面向素養(yǎng)培育的高中信息技術(shù)單元認(rèn)知圖譜構(gòu)建與實(shí)踐

摘要：針對(duì)以往高中信息技術(shù)學(xué)科知識(shí)思維導(dǎo)圖存在的知識(shí)間關(guān)系研究不透徹以及目標(biāo)指向不明確等問(wèn)題，本文在理論研究的基礎(chǔ)上，確定了借助大概念層級(jí)框架構(gòu)建單元知識(shí)體系，并根據(jù)單元知識(shí)體系所承載的核心素養(yǎng)要求構(gòu)建合適粒度的單元素養(yǎng)刻畫(huà)體系，同時(shí)，設(shè)計(jì)適切的情境問(wèn)題（任務(wù)）為學(xué)習(xí)路徑的原則，嘗試構(gòu)建面向素養(yǎng)培育的高中信息技術(shù)單元認(rèn)知圖譜，并以“線(xiàn)性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”單元復(fù)習(xí)課為例詳細(xì)闡明其操作步驟。實(shí)踐表明，該圖譜能有效架構(gòu)單元知識(shí)體系，對(duì)標(biāo)學(xué)科核心素養(yǎng)育人要求，提升學(xué)生的問(wèn)題解決能力、知識(shí)遷移運(yùn)用能力以及批判性思維。

關(guān)鍵詞：認(rèn)知圖譜；核心素養(yǎng)；大概念；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

中圖分類(lèi)號(hào)：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 論文編號(hào)：1674-2117（2024）10-0035-04

高中信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的有效刻畫(huà)對(duì)于落實(shí)學(xué)科育人價(jià)值及促進(jìn)教學(xué)提質(zhì)增效有重要作用。雖然《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“新課標(biāo)”）對(duì)本學(xué)科的核心素養(yǎng)進(jìn)行了刻畫(huà)，但粗粒度的學(xué)科核心素養(yǎng)水平劃分及描述、學(xué)業(yè)質(zhì)量水平劃分及描述，難以直接刻畫(huà)實(shí)際教學(xué)中細(xì)粒度知識(shí)單元及課時(shí)所承載的學(xué)科核心素養(yǎng)生成情況。此外，有關(guān)本學(xué)科認(rèn)知圖譜的研究主要是由教師依主觀經(jīng)驗(yàn)構(gòu)建的學(xué)科知識(shí)概念思維導(dǎo)圖，其主要關(guān)注狹義的學(xué)科知識(shí)的縱向演繹發(fā)散而忽視知識(shí)概念間的橫向聯(lián)系、交織關(guān)聯(lián)，亦缺乏對(duì)學(xué)生正確價(jià)值觀、必備品格及關(guān)鍵能力培育的目標(biāo)指向。因此，本文構(gòu)建了面向核心素養(yǎng)培育的高中信息技術(shù)單元認(rèn)知圖譜，并通過(guò)相應(yīng)的案例解釋其操作步驟，闡明如何在高中信息技術(shù)教學(xué)中培育學(xué)生的必備品格和關(guān)鍵能力。

面向素養(yǎng)培育的單元認(rèn)知圖譜構(gòu)建概述

1.概念界定

認(rèn)知圖譜是一個(gè)計(jì)算機(jī)科學(xué)概念，可以將它理解為是知識(shí)圖譜、認(rèn)知推理和邏輯表達(dá)的結(jié)合，側(cè)重問(wèn)題解決的過(guò)程。本研究中的單元認(rèn)知圖譜融合了結(jié)構(gòu)化的單元知識(shí)體系及對(duì)應(yīng)合適粒度的核心素養(yǎng)體系，它能表征學(xué)科知識(shí)之間的復(fù)雜邏輯關(guān)系，系統(tǒng)展現(xiàn)學(xué)科知識(shí)體系結(jié)構(gòu)和層次關(guān)系，并通過(guò)真實(shí)情境問(wèn)題解決過(guò)程，有效表征知識(shí)意義建構(gòu)過(guò)程、素養(yǎng)形成過(guò)程。

學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過(guò)學(xué)科學(xué)習(xí)而逐步形成的信息技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)、關(guān)鍵能力、必備品格和正確的價(jià)值觀念。新課標(biāo)明確高中信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)由信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任四個(gè)核心要素組成。四個(gè)核心要素互相滲透，共同促進(jìn)學(xué)生信息素養(yǎng)的提升。

