基于核心素養(yǎng)的信息技術教材結構設計

于穎　周東岱

摘要：在新一輪高中信息技術課程標準修訂中，強調了核心素養(yǎng)對課程的統(tǒng)領作用。相應地，教材作為課程標準落實的重要載體，可以把其理解為基于核心素養(yǎng)的教材。為了明晰如何設計基于核心素養(yǎng)的信息技術教材，該研究通過對課程層次、課程標準及教材結構的分析，得出：基于核心素養(yǎng)的教材更應該是“學材”，教材結構是一個囊括內容、程序與形式結構的立體結構；CTACK框架能夠體現(xiàn)計算思維、活動與學科知識間的相互依存關系，可作為教材結構建構的基本框架。在此基礎上，研究以高中“數(shù)據(jù)管理與分析”選修模塊為例，基于CTACK框架，初步探討了信息技術教材三重結構建構的方法，并設計了教材案例片段。

關鍵詞：核心素養(yǎng)；計算思維；教材結構；CTACK；數(shù)據(jù)管理與分析

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A

新一輪高中課程標準修訂將立德樹人作為課程標準修訂的出發(fā)點和落腳點，突出發(fā)展學生核心素養(yǎng)對課程建設的統(tǒng)領作用，并形成了《普通高中信息技術課程標準修訂稿》（以下簡稱《課程標準》）。從這個意義上講，我們可以把新課程理解為基于核心素養(yǎng)的課程。相應地，教材作為課程實施的重要層次與課程標準落實的重要載體，可以被理解為基于核心素養(yǎng)的教材。那么，基于核心素養(yǎng)的信息技術教材應是什么樣子，如何設計？以上問題成為當前信息技術課程與教材研究的重要內容。教材結構是教材設計最優(yōu)化的奠基工程，從教材結構研究人手，建構基于核心素養(yǎng)的信息技術教材結構，一方面可為一線師生領悟、實行與體驗新課程提供文本依據(jù)，另一方面可為信息技術教材設計與實施奠定理論基礎。

一、關于新教材的基本認識

（一）新教材是基于核心素養(yǎng)的教材

新課程把核心素養(yǎng)作為育人目標框架。無論是教育部頒布的《關于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見》，還是近期發(fā)布的《中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)》總體框架，亦或是新一輪普通高中課程標準修訂，都一再強調了課程建設要以核心素養(yǎng)（具體到各學科，則為學科核心素養(yǎng)）為統(tǒng)領，以提升課程的育人價值，改進學科教學的育人功能，形成以學生發(fā)展為核心的課程育人體系。從這個意義上講，可以把新課程理解為是基于核心素養(yǎng)的課程。

而按照古德萊德的課程五層次觀，教材是課程實施第二層次（“正式的課程”）的重要內容。因此，如果把新課程理解為基于核心素養(yǎng)的課程，則新教材也應是基于核心素養(yǎng)的教材。并且，其設計優(yōu)劣不僅關系到課程標準與課程理念的落實，而且影響其后三個層次課程的順利實施。

（二）基于核心素養(yǎng)的教材更應該是“學材”

核心素養(yǎng)指的是學生應具備的適應終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關鍵能力，它關注的是學生之為人之主體性發(fā)展。因而，基于核心素養(yǎng)的教材必然也是以學生發(fā)展為核心的。這就意味著，教材設計要改變當前存在的“學科本位”“知識本位”和“教本”現(xiàn)象，編制以學生發(fā)展為核心的教材。顯然，這里的“教材”不再等同于傳統(tǒng)意義上的“教師教學用書”，更應該是“學生學習用書”，兼具“教材”和“學材”雙重功能。之所以仍然保留其“教材”功能，不是繼承學生在傳統(tǒng)教材中的“被動”與“他主”狀態(tài)，而是強調教師在學生學習過程中的引領作用和教材對教師專業(yè)發(fā)展的促進作用。之所以強調新教材的“學材”功能，一方面與發(fā)展學生核心素養(yǎng)的內在要求相一致，另一方面也是對傳統(tǒng)教材觀的超越，以學生發(fā)展為核心，發(fā)展核心素養(yǎng)，提升教材育人價值，成為新教材的本質追求。教材的“學材”功能定位，必然使得教材從傳統(tǒng)的“知識”為主“活動”為輔，轉向“活動”為主“知識”為輔，從而使教材能有效指引學生進入活動，在項目化學習活動中建構知識，發(fā)展思維，提升學科核心素養(yǎng)。

