体现学科特点,促进概念理解——中学信息科技主题教研活动案例简述

张 汶

体现学科特点,促进概念理解
——中学信息科技主题教研活动案例简述

张 汶

上海市信息科技学科围绕概念教学难点，明确教研主题，由浅入深地从教学内容、教学方法、学科本质多方面进行研究，从而改进教师的概念教学理念和方法，引导教师关注概念本质、学科思维，并建议设计、研制教学器材和使用合理的教学策略帮助学生进行知识的内化和建构。

概念教学 主题教研 信息科技

概念教学的主要目的是让学生理解概念内涵，明确概念外延。上海市中学信息科技学科对概念教学的研究并非一时兴起，早在8年前新教材使用之初，如何处理教材中大量的概念就成为困扰教师的一个难题。然而实践研究的过程并不一帆风顺，在5年基础研究之后，概念教学研究的突破口才被找到，研究团队再将其作为教研活动的主题进行全市范围内的实践探索，距今已有3年。

这一主题的确立基于两个迫切的现实需求。首先是课程转型的需要。当下的信息科技课程，已经从以操作实践为特征的课程，转向操作实践与基本科学原理并重，因此重新认识概念教学的重要性有着重要的价值。其次是改进课堂教学的迫切需要。一方面概念数量过多，平均每课时有16个概念，教师普遍认为“上不完”；另一方面，教师对学科概念的重要性缺少必要的认识，重视操作实践大于理解概念内涵，概念教学的方法单一，效果欠佳。

因此，2013年开始，中学信息科技学科以“概念教学”为主题开展了持续3年的主题教研活动，希冀理清学科核心概念，明确概念之间的联系，改进教学设计，体现学科概念特有的科技内涵，促进学生思维发展。

一、研究方式的设计

（一）聚焦主题，上下联动

上海市教委教研室设计整体研究方案，各区级教研分别确定研究重点，并以校际或学校小微备课组的形式，在课堂教学中探索；再分析全市各小微备课组的课堂教学课例，从中选择和优化；最后向全市公开展示，并同步开展主题网络教研活动。

（二）建立研究共同体，分阶段研究

问题的复杂性决定了研究必须分阶段推进，从解决最迫切的问题入手，逐步深入，在解决问题中发现问题，在发现问题中解决问题。笔者联合特级教师工作室、区教研员、中心组三个团队，形成研究共同体，特级教师对严谨性与示范性把关，区教研员带领小微备课组进行教学实践、提炼教学经验、判断教学方法的普适性，中心组在研究的独创性和引领性方面进行创新。

二、主题教研的主要过程

整个主题教研持续3年，而在确立“概念教学”这一教研主题之前，笔者团队用近5年的时间，解决概念“多、难、懵、惑”这四个问题。参照学科大概念的筛选方法，对教材中的500多个概念进行筛选，解决了概念数量太多的问题；删除了难度过高的概念，将200个大学计算机专业课中才会涉及到的概念，如线性序列等过难的概念删除；调整了学生容易懵的、模糊不清的概念，如内核技术等；改进了易困惑的概念，如：集线器是“有很多端口的长方体盒子”。通过对概念的精简和梳理，为概念教学的主题教研扫除了障碍，概念教学主题教研分3年逐步推进。

（一）概念的传递——至理致用，从“记忆”到“理解”概念

概念教学中出现的诸多问题，事实上都与人们对“什么是概念”这一基本问题的认识有关。仅仅记忆概念的定义，实际上是把概念当作一种客观存在物——就像一杯水，别人递过来，你喝下去就成为自己体内的物质了——但是概念显然不能如此传递［1］［2］。因此2013年—2014年主题教研重点研究学生对概念“知其然，但不知其所以然”的问题，设计了“致用至理”这一教研主题。“至理”是让学生理解概念背后蕴含的思想方法，“致用”则是让学生理解技术自身的特点与应用场合，促进学生从记忆到理解概念。