2.理論依據(jù)

大概念是指具有核心性、統(tǒng)整性、可遷移性的概念。學(xué)科大概念處于本學(xué)科中心地位，作為學(xué)科案例事實(shí)、經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)的高度抽象概括，是具有普遍解釋力的核心概念。大概念經(jīng)演繹解構(gòu)又可細(xì)化為單元大概念、課時(shí)大概念、具體概念和案例事實(shí)，形成層次結(jié)構(gòu)框架。因此，學(xué)生在前置知識(shí)結(jié)構(gòu)中可以找到與新知識(shí)相契合的固著點(diǎn)，并以此整合離散的知識(shí)和技能，通過(guò)類(lèi)屬學(xué)習(xí)、概括學(xué)習(xí)、并列學(xué)習(xí)三個(gè)方向連結(jié)到下位概念、上位概念、交叉概念，溝通認(rèn)知單元涉及的案例事實(shí)、課時(shí)大概念、單元大概念之間的內(nèi)在邏輯關(guān)聯(lián)，促進(jìn)了案例事實(shí)或概念知識(shí)間有意義的溝通連結(jié)。這有利于打破知識(shí)融合切入點(diǎn)不清晰、缺乏抓手的問(wèn)題。

建構(gòu)主義理論認(rèn)為學(xué)習(xí)的本質(zhì)是意義建構(gòu)的過(guò)程，是學(xué)習(xí)者在與環(huán)境之間的交互作用下主動(dòng)建構(gòu)內(nèi)部心理表征的過(guò)程。建構(gòu)主義強(qiáng)調(diào)，圖示是認(rèn)知結(jié)構(gòu)的起點(diǎn)和核心，從圖入手，以圖支撐可以幫助學(xué)習(xí)者進(jìn)行意義建構(gòu)。

學(xué)科知識(shí)是學(xué)科核心素養(yǎng)的主要載體。研究表明，學(xué)科特有的價(jià)值觀和方法論知識(shí)（核心素養(yǎng)）不是通過(guò)零散、碎片化的知識(shí)點(diǎn)來(lái)表達(dá)，而是蘊(yùn)含在結(jié)構(gòu)化的學(xué)科核心知識(shí)體系學(xué)習(xí)中。換言之，學(xué)科核心素養(yǎng)的形成是以學(xué)科核心知識(shí)概念體系為錨點(diǎn)，通過(guò)學(xué)科實(shí)踐解決真實(shí)問(wèn)題的思維活動(dòng)來(lái)培育。

學(xué)科核心素養(yǎng)分類(lèi)粒度刻畫(huà)與結(jié)構(gòu)化的學(xué)科知識(shí)體系相映射。一方面可借助大概念層次結(jié)構(gòu)框架，將待學(xué)習(xí)的知識(shí)概念按照學(xué)科大概念、模塊大概念、單元大概念、課時(shí)大概念進(jìn)行可視化呈現(xiàn)；另一方面可根據(jù)各學(xué)科核心素養(yǎng)內(nèi)涵細(xì)分明確亞類(lèi)（子素養(yǎng)，如單元素養(yǎng)目標(biāo)刻畫(huà)等），從而實(shí)現(xiàn)不同粒度知識(shí)單元所承載的學(xué)科核心素養(yǎng)映射。

3.面向素養(yǎng)培育的單元認(rèn)知圖譜構(gòu)建

本研究確定了借助大概念層級(jí)框架構(gòu)建單元知識(shí)體系，以及根據(jù)單元知識(shí)體系所承載的核心素養(yǎng)要求構(gòu)建合適粒度的單元素養(yǎng)刻畫(huà)體系，并著眼設(shè)計(jì)適切的情境問(wèn)題（任務(wù)）為學(xué)習(xí)路徑的原則，構(gòu)建“三位一體”的面向素養(yǎng)培育的認(rèn)知圖譜，如圖1所示。

