以小見大：大概念視野下的信息技術(shù)深度備課

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(shí)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(shí)、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(jì)策略。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(jì)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(gè)維度（如表1）。第一維度是定義，即理解四個(gè)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(duì)四個(gè)大概念彼此關(guān)系的理解，另一方面表現(xiàn)為對(duì)大概念的學(xué)習(xí)價(jià)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(diǎn)。概念的形成是一個(gè)思維與實(shí)踐交織的過(guò)程，是人在客觀世界所感知事物的一種抽象。《課標(biāo)》中的大概念表面上是幾個(gè)關(guān)鍵詞，實(shí)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(xiàng)目實(shí)踐，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行識(shí)別、抽象、建構(gòu)、聯(lián)系。學(xué)科大概念的形成過(guò)程也是學(xué)科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成過(guò)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(dòng)化機(jī)理的過(guò)程中，會(huì)促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的提升;而敏銳的信息意識(shí)將有助于學(xué)生發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)缺陷，產(chǎn)生對(duì)原系統(tǒng)改進(jìn)與創(chuàng)新的動(dòng)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(fèi)者與開發(fā)者的視角實(shí)踐者在用信息技術(shù)解決問(wèn)題的過(guò)程中，往往存在兩種角色，即消費(fèi)者與開發(fā)者的體驗(yàn)。[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(duì)的，而是相對(duì)的，有時(shí)還會(huì)同時(shí)體現(xiàn)在同一主體上。例如，學(xué)生用WPS制作“我的愛(ài)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(fèi)者，但對(duì)于提供WPS研發(fā)團(tuán)隊(duì)而言，學(xué)生是WPS軟件的消費(fèi)者，而WPS軟件研發(fā)團(tuán)隊(duì)相對(duì)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(huì)帶來(lái)全新的視野。教師可引導(dǎo)學(xué)生從消費(fèi)者的視角向開發(fā)者的視角切換，透過(guò)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(wú)比的信息社會(huì)。而當(dāng)學(xué)生以開發(fā)者角色開展項(xiàng)目實(shí)踐時(shí)，亦需以消費(fèi)者的視角“檢閱”自己的作品，以用戶體驗(yàn)的反饋對(duì)原項(xiàng)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(huì)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(dòng)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(shí)，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(guò)程中的疑點(diǎn)、模糊點(diǎn)、盲點(diǎn)等問(wèn)題，這樣才能將教育者對(duì)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(shí)，學(xué)生視角的建立，有如下幾種方法：①?gòu)臄?shù)字作品中解讀學(xué)生對(duì)概念的理解;②教師通過(guò)“下水”經(jīng)歷學(xué)生的技術(shù)學(xué)習(xí)的全過(guò)程，揣摩學(xué)生概念建構(gòu)過(guò)程的障礙點(diǎn);③向?qū)＜遗c同行請(qǐng)教，獲得學(xué)生構(gòu)建概念時(shí)的“真實(shí)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(shí)，從實(shí)例到大概念聯(lián)結(jié)現(xiàn)實(shí)是一種課程資源開發(fā)意識(shí)，也是一種化抽象為具體的教學(xué)方法。實(shí)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(guò)剖析具體系統(tǒng)的整體或局部形成實(shí)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(shí)的問(wèn)題，將問(wèn)題轉(zhuǎn)化為具體的項(xiàng)目實(shí)踐，在構(gòu)建實(shí)例的過(guò)程中帶動(dòng)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(shí)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(shí)現(xiàn)概念的意義關(guān)聯(lián)。教師在問(wèn)及“在數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)什么信息”等系列問(wèn)題時(shí)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(huì)的視閾，即從數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)至信息社會(huì)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(shí)，其思考與探索的路徑往往是從信息社會(huì)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(shuō)明的是，現(xiàn)實(shí)既指可觸摸的真實(shí)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(shí)文檔保存提醒的分類處理和讓學(xué)生體驗(yàn)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(huì)）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(duì)新情境，學(xué)生若能用已有經(jīng)驗(yàn)解決，心理則會(huì)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(yàn)無(wú)法解決新情境時(shí)，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(huì)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(dòng)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(yùn)含在一個(gè)預(yù)設(shè)的“學(xué)件”里，該學(xué)件能在交互時(shí)再現(xiàn)與學(xué)生原有經(jīng)驗(yàn)不一致的現(xiàn)象，這便“人為制造”認(rèn)知沖突。一個(gè)認(rèn)知沖突的解決過(guò)程，往往是底層原理或背后原因的探究過(guò)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(dòng)聯(lián)系與深度發(fā)掘的過(guò)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(duì)圖像編碼的理解，筆者做了如下教學(xué)設(shè)計(jì)（如下頁(yè)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?；顒?dòng)設(shè)計(jì)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(méi)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(lái)，圖像文件存儲(chǔ)的類型是256色位圖，每個(gè)像素用8位存儲(chǔ)，只能對(duì)應(yīng)256種顏色，這種編碼格式自然無(wú)法接納更為豐富的其他顏色?；顒?dòng)設(shè)計(jì)2：另存為24位色文件類型后再進(jìn)行填色，問(wèn)題立馬解決。教師進(jìn)一步點(diǎn)撥，每一種圖像格式對(duì)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(jì)算，學(xué)生驗(yàn)證文件的大?。ú榭次募傩裕?.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(chǔ)不但會(huì)碎片化，而且會(huì)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(dòng)經(jīng)歷概念的自我梳理過(guò)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(lái)，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(chǔ)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(huì)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(gè)單元進(jìn)行主動(dòng)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(lái)，促成學(xué)生形成概念網(wǎng)絡(luò)。學(xué)件準(zhǔn)備：在一個(gè)PPT里插入文字或圖片，如程序、腳本、指令、sb3文件、數(shù)據(jù)?；顒?dòng)設(shè)計(jì)：完成圖形化編程體驗(yàn)后，讓學(xué)生在PPT中拖動(dòng)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(huì)有怎樣的數(shù)據(jù)？引導(dǎo)學(xué)生用自選圖形和文本框說(shuō)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(wú)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(jì)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(shí)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(dòng)，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的生長(zhǎng)，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)。[2]李藝，董玉琦.信息技術(shù)必修1數(shù)據(jù)與計(jì)算[M].北京：教育科學(xué)出