大概念教學在計算機網絡基礎課程中的實踐

0 引言

大概念能夠反映學科的本質，具有統攝學科知識的功能。對大概念的理解程度反映了一個人的學科素養水平。因此，在教學活動中要重視學員對大概念的深入理解[1]。李學書[2]認為大概念蘊含著豐富的意義世界，對核心素養培育具備認識論與方法論價值，為推動課程建設提供了新視角。大概念能促進學員對知識的理解，形成學科觀念，促成知識聯結，發展適應能力，促進學員自我建構與自我進化，指向終身學習素養。大概念教學是將素養目標落實到產出的實踐活動，構建大概念有助于達成高階思維，能解決學校教育和真實世界相阻隔的問題[3]。尤其在信息大爆炸的今天，學科門類越分越多，線上電子知識、線下文本內容浩如煙海，而精力和生理的極限讓學習者無法企及所有，在無限與有限的矛盾中，追求質量、精深是相對可行的訴求。

1 現狀分析

1.1教材直接進課堂：無重構、設計淺

無論是從教學設計還是從備課的角度看，當前的教學實踐大多是直接把教材“搬進教室”。教材普遍以知識的邏輯順序組織內容，基本上按照前言導論、概述、工具和基礎、進階、高級和應用、擴展展望結構布局。然而，實際教學不宜直接把教材搬進課堂，而應基于教材又高于教材，從知識脈絡、與現實世界的聯系出發，重組教學內容、重構教學模塊單元。目前，備課活動較多以教為出發點，著力點是“打造教員”，普遍側重對教材的理解，強化對知識內容的熟練掌握，以便在課堂實施時能游刃有余、信手拈來、流暢演繹。同時，教學設計過于強調教學效果，為教學而設計，偏離了培養學員能力生成的主線。一些實踐、動手學習活動都是由教員對內容先詳細講解，學員再在物理環境中重現，導致只動手不動腦的情況非常普遍。教學設計應該著眼于學，重構教材內容，重組教學單元，重視知識的深度處理和挖掘，以培養學員的高階思維，著力發展他們的主動學習能力、創新性思維和批判性思維。

1.2 學科知識容量大：負擔重、碎片化

如果用一句話概括當下的院校教學，那就是“教員抱怨教學任務重，學時不夠；學員吐槽知識多，學不完”。教員將精力集中于分解教材知識點，把教材變厚變細，然后搬進課堂講授演繹，很少負責將教材變薄、將知識點變精。簡言之，大多數教員只善于對知識進行碎片化，未能發揮對知識進行精華化、抽象化整理的職能。

繁雜的知識群給學員帶來繁重的負擔，因應接不暇，選擇性接收、掉隊甚至放棄者也不在少數。學員雖然已發展出系列技能技巧輔助提升學習效率，但那都是“戰術”層面的操作。被割裂的知識沒有淵源背景與學科脈絡的支撐，缺乏結構的組織容易得而復失。沒有結合真實場景的知識會變得惰性化而不能順利遷移，結果就是書越讀越厚，知識越學越龐雜，學得多也丟得多。如果不從現實世界的真實問題出發，不對知識進行重構整理，必然會在知識的浩瀚碎片中不堪重負。

1.3學員學習淺層化：理不清、學不透

長期以來，教學實踐未能沖破淺層化教育的桎梏，以單純的內容信息獲取或技能的反復操練為主，止于再現，使學員不能直抵知識符號背后的本質原理，真是千頭萬緒理不清，高深莫測悟不透。以計算機網絡基礎課程為例，教學基本上是按照網絡分層體系逐層展開。計算機網絡分層體系是人為設計的，高度抽象，學習難度大；協議部分細節多、知識雜，學員容易陷入其中而不能自拔。如果能從計算機間實現信息通信的角度切入，學習收益會更好。只有理清技術知識與實際問題、應用場景的關系，直達知識背后的本質，才能使“懶惰知識”變得生動、鮮活。倘若不對知識深入探究、抽象整合，不重視對知識的深度處理和挖掘，忽略學科知識結構的整體性，學員需要學習的內容將繁雜且無法融通，不利于認知發展。

