎo)，為信息科技課程的實施提供了強有力的支持。然而，筆者在欣喜于教學(xué)指南給予實踐以明確指引的同時，也隱隱有一些擔(dān)憂：《義務(wù)教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“義教課標\"）將信息科技課程劃分為若干獨立的模塊，雖然“六大邏輯主線\"試圖在模塊間建立關(guān)聯(lián)，但依然無法消除各模塊間的割裂感。教學(xué)指南在豐富、細化各模塊內(nèi)容的同時，并未在增強模塊關(guān)聯(lián)方面做足夠努力，反而使割裂感愈加凸顯。事實上，以上問題在其他已出版的信息科技教材及高中各版本信息技術(shù)教材中也有不同程度的體現(xiàn)。此問題若不解決，最終極有可能導(dǎo)致學(xué)生頭腦中建構(gòu)而成的并非是信息科技學(xué)科整體知識結(jié)構(gòu)，而是若干以模塊為單位的知識孤島。

在前期研究中，筆者團隊聚焦計算思維在信息科技學(xué)科的有效落地問題，以“知識與思維內(nèi)在統(tǒng)一”為基本立場，設(shè)計了與動態(tài)的計算思維結(jié)構(gòu)內(nèi)在一致的靜態(tài)知識結(jié)構(gòu)——計算思維二維描述框架。針對上文所提問題，筆者在前期研究的基礎(chǔ)上，進一步從空間與時間兩個維度，對計算思維視角下的信息科技學(xué)科知識結(jié)構(gòu)做出更為深人、細致的刻畫，進而結(jié)合實例闡釋從以上兩個維度進行一體化教學(xué)設(shè)計的思路和方法。力求以計算思維為切入點，引導(dǎo)一線教師對教學(xué)指南進行以消除模塊間割裂為目的的二次創(chuàng)造，使教學(xué)實踐可以有效支持學(xué)生信息科技學(xué)科整體知識結(jié)構(gòu)的建構(gòu)及計算思維水平的提升，并為人工智能迅猛發(fā)展所引發(fā)的新的教育訴求一信息科技原始創(chuàng)新能力奠基。

二、學(xué)生需要建構(gòu)什么樣的信息科技學(xué)科知識結(jié)構(gòu)？

學(xué)生知識結(jié)構(gòu)建構(gòu)的目標，是在頭腦中再構(gòu)現(xiàn)實世界的對象及其關(guān)系。現(xiàn)實世界是由無數(shù)對象相互關(guān)聯(lián)而成的整體，這恰是當(dāng)下各學(xué)科均強調(diào)學(xué)科整體知識結(jié)構(gòu)的建構(gòu)，并嘗試通過跨學(xué)科主題活動將各學(xué)科知識結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)為范圍更廣的整體知識結(jié)構(gòu)的原因所在。因此，學(xué)生需要建構(gòu)什么樣的信息科技學(xué)科知識結(jié)構(gòu)，取決于現(xiàn)實的信息科技①世界是何樣態(tài)。一般而言，空間、時間、價值三個維度，是主體之于復(fù)雜事物的相對完備的分析框架3。本研究從計算思維的視角出發(fā)，從空間與時間兩個維度考察信息科技世界。

（一）空間維度的信息科技世界

在空間維度，技術(shù)世界是由數(shù)量龐大的人工對象在橫向與縱向緊密、復(fù)雜關(guān)聯(lián)的立體網(wǎng)狀世界，信息科技世界亦然。

首先，橫向上，信息科技世界呈現(xiàn)為從屬于不同技術(shù)族系、既相對獨立又相互關(guān)聯(lián)的人工對象構(gòu)成的整體結(jié)構(gòu)。所謂技術(shù)族系，指聚焦同一（主體）目的的技術(shù)簇，如感知和識別技術(shù)族系、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)族系等。以上各技術(shù)族系既獨立、又相互關(guān)聯(lián)構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)族系。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)族系又是規(guī)模更大的技術(shù)族系的組成部分，亦如感知和識別技術(shù)族系由多個規(guī)模更小的技術(shù)族系構(gòu)成，如傳感器技術(shù)族系、圖像識別技術(shù)族系等。

