高中信息技术学科核心素养导向的大概念单元教学探讨

朱余芹

摘   要：文章阐述了大概念在学科中的核心地位以及进行基于大概念的单元教学的意义。基于大概念的单元教学模式有助于学生更好地运用学科基本的思想方法分析问题、解决问题，适应社会生存；通过具体案例的剖析，展示了单元教学中大概念的选取方法以及课堂教学目标、教学评价体系、学生活动过程的构建方法，通过实践案例的探索回答了如何构建基于大概念的高中信息技术单元教学模式的问题。

关键词：大概念；单元教学；核心素养

引言

随着信息技术的不断发展及广泛应用，知识的更新速度不断加快，许多由人完成的工种逐渐被机器所替代，学生的书包越来越重，但“毕业即失业”的现象却愈演愈烈。于是人们开始思考：什么样的工作是机器不可替代的？培养什么样的人才能适应现代社会的需求？

是否具有创新能力是人与机器之间的本质区别。知识可能会被时代所淘汰，但如果学生具备了创新能力，即专家解决问题的基本能力，就可以适应终身发展和社会发展的需要。在此时代背景下，课堂教学的目标，开始从讲授专家知识向培养专家能力转变。那么，如何培养学生的专家能力呢？专家能力有什么样的特征呢？在此基础上，“大概念集中体现了专家思维的基本特征”这一理念被世界各国的教育教学专家不约而同地提出，并广泛认同。

本文，笔者将从“大概念”的概念释析谈起，探讨在高中信息技术课堂教学中培养学生专家思维能力的基本路径及相关探索。

1  什么是“大概念”

“概念”辞海释义为：思维的基本形式之一，反映客观事物的一般的、本质的特征。因此，大概念具有高度的概括性和抽象性。

大概念的“大”是个相对概念，因此，大概念有层级之分。如语言包括计算机语言、人类语言等。计算机语言有高级语言、机器语言之分。那么，语言是计算机语言的上位大概念，计算机语言又是高级语言的上位大概念。

大概念由于其高度的概括性、丰富的层次结构，有助于学生构建结构化的知识体系，可以作为知识的“锚点”，方便学生将零散的知识点整合到一起，在需要使用时灵活选取。人脑内部的生理结构也决定了人们对相互之间有广泛联接以及认知结构层次丰富的知识，能够更好地提取和应用。因此，大概念有迁移性的特点，这不仅仅体现在学科内，它还可以打通学校和现实生活中的壁垒。例如，学生掌握了计算机编码的原理和特点，就能够在生活中灵活应用编码来解决现实问题。如：应用编码实现信息的加密传递、班级内部使用座位号进行各项班级事务的管理等等。

此外，不同于学了之后很快会忘记的“惰性知识”，大概念由于其广泛的迁移性和生活中广泛的应用价值，在现实生活中容易被各种情境激活并不断提取、应用，因此，大概念的记忆可以保持得较为长久。

一言以蔽之，大概念就是能够反映学科本质的概念、观点或原理，它能够反映专家的思维方式，具有层次性、概括性、可迁移性、持久性等特点。因此，掌握了大概念，更有利于培养学生问题解决能力、终身学习能力，有利于学生更好地适应社会生存。

2  为何要开展大概念单元教学

2.1  开展大概念教学有助于发展学生核心素养

学生发展核心素养是教育界为广大教育工作者樹立的教育目标和工作要求。它回答了“培养什么样的人才能更好地适应社会发展的需要”的问题，为广大的教育工作者指明了前进的方向。而大概念由于其反映了专家的思维特征，学生掌握了学科的大概念，在纷繁复杂的世界中，能够更好地穿透现象看到本质，从而灵活运用学科基本的思想方法分析问题、解决现实问题，适应社会生活。这与学生核心素养的要求不谋而合。因此，开展大概念教学有助于发展学生核心素养。

2.2  大概念的性质决定了教学需要采用单元的形式

由于大概念在学科中属于较为上位的概念、观点，具有概括性、抽象性，因此，它需要相当数量的具体案例的支撑，才能够帮助学生正确理解和归纳总结大概念。而单课时相对较短，不利于学生抽象观念的形成。也不利于学生进一步探究大概念在具体生活中的迁移应用。因此，采用单元形式的教学更有利于学生大概念的形成及应用。这里的单元，“是按大概念的逻辑而非按内容的逻辑，考虑大概念之间以及小概念与大概念之间的关联来划分单元组块，选取相应的内容和 资源并将它们序列化。”[ 1 ]

