基于核心素养的信息技术教材结构设计

于颖　周东岱

摘要：在新一轮高中信息技术课程标准修订中，强调了核心素养对课程的统领作用。相应地，教材作为课程标准落实的重要载体，可以把其理解为基于核心素养的教材。为了明晰如何设计基于核心素养的信息技术教材，该研究通过对课程层次、课程标准及教材结构的分析，得出：基于核心素养的教材更应该是“学材”，教材结构是一个囊括内容、程序与形式结构的立体结构；CTACK框架能够体现计算思维、活动与学科知识间的相互依存关系，可作为教材结构建构的基本框架。在此基础上，研究以高中“数据管理与分析”选修模块为例，基于CTACK框架，初步探讨了信息技术教材三重结构建构的方法，并设计了教材案例片段。

关键词：核心素养；计算思维；教材结构；CTACK；数据管理与分析

中图分类号：G434 文献标识码：A

新一轮高中课程标准修订将立德树人作为课程标准修订的出发点和落脚点，突出发展学生核心素养对课程建设的统领作用，并形成了《普通高中信息技术课程标准修订稿》（以下简称《课程标准》）。从这个意义上讲，我们可以把新课程理解为基于核心素养的课程。相应地，教材作为课程实施的重要层次与课程标准落实的重要载体，可以被理解为基于核心素养的教材。那么，基于核心素养的信息技术教材应是什么样子，如何设计？以上问题成为当前信息技术课程与教材研究的重要内容。教材结构是教材设计最优化的奠基工程，从教材结构研究人手，建构基于核心素养的信息技术教材结构，一方面可为一线师生领悟、实行与体验新课程提供文本依据，另一方面可为信息技术教材设计与实施奠定理论基础。

一、关于新教材的基本认识

（一）新教材是基于核心素养的教材

新课程把核心素养作为育人目标框架。无论是教育部颁布的《关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》，还是近期发布的《中国学生发展核心素养》总体框架，亦或是新一轮普通高中课程标准修订，都一再强调了课程建设要以核心素养（具体到各學科，则为学科核心素养）为统领，以提升课程的育人价值，改进学科教学的育人功能，形成以学生发展为核心的课程育人体系。从这个意义上讲，可以把新课程理解为是基于核心素养的课程。

而按照古德莱德的课程五层次观，教材是课程实施第二层次（“正式的课程”）的重要内容。因此，如果把新课程理解为基于核心素养的课程，则新教材也应是基于核心素养的教材。并且，其设计优劣不仅关系到课程标准与课程理念的落实，而且影响其后三个层次课程的顺利实施。

（二）基于核心素养的教材更应该是“学材”

核心素养指的是学生应具备的适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，它关注的是学生之为人之主体性发展。因而，基于核心素养的教材必然也是以学生发展为核心的。这就意味着，教材设计要改变当前存在的“学科本位”“知识本位”和“教本”现象，编制以学生发展为核心的教材。显然，这里的“教材”不再等同于传统意义上的“教师教学用书”，更应该是“学生学习用书”，兼具“教材”和“学材”双重功能。之所以仍然保留其“教材”功能，不是继承学生在传统教材中的“被动”与“他主”状态，而是强调教师在学生学习过程中的引领作用和教材对教师专业发展的促进作用。之所以强调新教材的“学材”功能，一方面与发展学生核心素养的内在要求相一致，另一方面也是对传统教材观的超越，以学生发展为核心，发展核心素养，提升教材育人价值，成为新教材的本质追求。教材的“学材”功能定位，必然使得教材从传统的“知识”为主“活动”为辅，转向“活动”为主“知识”为辅，从而使教材能有效指引学生进入活动，在项目化学习活动中建构知识，发展思维，提升学科核心素养。