其次，縱向上，信息科技世界表現(xiàn)為與主體原初目的關(guān)聯(lián)度由強到弱的層次結(jié)構(gòu)，或曰目的一手段不斷轉(zhuǎn)化的層次結(jié)構(gòu)。事實上，在基礎(chǔ)教育的話語體系下，信息科技世界并非信息科學(xué)世界與信息技術(shù)世界的總和，而是由兩個不同層面的信息科技子世界組成，即與主體原初目的②間接相關(guān)的“科\"層面的信息科技子世界（以下簡稱\"‘科'子世界\"）和與主體原初目的直接相關(guān)的“技\"層面的信息科技子世界（以下簡稱“‘技’子世界”。其中，“技\"子世界指信息科技工具世界，是既往工具取向的信息技術(shù)學(xué)科“探照燈”下的世界。此世界中的所有對象均為工具（手段），其所呈現(xiàn)的是與主體原初目的直接相關(guān)的各種“功能”，主體在這些工具上附加相應(yīng)的活動序列（方法、操作序列）便可實現(xiàn)原初目的。與之相對，“科”子世界直面的并非主體的原初目的，而是“技\"子世界中實現(xiàn)主體原初目的的手段，即“技”子世界中實現(xiàn)主體原初目的的手段成為“科\"子世界中對象的目的，此目的可稱為主體的間接目的。作為實現(xiàn)主體間接目的的手段，“科\"子世界所呈現(xiàn)的是各人工對象的靜態(tài)結(jié)構(gòu)及動態(tài)運行機理。以智能家居系統(tǒng)等物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)為例，“技\"子世界下呈現(xiàn)的是直接服務(wù)于主體、滿足主體原初目的的語音控制、自動控制等“功能”，“科”子世界下呈現(xiàn)的則是為實現(xiàn)語音控制、自動控制等功能（間接目的）所建構(gòu)的復(fù)雜的物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)及運行機理。

（二）時間維度的信息科技世界

在時間維度，信息科技世界的演化發(fā)展表現(xiàn)為信息科技族系的擴張、分化及族系內(nèi)技術(shù)形態(tài)的超越與更迭。而以上均以主體的目的，即主體對更為有效、高效、可靠的信息科技的追求為內(nèi)在動因，以彼時既有的信息科技條件為基礎(chǔ)和約束（對既有信息科技的路徑依賴）7]。

其一，信息科技族系的擴張，指新信息科技族系的產(chǎn)生，其以主體新的需求（目的）為動因。例如，（在開環(huán)控制技術(shù)族系基礎(chǔ)上）閉環(huán)控制技術(shù)族系的產(chǎn)生，動因便是主體產(chǎn)生的“在有干擾因素的情況下實現(xiàn)精準控制\"這一新的需求（目的）。

其二，信息科技族系的分化，指原本渾然一體的信息科技族系分解為多個相對獨立的信息科技子族系，其動因為主體對原信息科技族系有了更高的需求。例如，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)族系中，輸入（技術(shù)）計算（技術(shù)）、輸出（技術(shù)）在一定程度上是作為整體存在的，因主體對互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)族系有了更高的期待一自動化控制，故其演化發(fā)展為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)族系。相比互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)族系，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)族系中，輸入（技術(shù)）計算（技術(shù)）、輸出（技術(shù)）在結(jié)構(gòu)和運行機理（原理）方面的復(fù)雜程度均顯著提升，原本作為整體的三類技術(shù)便分解為相對獨立的三個技術(shù)族系一感知與識別技術(shù)族系、數(shù)據(jù)處理（計算）技術(shù)族系及應(yīng)用服務(wù)技術(shù)族系，其與原有的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)族系一起，構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)體系四層架構(gòu)①

其三，（信息科技族系內(nèi)）技術(shù)形態(tài)的超越與更迭，指聚焦同一（類）目的的更為先進的技術(shù)形態(tài)對原有落后技術(shù)形態(tài)的替代，其以主體對信息科技之效率的不解追求為動因。例如，分組交換技術(shù)族系替代報文交換技術(shù)族系，其目的便是實現(xiàn)數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)中更為高效的傳輸。

需要特別說明的是，信息科技世界的兩個層面——“技\"子世界與“科\"子世界在演化發(fā)展過程中呈現(xiàn)出“互補\"的圖景。一方面，“技\"子世界中對象的功能與主體的原初目的無限接近甚至等同（“物聯(lián)網(wǎng)自動控制\"這一功能便是主體的原初目的），主體附加極小或不附加活動序列便可利用信息科技工具實現(xiàn)原初目的；另一方面，此消彼長，“科\"子世界中的對象結(jié)構(gòu)及運行機理日趨復(fù)雜。換言之，“科\"子世界中日趨復(fù)雜的對象結(jié)構(gòu)及運行機理與“技”子世界中信息科技工具的日益“傻瓜化\"是同一過程的兩個方面。這正是信息科技學(xué)科“探照燈\"把更多的“光\"照進、也必須照進\"科\"子世界的原因所在。

綜上所述，信息科技世界呈現(xiàn)為一個由眾多既相對獨立又相互關(guān)聯(lián)的技術(shù)族系構(gòu)成的、可在縱向上劃分為“科”與“技\"兩個層面的復(fù)雜整體結(jié)構(gòu)。在時間脈絡(luò)上，這一整體結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為以主體目的為內(nèi)在動因的、具有路徑依賴性的演化發(fā)展過程。以上便是從計算思維培養(yǎng)的角度，學(xué)生需要建構(gòu)的信息科技學(xué)科知識結(jié)構(gòu)的理想樣態(tài)。

三、空間維度的信息科技課程一體化教學(xué)設(shè)計

在前文明確了計算思維視角下學(xué)生需建構(gòu)的信息科技學(xué)科知識的應(yīng)然結(jié)構(gòu)樣態(tài)后，本部分聚焦空間維度，從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法兩個方面，結(jié)合實例詳解信息科技課程一體化教學(xué)設(shè)計的思路和方法。