1.4教育訓練收益低：不會用、不敢用

淺層教育往往注重陳述性知識的學習，游離于事實性的知識必然帶來較低的收益。現行教育強調學員對知識的靜態掌握，表面上看似促進了學員對知識的學習，實則抑制了學員思維的發展[4。學員習得的知識比較固化，缺乏靈活性，無法達到遷移、批判、創新等高質量學習目標。沒有把書學“薄”的結果必然導致知識散落在記憶區存儲，學員不能對其進行完整的整理和索引構建，容易導致知識提取不夠完整和精確。短期內，解答題目、套用復現知識沒問題；時間一長，面對新情境和需要遷移應用時，必然用不好甚至不敢用。教育的效益一定程度上反映在學員對知識的遷移能力上，這種遷移需要超越具體情境和事實，從不同情境中概括抽象的規律和原理，形成對知識深層次的理解。

2大概念教學概述

2.1 大概念內涵

威金斯與麥克泰格最早系統地闡述大概念。奧蘇貝爾認為大概念是上位觀念的一種重要形式。大概念是學科核心素養楔入具體知識的固定錨點[5]。呂立杰[認為，大概念是指學生留在頭腦中的對知識本質的理解，通過中心概念可以將知識內容關聯起來。陳倩認為，大概念是一個以自我為中心的意義體世界，是概念關系的集合體。李剛8認為，大概念是學科核心素養指向多元情境的生成單體。

OLSONJ K^[9] 指出，大概念是在忘記具體的經驗和事實之后還能夠長久保留的中心概念，是學生可帶走的信息。李學書2對大概念進行了層次化探究，認為宏觀大概念為學習者提供認知框架，中觀大概念是重要的學科課程線索，微觀大概念為學科概念教學的設計提供了重要指向。

綜上，大概念是學科知識的精華所在，是有價值的最能轉化為素養的東西。

2.2大概念教學是智慧教育的絕佳路徑

大概念教學是以理解大概念為核心的教學[10]，它圍繞大概念來設計教學目標、教學評價和教學活動，旨在培養學員解決真實問題的素養。

從祝錢[11對大概念和大概念教學相關成果的系統梳理可知，大概念教學實踐具備一定的理論基礎。大概念教學要放在一個整體的意義場實施，通常在大概念引領下，以基本問題為導向，讓學員在真實的情境中解決問題，實現知識與技能的運用與遷移，這是培養學員核心素養的重要路徑。基于大概念的教學設計一般以單元進行，針對單元大概念，設計驅動性問題或驅動性任務，促使學員在探究活動過程中不斷接近大概念。

金鑫[12]認為，學習主體是課堂的主角，歷經領悟、探究、表現、反思過程，內化知識經驗。

李剛等[5設計了選擇單元主題、篩選大概念群、確定關鍵概念、識別主要問題、編寫單元目標、開發學習活動和設計評價工具七步框架，探索圍繞大概念進行課程設計，以促進學科核心素養的落實。

邵朝友等[13]提出的大概念教學方案主要包括從核心素養確定大概念、依托大概念形成一致性的目標體系、設計評價方案、圍繞主要問題創設與組織學習活動。大概念教學與智慧教育的理念不謀而合。

宗德柱[14認為，大概念教學有利于支持學習者解決真實問題、提升批判思維與創新思維能力、形成有效的決策力、融合跨學科知識、提高元認知水平。

3 大概念教學實踐

計算機網絡基礎是 x×x 部隊院校信息網絡技術專業開設的專業課程，目標是讓學員系統把握計算機網絡基本理論，運用計算機網絡技術遂行相關崗位任務、履行崗位職責，樹立網絡思維，培養信息意識。本文以“局域網”單元“網線制作實踐”

