高中信息技術(shù)教學(xué)中基于三維課程設(shè)計(jì)模式的大概念教學(xué)
——以“數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)”一課為例

江蘇省南京航空航天大學(xué)蘇州附屬中學(xué) 鐘 帥

在教育信息化時(shí)代，學(xué)科知識(shí)的數(shù)量成指數(shù)級(jí)的趨勢(shì)不斷迭代增長(zhǎng)，教師教會(huì)學(xué)生理解學(xué)科大概念變得更為重要?！镀胀ǜ咧行畔⒓夹g(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版2020 年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)新課標(biāo)）提出，課程圍繞高中信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)，精煉學(xué)科大概念，吸納學(xué)科領(lǐng)域的前沿成果，構(gòu)建具有時(shí)代特征的學(xué)習(xí)內(nèi)容[1]。因此，課堂教學(xué)中大概念的應(yīng)用對(duì)于引領(lǐng)課程改革和落實(shí)核心素養(yǎng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、大概念的內(nèi)涵

“意義學(xué)習(xí)論”的提出者奧蘇貝爾認(rèn)為意義學(xué)習(xí)的核心是對(duì)概念的接受和理解，他將概念分為具有持久性的“要領(lǐng)概念”和不易遷移的“附屬概念”?！耙I(lǐng)概念”整體統(tǒng)籌“附屬概念”，搭建知識(shí)架構(gòu)；“結(jié)構(gòu)教學(xué)理論”的提出者布魯納認(rèn)為學(xué)習(xí)的本質(zhì)是對(duì)學(xué)科結(jié)構(gòu)的理解和遷移能力的獲得，他將學(xué)科結(jié)構(gòu)定義為概念之間的相互關(guān)聯(lián)，提出通過(guò)“一般概念”的不斷遷移加深對(duì)學(xué)科的認(rèn)識(shí)和理解[2]。奧蘇貝爾的“要領(lǐng)概念”和布魯納的“一般概念”可以說(shuō)是大概念的原型，可以將大概念理解為統(tǒng)籌學(xué)科內(nèi)容、聯(lián)結(jié)知識(shí)結(jié)構(gòu)和遷移知識(shí)的核心概念。大概念的顯著特點(diǎn)是可以跨時(shí)間、跨文化、跨情境遷移，也就是說(shuō)適用于各種各樣的情境。

傳統(tǒng)教學(xué)模式以知識(shí)和技能的培養(yǎng)為主要目標(biāo)，忽略了學(xué)科大概念對(duì)于學(xué)習(xí)遷移的深層次影響。拘泥于教授事實(shí)性知識(shí)和技能的課程與教學(xué)意味著學(xué)生汲取知識(shí)的模式為低層次的覆蓋，當(dāng)遇到類(lèi)似生活情境時(shí)無(wú)法通過(guò)知識(shí)的橫向遷移來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。而大概念為本的教學(xué)模式旨在引導(dǎo)學(xué)生深度理解學(xué)科大概念，在生活情境中能夠進(jìn)行協(xié)同思考，形成可遷移性理解。

二、大概念為本的三維課程設(shè)計(jì)模式

三維課程設(shè)計(jì)模式是埃里克森和蘭寧為了幫助學(xué)生更好地理解知識(shí)和應(yīng)用知識(shí)而提出的一種有效的教學(xué)模式，區(qū)別于傳統(tǒng)的以主題和技能為中心的二維課程設(shè)計(jì)模式，著重強(qiáng)調(diào)了概念的意義與價(jià)值，增加了概念作為第三個(gè)維度，且以概念維度為核心[3]。以大概念為本，文章總結(jié)了三維課程設(shè)計(jì)模式對(duì)學(xué)生和教師的三維要求（見(jiàn)表1）。