二、关于教材结构的理解

教材结构是教材设计最优化的奠基工程，是教材设计的重要前提和基础，对教材结构的不同理解势必会影响其后教材设计的优劣，以及一线师生对课程与教材的把握。

（一）四类典型的教材结构观

课程与教学论领域对教材结构有多种不同认识，大致可概括为以下四类观点：要素成分观，即把教材结构认为是教材内部各要素、各成分之间符合规律的组织形式；体例观，即把体例结构等同于教材结构；显性隐性结构观，即把知识选择和组织看作是显性结构问题，把相关的社会、文化背景以及师生交互作用、教与学方式、学习环境等动态因素的组合看作隐性结构；层次结构观，即认为教材是有层次的，将教材结构由深及表划分为教材内容结构、程序（组织/编排）结构和形态（形式）结构等。以上几类观点有其各自的合理性，或从要素构成，或从呈现形态，或从显现程度，或从系统层次角度，阐述了对教材结构的认识。但总体上，单纯从某一个视角出发对教材结构的理解，是难以全面观照教材结构的系统性、整体性、共时性特征的。

（二）统合多元观点理解教材结构

结合上述观点，本研究从结构主义观点出发，并统合了教材结构的要素观和系统层次观，形成对教材结构的进一步认识：教材结构是一个立体结构，有两层含义（如图1所示）。一是教材结构是教材内部各要素、各成分之间合规律的组织形式。教材要素主要包括知识、技能、能力要素以及必要的情感态度、伦理道德等非认知要素，教材成分主要包括教材目标、内容、学习活动方式等，在基于核心素养的教材中主要表现为知识技能、学习活动与核心素养。二是教材结构是有层次的，揭示了教材不同层次的质的规定性，教材结构由深及表可划分为教材内容、程序和形式三个亚结构，三者之间是相互依存、相互作用、相互制约的。同时，教材结构不可避免地受学科内容逻辑、学生认知逻辑、教学实施以及社会文化环境等因素的影响，在建构教材结构时必然要考虑这些因素。

三、CTACK：信息技术教材结构建构的基本框架

在厘清了教材结构的基本概念之后，我们还需对CTACK框架有较为清晰的认知。CTACK是构建的一个关系框架（如图2所示），它体现了计算思维、活动与学科知识三者之间相互依存、相互制约的关系，是教材结构建构的基础。

（一）对CTACK框架的整体阐释

在CTACK关系框架中，CT代表计算思维，A代表活动，CK代表学科知识，IC、DL、IS分别代表信息意识、数字化学习与创新、信息社会责任其它三项核心素养。从CT到A再到CK，一方面体现了计算思维的统摄与唤醒作用，以及三者间从高阶到低阶的层级关系，另一方面CTACK可以读作“C-TACK”，更具可读性。同时，也可以从某一要素出发去进一步理解CTACK，比如，可理解为基于学科知识和活动形成的计算思维、整合学科知识和计算思维的学习活动、计算思维及其活动映射的学科知识。在框架的顶层，除了CT之外，还有其它核心素养，表明在计算思维为内在线索的教材结构中，也渗透了其它各项学科核心素养的培养。

之所以在CTACK关系框架中，使用“计算思维”而非“核心素养”，并非忽视其它三项学科核心素养，而是在理解各项核心素养及其关系的基础上，拎出其中具备最本质的学科属性标识的核心素养——计算思维，从而使对核心素养的处理不再笼统，更具可操作性。同时，这样处理还有其它好处，一则凸显学科思维，以其为教材设计的内在线索，可避免因多重线索可能引发的混乱；二则在运用计算思维解决问题的活动中，其它核心素养也得以渗透其中，并与计算思维一起共同支撑起学科育人价值培养的使命。

（二）计算思维与学科知识、活动关系详释

1.学科知识是计算思维形成的重要载体

无论是《课程标准》还是关于核心素养的论说，都一致认为当代课程应定位于学科目标和学科育人价值的集中体现——核心素养的培养上。根据上文所述，计算思维既是信息技术学科核心素养之一，也是体现学科本质属性的思维方式。作为一种核心素养和思维形态，计算思维绝不可能凭空生成，必然需要依托一定的载体。而从核心素养与学科思维的定义来看，计算思维生成的基本载体指向了一个核心词汇——学科知识。一方面，核心素养是指一组统整的知识、能力及态度，使个人得以过着成功与负责任的社会生活，面对现在与未来的挑战。将课程目标定位在核心素养上，需要重新认识课程的经典问题，更多思考如何让知识成为素养，让知识变成智慧，只有能成为素养或智慧的知识才最有力量。以上两种核心素养典型观点，都指出了知识的重要作用，显然，核心素养包含知识，依托知识生成而又超越知识。另一方面，提到思维，人们通常会不由自主联想到与之关联的知识以及知识与思维之争。在新课程观及核心素养观视阈下，人们对知识与思维关系的认识更趋于理性，进一步明晰知识是思维生成的载体。典型的如郅庭瑾认为，要超越知识与思维之争，当知识用于解决问题时，它才发挥它的价值，知识是解决问题、发展思维的材料。而李艺教授提出的思想投射型课程则指出，要建立课程自身稳固的学科结构，具体可以用学科知识结构和对应的学科思维构成。这既可以进一步澄清学科知识与计算思维间的关系，又为基于核心素养的信息技术教材结构建构指明了方向。

