高中信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)導(dǎo)向的大概念單元教學(xué)探討

朱余芹

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

關(guān)鍵詞：大概念；單元教學(xué)；核心素養(yǎng)

引言

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展及廣泛應(yīng)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(xué)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(yīng)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(zhì)區(qū)別。知識可能會被時代所淘汰，但如果學(xué)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(yīng)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(xué)的目標(biāo)，開始從講授專家知識向培養(yǎng)專家能力轉(zhuǎn)變。那么，如何培養(yǎng)學(xué)生的專家能力呢？專家能力有什么樣的特征呢？在此基礎(chǔ)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(xué)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(shù)課堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生專家思維能力的基本路徑及相關(guān)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(zhì)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(jié)構(gòu)，有助于學(xué)生構(gòu)建結(jié)構(gòu)化的知識體系，可以作為知識的“錨點”，方便學(xué)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(nèi)部的生理結(jié)構(gòu)也決定了人們對相互之間有廣泛聯(lián)接以及認知結(jié)構(gòu)層次豐富的知識，能夠更好地提取和應(yīng)用。因此，大概念有遷移性的特點，這不僅僅體現(xiàn)在學(xué)科內(nèi)，它還可以打通學(xué)校和現(xiàn)實生活中的壁壘。例如，學(xué)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(yīng)用編碼來解決現(xiàn)實問題。如：應(yīng)用編碼實現(xiàn)信息的加密傳遞、班級內(nèi)部使用座位號進行各項班級事務(wù)的管理等等。

此外，不同于學(xué)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(yīng)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(yīng)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(xué)科本質(zhì)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(xué)生問題解決能力、終身學(xué)習(xí)能力，有利于學(xué)生更好地適應(yīng)社會生存。

2? 為何要開展大概念單元教學(xué)

2.1? 開展大概念教學(xué)有助于發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)

學(xué)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(biāo)和工作要求。它回答了“培養(yǎng)什么樣的人才能更好地適應(yīng)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(xué)生掌握了學(xué)科的大概念，在紛繁復(fù)雜的世界中，能夠更好地穿透現(xiàn)象看到本質(zhì)，從而靈活運用學(xué)科基本的思想方法分析問題、解決現(xiàn)實問題，適應(yīng)社會生活。這與學(xué)生核心素養(yǎng)的要求不謀而合。因此，開展大概念教學(xué)有助于發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)。

2.2? 大概念的性質(zhì)決定了教學(xué)需要采用單元的形式

由于大概念在學(xué)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(dāng)數(shù)量的具體案例的支撐，才能夠幫助學(xué)生正確理解和歸納總結(jié)大概念。而單課時相對較短，不利于學(xué)生抽象觀念的形成。也不利于學(xué)生進一步探究大概念在具體生活中的遷移應(yīng)用。因此，采用單元形式的教學(xué)更有利于學(xué)生大概念的形成及應(yīng)用。這里的單元，“是按大概念的邏輯而非按內(nèi)容的邏輯，考慮大概念之間以及小概念與大概念之間的關(guān)聯(lián)來劃分單元組塊，選取相應(yīng)的內(nèi)容和 資源并將它們序列化。”[ 1 ]

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

3? 大概念單元教學(xué)在高中信息技術(shù)課堂的實踐探究

大概念由于其在學(xué)科中的核心地位，因此，明確大概念便成為教學(xué)的首要任務(wù)。

3.1? 以課標(biāo)和教材內(nèi)容的邏輯結(jié)構(gòu)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(shù)課程標(biāo)準中確定單元。課標(biāo)中明確規(guī)定了《數(shù)據(jù)與計算》模塊主要包括三部分內(nèi)容：“數(shù)據(jù)與信息”“數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用”“算法與程序?qū)崿F(xiàn)”。

（2）分析教材主要內(nèi)容及邏輯結(jié)構(gòu)，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(zhuǎn)化為計算機中的數(shù)據(jù)的；知識與數(shù)字化學(xué)習(xí)章節(jié)講述了如何運用數(shù)字化工具進行學(xué)習(xí)與創(chuàng)新，數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新是信息學(xué)科必備的核心素養(yǎng)之一，是貫穿學(xué)科內(nèi)容的基本思想方法及學(xué)習(xí)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(xué)科。本質(zhì)上講，人工智能及其應(yīng)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(zhuǎn)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(guān)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(chǎn)生了新的信息——知識。知識的構(gòu)建實現(xiàn)了信息的價值增值，最終為人類社會的生產(chǎn)生活提供高效服務(wù)。

此外，由于程序編碼的復(fù)雜性與特殊性，故而獨立成為一個單元。因此，從教材內(nèi)容間的邏輯關(guān)系看，可以將全書分為三個大的單元（與課標(biāo)劃分一致），即：數(shù)據(jù)與信息、數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用、算法與程序?qū)崿F(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(jié)構(gòu)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。“數(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(nèi)在的邏輯聯(lián)系，即：信息通過編碼，形成數(shù)據(jù)，再經(jīng)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(yīng)用”三級教學(xué)目標(biāo)