表1 大概念為本的三維課程設(shè)計(jì)的三維要求

應(yīng)用大概念為本的三維課程設(shè)計(jì)模式重點(diǎn)是圍繞學(xué)科大概念，在確定大概念的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)基于微項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的多元化學(xué)習(xí)任務(wù)。在教學(xué)過(guò)程中，注重學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和探究，幫助學(xué)生將學(xué)科大概念和已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)建立有效聯(lián)系，促進(jìn)對(duì)學(xué)科大概念的深度理解和概括，最終實(shí)現(xiàn)知識(shí)的跨時(shí)間、跨文化、跨情境遷移。

三、教學(xué)實(shí)踐

基于大概念的三維課程設(shè)計(jì)模式，在高一年級(jí)進(jìn)行了“數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)”一課的教學(xué)實(shí)踐，取得了良好的教學(xué)效果，學(xué)生的課堂參與度和項(xiàng)目完成度都很高。

（一）提取大概念

教師在備課時(shí)要做的重點(diǎn)準(zhǔn)備是提取本節(jié)課的學(xué)科大概念和對(duì)大概念進(jìn)行概括，這里的概括指的是表述概念之間關(guān)系的句子。具體提取大概念有幾種方法：①高頻概念，即分析課程標(biāo)準(zhǔn)和教材中出現(xiàn)頻次較高的詞語(yǔ)或短語(yǔ)；②連續(xù)追問(wèn)，即不斷推敲擬定的大概念能否聯(lián)結(jié)更多的內(nèi)容，范圍寬了還是窄了；③組合配對(duì)，即將擬定的大概念進(jìn)行組合配對(duì)，形成更加合適的大概念；④歸納總結(jié)，即歸納和總結(jié)在多個(gè)文件中出現(xiàn)的大概念；⑤專(zhuān)家征詢(xún)，即征詢(xún)專(zhuān)家的意見(jiàn)[4]。綜合運(yùn)用上述方法得出的結(jié)果更具有說(shuō)服力。

教師可以借助Python 的jieba 庫(kù)對(duì)教科版高中信息技術(shù)必修——第三單元第二節(jié)“數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)”的教材文本進(jìn)行詞頻統(tǒng)計(jì)，得到關(guān)于本節(jié)課知識(shí)點(diǎn)的詞語(yǔ)出現(xiàn)頻次結(jié)果（見(jiàn)表2）。

表2 “數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)”一節(jié)教材文本詞頻統(tǒng)計(jì)

教師先通過(guò)連續(xù)追問(wèn)法，發(fā)現(xiàn)“結(jié)構(gòu)”的范圍過(guò)于寬泛，“圖”“列表”和“關(guān)系”不能聯(lián)結(jié)更多的內(nèi)容；再通過(guò)高頻概念法，查詢(xún)到“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”和“數(shù)據(jù)類(lèi)型”分別在新課標(biāo)中出現(xiàn)了31 次和5 次；最后通過(guò)專(zhuān)家征詢(xún)法，確定“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”和“數(shù)據(jù)類(lèi)型”適合作為本節(jié)課的大概念。“數(shù)據(jù)類(lèi)型”大概念的含義是數(shù)據(jù)的一個(gè)屬性，用來(lái)告訴程序?qū)⑷绾问褂脭?shù)據(jù)，包含“整型”“浮點(diǎn)型”“字符串型”和“布爾型”四個(gè)一般概念；“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”大概念的含義是存在一種或多種特定關(guān)系的數(shù)據(jù)的組合，包含“線(xiàn)性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”“樹(shù)結(jié)構(gòu)”和“圖結(jié)構(gòu)”三個(gè)一般概念。教師可以先后引導(dǎo)學(xué)生理解“數(shù)據(jù)類(lèi)型”和“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的大概念，隨后以列表的知識(shí)點(diǎn)作為媒介引導(dǎo)學(xué)生對(duì)這兩個(gè)大概念進(jìn)行概括：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)既可以包含相同的數(shù)據(jù)類(lèi)型，又可以包含不同的數(shù)據(jù)類(lèi)型。

