高中信息技術學科核心素養(yǎng)導向的大概念單元教學探討

朱余芹

摘? ?要：文章闡述了大概念在學科中的核心地位以及進行基于大概念的單元教學的意義?；诖蟾拍畹膯卧虒W模式有助于學生更好地運用學科基本的思想方法分析問題、解決問題，適應社會生存；通過具體案例的剖析，展示了單元教學中大概念的選取方法以及課堂教學目標、教學評價體系、學生活動過程的構建方法，通過實踐案例的探索回答了如何構建基于大概念的高中信息技術單元教學模式的問題。

關鍵詞：大概念；單元教學；核心素養(yǎng)

引言

隨著信息技術的不斷發(fā)展及廣泛應用，知識的更新速度不斷加快，許多由人完成的工種逐漸被機器所替代，學生的書包越來越重，但“畢業(yè)即失業(yè)”的現(xiàn)象卻愈演愈烈。于是人們開始思考：什么樣的工作是機器不可替代的？培養(yǎng)什么樣的人才能適應現(xiàn)代社會的需求？

是否具有創(chuàng)新能力是人與機器之間的本質區(qū)別。知識可能會被時代所淘汰，但如果學生具備了創(chuàng)新能力，即專家解決問題的基本能力，就可以適應終身發(fā)展和社會發(fā)展的需要。在此時代背景下，課堂教學的目標，開始從講授專家知識向培養(yǎng)專家能力轉變。那么，如何培養(yǎng)學生的專家能力呢？專家能力有什么樣的特征呢？在此基礎上，“大概念集中體現(xiàn)了專家思維的基本特征”這一理念被世界各國的教育教學專家不約而同地提出，并廣泛認同。

本文，筆者將從“大概念”的概念釋析談起，探討在高中信息技術課堂教學中培養(yǎng)學生專家思維能力的基本路徑及相關探索。

1? 什么是“大概念”

“概念”辭海釋義為：思維的基本形式之一，反映客觀事物的一般的、本質的特征。因此，大概念具有高度的概括性和抽象性。

大概念的“大”是個相對概念，因此，大概念有層級之分。如語言包括計算機語言、人類語言等。計算機語言有高級語言、機器語言之分。那么，語言是計算機語言的上位大概念，計算機語言又是高級語言的上位大概念。

大概念由于其高度的概括性、豐富的層次結構，有助于學生構建結構化的知識體系，可以作為知識的“錨點”，方便學生將零散的知識點整合到一起，在需要使用時靈活選取。人腦內部的生理結構也決定了人們對相互之間有廣泛聯(lián)接以及認知結構層次豐富的知識，能夠更好地提取和應用。因此，大概念有遷移性的特點，這不僅僅體現(xiàn)在學科內，它還可以打通學校和現(xiàn)實生活中的壁壘。例如，學生掌握了計算機編碼的原理和特點，就能夠在生活中靈活應用編碼來解決現(xiàn)實問題。如：應用編碼實現(xiàn)信息的加密傳遞、班級內部使用座位號進行各項班級事務的管理等等。

此外，不同于學了之后很快會忘記的“惰性知識”，大概念由于其廣泛的遷移性和生活中廣泛的應用價值，在現(xiàn)實生活中容易被各種情境激活并不斷提取、應用，因此，大概念的記憶可以保持得較為長久。

一言以蔽之，大概念就是能夠反映學科本質的概念、觀點或原理，它能夠反映專家的思維方式，具有層次性、概括性、可遷移性、持久性等特點。因此，掌握了大概念，更有利于培養(yǎng)學生問題解決能力、終身學習能力，有利于學生更好地適應社會生存。

2? 為何要開展大概念單元教學

2.1? 開展大概念教學有助于發(fā)展學生核心素養(yǎng)