課次為例，按照提煉大概念、轉化核心問題和核心任務、構建大概念的邏輯開展大概念教學實踐。本課次是實踐課，兩個學時，共90分鐘。

3.1課堂教學設計

遵循以學為中心、理實一體的理念，按照基礎技能普訓、進階能力強訓、高階能力深訓的思路漸進式、螺旋式展開。

3.1.1 提煉大概念

提煉大概念是教學設計的首要任務，按照自頂向下的思路確定課程大概念。計算機網絡管理、網絡安全這兩部分內容在其他課程有進一步深入闡述，因此在本課程語境下不再考慮。圖1展示了課程大概念體系的部分內容，從左至右，大概念抽象程度逐漸下降：“計算機網絡以獨特的視角看待現實世界，形成一套解決問題的思維和方法工具，其應用深刻影響著人與社會的關系，給社會帶來機遇和挑戰”，這個大概念位于最頂層，抽象程度最高；第二層包含三個大概念，分別從連接、信息通信、網絡社會三個維度闡述。該次課對應的大概念路徑為：“利用設備、技術手段，有效地連接終端，實現有意義的信息交流”- “在一定資源條件和環境中，利用設備、技術有效連接節點，可通過多種方式連接，構成多樣連接關系，表現出不同特性，影響著信息交互” -“網絡連接”-“物理連接包括媒介、部件、設備、技術等要素，形成一定連接關系”。

3.1.2 重構學習單元

學習單元具有相對固定的容量，需要精心選擇合適顆粒度的大概念。以大概念體系作為內容重構的依據，始終將大概念置于中心地位，圍繞這個中心布局內容。單元重組不僅需要教員整體把握課程與教材，還需要教員具備較高的學科素養，更依賴教員的深層次反思。如圖2所示，對計算機網絡基礎重構后得到六個學習單元：認識計算機網絡、同態網絡、異構網絡、異地進程的通信、超級網絡的通信、網絡通信的應用。同態網絡單元包括設備間物理連接、信號在信道上傳輸、數據塊在鏈路段傳輸、同態網絡連接、同態網絡通信等內容。“網線制作實踐”課次屬于設備間物理連接內容。

3.1.3 學習目標

鼓勵學員積極探究、勇于實踐，將知識建構、技能培養與思維發展融入運用知識解決問題和完成任務的過程。只有學精學透理論知識，在現實場景中才敢用會用，實現知識到能力的變現。部隊學員要面向戰場、服務實戰。戰場對抗是高度破壞性活動，也是資源高度消耗的活動。部隊人員要在資源缺、條件不充分的情況下有效遂行任務。因此，學員除了會做常規網線，還要會做非常規網線，即在能力維度上要求學員能夠利用有限資源和條件制作網線，實現設備間連接。遵循三維學習目標理論，將“網線制作實踐”課次的目標設計如下。

圖2課程單元重構結果

1）知識目標：深化對五類網線、六類網線的認識。2）能力目標：利用有限資源和條件制作網線，實現設備間連接。3）素質目標：激發探究事物、積極動手實踐、解決問題的熱情，養成細致的習慣。

3.1.4轉化為核心問題或任務

緊扣大概念設計核心問題或學習任務。核心問題能引發對與大概念相關知識的持續性思考，激活已有知識和經驗，產生新的理解。在教育語境下，大概念指向教員，核心問題指向學員。核心問題或學習任務是理解大概念的基礎，而學習活動承載了理解職能。遵循認知規律，循序漸進、遞進式安排核心問題或學習任務，引導學員從較低層級大概念到更上位大概念遞進建構。

網線制作實踐分為基礎任務和拓展任務兩個層次，如表1所示。基礎任務是常規網線制作，具體要求是使用良好的雙絞線，參考標準線序，按照剝線、排線、插線、壓線、測試步驟完成交叉線、直通線制作。拓展任務是在資源到位、條件充分的情況下訓練基礎技能，目的是練熟練精，產出基本能力，同時激發學員的實踐熱情，提升學習參與度與獲得感。

表1網線制作實踐任務

對于部隊人員來說，需要培養主觀能動性和利用有限資源遂行任務的能力。拓展任務按照其資源條件的支撐情況進一步分為兩個。

1）在沒有良好的雙絞線條件下制作網線，即八根導線是拼湊起來的，導線顏色不再是八種，而是兩種、四種或六種等。總之，就是通過顏色理線、排線的技巧失效。該任務主要考查學員對網線中各組導線連接關系的理解，也檢驗學員到底是理解導線連接關系，還是浮于顏色排線技巧。

2）裸導線不足八根的條件下制作網線，既考查網線中各組導線連接關系，又考查每根導線在信息通信中的功能作用。將導線接頭插入RJ45水晶頭指定位置的金屬接頭將變得異常困難，因為裸導線數量不是典型的八根，且RJ45水晶頭的金屬接頭隱藏在小巧精致的槽里面。該任務需要學員開動腦筋，思考解決方案，在前述任務難度基礎上遞進一個等級。

