高中信息技術教學中基于三維課程設計模式的大概念教學

鐘帥

摘要：課堂教學中大概念的應用對于引領課程改革和落實核心素養(yǎng)具有重要的現(xiàn)實意義。三維課程設計模式是以概念維度為核心的一種有效教學模式，通過大概念為本的三維課程設計模式進行“數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)”一課的教學實踐，能夠幫助學生深刻理解“數(shù)據(jù)類型”和“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的學科大概念，取得良好的教學效果。

關鍵詞：高中信息技術；大概念；三維課程設計模式；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

在教育信息化時代，學科知識的數(shù)量成指數(shù)級的趨勢不斷迭代增長，教師教會學生理解學科大概念變得更為重要?！镀胀ǜ咧行畔⒓夹g課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱新課標）提出，課程圍繞高中信息技術學科核心素養(yǎng)，精煉學科大概念，吸納學科領域的前沿成果，構(gòu)建具有時代特征的學習內(nèi)容[1]。因此，課堂教學中大概念的應用對于引領課程改革和落實核心素養(yǎng)具有重要的現(xiàn)實意義。

一、大概念的內(nèi)涵

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

傳統(tǒng)教學模式以知識和技能的培養(yǎng)為主要目標，忽略了學科大概念對于學習遷移的深層次影響。拘泥于教授事實性知識和技能的課程與教學意味著學生汲取知識的模式為低層次的覆蓋，當遇到類似生活情境時無法通過知識的橫向遷移來解決實際問題。而大概念為本的教學模式旨在引導學生深度理解學科大概念，在生活情境中能夠進行協(xié)同思考，形成可遷移性理解。

二、大概念為本的三維課程設計模式

三維課程設計模式是埃里克森和蘭寧為了幫助學生更好地理解知識和應用知識而提出的一種有效的教學模式，區(qū)別于傳統(tǒng)的以主題和技能為中心的二維課程設計模式，著重強調(diào)了概念的意義與價值，增加了概念作為第三個維度，且以概念維度為核心[3]。以大概念為本，文章總結(jié)了三維課程設計模式對學生和教師的三維要求（見表1）。

應用大概念為本的三維課程設計模式重點是圍繞學科大概念，在確定大概念的基礎上設計基于微項目式學習的多元化學習任務。在教學過程中，注重學生的自主學習和探究，幫助學生將學科大概念和已有的認知結(jié)構(gòu)建立有效聯(lián)系，促進對學科大概念的深度理解和概括，最終實現(xiàn)知識的跨時間、跨文化、跨情境遷移。

三、教學實踐

基于大概念的三維課程設計模式，在高一年級進行了“數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)”一課的教學實踐，取得了良好的教學效果，學生的課堂參與度和項目完成度都很高。

（一）提取大概念

教師在備課時要做的重點準備是提取本節(jié)課的學科大概念和對大概念進行概括，這里的概括指的是表述概念之間關系的句子。具體提取大概念有幾種方法：①高頻概念，即分析課程標準和教材中出現(xiàn)頻次較高的詞語或短語；②連續(xù)追問，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，即將擬定的大概念進行組合配對，形成更加合適的大概念；④歸納總結(jié)，即歸納和總結(jié)在多個文件中出現(xiàn)的大概念；⑤專家征詢，即征詢專家的意見[4]。綜合運用上述方法得出的結(jié)果更具有說服力。

教師可以借助Python的jieba庫對教科版高中信息技術必修———第三單元第二節(jié)“數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)”的教材文本進行詞頻統(tǒng)計，得到關于本節(jié)課知識點的詞語出現(xiàn)頻次結(jié)果（見表2）。

教師先通過連續(xù)追問法，發(fā)現(xiàn)“結(jié)構(gòu)”的范圍過于寬泛，“圖”“列表”和“關系”不能聯(lián)結(jié)更多的內(nèi)容；再通過高頻概念法，查詢到“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”和“數(shù)據(jù)類型”分別在新課標中出現(xiàn)了31次和5次；最后通過專家征詢法，確定“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”和“數(shù)據(jù)類型”適合作為本節(jié)課的大概念?！皵?shù)據(jù)類型”大概念的含義是數(shù)據(jù)的一個屬性，用來告訴程序?qū)⑷绾问褂脭?shù)據(jù)，包含“整型”“浮點型”“字符串型”和“布爾型”四個一般概念；“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系的數(shù)據(jù)的組合，包含“線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”“樹結(jié)構(gòu)”和“圖結(jié)構(gòu)”三個一般概念。教師可以先后引導學生理解“數(shù)據(jù)類型”和“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的大概念，隨后以列表的知識點作為媒介引導學生對這兩個大概念進行概括：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)既可以包含相同的數(shù)據(jù)類型，又可以包含不同的數(shù)據(jù)類型。