面向素養(yǎng)培育的單元認(rèn)知圖譜應(yīng)用案例

本研究以浙教版選擇性必修“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”模塊中的常見(jiàn)線(xiàn)性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)容為基礎(chǔ)，結(jié)合教學(xué)實(shí)際，重構(gòu)數(shù)組、隊(duì)列、棧、鏈表等作為教學(xué)單元，并以該單元的復(fù)習(xí)課為例，詳細(xì)說(shuō)明該圖譜的具體操作步驟并解釋其在教學(xué)中如何落實(shí)核心素養(yǎng)的培育。

1.梳理“線(xiàn)性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”單元知識(shí)結(jié)構(gòu)體系

構(gòu)建單元知識(shí)結(jié)構(gòu)體系是構(gòu)建面向素養(yǎng)培育的單元認(rèn)知圖譜基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。因大概念具備核心統(tǒng)攝性，故依據(jù)大概念理論方法建構(gòu)的單元知識(shí)體系不僅包括本單元最核心、最重要的核心知識(shí)概念，而且蘊(yùn)含概念之間的內(nèi)在邏輯關(guān)系（如前驅(qū)后繼關(guān)系、并列關(guān)系、交織關(guān)系等），另外，學(xué)科專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)、思想方法也可錨入其中?；诖耍槍?duì)“線(xiàn)性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”單元，本研究聚焦新課標(biāo)學(xué)業(yè)內(nèi)容要求、新教材相關(guān)內(nèi)容，挖掘其中蘊(yùn)含的大概念，梳理單元知識(shí)及屬性關(guān)系，將相關(guān)概念有秩序地組織形成意義關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)化整體，如下頁(yè)圖2所示。

2.明確“線(xiàn)性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”單元素養(yǎng)刻畫(huà)目標(biāo)

高中信息技術(shù)核心素養(yǎng)是調(diào)用本學(xué)科知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，觀照的是結(jié)構(gòu)化的學(xué)科知識(shí)與技能、思維模式、探究方法以及正確價(jià)值觀在真實(shí)情境中的創(chuàng)造性整合。

由于實(shí)際教學(xué)是分模塊、單元、課時(shí)進(jìn)行的，因此教師應(yīng)將新課標(biāo)中本學(xué)科的四個(gè)學(xué)科核心素養(yǎng)結(jié)合本單元知識(shí)體系進(jìn)行粒度細(xì)分，以契合本單元內(nèi)容承載的核心素養(yǎng)發(fā)展要求。圖3所示為“線(xiàn)性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”單元的素養(yǎng)刻畫(huà)目標(biāo)。

3.設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)路徑，聚焦目標(biāo)活化知識(shí)體系

活動(dòng)與體驗(yàn)強(qiáng)調(diào)學(xué)生作為主體進(jìn)行主動(dòng)活動(dòng)，促進(jìn)有意義學(xué)習(xí)的真正發(fā)生。具體操作是教師圍繞結(jié)構(gòu)化單元知識(shí)體系及其對(duì)應(yīng)的核心素養(yǎng)刻畫(huà)目標(biāo)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題任務(wù)活動(dòng)集。學(xué)生運(yùn)用多種資源，通過(guò)溝通協(xié)作，解決挑戰(zhàn)性的問(wèn)題（任務(wù)），教師給予相應(yīng)的學(xué)習(xí)支架，并通過(guò)評(píng)估指導(dǎo)，促進(jìn)學(xué)生完成表現(xiàn)性任務(wù)等關(guān)鍵能力的形成。例如，針對(duì)“線(xiàn)性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”單元復(fù)習(xí)課，本研究在單元素養(yǎng)目標(biāo)導(dǎo)向下，創(chuàng)設(shè)多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)求解“圍圈報(bào)數(shù)”問(wèn)題的學(xué)習(xí)路徑。

具體問(wèn)題（任務(wù)）為：已知班上有n名學(xué)生（以編號(hào)1，2，3，……，n分別表示），學(xué)生按照編號(hào)由小到大的順序圍成一個(gè)圓圈，從編號(hào)為1的學(xué)生開(kāi)始報(bào)數(shù)，報(bào)到m的學(xué)生出列，同時(shí)該出列學(xué)生再隨機(jī)報(bào)一個(gè)新的m值，下一名學(xué)生又從1開(kāi)始報(bào)數(shù)，報(bào)數(shù)為新m值的學(xué)生又出列。以此規(guī)律重復(fù)下去，直到班級(jí)只剩一人為止，輸出剩下的最后一名學(xué)生編號(hào)。不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建模實(shí)現(xiàn)如下頁(yè)表所示。