學生發(fā)展核心素養(yǎng)是教育界為廣大教育工作者樹立的教育目標和工作要求。它回答了“培養(yǎng)什么樣的人才能更好地適應社會發(fā)展的需要”的問題，為廣大的教育工作者指明了前進的方向。而大概念由于其反映了專家的思維特征，學生掌握了學科的大概念，在紛繁復雜的世界中，能夠更好地穿透現(xiàn)象看到本質，從而靈活運用學科基本的思想方法分析問題、解決現(xiàn)實問題，適應社會生活。這與學生核心素養(yǎng)的要求不謀而合。因此，開展大概念教學有助于發(fā)展學生核心素養(yǎng)。

2.2? 大概念的性質決定了教學需要采用單元的形式

由于大概念在學科中屬于較為上位的概念、觀點，具有概括性、抽象性，因此，它需要相當數(shù)量的具體案例的支撐，才能夠幫助學生正確理解和歸納總結大概念。而單課時相對較短，不利于學生抽象觀念的形成。也不利于學生進一步探究大概念在具體生活中的遷移應用。因此，采用單元形式的教學更有利于學生大概念的形成及應用。這里的單元，“是按大概念的邏輯而非按內容的邏輯，考慮大概念之間以及小概念與大概念之間的關聯(lián)來劃分單元組塊，選取相應的內容和 資源并將它們序列化?！盵 1 ]

下面，筆者將以粵教版高中信息技術必修1《數(shù)據(jù)與計算》中的“數(shù)據(jù)與信息”單元的教學為例，具體闡述大概念單元教學在高中信息技術課堂是如何實施的。

3? 大概念單元教學在高中信息技術課堂的實踐探究

大概念由于其在學科中的核心地位，因此，明確大概念便成為教學的首要任務。

3.1? 以課標和教材內容的邏輯結構為依據(jù)，明確單元大概念

單元的劃分依據(jù)如下：

（1）從信息技術課程標準中確定單元。課標中明確規(guī)定了《數(shù)據(jù)與計算》模塊主要包括三部分內容：“數(shù)據(jù)與信息”“數(shù)據(jù)處理與應用”“算法與程序實現(xiàn)”。

（2）分析教材主要內容及邏輯結構，從而劃分單元。

數(shù)據(jù)與信息章節(jié)主要講述了信息是如何通過編碼轉化為計算機中的數(shù)據(jù)的；知識與數(shù)字化學習章節(jié)講述了如何運用數(shù)字化工具進行學習與創(chuàng)新，數(shù)字化學習與創(chuàng)新是信息學科必備的核心素養(yǎng)之一，是貫穿學科內容的基本思想方法及學習方式；算法與程序章節(jié)講述了程序是如何進行編碼的，這兩章可以看做“數(shù)據(jù)與信息”單元中信息編碼的一個特例；在互聯(lián)網(wǎng)及人工智能的時代，數(shù)據(jù)具有了與以往不同的特征，即“大”數(shù)據(jù)的特征。數(shù)據(jù)處理與可視化表達章節(jié)重點闡述了計算機是如何對大數(shù)據(jù)進行采集、處理和加工，并從其中提取出有效價值的；人工智能就是研究如何讓機器具有人的思維能力和智能行為的學科。本質上講，人工智能及其應用章節(jié)還是在闡述計算機是如何高效處理信息和數(shù)據(jù)的，只是這里對信息處理的方式做了具體的限定，即模擬人的思維過程及智能行為。

因此，全教材可以劃分為兩個大的單元，即：信息是如何通過編碼轉化為數(shù)據(jù)的；計算機又是如何處理數(shù)據(jù)實現(xiàn)信息的增值的。具體邏輯關系如圖1所示。

這里信息與數(shù)據(jù)之間并非簡單可逆的過程，由信息編碼形成的數(shù)據(jù)，在通過計算機的加工與處理之后，產生了新的信息——知識。知識的構建實現(xiàn)了信息的價值增值，最終為人類社會的生產生活提供高效服務。

此外，由于程序編碼的復雜性與特殊性，故而獨立成為一個單元。因此，從教材內容間的邏輯關系看，可以將全書分為三個大的單元（與課標劃分一致），即：數(shù)據(jù)與信息、數(shù)據(jù)處理與應用、算法與程序實現(xiàn)。

