以大概念引领高中信息技术教材的内容加工

金 婧

信息技术教育需要帮助学生发展信息技术学科核心素养，使其具备在未来信息社会生存、创新与发展的基本素养，成为合格的“数字公民”。［1］从课程到教学，教师对于教材内容的处理和把握在一定程度上影响着学生的学习成效和发展潜力。因此，信息技术教师要站在未来的角度，因地制宜开发利用教材，以更具整合性的教学样态，让学科核心素养落地生根。

一、以大概念引领教材内容加工的学理依据

（一）“大概念”的内涵

概念是反映客观事物共同特点与本质属性的思维形式，既是思维活动的结果和产物，又是思维活动借以进行的元素。

大概念是一种高度形式化、兼具认识论与方法论意义、普适性极强的概念，［2］揭示了事实性知识背后的规律。如果把学科内容比作车轮，车轴就是学科的核心，学科大概念就相当于一个车辖，能够使车轮固定在车轴上；［3］“可理解为指向学科核心内容和教学核心任务、反映学科本质、能将学科关键思想和相关内容联系起来的关键的、特殊的概念”。［4］学科大概念本身就是学科领域中最精华、最有价值的内容，同时它又像“魔术贴”，将零碎散乱的学科知识整合得条理清晰，成为各种关系的核心、学科思想和理论的载体。

（二）学科大概念应对未来所需的价值所在

未来社会有三大趋势：不对称性、复杂性和不确定性。对待确定性和不确定性、有序性和无序性交混的复杂事物的方法是应用“策略”。［5］策略的应用体现为解决问题的决策能力与创新能力。基于实证的科学研究表明，专家比新手善于解决问题，是因为他们所具有的知识是按层次结构的方式组织起来的，这些知识是对相关领域的事实和公式的罗列，围绕核心概念或“大观念”进行组织。［6］这种“核心概念或‘大观念’”其实就是问题图式（心理框架），是持久且可迁移的理解能力。学科大概念会为与学科相关的问题提供基本的解决思路，持续发挥作用，将成为学生适应未来信息社会的关键支点。

温·哈伦等学者认为，大概念具有普遍的解释力，不是凭空出现的，而是从儿童已有的概念中发展而来，存在三种进展方式。［7］学科大概念指向学科的本质思想和独特方法，其理解过程就是学科思维、学科态度培养的过程，具有“面向未来”的特质。学科大概念为教师分析信息技术教材提供指导框架，主要体现在三个方面：明确教学内容，在离散的知识点、较小的信息技术学科概念间建立联结；建立教学内容与学生已有经验及真实世界的联系，帮助学生从学科视角关注、解释或者重新认识真实的信息社会；启发教师从不同角度重新思考学科内容，为设计教学活动提供有价值的线索。

二、以大概念进行教材内容加工的原因分析

教材作为课程标准的物化载体，是影响高中信息技术学科核心素养落地的关键因素。目前实行一个课标下的教材多样化政策，各版本教材在知识结构、内容选择、素材和活动设计以及具体问题处理上存在差异。江苏省主要使用教科版与粤教版教材。

不同教材其教学内容的组织结构和设计顺序不同。以必修1《数据与计算》为例，课程标准中包含三个部分，分别是“数据与信息”“数据处理与应用”“算法与程序实现”。教科版教材遵循“初识数据与计算→编程计算→认识数据→计算与问题解决→数据分析与人工智能”顺序，体现从“初识”到“深入”的螺旋式上升，突出“建构”。粤教版教材则严格按照课程标准，形成“数据与信息→知识与数字化学习→算法基础→程序设计基础→数据处理和可视化表达→人工智能及其应用”的顺序，并将核心素养之一的“数字化学习与创新”相关内容放在第二章节。学生在对数据与算法有了基本认识和实践基础之后，再开始学习数据处理与应用。不论哪版教材，都是基于学生水平的非零起点，内容广、能力要求高，这与教学实际中学生能力水平的参差不齐相悖，会产生认知断层。显然，单一选用、直接“拿来”，无法真正落实新课标精神，这就需要教师根据实际情况对教材内容进行合理加工。