實(shí)踐證明，多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了“圍圈報(bào)數(shù)”任務(wù)，活化了數(shù)組、隊(duì)列（循環(huán)隊(duì)列）、鏈表等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識(shí)體系，學(xué)生在對(duì)如何表示參賽與淘汰（如普通隊(duì)列實(shí)現(xiàn)時(shí)參賽即全部數(shù)據(jù)入隊(duì)，計(jì)數(shù)未到目標(biāo)值時(shí)該數(shù)據(jù)先出隊(duì)后立即入隊(duì)，淘汰時(shí)該數(shù)據(jù)出隊(duì)后不再入隊(duì)）、如何遍歷所抽象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型（如數(shù)組實(shí)現(xiàn)時(shí)數(shù)到最后一個(gè)元素時(shí)循環(huán)變量又返回到索引0繼續(xù)計(jì)數(shù)）、如何判定最終的贏家（如數(shù)組實(shí)現(xiàn)時(shí)最后一個(gè)值為1的元素）等問(wèn)題的思考解決中，深刻理解并習(xí)得各種線(xiàn)性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義、特性、創(chuàng)建、遍歷、修改、插入、刪除等知識(shí)技能，通過(guò)比較不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)問(wèn)題求解的優(yōu)缺點(diǎn)，領(lǐng)悟建構(gòu)知識(shí)間的橫向及交織聯(lián)系，在經(jīng)歷抽象數(shù)據(jù)特征、建立結(jié)構(gòu)模型、設(shè)計(jì)算法解決問(wèn)題中潛移默化地形成信息意識(shí)、抽象建模、組織數(shù)據(jù)、算法思維，以及信息社會(huì)責(zé)任等關(guān)鍵能力及必備品格。

結(jié)束語(yǔ)

本研究提出單元知識(shí)體系、學(xué)習(xí)路徑、單元素養(yǎng)目標(biāo)“三位一體”的面向素養(yǎng)培育的單元認(rèn)知圖譜教學(xué)設(shè)計(jì)模式，并通過(guò)“線(xiàn)性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”單元復(fù)習(xí)課實(shí)踐驗(yàn)證該模式，獲得具有參考價(jià)值的教學(xué)案例。實(shí)踐表明，采用單元認(rèn)知圖譜開(kāi)展高中信息技術(shù)單元教學(xué)，可為教師提供新思路和方法，更好地關(guān)注知識(shí)間的橫向及交織聯(lián)系，更好地落實(shí)匹配單元知識(shí)體系的合適粒度的素養(yǎng)刻畫(huà)目標(biāo)。具體而言，教師在單元教學(xué)中以大概念方法構(gòu)建單元知識(shí)體系為載體，匹配合適粒度的核心素養(yǎng)刻畫(huà)目標(biāo)，創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境問(wèn)題為學(xué)習(xí)路徑推進(jìn)教學(xué)，著力培養(yǎng)學(xué)生對(duì)單元大概念、課時(shí)大概念、具體概念的意義建構(gòu)，進(jìn)而形成結(jié)構(gòu)化的單元知識(shí)體系，并在問(wèn)題解決中培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科關(guān)鍵能力及必備品格。

研究及實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，教師開(kāi)展大概念單元教學(xué)需要考慮以下三個(gè)方面：一是大概念視角下的單元知識(shí)結(jié)構(gòu)體系構(gòu)建需要深入研究知識(shí)之間的關(guān)系屬性；二是按粒度不同將本學(xué)科四個(gè)學(xué)科核心素養(yǎng)細(xì)化到相應(yīng)內(nèi)容的單元及課時(shí)中；三是設(shè)計(jì)意義關(guān)聯(lián)、思維梯度化的學(xué)習(xí)活動(dòng)，有效落實(shí)核心素養(yǎng)的培育。這些都需要教師深入研讀新課標(biāo)，整體把握教學(xué)內(nèi)容，尋求多方資源，并通過(guò)學(xué)科專(zhuān)家組充分研討來(lái)確定。

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