2.活动是计算思维生成与发展的必由路径

从上述论述中，我们可以看出，学科知识是计算思维生成的重要载体。但是，仅有学科知识是不足以生成计算思维的，也并不足以体现学科知识的价值，知识只有在解决问题的活动中才发生其价值。学科核心素养是学科知识与学科活动相互作用产生化学反应的结果，两者缺一不可，而且必须是化学反应而不是物理反应。从认识论、心理学、教学论的诸多领域观点来看，活动无一例外地承担了这一知识与思维的中介角色，通过活动促使知识进一步转化为思维或素养。正如林崇德先生所言，“学科教与学活动是学科能力结构的起点和动力。客观的学习活动决定着思维的发展，思维又对学习活动起促进作用”。计算思维不仅是一种学习与生活中的普适性思维，更是一种带有学科特质的典型学科思维方式，因而，依托学科教学培养计算思维显然必须依托精心设计的活动。而在信息技术课程中，这种关联学科知识与计算思维的活动更倾向于表现为一种扎根于学科思想并带有社会经验取向色彩的以问题解决为目的的技术活动。具体到高中“数据管理与分析”选修模块中，问题的指向性更强，特指数据问题，因此也可以把“数据管理与分析”中的活动理解为数据问题解决活动。

通过上述对计算思维、学科知识及活动的关系分析，我们可清晰地看到三者之间互相依存、互相制约的关联关系，计算思维的发展需要依托学科知识及活动，而学科知识需要观照与映射计算思维并在活动中不断进行知识建构，同样，学科活动需要扎根于学科知识与学科思想、方法与原理之中，并通过活动逐步建构并形成与之相适应的学科思维与价值观。三者之间，既相互依存，相互促进，又相互制约，彼此牵制。

四、基于OTACK建构信息技术教材“三重”结构

总体而言，信息技術教材结构的建构要立足于课程标准，充分体现CTACK框架中三者问的层级与依存关系，通过活动联结学生知识与计算思维，使得学生在掌握知识与技能的基础上，自觉上升到对学科思维的把握，逐步提升信息技术学科核心素养。计算思维在这里既可作为建构手段，又可作为发展目标。以下以高中“数据管理与分析”选修模块为例，基于CTACK框架建构信息技术教材“三重”结构。

（一）教材内容结构建构

教材内容结构位于教材结构的最深层，主要包括学科取向内容和社会经验取向内容及其间的关系，是学科知识逻辑、社会经验逻辑的综合体现，也是学科思维之于教材内容的投射。

教材内容结构的建构主要包括学科知识取向内容建构和社会经验取向内容建构两个阶段，大致经历“课程标准解读——学科知识取向内容提取+计算思维表现分析——数据问题解决活动设计——社会经验取向内容提取——核心素养培养”这一基本过程（如图3所示）。

具体说来，教材内容结构的建构首先要从《课程标准》研读人手，一方面分析课程内容标准条目中规定的知识技能，按照学科知识取向确定人选教材内容，同时要明确计算思维结构逻辑，厘清课程内容标准所对应的计算思维表现与水平，确定知识的广度和深度。继而，通过数据问题解决活动这一中介，将知识与技能的掌握与计算思维培养关联起来。同时，结合活动设计，运用活动的观点，精心考虑社会经验取向的内容遴选问题，从生活经验人手，筛选出那些对学科发展而言具有一般生活意义的内容，使之不仅符合学生当下所处的信息社会的真实生活情境，也能指向其未来信息社会发展，为未来学习和生活奠基。最终，两种取向走向融合统一，规避了单纯以学科知识取向或以社会经验取向遴选教材内容的局限性。并且，建构出的教材内容结构是CTACK关系在教材中的具体落实与真实反映，既揭示了学科知识、计算思维与活动各自的内在逻辑，又揭示了学科知识、活动与计算思维间的逻辑关系。以“业务需求分析”主题为例，按照学科知识取向，基于CTACK建构出的学科取向内容结构如图4所示（具体过程略）。