在教材的实际使用中，教师最容易出现教学方向与教学重点的偏移。例如必修1《数据与计算》中的“算法与程序实现”部分，教师在教学实践中不自觉地就将算法等同编程，过多纠缠于编程语言，学生会形成“编程是实现算法唯一方式”的错误认知。零碎的、不连贯的编程语言知识的堆积和技能的重复，无法让学生形成面向未来的胜任力。究其原因，教师在思考教什么的时候，没有摆脱对旧有知识点的分析，没有从学科逻辑整体性地看待算法与程序实现的内在联系，自然就没有抓住学科内容的核心。而大概念恰恰指向的是学科核心内容，是有组织、有结构的知识模型。因此，以大概念进行教材内容加工，可以帮助教师更好地思考和理解所教授学科内容的本质，而这与学科核心素养培育的本质要求一致。

《普通高中信息技术课程标准（2017 年版2020 年修订）》“重视以学科大概念为核心，使课程内容结构化，以主题为引领，使课程内容情境化，促进学科核心素养的落实”，明确了学科大概念在课程教学中的地位，强调借助大概念，整合学科内容，融入情境问题，打通知识建构与知识运用。学科大概念成为连接学科核心素养与学科内容的桥梁，是进行教材内容加工的重要抓手。

从教学设计的视角，教师需要突破知识本位，关注知识的意义，以学科大概念为“锚点”，以科学的逻辑和认识的发展为线索重组教学内容，引导学生在社会生活情境中将已有知识、假设的知识和感知的信息进行整合，在解决实际问题的过程中洞悉学科知识，探究学科内核，建构自我理解，并能运用学科知识，养成学科思维，确保信息技术课程育人目标的达成。

三、以大概念进行教材内容加工的路径实施

（一）依循逻辑关系，重构教学序列

信息技术学科提出学科大概念：数据、算法、信息系统与信息社会。大概念是包括诸多相关小概念的上位概念，从而形成“学科大概念—中位概念—小概念”的层次结构。我们可以从大概念这一关键点确定所处的位置以及与其他概念的内在逻辑关系，形成对教材内容的重新理解。

现行教材必修1《数据与计算》、必修2《信息系统与社会》分别聚焦数据和算法、信息系统和信息社会。关于数据，教材中包含定义、特征、表现形式、存储（编码）、处理、应用等结构要素，与此相似相关的概念有“信息”“知识”“智慧”，偏重于纵向的联系。在概念之间，如数据与算法可以寻找内在联系。数据是算法服务的对象、资源，算法是处理、应用数据的技术解决方案。数据与信息之间又有什么关系？各种应用场景中产生的数据，基于计算进行处理和分析，这是算法的实现过程，从而挖掘出有价值的信息。这样，数据、算法与信息三者之间又建立了横向的联系。我们以系统观再次观察4 个学科大概念：信息社会是以信息活动为基础的新型社会形态和新的社会发展阶段；信息系统是其中重要的子系统，是一个人机交互系统；交互的是基于算法的数据。基于这样的思路，学科内容之间就呈现出一种结构化的状态。

在学科大概念的统摄下，聚焦概念进行延伸、衍生，知识间的本质联系和纵横关系联结成网。以这样的逻辑调整模块序列，重构内容，呈现在学生脑中的就不会是一个个孤立的知识点。

（二）依循知识境脉，理清教学思路

一直以来，我们的信息技术课堂都过于关注技能“操练”，学生容易产生这样的困惑：我为什么要学？我学的这些东西有什么用？这样的课堂简单地将教学内容定位于“作为符号的知识”，但只有适当涉及“作为思想和方法的知识”和“作为意义和价值的知识”的时候，教学才能触及知识的内核、学科的本质。