（一）教學(xué)內(nèi)容：課程內(nèi)容的橫向整合與縱向再構(gòu)

作為“客觀\"學(xué)科知識，課程內(nèi)容是學(xué)生建構(gòu)“主觀\"信息科技學(xué)科知識結(jié)構(gòu)的主要依托。因此，以支持學(xué)生建構(gòu)前文所述空間維度的理想知識結(jié)構(gòu)樣態(tài)為旨歸，在面向?qū)嵺`的二次創(chuàng)造過程中，需要從橫向結(jié)構(gòu)與縱向結(jié)構(gòu)兩個方面，對教學(xué)指南內(nèi)容進行一定程度的整合與再構(gòu)。

1.面向橫向結(jié)構(gòu)的課程內(nèi)容整合

在橫向結(jié)構(gòu)方面，教學(xué)指南存在的主要問題為：過于凸顯不同信息科技族系的相對獨立性，表現(xiàn)為把隸屬于同一信息科技族系的各子族系拆解、分散到不同模塊后，并未在重建其關(guān)聯(lián)方面做足夠努力。以上做法很可能導(dǎo)致學(xué)生頭腦中建構(gòu)的信息科技世界呈現(xiàn)為眾多以模塊為單位的相互獨立的信息科技族系，而非族系間復(fù)雜關(guān)聯(lián)的信息科技世界真實圖景。例如，算法是信息系統(tǒng)/控制系統(tǒng)的重要組成部分，數(shù)據(jù)又是算法加工、處理的對象。然而，教學(xué)指南把數(shù)據(jù)、算法從信息系統(tǒng)/控制系統(tǒng)中剝離作為獨立模塊后，未著足夠筆墨用于重建其關(guān)聯(lián)，如此可能或已經(jīng)給學(xué)生造成諸多困擾：認為“數(shù)據(jù)分析與處理\"與“編程解決問題”是兩碼事兒；無法深刻領(lǐng)會信息系統(tǒng)/現(xiàn)代控制系統(tǒng)的控制過程是通過編程實現(xiàn)的因此，需要在教學(xué)指南中屬于同一信息技術(shù)族系的、分散在不同模塊的課程內(nèi)容間建立關(guān)聯(lián)，即整合。

有兩種可行的整合方式。其一，打通教學(xué)指南中各模塊間的壁壘，將原本關(guān)聯(lián)的信息科技學(xué)科對象以整體的形式呈現(xiàn)給學(xué)生。以《身邊的算法》及《過程與控制》模塊內(nèi)容為例，可以將兩個模塊的內(nèi)容統(tǒng)一之后進行再設(shè)計，具體為：依托掌控板和Mind+可視化編程軟件，設(shè)計系統(tǒng)的開源硬件作品制作任務(wù)，學(xué)生在完成任務(wù)的過程中同步推進兩個模塊內(nèi)容的學(xué)習(xí)。如在完成“制作手動開關(guān)燈”任務(wù)的過程中，可習(xí)得“雙分支結(jié)構(gòu)\"（《身邊的算法》模塊）及“開關(guān)量\"\"（數(shù)據(jù)）輸人一（數(shù)據(jù)）計算一（數(shù)據(jù)）輸出\"（《過程與控制》模塊）等內(nèi)容；在完成“制作自動開關(guān)燈\"任務(wù)的過程中，可習(xí)得“多分支結(jié)構(gòu)\"（《身邊的算法》模塊）及“傳感器\"\"閾值\"\"連續(xù)量”（《過程與控制》模塊）等內(nèi)容…經(jīng)此整合，學(xué)生可以形成關(guān)于控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其運行機理的更接近其“真相\"的認識。其二，保持教學(xué)指南現(xiàn)有模塊結(jié)構(gòu)不變，增加模塊間的關(guān)聯(lián)。例如，《身邊的算法》模塊中“分支結(jié)構(gòu)中的判斷條件\"部分內(nèi)容已經(jīng)蘊含“邏輯運算\"“連續(xù)量”“閾值\"等，故進行《過程與控制》模塊教學(xué)設(shè)計時，若涉及“邏輯運算\"等內(nèi)容，建議與《身邊的算法》模塊做必要的銜接。如此亦可引導(dǎo)學(xué)生將被人為分割的信息科技世界在一定程度上還原為相互關(guān)聯(lián)的整體。

需要強調(diào)的是，因生理特點使然，在小學(xué)階段，學(xué)生在不同知識模塊間建立系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的能力普遍較弱8，故雖然可通過“銜接\"的方式引導(dǎo)學(xué)生打破模塊邊界，但依然建議借鑒科學(xué)類課程的處理方式①：小學(xué)階段將信息科技世界作為整體呈現(xiàn)給學(xué)生（前文所提第一種整合方式），以保證學(xué)生形成對信息科技世界的“正確\"認識；初高中階段，采用“分析\"的方法，將各子族系從整體信息科技世界中剝離，以支持學(xué)生在“正確”認識的基礎(chǔ)上形成對信息科技世界的“深入\"洞察。