（二）概念的理解——重视学习过程，使概念教学更严谨，更有趣

维果茨基将概念分为两类：一类为科学概念，是指经过专门和规范的教学活动获得的;另一类为日常概念，又称前概念［3］。日常概念不乏正确因素，但也可能扩大或缩小概念的内涵，其既可能是理解科学概念的助推器，也可能是障碍。2014年—2015年，在追求对概念理解的基础上，为解决“前概念不清晰”“科学概念不严谨”“忽视正例和反例的呈现方式”“概念讲授枯燥无味”的问题，笔者设计了“概念严谨性和趣味性”主题教研，既追求概念的严谨性，又注重概念教学过程的趣味性。强调对前概念的研究，注重概念同化和顺应的教学策略，重视学生获得概念的学习过程，在纠正错误概念中提升概念教学的严谨性，在同化和顺应过程中汇总、强调概念教学的趣味性，进一步优化概念教学的方法。

（三）概念的深化——体现科技本质，促进概念的深入理解

信息科技学科概念的特殊性和复杂性在于，它既不像自然科学的概念大多基于观察、概括、抽象与理性的论证，也不像数学那样具有严格的逻辑推理，信息科技学科概念的形成大多是一种约定或者是一种发明创造，它不够精致，也不宜作绝对的理解。信息科技的进步，往往表现为新概念的提出，因此它的概念更繁多、更难以界定，许多概念很难提炼一个固定的标准答案。正由于学科概念的特殊性和复杂性，使得如何把握学科概念的科学性成为难题。现实教学中，有的教师满足于概念的肤浅化解释，仅仅使用形象化比喻描述问题，缺少对概念应有的学科特点进行提炼，没有体现出概念本身蕴含的独特育人价值。因此，2015年—2016年，研究的重点是从概念自身的内涵出发，解决概念教学不灵活、不科学的问题；从科技本质出发，设计了“用专业的视角分析概念，用多样的方式理解概念”的教研主题。

三、主题教研取得的成果

通过概念教学主题教研，笔者在理解学科概念，改进概念教学的方法方面取得了明显的成效。

（一）关注概念的本质属性，体现概念教学的学科性

人们为了思考和表达的便捷和高效，用一个字或一个词来代表对客观事物一般的、本质特征的认识，就有了概念。事物的特征在逻辑学上也叫属性。属性既有本质属性，也有非本质属性。比如计算机病毒，其名称、危害等属性，是非本质属性；其本质属性是人为编制的一段程序，这一本质属性就是计算机病毒这一概念的内涵。教学中，若仅仅强调计算机病毒的危害，其内涵就难以得到揭示。概念教学则强调概念的专业性，关注概念的本质属性。比如“密码”这一概念，在信息科技学科中，初中阶段的密码是指“口令”，是一种身份认证技术；而高中阶段则是“加密代码”。因此高中阶段就要从密码的本质出发，追溯密码学的发展历程，剖析常见加密方法的原理，从而让学生获得有学科特点的、专业的理解。

（二）重视计算思维能力，体现概念教学的独特性

概念既是思维的产物，又是思维的工具，是进行判断和推理的基础，因此概念教学本质上也是思维的教学。而在教学的过程中，最悲哀的莫过于不经过脑子而是仅以计算机操作来代替对计算机学科概念的理解［4］。概念用文字表达，但单纯的文字表征并不能让学生立刻理解其所蕴含的意义，只有激发其思维来主动理解和建构，才能使概念内化于学生的头脑中，成为他们分析和解决问题时心智操作的工具。

发展学生的计算思维，有助于信息科技概念的形成，以枚举算法这一概念为例，理解枚举算法，就要思考人所固有的能力与局限性在哪里、计算机的计算能力与局限性在哪里、问题解决的判定条件是什么、什么样的计算策略更加有利于当前问题的解决［5］等一系列问题，从而理解枚举算法与数学方法解决问题的本质区别，理解枚举算法“一一列举、逐一检验”的计算策略。通过提升计算思维能力，促进对概念的理解，可以使学生更加接近信息科技学科的核心。