杜威认为“知识是解决问题情境的活动结出的果实”，学习是知识产生、知识发现的过程，而这种过程是在问题解决中实现的。所以，教学应该把教材或知识各部分恢复到它所抽象的原理的经验，［8］从引导学生认识学科知识转变为同时认识这些知识得出的过程。因此，教学内容的组织需要逆向思考，就是从知识产生的原点出发，让学生在个人经验基础上进行体验，借助问题情境重新进入知识生产过程，习得知识，形成概念。比如“数据”的概念，从现实世界到计算机世界，从模拟到数字，教师遵循数据编码的现实处理过程，把原理迁移到二维码的探索当中，指导学生运用已有学科知识参与学习，又将新的经验融入自己的经验体系，这就是一种知识产生的过程，是学生所能理解的个性化的知识；或者使用概念之间某一条联系，如数据与信息的横向演变过程来贯穿教学，教师对知识生产过程进行简化和改造，将数据到信息的转化过程以及计算在这个过程中扮演的角色，构成教学内容的脉络，让学生经历从具象到抽象归纳的知识产生过程，完成自我经验世界与学科知识世界的对话，这也是学生思维发展变化的过程。

把握大概念中点与点的关系可以帮助学生建立教学内容的立体结构。教师追寻知识的境脉，以知识产生的“过程线”整合教学内容，将教学内容转化成聚焦大概念的学习活动。

（三）依循学习进阶，诊断教学水平

学习进阶理念认为，学生对某一主题概念的理解会持续深化，思维逐步精细，存在多个中间态。因此，教材加工除了基于对学科内容的逻辑分析及教师自身的教学经验，还需要尊重学生原有认知水平和认知发展规律。

从学的角度来看，学生对概念的认识由浅入深、由简单到复杂，整合具体的教学内容是为了促进对概念的深层理解。北京师范大学郭玉英研究团队基于学习进阶理论提出了科学概念理解发展层级模型，［9］包括“经验、映射、关联、系统、整合”5 个发展水平。我们可以利用层级模型，分析概念掌握的起始目标和目标状态，针对理解层级的发展水平逐步整合教学内容进阶的路径。

以“算法”概念为例，结合课程标准和相关教材内容，教师可分析算法概念的内涵、外延与特征等，然后以层级模型为理论框架，结合自身教学经验，初步拟定算法概念理解的发展层级，如下页表1所示。

表1 “算法”概念的理解发展层级

教学中，教师需要思考建立概念需要哪些事实经验，不仅要重视事实经验的丰富程度，而且要有一定的分类，特别要重视具有迁移性的经验事实，帮助学生完成异同辨别。例如，算法概念的建立至少需要3 类事实经验：算法不是求解一个问题的方法；算法是求解一类问题的方法；算法是有限步骤，结果明确。然后，分析促进概念理解从低层级向高层级“跃迁”的学科思维有哪些。例如，需要在事实经验基础上抽象概括出算法的特征、定义算法概念，并能结合算法描述理解算法结构，这其实也是计算思维中“抽象”的表现。最后，建构学科内概念之间的关联，如算法与程序之间的关系。教师厘清教学的主线，梳理概念在教学内容中的联系，结合学情分析找到切入点，将概念、原理等显性知识与策略、思路等隐性知识整合，构建教与学的联结，不断充盈教学的内涵。

面对这一代“数字原住民”，信息技术教育需要帮助他们建立面向未来的技术胜任力，体现为通过学科学习沉淀而成的学科核心素养。学科知识是培养核心素养的主要载体，学科大概念作为学科知识的核心，隐含学科的思维方式。以大概念为引领，探讨信息技术教材的加工，可以化繁为简，启发教师从学科逻辑、知识结构、认知发展等不同角度引导学生构建思维认知地图，从而可以在未来应对瞬息万变的世界。