（二）滲透大概念

教師可以借助于微項目式學習的模式，設置多樣的學習任務，引導學生探索學科大概念、幫助學生理解學科大概念。當學生對于大概念有了一個較為抽象的認識時，便能夠?qū)W科知識有序地聯(lián)結(jié)起來，有效地運用到問題解決的情境當中。

1.創(chuàng)建生活化情境

陶行知先生始終倡導“生活化學習”理論，主張將課程內(nèi)容與社會實踐相結(jié)合，讓學生在“做中學”，在實踐中領悟真知。教師通過創(chuàng)造生活化情境可以將抽象的學科大概念變成具象化的生活實例，貼近學生的切身經(jīng)歷，激發(fā)學生的情感共鳴。

教師可以營造“核酸檢測”主題情境，以便學生理解并融入。為了幫助學生更好地理解“數(shù)據(jù)類型”這個大概念，教師可以列舉核酸檢測記錄中姓名、性別、身份證號、年齡、住址等數(shù)據(jù)，讓學生分別匹配其對應的數(shù)據(jù)類型。在學生理解了簡單數(shù)據(jù)類型之后，教師可以引出列表這個復合數(shù)據(jù)類型的知識點，設計一個“統(tǒng)計班級做核酸檢測人數(shù)”的小任務，讓學生在上機操作的過程中加深對“數(shù)據(jù)類型”這個大概念的理解。

2.啟發(fā)式提問

基于學生對復合數(shù)據(jù)類型的理解，教師可以適時展開關于“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的探討，由淺入深，逐個擊破。對于線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，教師可以以隊列為例，借助于排隊做核酸檢測的實例，通過不斷進一步提問的啟發(fā)式引導，推動學生深層次理解隊列中“前驅(qū)”和“后繼”的核心概念以及“先進先出”和“一對一”的特點。教師可以提出“5號同學是6號同學的什么”“5號同學有幾個前驅(qū)”“哪個同學沒有前驅(qū)”“5號同學和6號同學誰先出隊列”等啟發(fā)式問題，在學生充分理解隊列的概念后，再引導學生自行總結(jié)概括線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念。

基于學生對線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的理解，教師再適時引出“樹結(jié)構(gòu)”的一般概念。教師可以先將班級排隊做核酸檢測的視角放大到年級層面，借助于畫程軟件，畫一個將各個班級歸屬到高一年級的思維導圖，再進一步將高一、高二和高三3個年級歸屬到學校層面，還可以再通過啟發(fā)式提問引導學生自行將樹結(jié)構(gòu)向上歸屬到“街道”“區(qū)”“市”等層面，設置“完善核酸檢測的組織架構(gòu)”小任務，幫助學生在動手操作中強化對樹結(jié)構(gòu)的認識，引導學生自行總結(jié)概括出樹結(jié)構(gòu)中“一對多”的特點。

3.游戲互動

相對于線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和樹結(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的形式，請學生通過實例來展示圖結(jié)構(gòu)的形成過程，在趣味互動中幫助學生建構(gòu)知識模型。如教師可以請學生模擬來自4個班級的10名學生同一時間到3個核酸檢測窗口做核酸的情形。學生會因為個人喜好和到達時間不同等原因選擇不同的窗口，根據(jù)學生的選擇結(jié)果可以畫出核酸檢測窗口和班級對應關系的圖結(jié)構(gòu)（見圖1）。

游戲結(jié)束后，教師順勢發(fā)問“窗口1和各班級的關系是怎樣的？”“班級1和各窗口的關系又是怎樣的？”“那么窗口和班級的關系具有什么特點？”學生可以更容易地總結(jié)出“多對多”的特點。

此時再一起回顧線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、樹結(jié)構(gòu)和圖結(jié)構(gòu)，教師引導學生聚焦在數(shù)據(jù)之間的關系上。通多對比分析不難概括出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)指的是“存在特定關系的數(shù)據(jù)的組合”：當關系是一對一時是線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；當關系是一對多時是樹結(jié)構(gòu)；當關系是多對多時是圖結(jié)構(gòu)。經(jīng)過此番自下而上的推導總結(jié)，學生對于“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”這個大概念會有較為深刻的理解，為后續(xù)的項目實踐做好了鋪墊。