（二）滲透大概念

教師可以借助于微項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的模式，設(shè)置多樣的學(xué)習(xí)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生探索學(xué)科大概念、幫助學(xué)生理解學(xué)科大概念。當(dāng)學(xué)生對(duì)于大概念有了一個(gè)較為抽象的認(rèn)識(shí)時(shí)，便能夠?qū)W(xué)科知識(shí)有序地聯(lián)結(jié)起來(lái)，有效地運(yùn)用到問(wèn)題解決的情境當(dāng)中。

1.創(chuàng)建生活化情境

陶行知先生始終倡導(dǎo)“生活化學(xué)習(xí)”理論，主張將課程內(nèi)容與社會(huì)實(shí)踐相結(jié)合，讓學(xué)生在“做中學(xué)”，在實(shí)踐中領(lǐng)悟真知。教師通過(guò)創(chuàng)造生活化情境可以將抽象的學(xué)科大概念變成具象化的生活實(shí)例，貼近學(xué)生的切身經(jīng)歷，激發(fā)學(xué)生的情感共鳴。

教師可以營(yíng)造“核酸檢測(cè)”主題情境，以便學(xué)生理解并融入。為了幫助學(xué)生更好地理解“數(shù)據(jù)類(lèi)型”這個(gè)大概念，教師可以列舉核酸檢測(cè)記錄中姓名、性別、身份證號(hào)、年齡、住址等數(shù)據(jù)，讓學(xué)生分別匹配其對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)類(lèi)型。在學(xué)生理解了簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)類(lèi)型之后，教師可以引出列表這個(gè)復(fù)合數(shù)據(jù)類(lèi)型的知識(shí)點(diǎn)，設(shè)計(jì)一個(gè)“統(tǒng)計(jì)班級(jí)做核酸檢測(cè)人數(shù)”的小任務(wù)，讓學(xué)生在上機(jī)操作的過(guò)程中加深對(duì)“數(shù)據(jù)類(lèi)型”這個(gè)大概念的理解。

2.啟發(fā)式提問(wèn)

基于學(xué)生對(duì)復(fù)合數(shù)據(jù)類(lèi)型的理解，教師可以適時(shí)展開(kāi)關(guān)于“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的探討，由淺入深，逐個(gè)擊破。對(duì)于線(xiàn)性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，教師可以以隊(duì)列為例，借助于排隊(duì)做核酸檢測(cè)的實(shí)例，通過(guò)不斷進(jìn)一步提問(wèn)的啟發(fā)式引導(dǎo)，推動(dòng)學(xué)生深層次理解隊(duì)列中“前驅(qū)”和“后繼”的核心概念以及“先進(jìn)先出”和“一對(duì)一”的特點(diǎn)。教師可以提出“5 號(hào)同學(xué)是6 號(hào)同學(xué)的什么”“5 號(hào)同學(xué)有幾個(gè)前驅(qū)”“哪個(gè)同學(xué)沒(méi)有前驅(qū)”“5號(hào)同學(xué)和6 號(hào)同學(xué)誰(shuí)先出隊(duì)列”等啟發(fā)式問(wèn)題，在學(xué)生充分理解隊(duì)列的概念后，再引導(dǎo)學(xué)生自行總結(jié)概括線(xiàn)性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念。

基于學(xué)生對(duì)線(xiàn)性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的理解，教師再適時(shí)引出“樹(shù)結(jié)構(gòu)”的一般概念。教師可以先將班級(jí)排隊(duì)做核酸檢測(cè)的視角放大到年級(jí)層面，借助于畫(huà)程軟件，畫(huà)一個(gè)將各個(gè)班級(jí)歸屬到高一年級(jí)的思維導(dǎo)圖，再進(jìn)一步將高一、高二和高三3 個(gè)年級(jí)歸屬到學(xué)校層面，還可以再通過(guò)啟發(fā)式提問(wèn)引導(dǎo)學(xué)生自行將樹(shù)結(jié)構(gòu)向上歸屬到“街道”“區(qū)”“市”等層面，設(shè)置“完善核酸檢測(cè)的組織架構(gòu)”小任務(wù)，幫助學(xué)生在動(dòng)手操作中強(qiáng)化對(duì)樹(shù)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生自行總結(jié)概括出樹(shù)結(jié)構(gòu)中“一對(duì)多”的特點(diǎn)。

