概念之道溯源啟智指向大概念理解的教學(xué)策略

摘要：《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》以六條課程邏輯主線展開，基于學(xué)科特質(zhì)發(fā)掘底層邏輯，確立了學(xué)科大概念。而在新課標(biāo)的引領(lǐng)下，對于如何將大概念教學(xué)真正落地教師還存在一些困惑。為此，本文提出了指向大概念理解的教學(xué)策略，將學(xué)科概念“化字為圖”“化靜為動”“化看為做”，建構(gòu)出一條切實有效的課程教學(xué)實踐路徑。關(guān)鍵詞：信息科技；大概念教學(xué)；計算思維；教學(xué)策略《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）圍繞數(shù)據(jù)、算法、網(wǎng)絡(luò)、信息處理、信息安全、人工智能六條課程邏輯主線，設(shè)置了螺旋式上升的內(nèi)容模塊，規(guī)定了學(xué)生需掌握的基本原理及基本素養(yǎng)，但對于如何將這些課程內(nèi)容真正落地教師還存在一些困惑，如信息科技學(xué)科大概念如何結(jié)合具體概念、如何建立大概念與具體概念之間的聯(lián)系、如何在具體的情境問題解決中活化概念、如何踐行概念實現(xiàn)育人導(dǎo)向等。因此，當(dāng)務(wù)之急是建構(gòu)出一條切實有效的課程實踐路徑。在本研究中，筆者以原理圖為媒介，聚焦于概念的生長、活化、實踐之道，用大概念統(tǒng)攝概念學(xué)習(xí)，建構(gòu)起學(xué)科知識網(wǎng)絡(luò)，用實踐實現(xiàn)概念內(nèi)化，真正實現(xiàn)學(xué)生計算思維的發(fā)展與核心素養(yǎng)的落地。“化字為圖”——概念生長之道概念是對事物關(guān)鍵特征的表征，信息科技的學(xué)科大概念是經(jīng)過高度凝練與抽象的具有統(tǒng)攝性的學(xué)科概念，如果未將其置于具體情境中學(xué)生將難以理解。為此，教師需立足于真實的問題情境，對概念進(jìn)行聯(lián)結(jié)與升華，通過構(gòu)建原理圖讓學(xué)生真正理解概念內(nèi)涵。案例1：輕松調(diào)整圖片。以浙攝版四年級下冊第4課《輕松調(diào)節(jié)圖片》為例，數(shù)據(jù)、算法、信息處理等學(xué)科大概念究竟與本節(jié)課內(nèi)容有何關(guān)系呢？“位圖是由像素組成的點陣圖像”“數(shù)據(jù)只有賦予具體意義才能成為信息”“算法是解決問題的方法與步驟”等，這些概念之間是離散的、孤立的。因此，教師需引導(dǎo)學(xué)生“化字為圖”，建立概念之間的關(guān)系圖，以更好地揭示其底層原理。以“以‘學(xué)校足球嘉年華為活動背景，對圖片進(jìn)行修改，用于網(wǎng)上活動宣傳”這一真實情境為例，教師應(yīng)以“像素”作為中位概念，讓學(xué)生一步步建立具體概念與大概念之間的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，如通過UltraEdit解析圖片，理解在算法的加持下，數(shù)據(jù)經(jīng)過編碼能生成特定格式的圖片，而調(diào)整圖片的方向、大小、亮度等實則是對像素數(shù)量、位置、RGB等的調(diào)整（如下頁圖1）?！盎o為動”——概念活化之道概念的關(guān)系圖譜揭示了概念之間的關(guān)系，在學(xué)生頭腦中建立起了一張概念網(wǎng)絡(luò)，但僅有靜態(tài)的聯(lián)結(jié)還不夠，概念的活化應(yīng)是“化靜為動”，通過構(gòu)建動態(tài)的原理圖，讓概念在原理圖中流動起來，實現(xiàn)概念的遷移與運用。例如，在教學(xué)“算法與程序設(shè)計”模塊時，筆者通過流程圖的方式描述算法，學(xué)生需理解算法執(zhí)行的流程，然而由于程序執(zhí)行過快學(xué)生未能看清執(zhí)行過程，現(xiàn)有的流程圖又是靜態(tài)的。因此，如果既能保留程序的動態(tài)執(zhí)行效果又能保留流程圖簡潔、抽象的特性，構(gòu)建這樣動態(tài)的原理圖不失為一種好的策略。案例2：“出題大師”程序設(shè)計。在設(shè)計“出題大師”項目活動時，要在流程圖的基礎(chǔ)上體現(xiàn)程序的執(zhí)行性，可以用“一個小球”作為媒介，以動畫的形式演繹程序自上而下執(zhí)行的過程。通過“小球的流動”來分析算法的執(zhí)行過程與結(jié)果（如圖2），并放慢程序執(zhí)行的速度，讓小球落至的每個節(jié)點都能很好地揭示其中變量的變化與數(shù)據(jù)的變動，從而讓抽象的概念具象化，讓學(xué)生能更直觀地以數(shù)據(jù)與程序結(jié)構(gòu)的視角把握程序的整體設(shè)計?！半S機出題”又該如何實現(xiàn)？學(xué)生一開始認(rèn)為“問題的第隨機數(shù)項”和“答案的第隨機項”是對應(yīng)的，無法建立隨機數(shù)與變量在存取數(shù)據(jù)上的聯(lián)系，導(dǎo)致問題與答案不匹配。而采用原理圖動態(tài)演繹的方式，學(xué)生就能很好地建立“隨機數(shù)”與“變量”概念之間的聯(lián)系，從而理解“題號”變量的重要性，以此訓(xùn)練計算思維，促進(jìn)信息素養(yǎng)的生成。