二、關于教材結構的理解

教材結構是教材設計最優(yōu)化的奠基工程，是教材設計的重要前提和基礎，對教材結構的不同理解勢必會影響其后教材設計的優(yōu)劣，以及一線師生對課程與教材的把握。

（一）四類典型的教材結構觀

課程與教學論領域對教材結構有多種不同認識，大致可概括為以下四類觀點：要素成分觀，即把教材結構認為是教材內部各要素、各成分之間符合規(guī)律的組織形式；體例觀，即把體例結構等同于教材結構；顯性隱性結構觀，即把知識選擇和組織看作是顯性結構問題，把相關的社會、文化背景以及師生交互作用、教與學方式、學習環(huán)境等動態(tài)因素的組合看作隱性結構；層次結構觀，即認為教材是有層次的，將教材結構由深及表劃分為教材內容結構、程序（組織/編排）結構和形態(tài)（形式）結構等。以上幾類觀點有其各自的合理性，或從要素構成，或從呈現(xiàn)形態(tài)，或從顯現(xiàn)程度，或從系統(tǒng)層次角度，闡述了對教材結構的認識。但總體上，單純從某一個視角出發(fā)對教材結構的理解，是難以全面觀照教材結構的系統(tǒng)性、整體性、共時性特征的。

（二）統(tǒng)合多元觀點理解教材結構

結合上述觀點，本研究從結構主義觀點出發(fā)，并統(tǒng)合了教材結構的要素觀和系統(tǒng)層次觀，形成對教材結構的進一步認識：教材結構是一個立體結構，有兩層含義（如圖1所示）。一是教材結構是教材內部各要素、各成分之間合規(guī)律的組織形式。教材要素主要包括知識、技能、能力要素以及必要的情感態(tài)度、倫理道德等非認知要素，教材成分主要包括教材目標、內容、學習活動方式等，在基于核心素養(yǎng)的教材中主要表現(xiàn)為知識技能、學習活動與核心素養(yǎng)。二是教材結構是有層次的，揭示了教材不同層次的質的規(guī)定性，教材結構由深及表可劃分為教材內容、程序和形式三個亞結構，三者之間是相互依存、相互作用、相互制約的。同時，教材結構不可避免地受學科內容邏輯、學生認知邏輯、教學實施以及社會文化環(huán)境等因素的影響，在建構教材結構時必然要考慮這些因素。

三、CTACK：信息技術教材結構建構的基本框架

在厘清了教材結構的基本概念之后，我們還需對CTACK框架有較為清晰的認知。CTACK是構建的一個關系框架（如圖2所示），它體現(xiàn)了計算思維、活動與學科知識三者之間相互依存、相互制約的關系，是教材結構建構的基礎。

（一）對CTACK框架的整體闡釋

在CTACK關系框架中，CT代表計算思維，A代表活動，CK代表學科知識，IC、DL、IS分別代表信息意識、數(shù)字化學習與創(chuàng)新、信息社會責任其它三項核心素養(yǎng)。從CT到A再到CK，一方面體現(xiàn)了計算思維的統(tǒng)攝與喚醒作用，以及三者間從高階到低階的層級關系，另一方面CTACK可以讀作“C-TACK”，更具可讀性。同時，也可以從某一要素出發(fā)去進一步理解CTACK，比如，可理解為基于學科知識和活動形成的計算思維、整合學科知識和計算思維的學習活動、計算思維及其活動映射的學科知識。在框架的頂層，除了CT之外，還有其它核心素養(yǎng)，表明在計算思維為內在線索的教材結構中，也滲透了其它各項學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