總之，設計系列遞進任務就是讓學員領悟大概念路徑上相關的大概念。

3.1.5 教學策略

充分考慮學員的認知規律，按照理論提示 $$ 基礎實踐（動作分解訓練 $$ 動作序列連貫訓練） $$ 高階實踐的邏輯，以微任務驅動，結合課堂實際，靈活運用講授法、演示法等輔助實施。要把握好學員自由度和課程控制管理的分寸，適當的自由度能充分發揮學員的自主性、釋放探究元素，但是容易導致學員從事與課堂無關的活動。通過微任務驅動，學員受領任務清單，明確實驗目標與探索主題，推進序列實踐活動，從而達成學習目標。通過實踐，可以培養學員嚴謹細致的作風，讓他們體會實踐活動蘊含的成就感、獲得感，進而激發樂于動手、勤于實踐的熱情。

3.2 課堂實施

3.2.1 理論提示與實驗介紹

1）理論提示。為減少信號干擾，一根完好的雙絞線包括四組導線，兩根導線為一組，且相互纏繞在一起，通常按其是否外加金屬網絲套的屏蔽層而區分為屏蔽雙絞線和非屏蔽雙絞線。五類線和六類線是當下最常見的網線，對比如表2所示。制作網線，遵循美國電子工業協會和電信行業協會聯合發布的EIA/TIA-568A、EIA/TIA-568B兩種制作標準，對應兩種排線方式。568A排線方式：1一綠白，2—綠，3—橙白，4—藍，5—藍白，6—橙，7—棕白，8—棕。568B排線方式：1—橙白，2—橙，3—綠白，4—藍，5—藍白，6—綠，7—棕白，8一棕。

2）實驗介紹。實驗主題：網線制作實驗。實驗分組：每個人獨立成組開展實驗，四人為大組互助學習。實驗要求：遵守實驗室紀律，保持良好作風，愛護設備器材。實驗資源：雙絞線、網線水晶頭、剝線鉗、測試儀、導線（雙絞線去掉屏蔽套層后的裸導線）。實驗內容：按照由簡單到復雜的邏輯，細分網線制作，得到實驗任務，詳細如表1所示。

表2兩類網線的對比

3.2.2重點步驟演示

網線制作主要包括剝線、理線、排線、插線、壓線、測試等步驟。教員通過視頻或實際操作等方式演示操作步驟，闡述步驟環節的注意事項與典型錯誤。觀察演示之后，學員在分解動作示范中實際動手操作，一步一動、逐環節過關，全員覆蓋、全流程貫通。教員應把握好學員整體，確保人人動手、人人過關，為后續實踐打下堅實基礎。

3.2.3 基礎實踐

1）任務布置。該環節布置基礎任務，通過制作常規網線，強化技能熟練度。兩個基礎任務采用串行方式布置，根據任務間難度遞進關系，優先安排直通線制作任務，再布置交叉線制作任務。避免同時布置多個任務，這是因為： ① 多任務容易出現因工作量大，學員畏難止步的情況； ② 多任務對學習的獲得感、成就感反饋弱且不及時，容易打消學員的積極性； ③ 多任務容易產生差不多現象，即各個任務都做了一些，但是不完整，學員在任務間頻繁切換。另外，布置任務要清晰，得到所有人對任務內容的清晰理解反饋之后再下達操作實踐口令，讓學員開始實踐。

2）任務實現。學員受領基礎任務后著手實踐，根據任務要求清單逐項完成。每人獨立成組，學員間可以交流、互助學習。受限于班式的批量化教育，在問題高峰期，教員難以及時給予解答，可以挖掘成績好、動手能力強的學員精英補充課堂教學供給側，讓他們充當教員角色，對一般性問題執行輔導任務。

學員在本階段的突出矛盾是網線制作欠缺熟練度，在一些操作步驟完成質量不高，甚至出問題導致網線制作失敗。牢牢抓住學員在課堂階段性認知和技能方面的盲點、堵點，有的放矢、循環訓練、強化訓練，促進能力生成。精講多練，甚至以練代講，切實讓學員為中心、理實一體的理念落到實處。

3）構建大概念。教員積極引導學員復盤反思任務的實現過程和結果，充分調動學員的高級思維，引導學員從知識、技能感悟單元大概念。可以通過以下問題激發學員思考，實現認知圖式的重構。