3.游戲互動(dòng)

相對(duì)于線(xiàn)性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和樹(shù)結(jié)構(gòu)，圖結(jié)構(gòu)更加抽象和難以理解。教師可以借助于游戲互動(dòng)的形式，請(qǐng)學(xué)生通過(guò)實(shí)例來(lái)展示圖結(jié)構(gòu)的形成過(guò)程，在趣味互動(dòng)中幫助學(xué)生建構(gòu)知識(shí)模型。如教師可以請(qǐng)學(xué)生模擬來(lái)自4 個(gè)班級(jí)的10 名學(xué)生同一時(shí)間到3 個(gè)核酸檢測(cè)窗口做核酸的情形。學(xué)生會(huì)因?yàn)閭€(gè)人喜好和到達(dá)時(shí)間不同等原因選擇不同的窗口，根據(jù)學(xué)生的選擇結(jié)果可以畫(huà)出核酸檢測(cè)窗口和班級(jí)對(duì)應(yīng)關(guān)系的圖結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖1）。

圖1 核酸檢測(cè)窗口和班級(jí)示例圖結(jié)構(gòu)

游戲結(jié)束后，教師順勢(shì)發(fā)問(wèn)“窗口1 和各班級(jí)的關(guān)系是怎樣的？”“班級(jí)1 和各窗口的關(guān)系又是怎樣的？”“那么窗口和班級(jí)的關(guān)系具有什么特點(diǎn)？”學(xué)生可以更容易地總結(jié)出“多對(duì)多”的特點(diǎn)。

此時(shí)再一起回顧線(xiàn)性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、樹(shù)結(jié)構(gòu)和圖結(jié)構(gòu)，教師引導(dǎo)學(xué)生聚焦在數(shù)據(jù)之間的關(guān)系上。通多對(duì)比分析不難概括出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)指的是“存在特定關(guān)系的數(shù)據(jù)的組合”：當(dāng)關(guān)系是一對(duì)一時(shí)是線(xiàn)性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；當(dāng)關(guān)系是一對(duì)多時(shí)是樹(shù)結(jié)構(gòu)；當(dāng)關(guān)系是多對(duì)多時(shí)是圖結(jié)構(gòu)。經(jīng)過(guò)此番自下而上的推導(dǎo)總結(jié)，學(xué)生對(duì)于“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”這個(gè)大概念會(huì)有較為深刻的理解，為后續(xù)的項(xiàng)目實(shí)踐做好了鋪墊。

（三）遷移大概念

1.提供學(xué)習(xí)支架

當(dāng)學(xué)生理解了“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的大概念，就能夠以一定的形式聯(lián)結(jié)編程語(yǔ)言的語(yǔ)法內(nèi)容。此時(shí)教師只需要提供適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)支架，讓學(xué)生能夠有平臺(tái)去學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)即可。教師可以將項(xiàng)目實(shí)踐所需要的關(guān)于列表的語(yǔ)法以講義的形式發(fā)布在學(xué)習(xí)平臺(tái)上，在每個(gè)知識(shí)點(diǎn)后面附帶一個(gè)小練習(xí)給學(xué)生練練手。易加學(xué)院是一個(gè)不錯(cuò)的教學(xué)平臺(tái)，其中提供了連線(xiàn)小游戲等習(xí)題模式，可以增加學(xué)生練習(xí)時(shí)的趣味性。在教學(xué)實(shí)踐中，教師發(fā)現(xiàn)學(xué)生自主探索的積極性很高，很快就能通過(guò)教師提供的學(xué)習(xí)支架掌握了列表的基本語(yǔ)法，完成小練習(xí)的正確率很高。

2.鼓勵(lì)學(xué)生試錯(cuò)