下面，笔者将以粤教版高中信息技术必修1《数据与计算》中的“数据与信息”单元的教学为例，具体阐述大概念单元教学在高中信息技术课堂是如何实施的。

3  大概念单元教学在高中信息技术课堂的实践探究

大概念由于其在学科中的核心地位，因此，明确大概念便成为教学的首要任务。

3.1  以课标和教材内容的逻辑结构为依据，明确单元大概念

单元的划分依据如下：

（1）从信息技术课程标准中确定单元。课标中明确规定了《数据与计算》模块主要包括三部分内容：“数据与信息”“数据处理与应用”“算法与程序实现”。

（2）分析教材主要内容及逻辑结构，从而划分单元。

数据与信息章节主要讲述了信息是如何通过编码转化为计算机中的数据的；知识与数字化学习章节讲述了如何运用数字化工具进行学习与创新，数字化学习与创新是信息学科必备的核心素养之一，是贯穿学科内容的基本思想方法及学习方式；算法与程序章节讲述了程序是如何进行编码的，这两章可以看做“数据与信息”单元中信息编码的一个特例；在互联网及人工智能的时代，数据具有了与以往不同的特征，即“大”数据的特征。数据处理与可视化表达章节重点阐述了计算机是如何对大数据进行采集、处理和加工，并从其中提取出有效价值的；人工智能就是研究如何让机器具有人的思维能力和智能行为的学科。本质上讲，人工智能及其应用章节还是在阐述计算机是如何高效处理信息和数据的，只是这里对信息处理的方式做了具体的限定，即模拟人的思维过程及智能行为。

因此，全教材可以划分为两个大的单元，即：信息是如何通过编码转化为数据的；计算机又是如何处理数据实现信息的增值的。具体逻辑关系如图1所示。

这里信息与数据之间并非简单可逆的过程，由信息编码形成的数据，在通过计算机的加工与处理之后，产生了新的信息——知识。知识的构建实现了信息的价值增值，最终为人类社会的生产生活提供高效服务。

此外，由于程序编码的复杂性与特殊性，故而独立成为一个单元。因此，从教材内容间的逻辑关系看，可以将全书分为三个大的单元（与课标划分一致），即：数据与信息、数据处理与应用、算法与程序实现。

大概念的确定方法如下：

画出单元知识图谱，理出主要枝干，从而确定单元大概念。

大概念在单元知识结构中具有核心和统治地位，其他的次生概念皆可以从大概念派生或衍生出来，因此，大概念在单元知识图谱中一定具有主要枝干的地位，只要找到了知识图谱的主要枝干，也就确定了大概念。“数据与信息”单元的知识图谱如图2所示。

由图2可知：数据、信息、编码是数据与信息单元的核心大概念。三者之间存在内在的逻辑联系，即：信息通过编码，形成数据，再经过计算机的处理加工，形成知识，知识用于解决现实生活中的问题。编码是沟通数据与信息之间的桥梁，换言之，编码就是为了更加高效地处理数据、利用信息。

3.2  以大概念为统帅，确定“掌握知识技能—理解大概念—迁移应用”三级教学目标

前文曾经提及，掌握了大概念有助于达成学生的学科核心素养，因此，单元教学目标必然是指向大概念的理解与应用的。那么，是否让学生记住大概念的基本内涵，教学目标就达成了呢？答案是否定的，其一，大概念的构建过程经历了“具体—抽象—具体”的三个阶段，没有大量具体情境、基础性知识的积累，学生很难透过现象抽象与概括事物的本质，难以达成对大概念的深度理解。其二，失去了对大概念的深度理解，学生不能有效构建基于大概念的知识体系。在真正需要运用知识解决现实问题时，学生很难灵活抽取相关知识解决问题，从而也就无法达成知识的迁移。因此，单元教学目标的搭建需要构建如下三个层次：掌握基本知识技能—理解大概念—实现迁移。低阶目标的实现是高阶目标实现的基础，而高阶目标又为低阶目标的实施指明了方向。

基于此，笔者确定了“数据与信息”单元如表1所示的教学目标。

3.3  构建指向实践应用的多元化单元教学评价体系

评价必然是指向教学目标的达成情况的，而单元教学目标的最高阶目标是实现大概念的迁移，因此评价的终极目标必然是指向实践应用的。这也是为什么教育界倡导设计情境化试题的主要原因。这一类试题能够直接考评学生应用学科基本思想方法解决现实问题的能力。