之所以在CTACK關系框架中，使用“計算思維”而非“核心素養(yǎng)”，并非忽視其它三項學科核心素養(yǎng)，而是在理解各項核心素養(yǎng)及其關系的基礎上，拎出其中具備最本質的學科屬性標識的核心素養(yǎng)——計算思維，從而使對核心素養(yǎng)的處理不再籠統(tǒng)，更具可操作性。同時，這樣處理還有其它好處，一則凸顯學科思維，以其為教材設計的內在線索，可避免因多重線索可能引發(fā)的混亂；二則在運用計算思維解決問題的活動中，其它核心素養(yǎng)也得以滲透其中，并與計算思維一起共同支撐起學科育人價值培養(yǎng)的使命。

（二）計算思維與學科知識、活動關系詳釋

1.學科知識是計算思維形成的重要載體

無論是《課程標準》還是關于核心素養(yǎng)的論說，都一致認為當代課程應定位于學科目標和學科育人價值的集中體現(xiàn)——核心素養(yǎng)的培養(yǎng)上。根據(jù)上文所述，計算思維既是信息技術學科核心素養(yǎng)之一，也是體現(xiàn)學科本質屬性的思維方式。作為一種核心素養(yǎng)和思維形態(tài)，計算思維絕不可能憑空生成，必然需要依托一定的載體。而從核心素養(yǎng)與學科思維的定義來看，計算思維生成的基本載體指向了一個核心詞匯——學科知識。一方面，核心素養(yǎng)是指一組統(tǒng)整的知識、能力及態(tài)度，使個人得以過著成功與負責任的社會生活，面對現(xiàn)在與未來的挑戰(zhàn)。將課程目標定位在核心素養(yǎng)上，需要重新認識課程的經(jīng)典問題，更多思考如何讓知識成為素養(yǎng)，讓知識變成智慧，只有能成為素養(yǎng)或智慧的知識才最有力量。以上兩種核心素養(yǎng)典型觀點，都指出了知識的重要作用，顯然，核心素養(yǎng)包含知識，依托知識生成而又超越知識。另一方面，提到思維，人們通常會不由自主聯(lián)想到與之關聯(lián)的知識以及知識與思維之爭。在新課程觀及核心素養(yǎng)觀視閾下，人們對知識與思維關系的認識更趨于理性，進一步明晰知識是思維生成的載體。典型的如郅庭瑾認為，要超越知識與思維之爭，當知識用于解決問題時，它才發(fā)揮它的價值，知識是解決問題、發(fā)展思維的材料。而李藝教授提出的思想投射型課程則指出，要建立課程自身穩(wěn)固的學科結構，具體可以用學科知識結構和對應的學科思維構成。這既可以進一步澄清學科知識與計算思維間的關系，又為基于核心素養(yǎng)的信息技術教材結構建構指明了方向。

2.活動是計算思維生成與發(fā)展的必由路徑

從上述論述中，我們可以看出，學科知識是計算思維生成的重要載體。但是，僅有學科知識是不足以生成計算思維的，也并不足以體現(xiàn)學科知識的價值，知識只有在解決問題的活動中才發(fā)生其價值。學科核心素養(yǎng)是學科知識與學科活動相互作用產(chǎn)生化學反應的結果，兩者缺一不可，而且必須是化學反應而不是物理反應。從認識論、心理學、教學論的諸多領域觀點來看，活動無一例外地承擔了這一知識與思維的中介角色，通過活動促使知識進一步轉化為思維或素養(yǎng)。正如林崇德先生所言，“學科教與學活動是學科能力結構的起點和動力。客觀的學習活動決定著思維的發(fā)展，思維又對學習活動起促進作用”。計算思維不僅是一種學習與生活中的普適性思維，更是一種帶有學科特質的典型學科思維方式，因而，依托學科教學培養(yǎng)計算思維顯然必須依托精心設計的活動。而在信息技術課程中，這種關聯(lián)學科知識與計算思維的活動更傾向于表現(xiàn)為一種扎根于學科思想并帶有社會經(jīng)驗取向色彩的以問題解決為目的的技術活動。具體到高中“數(shù)據(jù)管理與分析”選修模塊中，問題的指向性更強，特指數(shù)據(jù)問題，因此也可以把“數(shù)據(jù)管理與分析”中的活動理解為數(shù)據(jù)問題解決活動。