前文曾經(jīng)提及，掌握了大概念有助于達成學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，因此，單元教學(xué)目標(biāo)必然是指向大概念的理解與應(yīng)用的。那么，是否讓學(xué)生記住大概念的基本內(nèi)涵，教學(xué)目標(biāo)就達成了呢？答案是否定的，其一，大概念的構(gòu)建過程經(jīng)歷了“具體—抽象—具體”的三個階段，沒有大量具體情境、基礎(chǔ)性知識的積累，學(xué)生很難透過現(xiàn)象抽象與概括事物的本質(zhì)，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(xué)生不能有效構(gòu)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(xué)生很難靈活抽取相關(guān)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(xué)目標(biāo)的搭建需要構(gòu)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(biāo)的實現(xiàn)是高階目標(biāo)實現(xiàn)的基礎(chǔ)，而高階目標(biāo)又為低階目標(biāo)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(xué)目標(biāo)。

3.3? 構(gòu)建指向?qū)嵺`應(yīng)用的多元化單元教學(xué)評價體系

評價必然是指向教學(xué)目標(biāo)的達成情況的，而單元教學(xué)目標(biāo)的最高階目標(biāo)是實現(xiàn)大概念的遷移，因此評價的終極目標(biāo)必然是指向?qū)嵺`應(yīng)用的。這也是為什么教育界倡導(dǎo)設(shè)計情境化試題的主要原因。這一類試題能夠直接考評學(xué)生應(yīng)用學(xué)科基本思想方法解決現(xiàn)實問題的能力。

在學(xué)過英文ASCII碼的編碼特點之后，教師讓學(xué)生“設(shè)計一套漢字編碼系統(tǒng)，并呈現(xiàn)設(shè)計方案”。學(xué)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(dǎo)學(xué)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(gòu)建就屬于復(fù)雜、劣構(gòu)的現(xiàn)實問題。學(xué)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(fù)雜問題的解構(gòu)，然后才能將所學(xué)應(yīng)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(xué)生知識遷移、應(yīng)用的能力，因此，在進行教學(xué)評價設(shè)計時，應(yīng)該多予以關(guān)注。

教學(xué)評價的目的，一方面是為了衡量一段時期的教學(xué)效果，更重要的是為了幫助學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)。因此，教學(xué)評價應(yīng)該是多元的，不僅要關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果，也應(yīng)該關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，還應(yīng)該有助于學(xué)生對自我學(xué)習(xí)狀況的反思。所以在教學(xué)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(dǎo)圖、填寫評價量表等多種評價手段。

3.4? 分解大概念，創(chuàng)設(shè)問題鏈，串連學(xué)生活動

大概念的教學(xué)需要“接地氣”。這里的“接地氣”，是指教學(xué)材料要符合學(xué)生的認知基礎(chǔ)和認知規(guī)律，要和學(xué)生的具體生活經(jīng)驗建立聯(lián)系。為此，教師需要在學(xué)生的具體經(jīng)驗和教學(xué)目標(biāo)之間搭建一座“橋梁”，最終幫助學(xué)生實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的達成。這座橋梁，教師通常借助問題鏈（任務(wù)群）的方式幫助學(xué)生搭建。問題鏈的設(shè)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(xué)生的認知基礎(chǔ)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(xué)，筆者設(shè)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(xué)習(xí)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(fù)雜的順序?qū)栴}進行排序，便于促進學(xué)生高階思維能力的形成。如：讓學(xué)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(jīng)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(fù)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(xué)生的探究活動，是符合學(xué)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(xué)生頭腦中對“編碼”概念的總結(jié)與歸納。

②按照因果關(guān)系對問題進行排序，培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力。針對視頻編碼的基本過程，筆者設(shè)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(xué)過程中對計算思維能力這一信息學(xué)科核心素養(yǎng)的滲透。

③按照“原理呈現(xiàn)—實驗驗證”的順序?qū)栴}進行排列，培養(yǎng)學(xué)生運用數(shù)字化方式學(xué)習(xí)的習(xí)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(diào)整和實驗數(shù)據(jù)的觀察。通過幾組實驗幫助學(xué)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(guān)系的認知，從而對編碼這一單元大概念產(chǎn)生更為深刻的理解。

4? 結(jié)語

在新時代的召喚下，社會對人才的標(biāo)準提高了。在這樣的時代背景下，課堂教學(xué)開始從知識導(dǎo)向向能力導(dǎo)向轉(zhuǎn)化，構(gòu)建基于大概念的單元課堂教學(xué)模式正是適應(yīng)能力導(dǎo)向課堂教學(xué)的一種嘗試與探索。而要構(gòu)建基于大概念的單元教學(xué)模式需要教師擁有更為廣泛的視野，不僅要適應(yīng)學(xué)科內(nèi)的教學(xué)，也要適應(yīng)跨學(xué)科的教學(xué)，還要善于將知識在課堂內(nèi)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(nèi)涵，唯有如此，才能夠在課堂教學(xué)中將學(xué)科思維方法潛移默化地影響學(xué)生。此外，教學(xué)是一門實踐的藝術(shù)，廣大教師需要在教、學(xué)、評一體化的課堂教學(xué)實踐中不斷摸索、不斷總結(jié)，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(xué)構(gòu)型：兼論素養(yǎng)導(dǎo)向的課堂變革[J].教育研究，2020（6）：64-77.