“化看為做”——概念實踐之道在理解學(xué)科概念的內(nèi)涵后，還要把握概念的外延，即在具體問題解決情境中踐行概念的適用性。筆者認(rèn)為，教師要精準(zhǔn)把握概念的內(nèi)涵與外延，將一個個小概念升華為大概念，并引導(dǎo)學(xué)生從“會看”“會構(gòu)建”原理圖提升到真正“會做”，真正做到將學(xué)科大概念作為解決問題的基本思路與方法，踐行聚焦大概念的學(xué)習(xí)活動。1.聚焦——抽象概念，引領(lǐng)深度學(xué)習(xí)在具體的項目化學(xué)習(xí)活動中，學(xué)生建構(gòu)了概念關(guān)系圖，但在實踐過程中，又該如何應(yīng)用概念完成項目活動呢？教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生以學(xué)科的眼光看待現(xiàn)象，挖掘其背后具體的學(xué)科概念，并對概念進(jìn)行持續(xù)理解，將其組織成整體性的學(xué)習(xí)內(nèi)容，從而走向深度學(xué)習(xí)。案例3：繪制“航天逐夢”電腦繪畫。利用Flash進(jìn)行繪畫，學(xué)生頭腦中可以先建立如下頁圖3所示的概念網(wǎng)絡(luò)，線條與顏色是基本單位，進(jìn)而再挖掘本學(xué)科特質(zhì)的概念，無論是繪制線條還是填充顏色，其本質(zhì)都是運用數(shù)學(xué)公式計算所得的圖形，最終構(gòu)建出一張矢量圖。再從畫面呈現(xiàn)角度看，用Flash繪制的矢量圖又可由圖層構(gòu)成。概念網(wǎng)絡(luò)圖有助于學(xué)生構(gòu)成知識體系，為實踐奠定理論基礎(chǔ)。2.化簡——逐步求精，構(gòu)建計算思維在解決復(fù)雜問題時，教師要善于引導(dǎo)學(xué)生從多角度看問題，基于概念的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)確定問題解決的思路，應(yīng)用分解、模式識別、抽象、算法構(gòu)建的步驟，經(jīng)歷計算思維的完整過程，即抽象出問題中的關(guān)鍵要素與核心特征，層層細(xì)化并逐步求精，找到其共通之處，以達(dá)成最優(yōu)的問題解決策略。案例4：繪制“航天逐夢”計算機繪畫。如何利用Flash軟件將一張手繪稿轉(zhuǎn)化為計算機繪畫作品呢？首先要抽象出Flash繪畫過程中蘊含的具體概念。其次，要將項目制作過程進(jìn)行逐步分解，可從多個視角考慮，一方面借助“圖層”概念將圖畫的內(nèi)容進(jìn)行分解，并安排好每塊內(nèi)容的疊放次序，再進(jìn)行“分層”繪制，另一方面抽取出線條工具、鋼筆工具、油漆桶工具，找準(zhǔn)線條與顏色填充兩個關(guān)鍵要素，在分層的基礎(chǔ)上先對一個圖層上的部件進(jìn)行繪制，用線條勾勒框架，再進(jìn)行顏色填充，如圖4所示。模式識別一個圖層的構(gòu)建機制，一步步重構(gòu)整幅圖畫的所有部件，最終完成整幅繪畫作品。經(jīng)歷完整的繪制過程，不僅有助于具體概念的內(nèi)化與應(yīng)用，也有助于培養(yǎng)學(xué)生的計算思維。3.升華——以小見大，促進(jìn)大概念的“創(chuàng)生”學(xué)科大概念的建構(gòu)源于學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容的充分理解與應(yīng)用，它是具體概念的附著點。學(xué)生在經(jīng)歷實踐后，會對具體概念有更深層次的理解，使具體概念進(jìn)一步向上一層級抽象，溯源至學(xué)科本質(zhì)特征，最終以小見大，促進(jìn)學(xué)科大概念的“創(chuàng)生”，使概念網(wǎng)絡(luò)在頭腦中更加系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化。案例5：繪制“航天逐夢”計算機繪畫。經(jīng)歷繪制的過程，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)，大概念已在頭腦中的概念之樹上慢慢生長，枝繁葉茂。以填色階段為例，每種顏色的色調(diào)、飽和度、亮度、RGB等屬性都可以用十進(jìn)制數(shù)值表示，通過編碼均可轉(zhuǎn)化為以“#”開頭的十六進(jìn)制顏色碼，這不就是無處不在的“數(shù)據(jù)”這個學(xué)科大概念嗎？又如，為什么填色范圍不是封閉的區(qū)域就無法上色？這實際上是運用了“泛洪填充算法”，類似于畫圖軟件中的顏色填充，即從一個點的顏色填充開始，不斷擴大去填充附近的像素點，直到封閉區(qū)域內(nèi)所有像素點都被填充了新顏色為止。而針對Flash繪制的矢量圖填充，則運用類似的算法思想實現(xiàn)了公式的計算，最終實現(xiàn)顏色填充，F(xiàn)lash還考慮到了“封閉空隙的容差”，這些都需要背后強大的算法加持與信息處理技術(shù)。大概念視域下的信息科技教學(xué)，應(yīng)以抽象概念建構(gòu)為內(nèi)核，以實踐反思促成長，透過技術(shù)表層回歸概念本源，在概念的聯(lián)結(jié)與活化中積極實踐，從