（三）设计实物教具，促进概念教学的趣味性和直观性

概念教学存在一种现象，即仅仅从文字上进行理解，划重点，找关键词。概念教学离开语言当然无法进行，但仅靠语言进行说文解字式的讲授也是不够的。信息科技很多原理都隐含在“0和1”这样的编码背后，而在编码背后的复杂处理过程恰恰难以直接呈现给学生。有些概念要建立在表象的基础上，例如如果学生看不到点阵图和矢量图，语言描述得再详尽，其对图像编码这一概念的建构也难以到位。而借助实物教具，教师可以模拟这些不可见的科学原理。通过操作实物、观察和推测，辅以类比和想象，学生就能体验到概念中的趣味与奥妙之处。因此，中心教研组研制了一批实物教具，如：“十进制转二进制”的实物教具，通过不断执行特定的规则，完成进制转换，促进学生理解计算机中的计算过程；再如，根据帕斯卡的加法机模型图，用齿轮的组合设计制作了加法机，学生在操作齿轮加法机的过程中，感受机械计算机进位、状态变换的过程，为理解计算机五大逻辑部件奠定基础。

（四）设计学生实验，促进概念教学的严谨性和深刻性

尽管信息科技大部分教学场所都在机房，但并不意味着学生就积累了丰富的操作实践经历并能以此为基础理解概念。恰恰相反，用于促进概念理解的学生实验太少。因此各区和学校小微备课组设计了一些学生实验，在实验中理解概念。以邮件协议SMTP为例，即使经常发送和接受电子邮件，知道邮件协议的存在，但是邮件协议如何工作，工作原理是怎样的，学生是没有体会的。如果只是将邮件协议比喻为快递，那么只能让学生形成假概念或者日常概念，而不是学科的科学概念。而通过学生实验，让学生分析邮件协议的规则，一步一步按照规则执行命令，理解协议作为约定的规则对于完成邮件安全传输、有效传输的意义，意识到规则在信息科技中的广泛存在，学生才能深刻理解日常生活中轻松点击鼠标背后复杂、完整而严谨的一整套计算机设计规则。

（五）揭示概念内涵与外延的变化，适应科技发展

不少教师为触摸屏究竟是输入设备还是输出设备感到困惑，这就涉及一个问题——概念的内涵和外延是不是固定不变的？概念必须有确定的内涵和外延，如果一个概念的内涵和外延不确定，就无法进行判断和推理。然而，现实世界是复杂的，而科技发展更加剧了信息科技中概念内涵与外延变化的速度。以“复制和粘贴”为例，以前它们的操作对象仅仅是文字，而现在“复制和粘贴”已经拓展到除文字以外的格式、数值、公式、函数等。再如，“文件管理”这一概念，原指树型目录的方式，而随着移动智能终端的普及，“文件管理”增加了基于索引的文件管理方式。概念教学研究通过关注这样的内涵变化，从内涵角度揭示概念的变化，使用正例和反例促进学生对概念的理解，使学生的学习更灵活、更开放，使教师能更好地应对科技发展对概念教学的挑战。

四、主题教研的后续思考

3年的概念教学主题教研也只能窥豹一斑，需要进一步思考的问题依然很多。例如，语言具有两种力量，一是语言的隐喻力量，二是语言的扭曲作用，教学中如何进一步注意到这两种力量？表达概念的语言，无论是名称还是定义，本质上都是隐喻，如计算机病毒、木马，有了这样的隐喻，概念的内涵就容易传达；而“智能手机”却容易让人将其内涵曲解为具有人工智能的设备，但是“智能手机”这一概念的日常应用如此之广，“智能”二字又如此难以定义，以至于如何处理这样的概念还缺少经验。又例如，有人将概念分为易下定义的概念和难下定义的概念，对难下定义的概念究竟该怎样教学？概念教学主题教研中不可回避的重要问题是，怎样才算真正理解或掌握了概念？类似的概念教学问题还有很多，需要教育工作者们深入思考和研究，这些也将成为主题教研不断实践、研究与反思的动力。

［1］ 赵占良. 概念教学刍议（一）——对概念及其属性的认识［J］. 中小学教材教学，2015（1）.

［2］ 赵占良. 概念教学刍议（二）——对概念及其属性的认识［J］. 中小学教材教学，2015（2）.

［3］ 维果茨基. 维果茨基教育论著选［M］. 余震球，译.北京:人民教育出版社,2005.

［4］ 董荣胜. 计算思维与计算机导论［J］. 计算机科学，2009，36（4）：50-52.

［5］ 牟琴，谭良. 计算思维的研究及其进展［J］. 计算机科学，2011，38（3）:10-15.

张 汶 上海市教育委员会教学研究室 200041