以小見大：大概念視野下的信息技術深度備課

摘要：信息技術學科大概念是學科知識的高度抽象與凝練，如若缺乏信息技術學科大概念視野，其教學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科核心素養(yǎng)的關系，探討了大概念視野下的信息技術學科備課的新視角，并提出了聯(lián)結現(xiàn)實、設置沖突、梳理認知等走向深度的信息技術教學設計策略。

關鍵詞：大概念;核心素養(yǎng);信息技術;深度教學;備課

隨著《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》[1]（以下簡稱《課標》）理念的普及，核心素養(yǎng)的培育逐漸成為義務教育階段信息技術教學轉型的方向。翻閱部分高中和義務教育階段的信息技術新教材，以大概念為核心組織內容的意圖較為明顯。將《課標》與新教材結合起來看，教師難免會產生諸多困惑，如學科核心素養(yǎng)與大概念之間有什么關系？信息技術教學是從大概念入手，還是從學科核心素養(yǎng)切入？新的理念下，信息技術教師該如何備課？筆者嘗試回應這些問題，以期為信息技術學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)的關系

1.學科大概念的內涵探析

為進一步辨析學科大概念，借助《課標》和計算機科學領域的經典書籍，筆者嘗試從理解的角度將學科大概念劃分為三個維度（如表1）。第一維度是定義，即理解四個學科大概念“是什么”。第二維度是要素，即理解大概念內在“有什么”。第三維度是關系（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系的理解，另一方面表現(xiàn)為對大概念的學習價值的理解。

2.大概念與核心素養(yǎng)的內在一致性

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。《課標》中的大概念表面上是幾個關鍵詞，實則是專家考察信息技術學科概念體系后的一種抽象提煉，是一種洞察后的思維結晶。

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

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]有人認為這兩種角色是一種非此即彼的關系，筆者卻認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，學生用WPS制作“我的愛好”演示文稿，學生自主制作且解決自我需求（數(shù)字化講演），學生既是開發(fā)者又是消費者，但對于提供WPS研發(fā)團隊而言，學生是WPS軟件的消費者，而WPS軟件研發(fā)團隊相對于學生則是技術的開發(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。教師可引導學生從消費者的視角向開發(fā)者的視角切換，透過技術的功能，思考功能背后的數(shù)據(jù)與算法，思考當前信息系統(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。而當學生以開發(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行改進與創(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，并在此基礎上轉換成學生可親歷的活動和可理解的內容，促進學生聯(lián)結小概念并形成大概念。

2.學習者與教育者的視角

教師在備課時，不僅自身需要理解教學內容中的具體小概念與大概念之間的關系，而且需要從學習者的視角去思考學生在構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，轉化為促進學生概念建構的學習路徑。備課時，學生視角的建立，有如下幾種方法：①從數(shù)字作品中解讀學生對概念的理解;②教師通過“下水”經歷學生的技術學習的全過程，揣摩學生概念建構過程的障礙點;③向專家與同行請教，獲得學生構建概念時的“真實數(shù)據(jù)”。

聚焦大概念的深度教學策略

1.聯(lián)結現(xiàn)實，從實例到大概念

聯(lián)結現(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方法。實例有兩種方法可獲得，第一種是聯(lián)結現(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科大概念。第二種是聯(lián)結現(xiàn)實的問題，將問題轉化為具體的項目實踐，在構建實例的過程中帶動具體小概念的習得和大概念圖式的生成。

大概念之間存在著聯(lián)系，在實例基礎上沿著某種線索或思考可以引發(fā)學習的“連鎖反應”，實現(xiàn)概念的意義關聯(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學生從數(shù)據(jù)出發(fā)，進入算法、信息系統(tǒng)和信息社會的視閾，即從數(shù)據(jù)關聯(lián)至信息社會大概念（關聯(lián)路徑之一）;而當教師指導學生開發(fā)系統(tǒng)時，其思考與探索的路徑往往是從信息社會關聯(lián)至數(shù)據(jù)大概念（關聯(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，讓學生感受退出WPS時文檔保存提醒的分類處理和讓學生體驗豐巢的密碼取件方式，都可以引發(fā)分支結構（算法）、人機交互（信息系統(tǒng)）、數(shù)據(jù)安全（信息社會）等大概念的討論。

2.設置沖突，從現(xiàn)象到大概念

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

如何構造認知沖突呢？一般的做法是，教師將概念蘊含在一個預設的“學件”里，該學件能在交互時再現(xiàn)與學生原有經驗不一致的現(xiàn)象，這便“人為制造”認知沖突。一個認知沖突的解決過程，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、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》中有關圖像編碼的原文是“根據(jù)應用需求，圖像有不同的編碼方式，產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，筆者做了如下教學設計（如下頁圖4）。

學件準備：打開畫圖軟件（Mspaint），設置畫布大小為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。

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

沖突再現(xiàn)：讓學生打開最新保存的文件，學生驚奇地發(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。

活動設計2：另存為24位色文件類型后再進行填色，問題立馬解決。教師進一步點撥，每一種圖像格式對應一種圖像編碼，決定了圖像色彩的多少和文件的大小。圖像大小（KB）=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，學生驗證文件的大小（查看文件屬性）。

3.梳理認知，從技術到大概念

信息技術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，不應是教師用腦圖、表格等工具的代辦與呈現(xiàn)，而應是讓學生主動經歷概念的自我梳理過程，從具體的技術操作升華至概念的習得，將習得的新概念與舊概念聯(lián)系起來，并溯源至學科大概念，形成概念網絡，使概念在大腦中的存儲變得層次化、結構化、系統(tǒng)化。

例如，浙攝版六上中，涉及小學階段圖形化編程的第一課，筆者認為除了學會用指定的圖形化編程工具進行圖形化編程的基本方法外，還應抓住本課出現(xiàn)的新概念，與前面的“我們的信息生活”和“數(shù)據(jù)處理”兩個單元進行主動聯(lián)系，讓學生厘清軟件、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，促成學生形成概念網絡。

學件準備：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)。

活動設計：完成圖形化編程體驗后，讓學生在PPT中拖動以上概念（文字或圖片）進行比較與思考：sb3文件、程序、腳本、指令之間有什么關系？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)？引導學生用自選圖形和文本框說明概念之間的關系。

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構匯聚成大概念的集合，形成人的觀念與思想。學科大概念不僅是小概念的“根”，更是一種學科方法論，它是信息技術教育專家或計算機科學家以更抽象、更本質的方式理解信息世界的方法。在以大概念為理念的教學實踐中，理解學科大概念和理解大概念教學理念變得同等重要。在理解的基礎上，將教學內容轉化成聚焦大概念的學習活動，促進學生核心素養(yǎng)的生長，這將是義務教育階段新課程踐行者的學習與挑戰(zhàn)。

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.信息技術必修1 數(shù)據(jù)與計算[M].北京：教育科學出版社，2019.

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

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

[5]楊曉哲，任友群.《普通高中課程標準（2017年版）》教師指導 信息技術[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)：高中信息技術課程的新選擇[J].現(xiàn)代教育技術，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。