2.面向縱向結(jié)構(gòu)的課程內(nèi)容再構(gòu)

與橫向結(jié)構(gòu)方面存在的問題相對，在縱向結(jié)構(gòu)方面，教學(xué)指南主要表現(xiàn)為關(guān)聯(lián)有余，獨立不足。具體為：對于信息科技世界縱向上各層面的相對獨立性未給予足夠關(guān)注，課程內(nèi)容在“科\"子世界與“技\"子世界間、“科\"子世界的不同層面間隨意跳躍。例如，教學(xué)指南《互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與創(chuàng)新》模塊第二單元中，“互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸基本原理（第4～9課內(nèi)容）\"與“無線局域網(wǎng)組建（第10課內(nèi)容）\"顯然分別隸屬“科\"子世界與“技”子世界。換言之，學(xué)科實踐（無線局域網(wǎng)組建）并非基于互聯(lián)網(wǎng)基本原理（互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議簇），而是基于互聯(lián)網(wǎng)基本原理所實現(xiàn)的功能，即其乃位于互聯(lián)網(wǎng)基本原理上層的“技\"層面的學(xué)科實踐。再如，《物聯(lián)網(wǎng)實踐與探索》模塊與MQTT協(xié)議等核心原理相關(guān)的學(xué)科實踐亦是基于核心原理所提供的功能的、處于核心原理上層的學(xué)科實踐%…以上問題在義務(wù)教育及高中各版本教材中也同樣存在。與科學(xué)類課程不同，信息科技課程中的“科學(xué)原理\"在本質(zhì)上是問題解決方案或方法，科學(xué)原理”教學(xué)的最終目的是提高學(xué)生改造世界的能力（計算思維），而非理解世界的能力]。因此，教學(xué)指南呈現(xiàn)的課程內(nèi)容組織方式不僅會對學(xué)生在縱向結(jié)構(gòu)方面理解信息科技世界造成困擾，更會導(dǎo)致學(xué)生對“科學(xué)原理\"方面僅止于理解，無法充分內(nèi)化原理中蘊含的對于學(xué)生計算思維發(fā)展更具價值的計算策略②（如“互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議”中蘊含的\"分治\"\"封裝\"\"統(tǒng)籌\"等計算策略）

綜上所述，需要在二次創(chuàng)造過程中對課程內(nèi)容進行以增強信息科技世界不同層面的相對獨立性為目標的再構(gòu)。更具體的，便是增加與“科學(xué)原理\"同層面的學(xué)科實踐類內(nèi)容，即在“原理認知\"之后，需增加與原理同層面的“應(yīng)用遷移”。例如，互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議相關(guān)內(nèi)容之后，布置需要用“分治\"“統(tǒng)籌\"“封裝\"等計算策略解決的新任務(wù)，而非處于“技\"層面的組網(wǎng)任務(wù)。從而支持學(xué)生將“科學(xué)原理\"中蘊含的解決復(fù)雜問題的“大方法（計算策略）\"應(yīng)用于本學(xué)科、其他學(xué)科乃至生活中新問題的解決，讓原理學(xué)習(xí)真正指向?qū)W生計算思維的發(fā)展。需要說明的是，增加“科\"層面的應(yīng)用遷移任務(wù)之后，“技\"層面的任務(wù)依然建議保留。如此設(shè)計，一方面，與義教課標強調(diào)的“以‘科'為主，‘科’‘技'并重\"的理念相契合；另一方面，通過經(jīng)歷從“科\"層面上升到“技”層面的過程，學(xué)生可深刻領(lǐng)悟信息科技世界中蘊含的\"封裝③\"策略及其在提高問題解決效率方面的重要意義。

（二）教學(xué)方法：原理\"創(chuàng)造\"而非\"解釋”

信息科技學(xué)科教學(xué)的最終目的是支持學(xué)生“主觀\"信息科技學(xué)科知識結(jié)構(gòu)的建構(gòu)。故教學(xué)設(shè)計過程中，從空間維度對課程內(nèi)容進行整合和再構(gòu)之后，需要進一步思考的問題是：采用何種教學(xué)方法，才能支持學(xué)生基于“客觀\"教學(xué)內(nèi)容，形成空間維度應(yīng)然的“主觀\"信息科技學(xué)科知識結(jié)構(gòu)？

