張 汶

體現(xiàn)學(xué)科特點(diǎn),促進(jìn)概念理解
——中學(xué)信息科技主題教研活動(dòng)案例簡(jiǎn)述

張 汶

上海市信息科技學(xué)科圍繞概念教學(xué)難點(diǎn)，明確教研主題，由淺入深地從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、學(xué)科本質(zhì)多方面進(jìn)行研究，從而改進(jìn)教師的概念教學(xué)理念和方法，引導(dǎo)教師關(guān)注概念本質(zhì)、學(xué)科思維，并建議設(shè)計(jì)、研制教學(xué)器材和使用合理的教學(xué)策略幫助學(xué)生進(jìn)行知識(shí)的內(nèi)化和建構(gòu)。

概念教學(xué) 主題教研 信息科技

概念教學(xué)的主要目的是讓學(xué)生理解概念內(nèi)涵，明確概念外延。上海市中學(xué)信息科技學(xué)科對(duì)概念教學(xué)的研究并非一時(shí)興起，早在8年前新教材使用之初，如何處理教材中大量的概念就成為困擾教師的一個(gè)難題。然而實(shí)踐研究的過(guò)程并不一帆風(fēng)順，在5年基礎(chǔ)研究之后，概念教學(xué)研究的突破口才被找到，研究團(tuán)隊(duì)再將其作為教研活動(dòng)的主題進(jìn)行全市范圍內(nèi)的實(shí)踐探索，距今已有3年。

這一主題的確立基于兩個(gè)迫切的現(xiàn)實(shí)需求。首先是課程轉(zhuǎn)型的需要。當(dāng)下的信息科技課程，已經(jīng)從以操作實(shí)踐為特征的課程，轉(zhuǎn)向操作實(shí)踐與基本科學(xué)原理并重，因此重新認(rèn)識(shí)概念教學(xué)的重要性有著重要的價(jià)值。其次是改進(jìn)課堂教學(xué)的迫切需要。一方面概念數(shù)量過(guò)多，平均每課時(shí)有16個(gè)概念，教師普遍認(rèn)為“上不完”；另一方面，教師對(duì)學(xué)科概念的重要性缺少必要的認(rèn)識(shí)，重視操作實(shí)踐大于理解概念內(nèi)涵，概念教學(xué)的方法單一，效果欠佳。

因此，2013年開(kāi)始，中學(xué)信息科技學(xué)科以“概念教學(xué)”為主題開(kāi)展了持續(xù)3年的主題教研活動(dòng)，希冀理清學(xué)科核心概念，明確概念之間的聯(lián)系，改進(jìn)教學(xué)設(shè)計(jì)，體現(xiàn)學(xué)科概念特有的科技內(nèi)涵，促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展。

一、研究方式的設(shè)計(jì)

（一）聚焦主題，上下聯(lián)動(dòng)

上海市教委教研室設(shè)計(jì)整體研究方案，各區(qū)級(jí)教研分別確定研究重點(diǎn)，并以校際或?qū)W校小微備課組的形式，在課堂教學(xué)中探索；再分析全市各小微備課組的課堂教學(xué)課例，從中選擇和優(yōu)化；最后向全市公開(kāi)展示，并同步開(kāi)展主題網(wǎng)絡(luò)教研活動(dòng)。

（二）建立研究共同體，分階段研究

問(wèn)題的復(fù)雜性決定了研究必須分階段推進(jìn)，從解決最迫切的問(wèn)題入手，逐步深入，在解決問(wèn)題中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題中解決問(wèn)題。筆者聯(lián)合特級(jí)教師工作室、區(qū)教研員、中心組三個(gè)團(tuán)隊(duì)，形成研究共同體，特級(jí)教師對(duì)嚴(yán)謹(jǐn)性與示范性把關(guān)，區(qū)教研員帶領(lǐng)小微備課組進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐、提煉教學(xué)經(jīng)驗(yàn)、判斷教學(xué)方法的普適性，中心組在研究的獨(dú)創(chuàng)性和引領(lǐng)性方面進(jìn)行創(chuàng)新。

二、主題教研的主要過(guò)程

整個(gè)主題教研持續(xù)3年，而在確立“概念教學(xué)”這一教研主題之前，筆者團(tuán)隊(duì)用近5年的時(shí)間，解決概念“多、難、懵、惑”這四個(gè)問(wèn)題。參照學(xué)科大概念的篩選方法，對(duì)教材中的500多個(gè)概念進(jìn)行篩選，解決了概念數(shù)量太多的問(wèn)題；刪除了難度過(guò)高的概念，將200個(gè)大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)課中才會(huì)涉及到的概念，如線性序列等過(guò)難的概念刪除；調(diào)整了學(xué)生容易懵的、模糊不清的概念，如內(nèi)核技術(shù)等；改進(jìn)了易困惑的概念，如：集線器是“有很多端口的長(zhǎng)方體盒子”。通過(guò)對(duì)概念的精簡(jiǎn)和梳理，為概念教學(xué)的主題教研掃除了障礙，概念教學(xué)主題教研分3年逐步推進(jìn)。