（二）教材程序结构建构

教材程序结构反映的是教材内容纵向编排的体系，它位于内容结构与形式结构之间，一方面受教材内容结构的影响，另一方面又影响教材形式结构的建构。程序结构在一定程度上决定着学与教活动的双边进程，因而强烈影响学生学科思维的形成及个性化发展水平。

要建构基于核心素养的信息技术教材程序结构，关键是要以CTACK为统领，寻求合乎学生思维发展的逻辑线索，从宏观、中观、微观多个维度组织教材内容（如图5所示）。以高中“数据管理与分析模块”为例，宏观层面，需考虑高中数据管理与分析模块内容及其问题解决的系统性、整体性和层次性，基于CTACK架构序列化结构、层级（螺旋上升式）结构；中观层面，挖掘内容单元的内在活动逻辑和学科知识逻辑，关注不同逻辑下教材内容组织的多样化形态，建构起适切学生认知发展尤其是思维发展的直线式、分化式、综合贯通式、个体活动化、群体项目化等中观程序结构；微观上，具体到课，观照CTACK在课堂教学活动中的具体应用，根据内容特点和活动需求建构有意义接受式、体验式、探究式等微观组织结构。需要说明的是，这里列举的教材程序子结构尚未穷尽，故用虚线表示。

以序列化结构为例，在高中“数据管理与分析”教材中，存在着与CTACK框架相对应的三大序列：知识技能序列、数据问题解决活动序列和计算思维序列，三大序列彼此交织、相互作用，共同架构起教材宏观程序结构（如图6所示）。区别于传统以“知识”为主的教材，数据问题解决活动序列成为序列化结构的显性序列，以问题解决为指向；知识技能序列、计算思维序列化身为隐性序列，知识技能序列以满足学习者问题解决需求为指向，计算思维序列以主体活动的思维内化为指向，二者与问题解决活动序列相伴而行，共同推进模块育人价值的实现。

（三）教材形式结构建构

教材形式结构也被称为教材的形态结构，它位于教材的最表层，是在教学活动制约下教材内容结构和教材程序结构所呈现出的各种各样的表现形式及其作用关系。教材形式结构在很大程度上决定了其它两个层次功能的实现。

当代学者对教材形式结构的研究一般从学与教两个侧面展开，归纳起来，从学的角度，大致可分为课文、图像和作业系统（习题系统）三部分，从教的角度，大致可分为课文系统和课文辅助系统两部分。由于基于核心素养的教材兼具教师“教材”和学生“学材”之双重功能，因而，本研究结合学与教两个方面，重点从CTACK角度探讨教材形式结构。由于CTACK所蕴含的各要素的特征与作用关系不同，因而CTACK各要素在教材形式结构中呈现的方式和层次是不同的。

首先，无论课文系统还是辅助系统，活动都是不可或缺的。活动以外显活动和内隐活动多次交替的形式跃然而出，成为教材形式结构的主要表征形式。这不仅仅是因为活动是联接计算思维与学科知识的中介，以计算思维为代表的学科核心素养需要在活动中不断形成与发展，而问题解决活动序列恰如其分地扮演了这样一个中介角色。还因为根据学者们对教材本质观的研究，教材的本质是教学活动文本系统，活动是教材中学生之为人之主体性发展的决定性因素，只有在活动中，学生之为人之主体性核心素养才能得到良好的发展。

其次，以技术知识为核心的学科知识体系在教材形态中往往与学习活动交织在一起，或以学习活动准备或以学习活动思维支架或以学习活动探究成果的形式呈现出来。同时，从教材整体形态上看，学科知识虽然与活动交织分布，但从教材整体上看又是有其自在逻辑的，不论其在教材中呈现方式是明是暗，在教材中与学习活动的关系至少是正交完备的，并且与教材内容结构和程序结构相呼应。