由前文分析可知，在空間維度，信息科技課程內(nèi)容方面的問題主要存在于“科”層面（“科學(xué)原理”類課程內(nèi)容）。對于“科學(xué)原理\"類課程內(nèi)容，教學(xué)指南一般遵循“場景分析—原理認知—應(yīng)用遷移\"的教學(xué)邏輯[12]。其中，“原理認知\"環(huán)節(jié)主要采用“原理解釋\"類活動，如《過程與控制》模塊中包含大量“要求學(xué)生解釋各種控制系統(tǒng)的工作原理\"的學(xué)習(xí)活動[13]。“解釋世界\"是科學(xué)類學(xué)科的任務(wù)，“分析”是解釋世界的重要方法。所謂分析，指把作為整體的對象分解為較簡單的組成部分進行研究[14，如將作為整體的自然世界分解為物理世界、化學(xué)世界等。在信息科技課程中引入“解釋”類學(xué)習(xí)活動，便極有可能把“分析\"方法一并引入，這也是課程內(nèi)容在橫向結(jié)構(gòu)上“關(guān)聯(lián)不足”的主要原因。與“解釋世界”相對的是“創(chuàng)造世界”，前者注重“分析”，后者則強調(diào)\"綜合”。例如，在前文提及的“制作（設(shè)計）自動開關(guān)燈\"任務(wù)中，學(xué)生需要綜合考慮該信息系統(tǒng)的各個組成部分和運行環(huán)節(jié)，如數(shù)據(jù)輸入、算法設(shè)計、編程實現(xiàn)、數(shù)據(jù)輸出等。因此，建議在（原理認知環(huán)節(jié)）教學(xué)過程中引人“原理創(chuàng)造\"類學(xué)習(xí)活動，從而支持學(xué)生形成在橫向結(jié)構(gòu)上相互關(guān)聯(lián)的信息科技學(xué)科整體知識結(jié)構(gòu)。所謂“原理創(chuàng)造\"類學(xué)習(xí)活動，指讓學(xué)習(xí)者直面彼時計算機科學(xué)家所面對的問題情境（如“如何使數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)中高效、可靠傳輸？\"），進而（模擬）經(jīng)歷\"科學(xué)原理（如互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議）\"的創(chuàng)造過程。

進一步，“原理創(chuàng)造\"類學(xué)習(xí)活動亦可為學(xué)生的信息科技“原始創(chuàng)新\"奠基。“原始創(chuàng)新\"在義教課標中被多次提及。信息科技領(lǐng)域的“原始創(chuàng)新”，指核心的、基礎(chǔ)性信息科技創(chuàng)新[15。其中，對于“科學(xué)原理\"的創(chuàng)新便屬于原始創(chuàng)新，如“創(chuàng)造一種新的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議結(jié)構(gòu)”“創(chuàng)造一種新的機器學(xué)習(xí)范式\"等;基于科學(xué)原理創(chuàng)造一種新的產(chǎn)品，如“智能寵物喂食器\"等則不屬于原始創(chuàng)新。創(chuàng)新以遷移為基礎(chǔ)[，故“科學(xué)原理\"創(chuàng)新的前提是其可有效遷移。在“原理認知\"環(huán)節(jié)采用“原理創(chuàng)造\"類學(xué)習(xí)活動，正是支持原理遷移的有效手段。依前文所述，信息科技學(xué)科中的“科學(xué)原理\"本質(zhì)上是問題解決方法，問題解決方法的遷移以與其緊密相關(guān)的目標、初始及約束條件為基礎(chǔ)。換言之，問題解決方法若要遷移至新問題的解決過程中，需經(jīng)歷新問題以源問題為基礎(chǔ)的“模型再構(gòu)\"過程。具體為：將新問題與源問題的目標、初始及約束條件進行全部或部分映射，若映射成功，則可將源問題的解決方法遷移至新問題，即問題解決方法的遷移以與之緊密聯(lián)系的目標、初始及約束條件的成功映射為前提。通過“原理創(chuàng)造\"類學(xué)習(xí)活動，學(xué)生可（模擬）經(jīng)歷彼時計算機科學(xué)家創(chuàng)造“科學(xué)原理\"的過程，在此基礎(chǔ)上形成的知識結(jié)構(gòu)自然是包含“科學(xué)原理\"及其賴以生成的目標、初始及約束條件的完整知識結(jié)構(gòu)。這一完整知識結(jié)構(gòu)才可支持“科學(xué)原理\"有效遷移，從而為信息科技原始創(chuàng)新奠基。反之，如果在“原理認知\"環(huán)節(jié)采用“原理解釋\"類學(xué)習(xí)活動，那么學(xué)生建構(gòu)而成的知識結(jié)構(gòu)則大概率僅包含“科學(xué)原理\"本身（且學(xué)生很可能無法認識到信息科技課程中“科學(xué)原理\"的本質(zhì)是問題解決方法）。如此，即便從教學(xué)內(nèi)容角度，在“原理認知\"環(huán)節(jié)之后增加與其同層面（“科”層面）的\"應(yīng)用遷移”，那么此“應(yīng)用遷移”也只能是與學(xué)生的計算思維發(fā)展無直接關(guān)聯(lián)的、“解釋世界\"意義上的、非問題解決方法的“應(yīng)用遷移”，基于此種“應(yīng)用遷移”的原始創(chuàng)新亦非信息科技學(xué)科所指向的以“改造世界\"為目的的“信息科技\"原始創(chuàng)新。

概言之，在“原理認知\"環(huán)節(jié)采用“原理創(chuàng)造\"類學(xué)習(xí)活動，一方面，可支持學(xué)生形成在橫向結(jié)構(gòu)上與客觀信息科技世界一致的、相互關(guān)聯(lián)的學(xué)科整體知識結(jié)構(gòu)；另一方面，可使“科學(xué)原理\"教學(xué)直指學(xué)生計算思維的發(fā)展，并為信息科技原始創(chuàng)新奠基。

