高中信息技术学科大概念的探究及应用

摘要：针对很多教师对学科大概念“没感觉”“抓不住感觉”等现状，本文探究了学科大概念的教育理念及意义，并结合课堂教学、项目学习等实例，提出了运用学科大概念思想方法、思维方式开展信息技术教育的途径及方法，力求从学科大概念思想入手，进一步理解课标精神、领会教材意图、完善育人方式，落实立德树人的根本任务。

关键词：高中信息技术；学科大概念；高中

中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2024）21-0000-03

《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》（以下简称“课标”）确定了“数据”“算法”“信息系统”“信息社会”学科大概念，体现了学科特有的核心概念逻辑结构和表达方式，反映了学科课程的本体价值。学科大概念强调从众多零散知识出发，在知识之间建立尽可能多的联系，从中归纳、抽象出少而重要的学科观念（学科大概念）。在联系、归纳、抽象的过程中，学生能真正理解知识产生的过程及原理，并且在运用学科大概念解决问题的过程中进一步迭代完善既有的学科大概念，逐步养成专家思维，发展学科核心素养。学科大概念的理念及作用，主要体现在以下几个方面：①在对众多知识点进行联系及结构化的过程中，促进对知识的理解；②在迁移应用学科大概念的过程中，提升解决实际问题的能力；③在认识、理解信息世界的过程中，形成既有知识基础上完善、创新的专家思维。因此在教学实践中，笔者从以下几个方面开展了学科大概念思想的应用探索。

探究知识之间的内部逻辑，实现对知识的深度理解

在常用计算机程序设计时，往往涉及数据类型的分析及应用，但学生对数据类型应用分析的必要性以及可行性总是似懂非懂，有时即使使用正确了也是知其然不知其所以然。而如果将各数据类型所占字长、计算机以字节为单位存储数据、从存储器中提取数据时会根据首地址结合该数据类型字长来实现等知识联系起来融会贯通，则不但能让学生很好地理解数据类型在运用算法进行计算时的必要性、高效性，而且也能使其产生学习计算机科学原理的兴趣。

例如，在教学必修2模块《信息系统与社会》时，教师如果单纯地讲解什么是数据加密系统、常用简单加密算法的程序实现，只能使学生粗浅地了解数据加密的知识，对为什么要数据加密、何时需要数据加密、根据实际情况如何设计数据加密算法等则不会深究。而如果结合信息系统组成的五大要素（硬件、软件、通信网络、数据、人），从五大要素出发分析数据潜在的安全隐患，联系各种典型情境下针对性的加密方法等，则不仅能让学生顺理成章地理解数据加密的必要性、适切性、发展性，更能为其今后设计、搭建信息系统时创造性地设计数据加密方案积累必要的信息意识和计算思维。

关注联想与结构化，形成信息技术学科的思维方式

高中信息技术学科有着其需要研究的现象、需要解决的问题，运用学科大概念广泛联系、结构化抽象的思想方法，教师要有意识地从这些研究对象、问题求解过程中归纳、抽象出学科所特有的分析方法、思维方式，进而加深学生的学科认知，发展学生的学科思维。

在算法与程序设计领域，运用大概念思想可以形成“循环与迭代”“遍历”“累加器模型”等设计思想和分析方法，迁移运用这些思想和方法，学生可以解决一批具有相关特征的算法设计问题。

例如，在面对最小代价子母树模型问题时，可以设计出查找算法、排序算法解决问题，进一步运用“循环与迭代”思想，基于“取最小值、维护最小值特征位置的数据结构特征”，可以渐进地设计用二叉树来存储、维护数据，并更进一步地基于“数据处理后不改变原有顺序，从而b9d01c4a6a01d8ea1bfbe88d194f55efb25451c3091629738e1e8485546692b1提升数据维护效率”的思考，迭代地设计出用双队列存储、维护数据的线性维护算法。

又如，在选拔性考试的总复习及试题讲解时，教师同样可以运用学科大概念思想形成“初始化策略”“计算逻辑”“模拟策略”“归纳策略”“分类讨论”等思想方法帮助解题，将学生从乏味的题海战术中解放出来，既提升学生的学业水平又发展了学生的思维能力。

运用学科大概念优化项目设计、指导项目实施，促进学科思维向高阶发展

运用学科大概念思想方法形成的大概念（大观念）、学科逻辑去设计、优化学习项目，可以增进学习项目的科学性、系统性。在学生开展项目实践时，教师可借助既有的学科大概念，通过逐级细化，延伸出具体的设计和操作，最终完成项目。

例如，在设计一个室内烟雾报警系统时，很多学生会不知从何入手，但如果能借助数据采集、处理、呈现等大概念逐步分析各个环节所需的设备，就能完整地设计出从传感器到计算机再到执行器的系统主框架。而如果进一步借助界定问题、抽象与建模、设计算法、描述算法等学科大概念，还能在采集数据的基础上完成编程解决问题所需的算法设计。在这样一个抽象形成大概念、应用大概念并迭代反思完善的不断循环的过程中，学科大概念将得到不断完善，学生的专家思维将不断得到提升，学生的学科思维也会逐步向更高水平发展。

用学科大概念的眼光分析课标及教材，源于教材超越教材地应用教材

教师用学科大概念的眼光研读课标与教材，开展教学设计，能让学生从教材和课堂中感悟学科大概念统领下的具体学习内容，并在知识习得的同时，逐步建立科学的学科思想和方法。

例如，高中信息技术学科的大概念有“数据”“算法”“信息系统”和“信息社会”等无论是课标还是教材，在必修1《数据与计算》中，都从“数据”、“算法”两个学科大概念出发，在对大概念不断分化过程中，呈现“什么是数据、为什么要数据计算（为了得到新的有意义的数据，即信息）、如何进行数据计算（用数字化工具处理或编程计算）”的概念结构和学科内容（如下图）。同样，在必修2《信息系统与社会》中，从“信息系统”和“信息社会”两个学科大概念出发，呈现了“数据在哪里计算（信息系统）、什么是信息系统、如何设计和搭建信息系统完成计算、如何科学应对信息系统对社会的影响”的概念结构和学科内容。

具体到教材内容，在必修1《数据与计算》中，教材内容将“算法”与“方法”进行比较，通过联系加深学生对算法的理解，并提炼出“抽象与建模、设计算法、描述算法”的过程与方法，为学生用算法解决问题提供思维支架。在必修2《信息系统与社会》中，教材抽象出了“控制与反馈”来帮助学生理解各种自动化、智能化信息系统中的数据采集、处理、控制（输出）的学科逻辑。在选择性必修1《数据与数据结构》中，教材首先基于学生熟悉的、蕴含迭代思想的现实情境，提出“迭代”的概念，再过渡到“迭代算法”，最后发展性地提出迭代思想的各种应用，通过迭代与现实的联系、迭代与算法的联系来引导学生掌握迭代算法、理解迭代思想、形成迭代思维。

结语

学科大概念不但为信息技术课程内容结构的确立提供了依据，其所蕴含的思想方法、价值理念，更为理解学科知识与技能、掌握过程与方法、养成科学正确的情感态度与价值观提供了开展教学实践的目标、途径与方法。

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