通過上述對計算思維、學科知識及活動的關系分析，我們可清晰地看到三者之間互相依存、互相制約的關聯(lián)關系，計算思維的發(fā)展需要依托學科知識及活動，而學科知識需要觀照與映射計算思維并在活動中不斷進行知識建構，同樣，學科活動需要扎根于學科知識與學科思想、方法與原理之中，并通過活動逐步建構并形成與之相適應的學科思維與價值觀。三者之間，既相互依存，相互促進，又相互制約，彼此牽制。

四、基于OTACK建構信息技術教材“三重”結構

總體而言，信息技術教材結構的建構要立足于課程標準，充分體現(xiàn)CTACK框架中三者問的層級與依存關系，通過活動聯(lián)結學生知識與計算思維，使得學生在掌握知識與技能的基礎上，自覺上升到對學科思維的把握，逐步提升信息技術學科核心素養(yǎng)。計算思維在這里既可作為建構手段，又可作為發(fā)展目標。以下以高中“數(shù)據(jù)管理與分析”選修模塊為例，基于CTACK框架建構信息技術教材“三重”結構。

（一）教材內容結構建構

教材內容結構位于教材結構的最深層，主要包括學科取向內容和社會經(jīng)驗取向內容及其間的關系，是學科知識邏輯、社會經(jīng)驗邏輯的綜合體現(xiàn)，也是學科思維之于教材內容的投射。

教材內容結構的建構主要包括學科知識取向內容建構和社會經(jīng)驗取向內容建構兩個階段，大致經(jīng)歷“課程標準解讀——學科知識取向內容提取+計算思維表現(xiàn)分析——數(shù)據(jù)問題解決活動設計——社會經(jīng)驗取向內容提取——核心素養(yǎng)培養(yǎng)”這一基本過程（如圖3所示）。

具體說來，教材內容結構的建構首先要從《課程標準》研讀人手，一方面分析課程內容標準條目中規(guī)定的知識技能，按照學科知識取向確定人選教材內容，同時要明確計算思維結構邏輯，厘清課程內容標準所對應的計算思維表現(xiàn)與水平，確定知識的廣度和深度。繼而，通過數(shù)據(jù)問題解決活動這一中介，將知識與技能的掌握與計算思維培養(yǎng)關聯(lián)起來。同時，結合活動設計，運用活動的觀點，精心考慮社會經(jīng)驗取向的內容遴選問題，從生活經(jīng)驗人手，篩選出那些對學科發(fā)展而言具有一般生活意義的內容，使之不僅符合學生當下所處的信息社會的真實生活情境，也能指向其未來信息社會發(fā)展，為未來學習和生活奠基。最終，兩種取向走向融合統(tǒng)一，規(guī)避了單純以學科知識取向或以社會經(jīng)驗取向遴選教材內容的局限性。并且，建構出的教材內容結構是CTACK關系在教材中的具體落實與真實反映，既揭示了學科知識、計算思維與活動各自的內在邏輯，又揭示了學科知識、活動與計算思維間的邏輯關系。以“業(yè)務需求分析”主題為例，按照學科知識取向，基于CTACK建構出的學科取向內容結構如圖4所示（具體過程略）。

（二）教材程序結構建構

教材程序結構反映的是教材內容縱向編排的體系，它位于內容結構與形式結構之間，一方面受教材內容結構的影響，另一方面又影響教材形式結構的建構。程序結構在一定程度上決定著學與教活動的雙邊進程，因而強烈影響學生學科思維的形成及個性化發(fā)展水平。