四、時間維度的信息科技課程一體化教學(xué)設(shè)計

本部分聚焦時間維度，遵循前文的闡釋邏輯，從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法兩個方面，結(jié)合實例詳解信息科技課程一體化教學(xué)設(shè)計的思路和方法。與空間維度不同的是，時間維度的一體化教學(xué)設(shè)計主要圍繞\"科\"層面（“科學(xué)原理”類課程內(nèi)容）進行闡釋（本部分如無特殊說明，信息科技均指“科”層面的信息科技）。

（一）教學(xué)內(nèi)容：關(guān)鍵節(jié)點的補充與深化

如果說在空間維度，“學(xué)生需要建構(gòu)與信息科技世界一致的信息科技學(xué)科知識結(jié)構(gòu)\"這一觀點能夠獲得普遍認可的話，那么在時間維度，對于“學(xué)生是否需要在頭腦中建構(gòu)信息科技的歷史發(fā)展脈絡(luò)”這一問題，研究者則莫衷一是。例如，有研究者認為，就中小學(xué)人工智能教育而言，學(xué)生只需了解最前沿的人工智能技術(shù)一—基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的人工智能技術(shù)，無需了解專家系統(tǒng)、決策樹等已經(jīng)\"過時\"的技術(shù)[18]。與此類觀點相對，筆者認為，以為信息科技原始創(chuàng)新奠基為旨歸，在時間維度學(xué)生應(yīng)建構(gòu)與信息科技發(fā)展脈絡(luò)相一致的信息科技學(xué)科知識結(jié)構(gòu)。以下將詳解此觀點的緣由，并在此基礎(chǔ)上，給出課程內(nèi)容的二次創(chuàng)造建議。

事實上，研究者對于“時間維度學(xué)習(xí)者的應(yīng)然信息科技學(xué)科知識結(jié)構(gòu)\"持有不同觀點，主要緣于其在“信息科技課程應(yīng)該培養(yǎng)什么樣的人”這一問題上的分歧。如果將信息科技課程的培養(yǎng)目標定位為信息科技的消費者或使用者，那么學(xué)習(xí)者自然不必去了解那些\"過時\"的信息科技，甚至不必關(guān)注“科\"層面的信息科技，只需了解最新的、“技\"層面的信息科技的功能及其使用方法即可。這正是既往信息技術(shù)課程的目標取向及內(nèi)容定位。作為對傳統(tǒng)信息技術(shù)課程的超越，新頒布的義教課標明確提出“原始創(chuàng)新\"這一目標訴求[2]。創(chuàng)新以遷移為基礎(chǔ)，其實質(zhì)是對知識和經(jīng)驗進行高度概括并根據(jù)其聯(lián)系進行新的組合[。可見，只有內(nèi)含概括、重組的遷移才是創(chuàng)新。從這個意義上說，對于信息科技的原始創(chuàng)新就是對“科”層面的信息科技的概括與重組。概括與重組需要足夠多的“素材”，那些被湮沒在歷史長河中的、“過時”的“科”層面的信息科技正是原始創(chuàng)新所需要的寶貴“素材”。至此可回應(yīng)前文：以為信息科技原始創(chuàng)新奠基為旨歸，在時間維度，學(xué)生必須建構(gòu)主觀的“科\"層面的信息科技發(fā)展史。

以能夠有效支持學(xué)生建構(gòu)信息科技發(fā)展史為標準，在教學(xué)設(shè)計過程中，建議對現(xiàn)有教學(xué)指南內(nèi)容進行兩方面的二次改造：其一，補充信息科技發(fā)展脈絡(luò)上的部分關(guān)鍵節(jié)點。所謂“關(guān)鍵節(jié)點”，指信息科技發(fā)展過程中具有重要影響和轉(zhuǎn)折意義的、具有突破性和引領(lǐng)性的節(jié)點[2]，如\"基于知識的人工智能技術(shù)（典型如專家系統(tǒng)）\"“基于特征的人工智能技術(shù)（典型如決策樹）\"\"基于數(shù)據(jù)的人工智能技術(shù)（人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）”等便是人工智能技術(shù)發(fā)展史上的關(guān)鍵節(jié)點。這些關(guān)鍵節(jié)點中蘊含特定時期信息科技領(lǐng)域問題解決的關(guān)鍵策略和方法，是可供學(xué)生未來信息科技原始創(chuàng)新（概括與重組）所用的特定時期的“素材代表”。事實上，學(xué)生需要建構(gòu)的信息科技發(fā)展史即是關(guān)鍵節(jié)點的發(fā)展脈絡(luò)。因此，在教學(xué)內(nèi)容設(shè)計時，需要補充教學(xué)指南中普遍欠缺的“過時\"的信息科技發(fā)展關(guān)鍵節(jié)點，如補充教學(xué)指南在互聯(lián)網(wǎng)部分缺少的“局域網(wǎng)工作原理\"等。其二，補充關(guān)鍵節(jié)點產(chǎn)生的內(nèi)部動因，即深化關(guān)鍵節(jié)點。依前文所述，信息科技的發(fā)展演進以主體需求為動因。換言之，信息科技發(fā)展脈絡(luò)上的關(guān)鍵節(jié)點，均是為了滿足主體特定的需求、在彼時的初始及約束條件下被“創(chuàng)造\"而成。在新的問題情境下，與關(guān)鍵節(jié)點緊密關(guān)聯(lián)的目標、初始及約束條件被激活，是關(guān)鍵節(jié)點被激活、進而成為信息科技原始創(chuàng)新之素材的必要基礎(chǔ)。故在時間維度，學(xué)生需要建構(gòu)的信息科技知識結(jié)構(gòu)是各個關(guān)鍵節(jié)點間以其賴以生成的動因為紐帶的整體，而非眾多關(guān)鍵節(jié)點的離散排列。在教學(xué)內(nèi)容設(shè)計時，應(yīng)在教學(xué)指南中已經(jīng)存在的或補充的關(guān)鍵節(jié)點間增加必要的演進動因，以支持學(xué)生在時間維度建構(gòu)真正為信息科技原始創(chuàng)新奠基的、整體的信息科技學(xué)科知識結(jié)構(gòu)。