教師可以設(shè)置一個(gè)以“班級(jí)排隊(duì)做核酸檢測(cè)”的綜合編程項(xiàng)目作為本節(jié)課的終極課堂任務(wù)。一方面可以以線(xiàn)性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為例考查學(xué)生大概念的實(shí)際應(yīng)用情況，另一方面可以檢測(cè)學(xué)生所學(xué)習(xí)的列表語(yǔ)法的掌握程度。綜合編程項(xiàng)目難度不宜過(guò)高，可以采取“挖空式”方法，在完整的代碼中挖掉3 到4 個(gè)和“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”大概念相關(guān)的關(guān)鍵點(diǎn)，讓學(xué)生通過(guò)合作探究補(bǔ)充完整。

在上機(jī)實(shí)踐的過(guò)程中，學(xué)生編寫(xiě)程序時(shí)會(huì)遇到各種各樣的錯(cuò)誤，如拼寫(xiě)錯(cuò)誤、語(yǔ)法錯(cuò)誤、算法錯(cuò)誤等。教師應(yīng)多鼓勵(lì)學(xué)生試錯(cuò)，因?yàn)閷W(xué)習(xí)編程語(yǔ)言本身就是一個(gè)“嘗試——失敗——嘗試”的循環(huán)過(guò)程。鼓勵(lì)試錯(cuò)可以增強(qiáng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新意識(shí)，讓學(xué)生充滿(mǎn)斗志地開(kāi)動(dòng)腦筋，學(xué)生獨(dú)立自主修正錯(cuò)誤時(shí)將極大程度提升自我效能感、增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣。鼓勵(lì)學(xué)生試錯(cuò)也可以解除學(xué)生“標(biāo)準(zhǔn)答案”的思想禁錮，引導(dǎo)學(xué)生塑造多元化思維。

教師自身也要學(xué)會(huì)“示錯(cuò)”。對(duì)于大多數(shù)學(xué)生遇到的相同錯(cuò)誤，教師應(yīng)該在巡視時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并以廣播的形式講解清楚錯(cuò)誤的原因，指引學(xué)生回到正確的方向?！笆惧e(cuò)”可能比“示對(duì)”更有意義，因?yàn)椤笆緦?duì)”提供的標(biāo)準(zhǔn)答案往往容易導(dǎo)致學(xué)生形成思維定式，不利于計(jì)算思維的培養(yǎng)。教師在巡視時(shí)還應(yīng)當(dāng)注重挖掘?qū)W生修正錯(cuò)誤的過(guò)程，選擇具有典型性和突破性的個(gè)例進(jìn)行“示錯(cuò)”，不僅可以提高課堂效率，還可以帶動(dòng)課堂節(jié)奏，給學(xué)生傳遞信心。

3.撰寫(xiě)生成性總結(jié)

課堂小結(jié)是課堂教學(xué)的重要一環(huán)。教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)本節(jié)課所學(xué)習(xí)到的大概念和編程語(yǔ)法等眾多內(nèi)容進(jìn)行生成性總結(jié)。生成性總結(jié)不只是抽取課堂內(nèi)容的精華，更重要的是以學(xué)生自己的視角和語(yǔ)言來(lái)闡述所學(xué)內(nèi)容的意義。不同于抽取式總結(jié)中教師的PPT 展示或提問(wèn)學(xué)生回答，生成性總結(jié)是學(xué)生全員參與的，經(jīng)過(guò)認(rèn)真反思的。這就要求教師要提出一個(gè)供學(xué)生反思的有效問(wèn)題，如“通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，你覺(jué)得數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用對(duì)于程序開(kāi)發(fā)起到了什么作用？”教師可以借助于易加學(xué)院之類(lèi)的技術(shù)支架向?qū)W生開(kāi)放學(xué)習(xí)空間，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)有跡可循。

在具體實(shí)施過(guò)程中，由于課堂時(shí)間有限，教師以引導(dǎo)學(xué)生理解學(xué)科大概念為重點(diǎn)時(shí)，自然會(huì)減少項(xiàng)目實(shí)踐的分配時(shí)間。為此，教師可以借助于“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)模式，將學(xué)生學(xué)習(xí)編程語(yǔ)法的時(shí)間前置，那么在課堂中進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)踐的時(shí)間便可以大大增加。