要建構基于核心素養(yǎng)的信息技術教材程序結構，關鍵是要以CTACK為統(tǒng)領，尋求合乎學生思維發(fā)展的邏輯線索，從宏觀、中觀、微觀多個維度組織教材內容（如圖5所示）。以高中“數(shù)據(jù)管理與分析模塊”為例，宏觀層面，需考慮高中數(shù)據(jù)管理與分析模塊內容及其問題解決的系統(tǒng)性、整體性和層次性，基于CTACK架構序列化結構、層級（螺旋上升式）結構；中觀層面，挖掘內容單元的內在活動邏輯和學科知識邏輯，關注不同邏輯下教材內容組織的多樣化形態(tài)，建構起適切學生認知發(fā)展尤其是思維發(fā)展的直線式、分化式、綜合貫通式、個體活動化、群體項目化等中觀程序結構；微觀上，具體到課，觀照CTACK在課堂教學活動中的具體應用，根據(jù)內容特點和活動需求建構有意義接受式、體驗式、探究式等微觀組織結構。需要說明的是，這里列舉的教材程序子結構尚未窮盡，故用虛線表示。

以序列化結構為例，在高中“數(shù)據(jù)管理與分析”教材中，存在著與CTACK框架相對應的三大序列：知識技能序列、數(shù)據(jù)問題解決活動序列和計算思維序列，三大序列彼此交織、相互作用，共同架構起教材宏觀程序結構（如圖6所示）。區(qū)別于傳統(tǒng)以“知識”為主的教材，數(shù)據(jù)問題解決活動序列成為序列化結構的顯性序列，以問題解決為指向；知識技能序列、計算思維序列化身為隱性序列，知識技能序列以滿足學習者問題解決需求為指向，計算思維序列以主體活動的思維內化為指向，二者與問題解決活動序列相伴而行，共同推進模塊育人價值的實現(xiàn)。

（三）教材形式結構建構

教材形式結構也被稱為教材的形態(tài)結構，它位于教材的最表層，是在教學活動制約下教材內容結構和教材程序結構所呈現(xiàn)出的各種各樣的表現(xiàn)形式及其作用關系。教材形式結構在很大程度上決定了其它兩個層次功能的實現(xiàn)。

當代學者對教材形式結構的研究一般從學與教兩個側面展開，歸納起來，從學的角度，大致可分為課文、圖像和作業(yè)系統(tǒng)（習題系統(tǒng)）三部分，從教的角度，大致可分為課文系統(tǒng)和課文輔助系統(tǒng)兩部分。由于基于核心素養(yǎng)的教材兼具教師“教材”和學生“學材”之雙重功能，因而，本研究結合學與教兩個方面，重點從CTACK角度探討教材形式結構。由于CTACK所蘊含的各要素的特征與作用關系不同，因而CTACK各要素在教材形式結構中呈現(xiàn)的方式和層次是不同的。

首先，無論課文系統(tǒng)還是輔助系統(tǒng)，活動都是不可或缺的?；顒右酝怙@活動和內隱活動多次交替的形式躍然而出，成為教材形式結構的主要表征形式。這不僅僅是因為活動是聯(lián)接計算思維與學科知識的中介，以計算思維為代表的學科核心素養(yǎng)需要在活動中不斷形成與發(fā)展，而問題解決活動序列恰如其分地扮演了這樣一個中介角色。還因為根據(jù)學者們對教材本質觀的研究，教材的本質是教學活動文本系統(tǒng)，活動是教材中學生之為人之主體性發(fā)展的決定性因素，只有在活動中，學生之為人之主體性核心素養(yǎng)才能得到良好的發(fā)展。

其次，以技術知識為核心的學科知識體系在教材形態(tài)中往往與學習活動交織在一起，或以學習活動準備或以學習活動思維支架或以學習活動探究成果的形式呈現(xiàn)出來。同時，從教材整體形態(tài)上看，學科知識雖然與活動交織分布，但從教材整體上看又是有其自在邏輯的，不論其在教材中呈現(xiàn)方式是明是暗，在教材中與學習活動的關系至少是正交完備的，并且與教材內容結構和程序結構相呼應。

再次，作為一系列內隱的思維活動形態(tài)，計算思維在教材形態(tài)中往往難以顯性化呈現(xiàn)，一般蘊含于運用知識解決特定情境問題的活動過程中。然而，在教材形式結構中，計算思維并不是也不應是無蹤可尋的。通過前述CTACK的關系辨析，我們知道，計算思維根植于學科知識、問題解決活動之中，而學科知識與問題解決活動也不可能是思維無涉的。換言之，計算思維必然是以具體化、分化的姿態(tài)融于學科知識和問題解決活動之中的，表現(xiàn)為運用技術解決問題過程中一系列思想、方法、原理的多次經(jīng)歷和層層推進，逐步形成與之相適應的思考問題與解決問題的思維方法和價值觀。