（二）教學(xué)方法：“重走\"計算機科學(xué)家的來時路

科學(xué)的教學(xué)方法是“客觀\"的教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)化為與其同構(gòu)的“主觀\"信息科技學(xué)科知識結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。如果僅用一節(jié)課的容量向?qū)W生簡單介紹信息科技的演進脈絡(luò)，那么即便教師講解（或?qū)W生自學(xué)）的內(nèi)容中包含關(guān)鍵節(jié)點的生成動因，學(xué)生所學(xué)也依然是惰性的、無法作為未來信息科技原始創(chuàng)新之素材的信息科技發(fā)展史。鑒于此，為了支持學(xué)生建構(gòu)有活力的信息科技原始創(chuàng)新“素材庫”，在教學(xué)方法設(shè)計時，建議將學(xué)生從作為“第三人稱\"的“看客”，轉(zhuǎn)換為作為“第一人稱\"的信息科技發(fā)展史之“親歷者\"或“創(chuàng)造者”，即“重走①\"計算機科學(xué)家的來時路。

在前文空間維度的教學(xué)方法設(shè)計中，我們提出了“原理創(chuàng)造\"這一核心教學(xué)方法。在時間維度，“‘重走”計算機科學(xué)家的來時路”與“原理創(chuàng)造\"具有一致的思想內(nèi)核。所不同的是，前者要求學(xué)生經(jīng)歷連續(xù)的、前后相繼的“原理創(chuàng)造\"活動所形成的“林”，而非零星的“木”。接下來以時間維度的\"人工智能\"領(lǐng)域教學(xué)方法設(shè)計為例，詳解何為“‘重走'計算機科學(xué)家的來時路”。

在人工智能領(lǐng)域，“‘重走’計算機科學(xué)家的來時路\"即是“重走”人工智能科學(xué)家的來時路。此段“旅程\"可以從不同抽象層面進行描述，為了更清晰地闡釋核心思想，本文選擇從宏觀層面描述此“旅程”，共包含三個階段②。（1）第一階段，“創(chuàng)造\"基于知識的人工智能技術(shù)。基本教學(xué)過程為：首先，教師引導(dǎo)學(xué)生置身于彼時人工智能科學(xué)家所面臨的問題情境：如何創(chuàng)造一個具有智能的機器？而后，教師提供必要支架，學(xué)生借鑒前期學(xué)習(xí)的“傳統(tǒng)計算機解決問題的方法”，“創(chuàng)造\"出問題解決方案：將最能體現(xiàn)人類智慧的知識提煉總結(jié)出來，在此基礎(chǔ)上通過人工編寫程序的方式將這些知識轉(zhuǎn)化為計算機可以使用的規(guī)則體系（專家系統(tǒng)的建構(gòu)思路）。（2）第二階段，“創(chuàng)造\"基于特征的人工智能技術(shù)。基本教學(xué)過程為：首先，教師引導(dǎo)學(xué)生思考基于知識的人工智能技術(shù)的局限性，如專家知識難以獲取、模型生成耗時耗力等。而后，學(xué)生在教師的支持和引導(dǎo)下，“創(chuàng)造”人工智能新范式：從“人賦予機器智能\"到“機器通過學(xué)習(xí)獲得智能”，即機器通過運用統(tǒng)計學(xué)習(xí)方法分析人為定義的對象特征數(shù)據(jù)的過程“自主\"獲得智能。（3）第三階段，“創(chuàng)造\"基于數(shù)據(jù)的人工智能技術(shù)。基本教學(xué)過程與第二階段類似，即：發(fā)現(xiàn)基于特征的人工智能技術(shù)的局限性 $$ “創(chuàng)造”機器通過運用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析原始數(shù)據(jù)的過程“自主”獲得智能這一新方法。