問題一：制作的網線主要包括哪些材料資源、技術內容？

問題二：使用制作好的網線連接設備，設備能否通信？如不能通信，那么物理連接為通信起到什么作用？

問題三：制作的兩種網線不同點在哪些地方？信息交互有什么區別？分別應用在什么場景？

問題四：結合制作網線過程和對剛才問題的思考，你認為哪些地方體現了單元大概念？

3.2.4 高階實踐

高階能力培養環節旨在開發學員的探究能力與問題解決能力，培養他們的協作精神。

1）任務布置。拓展任務的完成一方面需要學員深刻把握知識點、靈活運用知識，另一方面需要學員組內共同探究、群策群力、發散思維，發揮聚智合力。采用串行方式布置任務3和任務4，得到所有學員對任務內容的清晰理解反饋之后，下達操作實踐口令，學員開始實踐。

2）任務實現。本階段的任務是在受限條件下制作網線，以小組為單位合作完成任務。提醒學員先充分討論、頭腦風暴，識別任務的關鍵難點，對標痛點，探索思路，設計解決方案，然后著手實踐，根據任務清單要求逐項完成。因此，本階段主要包括思維活動和操作活動兩種類型。在操作過程中，教員應給予學員必要的引導提示，但仍以學員思考為主，切實讓學員為中心、理實一體的理念落到實處，讓課堂進入深度學習狀態。

3）構建大概念。學員復盤反思任務的實現過程和結果，重點圍繞思維活動和操作實踐活動兩個維度回顧小組分析任務的難度、難點過程和探索性思考尋求方案的過程，評價運用方案解決問題的效果。有意識地將學員對科學知識和現象的理解與思考置入大概念，以便形成相應的大概念。可以從以下問題激發學員思考，實現認知圖式的重構。

問題一：哪些條件資源受限下，實現制作的網

線任務？問題二：如何識別任務的難點、解決問題的

思路？問題三：評價你的問題解決方案的效果。問題四：結合小組完成兩個拓展任務的過程，

你認為哪些地方體現了單元大概念？

通過反思促成對大概念深度理解：大概念具有非常高的遷移價值，聯結學校教育與真實世界，可以實現在多場景問題之間遷移；大概念超越了知識、具體思維方法技巧、感性材料，是在抽象整合后長久存在的圖式，服務遷移應用。

4 反思總結

4.1直指核心素養

核心素養導向是大概念教學的鮮明特征，一方面，大概念具有極高遷移價值；另一方面，從淺層感知到構建大概念的過程就是培育核心素養的過程。大概念還有另外一層隱喻一專家知識結構。普通個體的知識存儲形式是碎片化、片段化的，不易激活、難以遷移應用。專家通過建立領域知識內部、領域知識間和知識與現實世界之間的聯結解決問題。建立知識的關系網絡相當重要，網絡連接過程和統整是實現學習與理解的重要機制。學員只有超越具體的事實和信息，領悟大概念，理解學科思考世界的獨特方式，未來才有可能像科學家一樣去創造性地思維與行動。大概念教學指向學科高級能力、專家思維、個體發展素質的培養，是教育從知識本位走向素養本位變革的重要工具。

4.2 以學為中心

建構主義理論將學習結果歸結為認知結構的改變，認為教育不是知識的傳遞，而是搭建支架幫助學員實現有意義的建構。課例貫徹以學為中心的理念，基于學員在課堂階段性狀態設計學習活動，讓學員成為課堂的主人，打破沉默課堂、灌輸式課堂定式，實現以教員為中心向以學員為中心轉變、以教為中心向以學為中心轉變、以投入為中心向以產出為中心轉變、以供給為中心向以需求為中心轉變。

4.3貫徹做中學教育理念

做中學是美國著名實用主義教育家杜威關于教學的核心原則。在杜威看來，知和行是緊密相連的，知從行來。人有與生俱來的本能：制造、交際、表現和探索。本能與興趣為學習活動提供心理基礎，而其中制造的本能與興趣最為突出。課例中以遞進式任務驅動，讓學員親自實踐、獨立思考，持續維持積極性、主動性，激發想象力，擴展思維，理解單元大概念，通過做實現學，逐漸自己建構知識體系。

參考文獻

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