摘要：針對以往高中信息技術(shù)學科知識思維導圖存在的知識間關系研究不透徹以及目標指向不明確等問題，本文在理論研究的基礎上，確定了借助大概念層級框架構(gòu)建單元知識體系，并根據(jù)單元知識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)刻畫體系，同時，設計適切的情境問題（任務）為學習路徑的原則，嘗試構(gòu)建面向素養(yǎng)培育的高中信息技術(shù)單元認知圖譜，并以“線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”單元復習課為例詳細闡明其操作步驟。實踐表明，該圖譜能有效架構(gòu)單元知識體系，對標學科核心素養(yǎng)育人要求，提升學生的問題解決能力、知識遷移運用能力以及批判性思維。

關鍵詞：認知圖譜；核心素養(yǎng)；大概念；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2024）10-0035-04

高中信息技術(shù)學科核心素養(yǎng)的有效刻畫對于落實學科育人價值及促進教學提質(zhì)增效有重要作用。雖然《普通高中信息技術(shù)課程標準（2017年版）》（以下簡稱“新課標”）對本學科的核心素養(yǎng)進行了刻畫，但粗粒度的學科核心素養(yǎng)水平劃分及描述、學業(yè)質(zhì)量水平劃分及描述，難以直接刻畫實際教學中細粒度知識單元及課時所承載的學科核心素養(yǎng)生成情況。此外，有關本學科認知圖譜的研究主要是由教師依主觀經(jīng)驗構(gòu)建的學科知識概念思維導圖，其主要關注狹義的學科知識的縱向演繹發(fā)散而忽視知識概念間的橫向聯(lián)系、交織關聯(lián)，亦缺乏對學生正確價值觀、必備品格及關鍵能力培育的目標指向。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)單元認知圖譜，并通過相應的案例解釋其操作步驟，闡明如何在高中信息技術(shù)教學中培育學生的必備品格和關鍵能力。

面向素養(yǎng)培育的單元認知圖譜構(gòu)建概述

1.概念界定

認知圖譜是一個計算機科學概念，可以將它理解為是知識圖譜、認知推理和邏輯表達的結(jié)合，側(cè)重問題解決的過程。本研究中的單元認知圖譜融合了結(jié)構(gòu)化的單元知識體系及對應合適粒度的核心素養(yǎng)體系，它能表征學科知識之間的復雜邏輯關系，系統(tǒng)展現(xiàn)學科知識體系結(jié)構(gòu)和層次關系，并通過真實情境問題解決過程，有效表征知識意義建構(gòu)過程、素養(yǎng)形成過程。

學科核心素養(yǎng)是學科育人價值的集中體現(xiàn)，是學生通過學科學習而逐步形成的信息技術(shù)基礎知識、關鍵能力、必備品格和正確的價值觀念。新課標明確高中信息技術(shù)學科核心素養(yǎng)由信息意識、計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新、信息社會責任四個核心要素組成。四個核心要素互相滲透，共同促進學生信息素養(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。學科大概念處于本學科中心地位，作為學科案例事實、經(jīng)驗、知識的高度抽象概括，是具有普遍解釋力的核心概念。大概念經(jīng)演繹解構(gòu)又可細化為單元大概念、課時大概念、具體概念和案例事實，形成層次結(jié)構(gòu)框架。因此，學生在前置知識結(jié)構(gòu)中可以找到與新知識相契合的固著點，并以此整合離散的知識和技能，通過類屬學習、概括學習、并列學習三個方向連結(jié)到下位概念、上位概念、交叉概念，溝通認知單元涉及的案例事實、課時大概念、單元大概念之間的內(nèi)在邏輯關聯(lián)，促進了案例事實或概念知識間有意義的溝通連結(jié)。這有利于打破知識融合切入點不清晰、缺乏抓手的問題。

建構(gòu)主義理論認為學習的本質(zhì)是意義建構(gòu)的過程，是學習者在與環(huán)境之間的交互作用下主動建構(gòu)內(nèi)部心理表征的過程。建構(gòu)主義強調(diào)，圖示是認知結(jié)構(gòu)的起點和核心，從圖入手，以圖支撐可以幫助學習者進行意義建構(gòu)。

學科知識是學科核心素養(yǎng)的主要載體。研究表明，學科特有的價值觀和方法論知識（核心素養(yǎng)）不是通過零散、碎片化的知識點來表達，而是蘊含在結(jié)構(gòu)化的學科核心知識體系學習中。換言之，學科核心素養(yǎng)的形成是以學科核心知識概念體系為錨點，通過學科實踐解決真實問題的思維活動來培育。

學科核心素養(yǎng)分類粒度刻畫與結(jié)構(gòu)化的學科知識體系相映射。一方面可借助大概念層次結(jié)構(gòu)框架，將待學習的知識概念按照學科大概念、模塊大概念、單元大概念、課時大概念進行可視化呈現(xiàn)；另一方面可根據(jù)各學科核心素養(yǎng)內(nèi)涵細分明確亞類（子素養(yǎng)，如單元素養(yǎng)目標刻畫等），從而實現(xiàn)不同粒度知識單元所承載的學科核心素養(yǎng)映射。

3.面向素養(yǎng)培育的單元認知圖譜構(gòu)建

本研究確定了借助大概念層級框架構(gòu)建單元知識體系，以及根據(jù)單元知識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)刻畫體系，并著眼設計適切的情境問題（任務）為學習路徑的原則，構(gòu)建“三位一體”的面向素養(yǎng)培育的認知圖譜，如圖1所示。