大概念的確定方法如下：

畫出單元知識圖譜，理出主要枝干，從而確定單元大概念。

大概念在單元知識結構中具有核心和統(tǒng)治地位，其他的次生概念皆可以從大概念派生或衍生出來，因此，大概念在單元知識圖譜中一定具有主要枝干的地位，只要找到了知識圖譜的主要枝干，也就確定了大概念?！皵?shù)據(jù)與信息”單元的知識圖譜如圖2所示。

由圖2可知：數(shù)據(jù)、信息、編碼是數(shù)據(jù)與信息單元的核心大概念。三者之間存在內在的邏輯聯(lián)系，即：信息通過編碼，形成數(shù)據(jù)，再經過計算機的處理加工，形成知識，知識用于解決現(xiàn)實生活中的問題。編碼是溝通數(shù)據(jù)與信息之間的橋梁，換言之，編碼就是為了更加高效地處理數(shù)據(jù)、利用信息。

3.2? 以大概念為統(tǒng)帥，確定“掌握知識技能—理解大概念—遷移應用”三級教學目標

前文曾經提及，掌握了大概念有助于達成學生的學科核心素養(yǎng)，因此，單元教學目標必然是指向大概念的理解與應用的。那么，是否讓學生記住大概念的基本內涵，教學目標就達成了呢？答案是否定的，其一，大概念的構建過程經歷了“具體—抽象—具體”的三個階段，沒有大量具體情境、基礎性知識的積累，學生很難透過現(xiàn)象抽象與概括事物的本質，難以達成對大概念的深度理解。其二，失去了對大概念的深度理解，學生不能有效構建基于大概念的知識體系。在真正需要運用知識解決現(xiàn)實問題時，學生很難靈活抽取相關知識解決問題，從而也就無法達成知識的遷移。因此，單元教學目標的搭建需要構建如下三個層次：掌握基本知識技能—理解大概念—實現(xiàn)遷移。低階目標的實現(xiàn)是高階目標實現(xiàn)的基礎，而高階目標又為低階目標的實施指明了方向。

基于此，筆者確定了“數(shù)據(jù)與信息”單元如表1所示的教學目標。

3.3? 構建指向實踐應用的多元化單元教學評價體系

評價必然是指向教學目標的達成情況的，而單元教學目標的最高階目標是實現(xiàn)大概念的遷移，因此評價的終極目標必然是指向實踐應用的。這也是為什么教育界倡導設計情境化試題的主要原因。這一類試題能夠直接考評學生應用學科基本思想方法解決現(xiàn)實問題的能力。

在學過英文ASCII碼的編碼特點之后，教師讓學生“設計一套漢字編碼系統(tǒng)，并呈現(xiàn)設計方案”。學生理解了ASCII碼編碼表是按照英文字母排序進行編碼的。于是，自然會將排序編碼的知識遷移至漢字編碼系統(tǒng)。但英文字母只有26個，常用漢字卻有3000個，如何排序？教師可引導學生分析漢字音、形特點，確定按拼音字母順序排序，同音字以筆形順序橫、豎、撇、捺、 折為序排序的方案。相對于英文編碼，漢字編碼系統(tǒng)的構建就屬于復雜、劣構的現(xiàn)實問題。學生要解決這一類問題，首先要了解編碼的基本原理、方式，同時還要具體問題具體分析，實現(xiàn)對復雜問題的解構，然后才能將所學應用于現(xiàn)實問題，最終提出問題的解決方案。這一類的試題能夠綜合反映學生知識遷移、應用的能力，因此，在進行教學評價設計時，應該多予以關注。

教學評價的目的，一方面是為了衡量一段時期的教學效果，更重要的是為了幫助學生學會學習。因此，教學評價應該是多元的，不僅要關注學生的學習結果，也應該關注學生的學習過程，還應該有助于學生對自我學習狀況的反思。所以在教學過程中教師可以靈活運用課堂提問、觀察記錄、紙筆測試、繪制思維導圖、填寫評價量表等多種評價手段。