由是，我們基本可以明確CTACK三要素在教材形式結構建構中或明或暗的表征關系。三者之間沒有明確的明暗界線，根據(jù)教材表達需要可或明或暗。教材形式結構是一個復雜的結構，三要素在其中有不同的存在形態(tài)與表征方式。下圖關于活動的表征示例（如圖7所示），大致可以體現(xiàn)CTACK各要素及其關系，限于篇幅，不再另舉它例。

五、基于“三重”結構的教材設計案例片段

基于上述教材結構，我們嘗試設計了高中“數(shù)據(jù)管理與分析”教材。以內容標準中“業(yè)務需求分析”主題為例，設計的教材案例片段如下頁圖8（框架）、圖9（正文）所示。

首先，在內容遴選上，按照前面圖4中學科取向內容建構方式，結合社會經(jīng)驗取向內容遴選方法，確定了內容選題——“制定網(wǎng)店創(chuàng)辦與運營整體方案”（如圖8所示）。該選題不僅包括需求分析、方案設計、方案評估等相關知識，而且包括制定網(wǎng)店整體方案系列活動，以及基于上述二者形成的以計算思維為代表的核心素養(yǎng)。

其次，在內容組織上，對照該主題所對應的中觀程序結構建構方法，確定了以項目化結構組織該主題單元內容，具體演繹為“項目—任務—活動”結構。使用該結構的好處是，該結構能夠反映知識建構、活動推進以及思維生成的自然過程。它通過對項目的規(guī)劃與確認，明確完成項目要承擔的任務，在此基礎上，為了完成項目和實施任務而開展相應活動。其項目、任務和活動都是相對完整而有實際意義的，且有明確的目標和清晰的節(jié)奏，借此使學生將學習的知識與實際應用意義和價值相聯(lián)結。

再次，在形態(tài)表達上，按照形式結構對CTACK各要素及其關系表征的基本方法，形成了如圖9所示教材案例片段。該片段一方面如實反映了內容結構與程序結構對形式結構表達的內在要求，將知識作為活動的支架處理，另一方面使用了問題式表征手法，以期引發(fā)學生的探究欲望與學習興趣，喚醒學生主動學習的意圖，再一方面，在計算思維的過程性表征中，使用思維的語言（扮演、引導、設想等），為學生實踐活動提供思維支架，促進學生通過運用頭腦風暴法，廣泛獲取所需的網(wǎng)店業(yè)務需求信息。同時，通過適當?shù)奈谋颈碚鳎橄蟪隽擞嬎闼季S活動的具體表現(xiàn)及相應的迭代思維過程。

六、結束語

基于核心素養(yǎng)的信息技術教材不僅僅是傳統(tǒng)意義上的“教材”，更應該是“學材”。它承載著支持學生解決問題、建構學科知識與發(fā)展學科核心素養(yǎng)的使命。教材結構是教材最優(yōu)化設計的奠基性工程，從教材結構研究人手，可以為基于核心素養(yǎng)的教材設計與使用提供可資借鑒的方法。CTACK框架作為學科知識、活動與計算思維的關系框架，可以成為教材結構建構的基礎。其中，由于計算思維是一項最具學科本質屬性的核心素養(yǎng)，因而，它不僅是問題解決活動中一種必需的思維方式，而且能很好地協(xié)調核心素養(yǎng)、活動與學科知識間的關系，可以作為教材結構建構的內在線索。需要說明的是，以計算思維為內在線索，不是說其它學科核心素養(yǎng)不重要了。恰恰相反，計算思維與信息意識、數(shù)字化學習與創(chuàng)新、信息社會責任四者缺一不可，在以計算思維為內在線索的教材結構建構中，其它各項核心素養(yǎng)也得以滲透。也并不是說，計算思維的地位超越了其它核心素養(yǎng)，四項核心素養(yǎng)本沒有地位高低之分，各有其獨特作用與意義。