概念之道溯源啟智指向大概念理解的教學策略

摘要：《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》以六條課程邏輯主線展開，基于學科特質(zhì)發(fā)掘底層邏輯，確立了學科大概念。而在新課標的引領下，對于如何將大概念教學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策略，將學科概念“化字為圖”“化靜為動”“化看為做”，建構出一條切實有效的課程教學實踐路徑。關鍵詞：信息科技；大概念教學；計算思維；教學策略《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）圍繞數(shù)據(jù)、算法、網(wǎng)絡、信息處理、信息安全、人工智能六條課程邏輯主線，設置了螺旋式上升的內(nèi)容模塊，規(guī)定了學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，如信息科技學科大概念如何結合具體概念、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)育人導向等。因此，當務之急是建構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)攝概念學習，建構起學科知識網(wǎng)絡，用實踐實現(xiàn)概念內(nèi)化，真正實現(xiàn)學生計算思維的發(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鍵特征的表征，信息科技的學科大概念是經(jīng)過高度凝練與抽象的具有統(tǒng)攝性的學科概念，如果未將其置于具體情境中學生將難以理解。為此，教師需立足于真實的問題情境，對概念進行聯(lián)結與升華，通過構建原理圖讓學生真正理解概念內(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、信息處理等學科大概念究竟與本節(jié)課內(nèi)容有何關系呢？“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，教師需引導學生“化字為圖”，建立概念之間的關系圖，以更好地揭示其底層原理。以“以‘學校足球嘉年華為活動背景，對圖片進行修改，用于網(wǎng)上活動宣傳”這一真實情境為例，教師應以“像素”作為中位概念，讓學生一步步建立具體概念與大概念之間的關系網(wǎng)絡，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系圖譜揭示了概念之間的關系，在學生頭腦中建立起了一張概念網(wǎng)絡，但僅有靜態(tài)的聯(lián)結還不夠，概念的活化應是“化靜為動”，通過構建動態(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“算法與程序設計”模塊時，筆者通過流程圖的方式描述算法，學生需理解算法執(zhí)行的流程，然而由于程序執(zhí)行過快學生未能看清執(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”程序設計。在設計“出題大師”項目活動時，要在流程圖的基礎上體現(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，讓學生能更直觀地以數(shù)據(jù)與程序結構的視角把握程序的整體設計?！半S機出題”又該如何實現(xiàn)？學生一開始認為“問題的第隨機數(shù)項”和“答案的第隨機項”是對應的，無法建立隨機數(shù)與變量在存取數(shù)據(jù)上的聯(lián)系，導致問題與答案不匹配。而采用原理圖動態(tài)演繹的方式，學生就能很好地建立“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，以此訓練計算思維，促進信息素養(yǎng)的生成。“化看為做”——概念實踐之道在理解學科概念的內(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。筆者認為，教師要精準把握概念的內(nèi)涵與外延，將一個個小概念升華為大概念，并引導學生從“會看”“會構建”原理圖提升到真正“會做”，真正做到將學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習活動。1.聚焦——抽象概念，引領深度學習在具體的項目化學習活動中，學生建構了概念關系圖，但在實踐過程中，又該如何應用概念完成項目活動呢？教師應引導學生以學科的眼光看待現(xiàn)象，挖掘其背后具體的學科概念，并對概念進行持續(xù)理解，將其組織成整體性的學習內(nèi)容，從而走向深度學習。案例3：繪制“航天逐夢”電腦繪畫。利用Flash進行繪畫，學生頭腦中可以先建立如下頁圖3所示的概念網(wǎng)絡，線條與顏色是基本單位，進而再挖掘本學科特質(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)學公式計算所得的圖形，最終構建出一張矢量圖。再從畫面呈現(xiàn)角度看，用Flash繪制的矢量圖又可由圖層構成。概念網(wǎng)絡圖有助于學生構成知識體系，為實踐奠定理論基礎。2.化簡——逐步求精，構建計算思維在解決復雜問題時，教師要善于引導學生從多角度看問題，基于概念的關系網(wǎng)絡確定問題解決的思路，應用分解、模式識別、抽象、算法構建的步驟，經(jīng)歷計算思維的完整過程，即抽象出問題中的關鍵要素與核心特征，層層細化并逐步求精，找到其共通之處，以達成最優(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)容進行分解，并安排好每塊內(nèi)容的疊放次序，再進行“分層”繪制，另一方面抽取出線條工具、鋼筆工具、油漆桶工具，找準線條與顏色填充兩個關鍵要素，在分層的基礎上先對一個圖層上的部件進行繪制，用線條勾勒框架，再進行顏色填充，如圖4所示。模式識別一個圖層的構建機制，一步步重構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)化與應用，也有助于培養(yǎng)學生的計算思維。3.升華——以小見大，促進大概念的“創(chuàng)生”學科大概念的建構源于學生對學習內(nèi)容的充分理解與應用，它是具體概念的附著點。學生在經(jīng)歷實踐后，會對具體概念有更深層次的理解，使具體概念進一步向上一層級抽象，溯源至學科本質(zhì)特征，最終以小見大，促進學科大概念的“創(chuàng)生”，使概念網(wǎng)絡在頭腦中更加系統(tǒng)化、結構化。案例5：繪制“航天逐夢”計算機繪畫。經(jīng)歷繪制的過程，學生會發(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制數(shù)值表示，通過編碼均可轉(zhuǎn)化為以“#”開頭的十六進制顏色碼，這不就是無處不在的“數(shù)據(jù)”這個學科大概念嗎？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。大概念視域下的信息科技教學，應以抽象概念建構為內(nèi)核，以實踐反思促成長，透過技術表層回歸概念本源，在概念的聯(lián)結與活化中積極實踐，從