3.4? 分解大概念，創(chuàng)設問題鏈，串連學生活動

大概念的教學需要“接地氣”。這里的“接地氣”，是指教學材料要符合學生的認知基礎和認知規(guī)律，要和學生的具體生活經驗建立聯(lián)系。為此，教師需要在學生的具體經驗和教學目標之間搭建一座“橋梁”，最終幫助學生實現(xiàn)教學目標的達成。這座橋梁，教師通常借助問題鏈（任務群）的方式幫助學生搭建。問題鏈的設計過程如下：

（1）圍繞大概念展開，并對其從“抽象—具體”逐級分解，直至問題能夠與學生的認知基礎直接建立聯(lián)系。

在數(shù)據(jù)與信息單元，針對“編碼”大概念的教學，筆者設計了如表2所示問題鏈。

（2）將問題鏈按照一定的邏輯順序呈現(xiàn)出來，組織成為學習材料。具體的邏輯順序可以劃分為如下幾類：

①按照從簡單到復雜的順序對問題進行排序，便于促進學生高階思維能力的形成。如：讓學生體驗幾種不同類型信息的編碼過程。其中文字編碼可以直接實現(xiàn)，其他幾種信息都屬于模擬信號，需要經歷“采樣—量化—編碼”的基本過程。但幾種不同類型的信息的編碼方式又各具特點。圖像信息的編碼最為直觀，是在空間維度上展開的；聲音信號的編碼需要在時間軸上展開，相對圖像編碼抽象一些；視頻信號的編碼最為復雜，需要在時間與空間兩個維度上展開。按照體驗文字編碼、圖像編碼、聲音編碼、視頻編碼的順序安排學生的探究活動，是符合學生的基本認知規(guī)律的，同時多種不同類型信息編碼方式的呈現(xiàn)，便于學生頭腦中對“編碼”概念的總結與歸納。

②按照因果關系對問題進行排序，培養(yǎng)學生計算思維能力。針對視頻編碼的基本過程，筆者設計了這樣一組問題鏈：視頻的基本工作原理是什么？如何對視頻進行編碼？視頻文件的大小如何計算？為什么要對視頻進行壓縮？視頻壓縮的基本方法有哪些？常見的視頻文件格式又有哪些？這樣一組活動再現(xiàn)了利用計算機解決視頻編碼問題的基本思路，實現(xiàn)了教學過程中對計算思維能力這一信息學科核心素養(yǎng)的滲透。

③按照“原理呈現(xiàn)—實驗驗證”的順序對問題進行排列，培養(yǎng)學生運用數(shù)字化方式學習的習慣。如在體驗幾種類型信息的編碼過程之后，筆者分別安排了文字（圖像、聲音、視頻）編碼實驗，并分別用記事本、畫圖程序、Cool Edit、會聲會影等軟件實現(xiàn)了實驗參數(shù)的調整和實驗數(shù)據(jù)的觀察。通過幾組實驗幫助學生加深對編碼方式、量化位數(shù)、分辨率、幀頻、文件存儲容量等基本概念及概念間關系的認知，從而對編碼這一單元大概念產生更為深刻的理解。

4? 結語

在新時代的召喚下，社會對人才的標準提高了。在這樣的時代背景下，課堂教學開始從知識導向向能力導向轉化，構建基于大概念的單元課堂教學模式正是適應能力導向課堂教學的一種嘗試與探索。而要構建基于大概念的單元教學模式需要教師擁有更為廣泛的視野，不僅要適應學科內的教學，也要適應跨學科的教學，還要善于將知識在課堂內外建立連接。教師需要擁有更為堅實的專業(yè)功底，能夠深刻理解大概念的思想內涵，唯有如此，才能夠在課堂教學中將學科思維方法潛移默化地影響學生。此外，教學是一門實踐的藝術，廣大教師需要在教、學、評一體化的課堂教學實踐中不斷摸索、不斷總結，最終實現(xiàn)個人價值與社會價值的統(tǒng)一。

參考文獻：

［1］ 劉徽.“大概念”視角下的單元整體教學構型：兼論素養(yǎng)導向的課堂變革[J].教育研究，2020（6）：64-77.