以小見大：大概念視野下的信息技術(shù)深度備課

摘要：信息技術(shù)學(xué)科大概念是學(xué)科知識的高度抽象與凝練，如若缺乏信息技術(shù)學(xué)科大概念視野，其教學(xué)也難以深入核心素養(yǎng)地帶。鑒于此，本文梳理了大概念與學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)系，探討了大概念視野下的信息技術(shù)學(xué)科備課的新視角，并提出了聯(lián)結(jié)現(xiàn)實、設(shè)置沖突、梳理認(rèn)知等走向深度的信息技術(shù)教學(xué)設(shè)計策略。

關(guān)鍵詞：大概念;核心素養(yǎng);信息技術(shù);深度教學(xué);備課

隨著《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》[1]（以下簡稱《課標(biāo)》）理念的普及，核心素養(yǎng)的培育逐漸成為義務(wù)教育階段信息技術(shù)教學(xué)轉(zhuǎn)型的方向。翻閱部分高中和義務(wù)教育階段的信息技術(shù)新教材，以大概念為核心組織內(nèi)容的意圖較為明顯。將《課標(biāo)》與新教材結(jié)合起來看，教師難免會產(chǎn)生諸多困惑，如學(xué)科核心素養(yǎng)與大概念之間有什么關(guān)系？信息技術(shù)教學(xué)是從大概念入手，還是從學(xué)科核心素養(yǎng)切入？新的理念下，信息技術(shù)教師該如何備課？筆者嘗試回應(yīng)這些問題，以期為信息技術(shù)學(xué)科一線教師的備課實踐提供思路與方法。

大概念與核心素養(yǎng)的關(guān)系

1.學(xué)科大概念的內(nèi)涵探析

為進(jìn)一步辨析學(xué)科大概念，借助《課標(biāo)》和計算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的經(jīng)典書籍，筆者嘗試從理解的角度將學(xué)科大概念劃分為三個維度（如表1）。第一維度是定義，即理解四個學(xué)科大概念“是什么”。第二維度是要素，即理解大概念內(nèi)在“有什么”。第三維度是關(guān)系（意義），即理解大概念“有何意義”，這一方面表現(xiàn)為對四個大概念彼此關(guān)系的理解，另一方面表現(xiàn)為對大概念的學(xué)習(xí)價值的理解。

2.大概念與核心素養(yǎng)的內(nèi)在一致性

概念是人的基本思維形式，反映了事物一般的、本質(zhì)的特點。概念的形成是一個思維與實踐交織的過程，是人在客觀世界所感知事物的一種抽象?！墩n標(biāo)》中的大概念表面上是幾個關(guān)鍵詞，實則是專家考察信息技術(shù)學(xué)科概念體系后的一種抽象提煉，是一種洞察后的思維結(jié)晶。

因此，學(xué)生想要發(fā)展形成學(xué)科大概念，不能靠背記關(guān)鍵詞，而是要憑借一系列親歷的項目實踐，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行識別、抽象、建構(gòu)、聯(lián)系。學(xué)科大概念的形成過程也是學(xué)科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成過程，這二者互相促進(jìn)，具有內(nèi)在一致性，如圖1所示。例如，剖析具體的信息系統(tǒng)將觸及內(nèi)含的數(shù)據(jù)與算法，在分析系統(tǒng)自動化機(jī)理的過程中，會促進(jìn)學(xué)生計算思維的提升;而敏銳的信息意識將有助于學(xué)生發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)缺陷，產(chǎn)生對原系統(tǒng)改進(jìn)與創(chuàng)新的動機(jī)，促進(jìn)數(shù)據(jù)與算法的數(shù)字化學(xué)習(xí)。

大概念視野下的備課視角

1.消費者與開發(fā)者的視角

實踐者在用信息技術(shù)解決問題的過程中，往往存在兩種角色，即消費者與開發(fā)者的體驗。[6]有人認(rèn)為這兩種角色是一種非此即彼的關(guān)系，筆者卻認(rèn)為這兩種角色的分界不是絕對的，而是相對的，有時還會同時體現(xiàn)在同一主體上。例如，學(xué)生用WPS制作“我的愛好”演示文稿，學(xué)生自主制作且解決自我需求（數(shù)字化講演），學(xué)生既是開發(fā)者又是消費者，但對于提供WPS研發(fā)團(tuán)隊而言，學(xué)生是WPS軟件的消費者，而WPS軟件研發(fā)團(tuán)隊相對于學(xué)生則是技術(shù)的開發(fā)者。

角色代表一種站位與思考，不同角色的視角切換會帶來全新的視野。教師可引導(dǎo)學(xué)生從消費者的視角向開發(fā)者的視角切換，透過技術(shù)的功能，思考功能背后的數(shù)據(jù)與算法，思考當(dāng)前信息系統(tǒng)背后協(xié)同的其他信息系統(tǒng)，由此感受恢宏無比的信息社會。而當(dāng)學(xué)生以開發(fā)者角色開展項目實踐時，亦需以消費者的視角“檢閱”自己的作品，以用戶體驗的反饋對原項目進(jìn)行改進(jìn)與創(chuàng)新，如圖2所示。數(shù)據(jù)、算法、信息系統(tǒng)和信息社會等抽象的概念，需要教師在不同角色的切換中和以小見大的思考中升華理解、獲得意義，并在此基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)換成學(xué)生可親歷的活動和可理解的內(nèi)容，促進(jìn)學(xué)生聯(lián)結(jié)小概念并形成大概念。