再次，作为一系列内隐的思维活动形态，计算思维在教材形态中往往难以显性化呈现，一般蕴含于运用知识解决特定情境问题的活动过程中。然而，在教材形式结构中，计算思维并不是也不应是无踪可寻的。通过前述CTACK的关系辨析，我们知道，计算思维根植于学科知识、问题解决活动之中，而學科知识与问题解决活动也不可能是思维无涉的。换言之，计算思维必然是以具体化、分化的姿态融于学科知识和问题解决活动之中的，表现为运用技术解决问题过程中一系列思想、方法、原理的多次经历和层层推进，逐步形成与之相适应的思考问题与解决问题的思维方法和价值观。

由是，我们基本可以明确CTACK三要素在教材形式结构建构中或明或暗的表征关系。三者之间没有明确的明暗界线，根据教材表达需要可或明或暗。教材形式结构是一个复杂的结构，三要素在其中有不同的存在形态与表征方式。下图关于活动的表征示例（如图7所示），大致可以体现CTACK各要素及其关系，限于篇幅，不再另举它例。

五、基于“三重”结构的教材设计案例片段

基于上述教材结构，我们尝试设计了高中“数据管理与分析”教材。以内容标准中“业务需求分析”主题为例，设计的教材案例片段如下页图8（框架）、图9（正文）所示。

首先，在内容遴选上，按照前面图4中学科取向内容建构方式，结合社会经验取向内容遴选方法，确定了内容选题——“制定网店创办与运营整体方案”（如图8所示）。该选题不仅包括需求分析、方案设计、方案评估等相关知识，而且包括制定网店整体方案系列活动，以及基于上述二者形成的以计算思维为代表的核心素养。

其次，在内容组织上，对照该主题所对应的中观程序结构建构方法，确定了以项目化结构组织该主题单元内容，具体演绎为“项目—任务—活动”结构。使用该结构的好处是，该结构能够反映知识建构、活动推进以及思维生成的自然过程。它通过对项目的规划与确认，明确完成项目要承担的任务，在此基础上，为了完成项目和实施任务而开展相应活动。其项目、任务和活动都是相对完整而有实际意义的，且有明确的目标和清晰的节奏，借此使学生将学习的知识与实际应用意义和价值相联结。

再次，在形态表达上，按照形式结构对CTACK各要素及其关系表征的基本方法，形成了如图9所示教材案例片段。该片段一方面如实反映了内容结构与程序结构对形式结构表达的内在要求，将知识作为活动的支架处理，另一方面使用了问题式表征手法，以期引发学生的探究欲望与学习兴趣，唤醒学生主动学习的意图，再一方面，在计算思维的过程性表征中，使用思维的语言（扮演、引导、设想等），为学生实践活动提供思维支架，促进学生通过运用头脑风暴法，广泛获取所需的网店业务需求信息。同时，通过适当的文本表征，抽象出了计算思维活动的具体表现及相应的迭代思维过程。

六、结束语

基于核心素养的信息技术教材不仅仅是传统意义上的“教材”，更应该是“学材”。它承载着支持学生解决问题、建构学科知识与发展学科核心素养的使命。教材结构是教材最优化设计的奠基性工程，从教材结构研究人手，可以为基于核心素养的教材设计与使用提供可资借鉴的方法。CTACK框架作为学科知识、活动与计算思维的关系框架，可以成为教材结构建构的基础。其中，由于计算思维是一项最具学科本质属性的核心素养，因而，它不仅是问题解决活动中一种必需的思维方式，而且能很好地协调核心素养、活动与学科知识间的关系，可以作为教材结构建构的内在线索。需要说明的是，以计算思维为内在线索，不是说其它学科核心素养不重要了。恰恰相反，计算思维与信息意识、数字化学习与创新、信息社会责任四者缺一不可，在以计算思维为内在线索的教材结构建构中，其它各项核心素养也得以渗透。也并不是说，计算思维的地位超越了其它核心素养，四项核心素养本没有地位高低之分，各有其独特作用与意义。