面向素養(yǎng)培育的單元認知圖譜應用案例

本研究以浙教版選擇性必修“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”模塊中的常見線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)容為基礎，結(jié)合教學實際，重構(gòu)數(shù)組、隊列、棧、鏈表等作為教學單元，并以該單元的復習課為例，詳細說明該圖譜的具體操作步驟并解釋其在教學中如何落實核心素養(yǎng)的培育。

1.梳理“線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”單元知識結(jié)構(gòu)體系

構(gòu)建單元知識結(jié)構(gòu)體系是構(gòu)建面向素養(yǎng)培育的單元認知圖譜基礎環(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)的單元知識體系不僅包括本單元最核心、最重要的核心知識概念，而且蘊含概念之間的內(nèi)在邏輯關系（如前驅(qū)后繼關系、并列關系、交織關系等），另外，學科專家的經(jīng)驗、思想方法也可錨入其中?；诖?，針對“線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”單元，本研究聚焦新課標學業(yè)內(nèi)容要求、新教材相關內(nèi)容，挖掘其中蘊含的大概念，梳理單元知識及屬性關系，將相關概念有秩序地組織形成意義關聯(lián)的結(jié)構(gòu)化整體，如下頁圖2所示。

2.明確“線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”單元素養(yǎng)刻畫目標

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

由于實際教學是分模塊、單元、課時進行的，因此教師應將新課標中本學科的四個學科核心素養(yǎng)結(jié)合本單元知識體系進行粒度細分，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“線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”單元的素養(yǎng)刻畫目標。

3.設計學習路徑，聚焦目標活化知識體系

活動與體驗強調(diào)學生作為主體進行主動活動，促進有意義學習的真正發(fā)生。具體操作是教師圍繞結(jié)構(gòu)化單元知識體系及其對應的核心素養(yǎng)刻畫目標，系統(tǒng)設計問題任務活動集。學生運用多種資源，通過溝通協(xié)作，解決挑戰(zhàn)性的問題（任務），教師給予相應的學習支架，并通過評估指導，促進學生完成表現(xiàn)性任務等關鍵能力的形成。例如，針對“線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”單元復習課，本研究在單元素養(yǎng)目標導向下，創(chuàng)設多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)求解“圍圈報數(shù)”問題的學習路徑。

具體問題（任務）為：已知班上有n名學生（以編號1，2，3，……，n分別表示），學生按照編號由小到大的順序圍成一個圓圈，從編號為1的學生開始報數(shù)，報到m的學生出列，同時該出列學生再隨機報一個新的m值，下一名學生又從1開始報數(shù)，報數(shù)為新m值的學生又出列。以此規(guī)律重復下去，直到班級只剩一人為止，輸出剩下的最后一名學生編號。不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建模實現(xiàn)如下頁表所示。

實踐證明，多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了“圍圈報數(shù)”任務，活化了數(shù)組、隊列（循環(huán)隊列）、鏈表等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識體系，學生在對如何表示參賽與淘汰（如普通隊列實現(xiàn)時參賽即全部數(shù)據(jù)入隊，計數(shù)未到目標值時該數(shù)據(jù)先出隊后立即入隊，淘汰時該數(shù)據(jù)出隊后不再入隊）、如何遍歷所抽象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型（如數(shù)組實現(xiàn)時數(shù)到最后一個元素時循環(huán)變量又返回到索引0繼續(xù)計數(shù)）、如何判定最終的贏家（如數(shù)組實現(xiàn)時最后一個值為1的元素）等問題的思考解決中，深刻理解并習得各種線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義、特性、創(chuàng)建、遍歷、修改、插入、刪除等知識技能，通過比較不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)問題求解的優(yōu)缺點，領悟建構(gòu)知識間的橫向及交織聯(lián)系，在經(jīng)歷抽象數(shù)據(jù)特征、建立結(jié)構(gòu)模型、設計算法解決問題中潛移默化地形成信息意識、抽象建模、組織數(shù)據(jù)、算法思維，以及信息社會責任等關鍵能力及必備品格。

結(jié)束語

本研究提出單元知識體系、學習路徑、單元素養(yǎng)目標“三位一體”的面向素養(yǎng)培育的單元認知圖譜教學設計模式，并通過“線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”單元復習課實踐驗證該模式，獲得具有參考價值的教學案例。實踐表明，采用單元認知圖譜開展高中信息技術(shù)單元教學，可為教師提供新思路和方法，更好地關注知識間的橫向及交織聯(lián)系，更好地落實匹配單元知識體系的合適粒度的素養(yǎng)刻畫目標。具體而言，教師在單元教學中以大概念方法構(gòu)建單元知識體系為載體，匹配合適粒度的核心素養(yǎng)刻畫目標，創(chuàng)設真實情境問題為學習路徑推進教學，著力培養(yǎng)學生對單元大概念、課時大概念、具體概念的意義建構(gòu)，進而形成結(jié)構(gòu)化的單元知識體系，并在問題解決中培養(yǎng)學生的學科關鍵能力及必備品格。

研究及實踐發(fā)現(xiàn)，教師開展大概念單元教學需要考慮以下三個方面：一是大概念視角下的單元知識結(jié)構(gòu)體系構(gòu)建需要深入研究知識之間的關系屬性；二是按粒度不同將本學科四個學科核心素養(yǎng)細化到相應內(nèi)容的單元及課時中；三是設計意義關聯(lián)、思維梯度化的學習活動，有效落實核心素養(yǎng)的培育。這些都需要教師深入研讀新課標，整體把握教學內(nèi)容，尋求多方資源，并通過學科專家組充分研討來確定。

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