2.學(xué)習(xí)者與教育者的視角

教師在備課時，不僅自身需要理解教學(xué)內(nèi)容中的具體小概念與大概念之間的關(guān)系，而且需要從學(xué)習(xí)者的視角去思考學(xué)生在構(gòu)建概念的過程中的疑點、模糊點、盲點等問題，這樣才能將教育者對概念的理解，轉(zhuǎn)化為促進(jìn)學(xué)生概念建構(gòu)的學(xué)習(xí)路徑。備課時，學(xué)生視角的建立，有如下幾種方法：①從數(shù)字作品中解讀學(xué)生對概念的理解;②教師通過“下水”經(jīng)歷學(xué)生的技術(shù)學(xué)習(xí)的全過程，揣摩學(xué)生概念建構(gòu)過程的障礙點;③向?qū)＜遗c同行請教，獲得學(xué)生構(gòu)建概念時的“真實數(shù)據(jù)”。

聚焦大概念的深度教學(xué)策略

1.聯(lián)結(jié)現(xiàn)實，從實例到大概念

聯(lián)結(jié)現(xiàn)實是一種課程資源開發(fā)意識，也是一種化抽象為具體的教學(xué)方法。實例有兩種方法可獲得，第一種是聯(lián)結(jié)現(xiàn)存的信息系統(tǒng)，通過剖析具體系統(tǒng)的整體或局部形成實例，觸摸具體小概念并溯源至學(xué)科大概念。第二種是聯(lián)結(jié)現(xiàn)實的問題，將問題轉(zhuǎn)化為具體的項目實踐，在構(gòu)建實例的過程中帶動具體小概念的習(xí)得和大概念圖式的生成。

大概念之間存在著聯(lián)系，在實例基礎(chǔ)上沿著某種線索或思考可以引發(fā)學(xué)習(xí)的“連鎖反應(yīng)”，實現(xiàn)概念的意義關(guān)聯(lián)。教師在問及“在數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)什么信息”等系列問題時將帶領(lǐng)學(xué)生從數(shù)據(jù)出發(fā)，進(jìn)入算法、信息系統(tǒng)和信息社會的視閾，即從數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)至信息社會大概念（關(guān)聯(lián)路徑之一）;而當(dāng)教師指導(dǎo)學(xué)生開發(fā)系統(tǒng)時，其思考與探索的路徑往往是從信息社會關(guān)聯(lián)至數(shù)據(jù)大概念（關(guān)聯(lián)路徑之二）。具體如圖3所示。

值得說明的是，現(xiàn)實既指可觸摸的真實世界，也指現(xiàn)存的數(shù)字世界。例如，讓學(xué)生感受退出WPS時文檔保存提醒的分類處理和讓學(xué)生體驗豐巢的密碼取件方式，都可以引發(fā)分支結(jié)構(gòu)（算法）、人機(jī)交互（信息系統(tǒng)）、數(shù)據(jù)安全（信息社會）等大概念的討論。

2.設(shè)置沖突，從現(xiàn)象到大概念

認(rèn)知沖突是指原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)與新情境的不一致而產(chǎn)生的內(nèi)心矛盾與沖突。面對新情境，學(xué)生若能用已有經(jīng)驗解決，心理則會處于一種平衡狀態(tài);但當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)用已有的經(jīng)驗無法解決新情境時，平衡被打破，認(rèn)知沖突便產(chǎn)生了。心理學(xué)表明，認(rèn)知沖突會較好地激發(fā)學(xué)生的好奇心與求知欲，促進(jìn)學(xué)生主動思考。

如何構(gòu)造認(rèn)知沖突呢？一般的做法是，教師將概念蘊含在一個預(yù)設(shè)的“學(xué)件”里，該學(xué)件能在交互時再現(xiàn)與學(xué)生原有經(jīng)驗不一致的現(xiàn)象，這便“人為制造”認(rèn)知沖突。一個認(rèn)知沖突的解決過程，往往是底層原理或背后原因的探究過程，也是從現(xiàn)象走向本質(zhì)、從具體的小概念走向更抽象的大概念的一種主動聯(lián)系與深度發(fā)掘的過程。

例如，浙攝版六上《數(shù)據(jù)編碼》中有關(guān)圖像編碼的原文是“根據(jù)應(yīng)用需求，圖像有不同的編碼方式，產(chǎn)生不同的圖像文件類型，如BMP、JPEG、PNG等”。為突破對圖像編碼的理解，筆者做了如下教學(xué)設(shè)計（如下頁圖4）。