在上述案例中，學(xué)習(xí)者被置于彼時人工智能科學(xué)家所面臨的問題情境，以“第一人稱\"經(jīng)歷人工智能關(guān)鍵原理的連續(xù)“創(chuàng)造\"過程。通過此過程，學(xué)生不僅可從“算法\"的角度真正理解人工智能的內(nèi)部原理，更能領(lǐng)悟到不同人工智能原理的適用目標及條件，進而在時間維度形成由人工智能原理及其生成動因所構(gòu)成的人工智能完整知識結(jié)構(gòu)。這一完整知識結(jié)構(gòu)中的人工智能原理才是學(xué)生在未來面對新的人工智能開發(fā)需求時能夠被激活，進而成為新的人工智能原理之構(gòu)成要素的“素材”，即成為人工智能技術(shù)原始創(chuàng)新的“素材”。進一步，通過\"第一人稱\"視角的“創(chuàng)造”（而非“第三人稱\"視角的解釋和追隨），學(xué)生亦可逐步建立信息科技原始創(chuàng)新的意識和信心，這正是DeepSeek等原始創(chuàng)新團隊所具備的[2、也是學(xué)生未來信息科技原始創(chuàng)新不可或缺的驅(qū)動力。

至此，本文從空間與時間兩個維度，教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法兩個方面，詳解了信息科技課程一體化教學(xué)設(shè)計的思路和方法，核心觀點如圖1所示。

圖1圖解\"信息科技課程一體化教學(xué)設(shè)計”

五、結(jié)束語

計算思維、信息科技原始創(chuàng)新能力在人工智能迅猛發(fā)展的當(dāng)下成為日益重要的教育訴求，這一教育訴求使得基礎(chǔ)教育領(lǐng)域?qū)π畔⒖萍颊n程有了更高期待。為了回應(yīng)這一期待，本文以筆者團隊前期研究為基礎(chǔ)，詳解了對教學(xué)指南進行二次創(chuàng)造的思路和方法，以使信息科技學(xué)科教學(xué)實踐真正支持學(xué)生空間與時間維度完整學(xué)科知識結(jié)構(gòu)的建構(gòu)，進而有效促進學(xué)生計算思維的發(fā)展，并為信息科技原始創(chuàng)新奠基。進一步，本文于空間維度對信息科技課程所做的“科”與“技\"兩個層面的劃分，以及對各層面教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法的厘定，為繼往（“技”開來（“科”的信息科技課程指明了實踐方向。同時，本文提出的“‘重走'計算機科學(xué)家的來時路\"等創(chuàng)新觀點和方法，也從為信息科技原始創(chuàng)新奠基的視角，給予當(dāng)下備受關(guān)注的中小學(xué)人工智能課程“教什么\"以及“怎么教\"等問題新的思路。

研究向前推進，其結(jié)果是新觀點的進發(fā)，更是新問題的涌現(xiàn)：例如，信息科技課程中學(xué)生需要“重走\"哪些路徑，以及在何種程度上“重走\"信息科技，特別是人工智能發(fā)展史上的關(guān)鍵節(jié)點？除了“第一人稱”的正向“創(chuàng)造”，還可以采用哪些方式“重走”計算機科學(xué)家的來時路？正是新觀點與新問題的螺旋上升，才使研究始終充滿活力，并促使信息科技課程不斷走向成熟和完善，以更為自信的姿態(tài)肩負時代使命。

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Integrated Instructional Design of Information Technology Curriculum： A Rethinking of Spatial and Temporal Dimensions

FENG Youmeil， HU Xiulei'， WEN Jia'， YUAN Yuhong2， YAN Shigang1 （1.FacultyofEducation，TianjinNormalUniversity，Tianjin3O0387; 2.Hebei Industry and Technology University， Shijiazhuang Hebei O50051）

[Abstract] With the rapid development of artificial inteligence，computational thinking and the capability for original innovation in information technology have become increasingly important educational demands. However，the teaching content and methods provided by the recently released \"Compulsory Education Information Technology Teaching Guide\"（referred to as the \"Teaching Guide\"） fall short of addressing these educational needs. In light of this， this paper proposes approaches for the secondary creation of the Teaching Guide from both spatial and temporal dimensions，as well as the perspectives of teaching content and teaching methods，thereby achievingan integrated instructional design for the information technology curriculum. In the spatial dimension， regarding teaching content， the curriculum content is integrated horizontally while clearly distinguished vertically between the \"science\"and \"technology\" levels. For teaching methods（at the \"science\" level），students are supported in personally experiencing the process of \"creating\" principles. In the temporal dimension （at the \"science\" level）， with regard to teaching content，a historical timeline of key developments ininformation technologya historyof keymilestones in information technology is constructed through supplementation and elaboration;in terms of teaching methods，students are guided to \"retrace\" the path taken by computer scientists.The proposed integrated instructional design approach for the information technology currculum can effectively support the construction of the overall knowledge structure withininformation technology and，on this basis，the development of computational thinking and the capability for original innovation in information technology enable the information technology curriculum to respond to the demands of the times in a more mature manner.

[KeyWords] Information Technology Curriculum; Computational Thinking; Integrated Instructional Design; Principle Creation; Original Innovation in Information Technology