（三）遷移大概念

1.提供學習支架

當學生理解了“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)編程語言的語法內(nèi)容。此時教師只需要提供適當?shù)膶W習支架，讓學生能夠有平臺去學習知識點即可。教師可以將項目實踐所需要的關于列表的語法以講義的形式發(fā)布在學習平臺上，在每個知識點后面附帶一個小練習給學生練練手。易加學院是一個不錯的教學平臺，其中提供了連線小游戲等習題模式，可以增加學生練習時的趣味性。在教學實踐中，教師發(fā)現(xiàn)學生自主探索的積極性很高，很快就能通過教師提供的學習支架掌握了列表的基本語法，完成小練習的正確率很高。

2.鼓勵學生試錯

教師可以設置一個以“班級排隊做核酸檢測”的綜合編程項目作為本節(jié)課的終極課堂任務。一方面可以以線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為例考查學生大概念的實際應用情況，另一方面可以檢測學生所學習的列表語法的掌握程度。綜合編程項目難度不宜過高，可以采取“挖空式”方法，在完整的代碼中挖掉3到4個和“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”大概念相關的關鍵點，讓學生通過合作探究補充完整。

在上機實踐的過程中，學生編寫程序時會遇到各種各樣的錯誤，如拼寫錯誤、語法錯誤、算法錯誤等。教師應多鼓勵學生試錯，因為學習編程語言本身就是一個“嘗試———失敗———嘗試”的循環(huán)過程。鼓勵試錯可以增強學生的探索精神和創(chuàng)新意識，讓學生充滿斗志地開動腦筋，學生獨立自主修正錯誤時將極大程度提升自我效能感、增強學習興趣。鼓勵學生試錯也可以解除學生“標準答案”的思想禁錮，引導學生塑造多元化思維。

教師自身也要學會“示錯”。對于大多數(shù)學生遇到的相同錯誤，教師應該在巡視時及時發(fā)現(xiàn)問題并以廣播的形式講解清楚錯誤的原因，指引學生回到正確的方向?！笆惧e”可能比“示對”更有意義，因為“示對”提供的標準答案往往容易導致學生形成思維定式，不利于計算思維的培養(yǎng)。教師在巡視時還應當注重挖掘?qū)W生修正錯誤的過程，選擇具有典型性和突破性的個例進行“示錯”，不僅可以提高課堂效率，還可以帶動課堂節(jié)奏，給學生傳遞信心。

3.撰寫生成性總結(jié)

課堂小結(jié)是課堂教學的重要一環(huán)。教師應引導學生對本節(jié)課所學習到的大概念和編程語法等眾多內(nèi)容進行生成性總結(jié)。生成性總結(jié)不只是抽取課堂內(nèi)容的精華，更重要的是以學生自己的視角和語言來闡述所學內(nèi)容的意義。不同于抽取式總結(jié)中教師的PPT展示或提問學生回答，生成性總結(jié)是學生全員參與的，經(jīng)過認真反思的。這就要求教師要提出一個供學生反思的有效問題，如“通過本節(jié)課的學習，你覺得數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的應用對于程序開發(fā)起到了什么作用？”教師可以借助于易加學院之類的技術支架向?qū)W生開放學習空間，讓學生的學習有跡可循。

在具體實施過程中，由于課堂時間有限，教師以引導學生理解學科大概念為重點時，自然會減少項目實踐的分配時間。為此，教師可以借助于“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學模式，將學生學習編程語法的時間前置，那么在課堂中進行項目實踐的時間便可以大大增加。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國教育部.普通高中信息技術課程標準（2017年版2020年修訂）[M].北京：人民教育出版社，2020：2.

[2]陳倩.大概念統(tǒng)整的學科項目化學習設計研究[D].成都：四川師范大學，2020.

[3] 林恩·埃里克森，洛伊斯·蘭寧.以概念為本的課程與教學：培養(yǎng)核心素養(yǎng)的絕佳實踐[M].魯效孔，譯.上海：華東師范大學出版社，2018：6.

[4]李剛，呂立杰.大概念課程設計：指向?qū)W科核心素養(yǎng)落實的課程架構(gòu)[J].教育發(fā)展研究，2018，38（Z2）.

見習編輯/張婷婷