在学过英文ASCII碼的编码特点之后，教师让学生“设计一套汉字编码系统，并呈现设计方案”。学生理解了ASCII码编码表是按照英文字母排序进行编码的。于是，自然会将排序编码的知识迁移至汉字编码系统。但英文字母只有26个，常用汉字却有3000个，如何排序？教师可引导学生分析汉字音、形特点，确定按拼音字母顺序排序，同音字以笔形顺序横、竖、撇、捺、 折为序排序的方案。相对于英文编码，汉字编码系统的构建就属于复杂、劣构的现实问题。学生要解决这一类问题，首先要了解编码的基本原理、方式，同时还要具体问题具体分析，实现对复杂问题的解构，然后才能将所学应用于现实问题，最终提出问题的解决方案。这一类的试题能够综合反映学生知识迁移、应用的能力，因此，在进行教学评价设计时，应该多予以关注。

教学评价的目的，一方面是为了衡量一段时期的教学效果，更重要的是为了帮助学生学会学习。因此，教学评价应该是多元的，不仅要关注学生的学习结果，也应该关注学生的学习过程，还应该有助于学生对自我学习状况的反思。所以在教学过程中教师可以灵活运用课堂提问、观察记录、纸笔测试、绘制思维导图、填写评价量表等多种评价手段。

3.4  分解大概念，创设问题链，串连学生活动

大概念的教学需要“接地气”。这里的“接地气”，是指教学材料要符合学生的认知基础和认知规律，要和学生的具体生活经验建立联系。为此，教师需要在学生的具体经验和教学目标之间搭建一座“桥梁”，最终帮助学生实现教学目标的达成。这座桥梁，教师通常借助问题链（任务群）的方式帮助学生搭建。问题链的设计过程如下：

（1）围绕大概念展开，并对其从“抽象—具体”逐级分解，直至问题能够与学生的认知基础直接建立联系。

在数据与信息单元，针对“编码”大概念的教学，笔者设计了如表2所示问题链。

（2）将问题链按照一定的逻辑顺序呈现出来，组织成为学习材料。具体的逻辑顺序可以划分为如下几类：

①按照从简单到复杂的顺序对问题进行排序，便于促进学生高阶思维能力的形成。如：让学生体验几种不同类型信息的编码过程。其中文字编码可以直接实现，其他几种信息都属于模拟信号，需要经历“采样—量化—编码”的基本过程。但几种不同类型的信息的编码方式又各具特点。图像信息的编码最为直观，是在空间维度上展开的；声音信号的编码需要在时间轴上展开，相对图像编码抽象一些；视频信号的编码最为复杂，需要在时间与空间两个维度上展开。按照体验文字编码、图像编码、声音编码、视频编码的顺序安排学生的探究活动，是符合学生的基本认知规律的，同时多种不同类型信息编码方式的呈现，便于学生头脑中对“编码”概念的总结与归纳。

②按照因果关系对问题进行排序，培养学生计算思维能力。针对视频编码的基本过程，笔者设计了这样一组问题链：视频的基本工作原理是什么？如何对视频进行编码？视频文件的大小如何计算？为什么要对视频进行压缩？视频压缩的基本方法有哪些？常见的视频文件格式又有哪些？这样一组活动再现了利用计算机解决视频编码问题的基本思路，实现了教学过程中对计算思维能力这一信息学科核心素养的渗透。

③按照“原理呈现—实验验证”的顺序对问题进行排列，培养学生运用数字化方式学习的习惯。如在体验几种类型信息的编码过程之后，笔者分别安排了文字（图像、声音、视频）编码实验，并分别用记事本、画图程序、Cool Edit、会声会影等软件实现了实验参数的调整和实验数据的观察。通过几组实验帮助学生加深对编码方式、量化位数、分辨率、帧频、文件存储容量等基本概念及概念间关系的认知，从而对编码这一单元大概念产生更为深刻的理解。

4  结语

在新时代的召唤下，社会对人才的标准提高了。在这样的时代背景下，课堂教学开始从知识导向向能力导向转化，构建基于大概念的单元课堂教学模式正是适应能力导向课堂教学的一种尝试与探索。而要构建基于大概念的单元教学模式需要教师拥有更为广泛的视野，不仅要适应学科内的教学，也要适应跨学科的教学，还要善于将知识在课堂内外建立连接。教师需要拥有更为坚实的专业功底，能够深刻理解大概念的思想内涵，唯有如此，才能够在课堂教学中将学科思维方法潜移默化地影响学生。此外，教学是一门实践的艺术，广大教师需要在教、学、评一体化的课堂教学实践中不断摸索、不断总结，最终实现个人价值与社会价值的统一。

参考文献：

［1］ 刘徽.“大概念”视角下的单元整体教学构型：兼论素养导向的课堂变革[J].教育研究，2020（6）：64-77.