學(xué)件準(zhǔn)備：打開畫圖軟件（Mspaint），設(shè)置畫布大小為800×600，繪制一幅海天相接的圖畫，其中天空的區(qū)域不上色，并將文件名保存為“大海.bmp”，將文件類型保存為256色位圖。

活動設(shè)計1：要求學(xué)生給“天空”的區(qū)域上色，其自定義顏色為RGB（204，253，251），保存文件后關(guān)閉畫圖軟件。

沖突再現(xiàn)：讓學(xué)生打開最新保存的文件，學(xué)生驚奇地發(fā)現(xiàn)天空的顏色不見了！難道親手填的顏色沒保存？再試一次，“丟色”依舊，學(xué)生充滿了驚訝與困惑。

揭秘：原來，圖像文件存儲的類型是256色位圖，每個像素用8位存儲，只能對應(yīng)256種顏色，這種編碼格式自然無法接納更為豐富的其他顏色。

活動設(shè)計2：另存為24位色文件類型后再進(jìn)行填色，問題立馬解決。教師進(jìn)一步點撥，每一種圖像格式對應(yīng)一種圖像編碼，決定了圖像色彩的多少和文件的大小。圖像大?。↘B）=圖像寬度×圖像高度×位數(shù)÷8÷1024。教師演示圖像文件大小的計算，學(xué)生驗證文件的大小（查看文件屬性）。

3.梳理認(rèn)知，從技術(shù)到大概念

信息技術(shù)課中的概念有不同的、相同的，還有相似的，若不加以聯(lián)系，概念存儲不但會碎片化，而且會互相混淆、彼此干擾。但這種梳理，不應(yīng)是教師用腦圖、表格等工具的代辦與呈現(xiàn)，而應(yīng)是讓學(xué)生主動經(jīng)歷概念的自我梳理過程，從具體的技術(shù)操作升華至概念的習(xí)得，將習(xí)得的新概念與舊概念聯(lián)系起來，并溯源至學(xué)科大概念，形成概念網(wǎng)絡(luò)，使概念在大腦中的存儲變得層次化、結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化。

例如，浙攝版六上中，涉及小學(xué)階段圖形化編程的第一課，筆者認(rèn)為除了學(xué)會用指定的圖形化編程工具進(jìn)行圖形化編程的基本方法外，還應(yīng)抓住本課出現(xiàn)的新概念，與前面的“我們的信息生活”和“數(shù)據(jù)處理”兩個單元進(jìn)行主動聯(lián)系，讓學(xué)生厘清軟件、程序、腳本、指令、文件、數(shù)據(jù)的概念。這有助于將不同的概念聯(lián)系起來，促成學(xué)生形成概念網(wǎng)絡(luò)。

學(xué)件準(zhǔn)備：在一個PPT里插入文字或圖片，如程序、腳本、指令、sb3文件、數(shù)據(jù)。

活動設(shè)計：完成圖形化編程體驗后，讓學(xué)生在PPT中拖動以上概念（文字或圖片）進(jìn)行比較與思考：sb3文件、程序、腳本、指令之間有什么關(guān)系？聯(lián)系《數(shù)據(jù)與信息》一課，積木指令中有幾種可輸入的數(shù)據(jù)類型？猜想一下，sb3文件里會有怎樣的數(shù)據(jù)？引導(dǎo)學(xué)生用自選圖形和文本框說明概念之間的關(guān)系。

概念能表征事物，幫助我們確定世界的重要特征。無數(shù)的小概念以一定的層次與結(jié)構(gòu)匯聚成大概念的集合，形成人的觀念與思想。學(xué)科大概念不僅是小概念的“根”，更是一種學(xué)科方法論，它是信息技術(shù)教育專家或計算機(jī)科學(xué)家以更抽象、更本質(zhì)的方式理解信息世界的方法。在以大概念為理念的教學(xué)實踐中，理解學(xué)科大概念和理解大概念教學(xué)理念變得同等重要。在理解的基礎(chǔ)上，將教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)化成聚焦大概念的學(xué)習(xí)活動，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的生長，這將是義務(wù)教育階段新課程踐行者的學(xué)習(xí)與挑戰(zhàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）[M].北京：人民教育出版社，2020：7.

[2]李藝，董玉琦.信息技術(shù)必修1 數(shù)據(jù)與計算[M].北京：教育科學(xué)出版社，2019.

[3]J.Glenn Brookshear Dennis Brylow.計算機(jī)科學(xué)概論[M].劉藝，等，譯.北京：人民郵電出版社，2007.

[4]李藝，董玉琦.信息技術(shù)必修2 信息系統(tǒng)與社會[M].北京：教育科學(xué)出版社，2020.

[5]楊曉哲，任友群.《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》教師指導(dǎo) 信息技術(shù)[M].上海：上海教育出版社，2019.

[6]肖廣德，高丹陽.計算思維的培養(yǎng)：高中信息技術(shù)課程的新選擇[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2015，25（07）：38-43.

作者簡介：費海明，浙江省寧波市江北區(qū)教育局教研室，正高級教師，浙江省優(yōu)秀教研員。