（一）概念的傳遞——至理致用，從“記憶”到“理解”概念

概念教學(xué)中出現(xiàn)的諸多問(wèn)題，事實(shí)上都與人們對(duì)“什么是概念”這一基本問(wèn)題的認(rèn)識(shí)有關(guān)。僅僅記憶概念的定義，實(shí)際上是把概念當(dāng)作一種客觀存在物——就像一杯水，別人遞過(guò)來(lái)，你喝下去就成為自己體內(nèi)的物質(zhì)了——但是概念顯然不能如此傳遞［1］［2］。因此2013年—2014年主題教研重點(diǎn)研究學(xué)生對(duì)概念“知其然，但不知其所以然”的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了“致用至理”這一教研主題?！爸晾怼笔亲寣W(xué)生理解概念背后蘊(yùn)含的思想方法，“致用”則是讓學(xué)生理解技術(shù)自身的特點(diǎn)與應(yīng)用場(chǎng)合，促進(jìn)學(xué)生從記憶到理解概念。

（二）概念的理解——重視學(xué)習(xí)過(guò)程，使概念教學(xué)更嚴(yán)謹(jǐn)，更有趣

維果茨基將概念分為兩類：一類為科學(xué)概念，是指經(jīng)過(guò)專門(mén)和規(guī)范的教學(xué)活動(dòng)獲得的;另一類為日常概念，又稱前概念［3］。日常概念不乏正確因素，但也可能擴(kuò)大或縮小概念的內(nèi)涵，其既可能是理解科學(xué)概念的助推器，也可能是障礙。2014年—2015年，在追求對(duì)概念理解的基礎(chǔ)上，為解決“前概念不清晰”“科學(xué)概念不嚴(yán)謹(jǐn)”“忽視正例和反例的呈現(xiàn)方式”“概念講授枯燥無(wú)味”的問(wèn)題，筆者設(shè)計(jì)了“概念嚴(yán)謹(jǐn)性和趣味性”主題教研，既追求概念的嚴(yán)謹(jǐn)性，又注重概念教學(xué)過(guò)程的趣味性。強(qiáng)調(diào)對(duì)前概念的研究，注重概念同化和順應(yīng)的教學(xué)策略，重視學(xué)生獲得概念的學(xué)習(xí)過(guò)程，在糾正錯(cuò)誤概念中提升概念教學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性，在同化和順應(yīng)過(guò)程中匯總、強(qiáng)調(diào)概念教學(xué)的趣味性，進(jìn)一步優(yōu)化概念教學(xué)的方法。

（三）概念的深化——體現(xiàn)科技本質(zhì)，促進(jìn)概念的深入理解

信息科技學(xué)科概念的特殊性和復(fù)雜性在于，它既不像自然科學(xué)的概念大多基于觀察、概括、抽象與理性的論證，也不像數(shù)學(xué)那樣具有嚴(yán)格的邏輯推理，信息科技學(xué)科概念的形成大多是一種約定或者是一種發(fā)明創(chuàng)造，它不夠精致，也不宜作絕對(duì)的理解。信息科技的進(jìn)步，往往表現(xiàn)為新概念的提出，因此它的概念更繁多、更難以界定，許多概念很難提煉一個(gè)固定的標(biāo)準(zhǔn)答案。正由于學(xué)科概念的特殊性和復(fù)雜性，使得如何把握學(xué)科概念的科學(xué)性成為難題。現(xiàn)實(shí)教學(xué)中，有的教師滿足于概念的膚淺化解釋，僅僅使用形象化比喻描述問(wèn)題，缺少對(duì)概念應(yīng)有的學(xué)科特點(diǎn)進(jìn)行提煉，沒(méi)有體現(xiàn)出概念本身蘊(yùn)含的獨(dú)特育人價(jià)值。因此，2015年—2016年，研究的重點(diǎn)是從概念自身的內(nèi)涵出發(fā)，解決概念教學(xué)不靈活、不科學(xué)的問(wèn)題；從科技本質(zhì)出發(fā)，設(shè)計(jì)了“用專業(yè)的視角分析概念，用多樣的方式理解概念”的教研主題。

三、主題教研取得的成果

通過(guò)概念教學(xué)主題教研，筆者在理解學(xué)科概念，改進(jìn)概念教學(xué)的方法方面取得了明顯的成效。

（一）關(guān)注概念的本質(zhì)屬性，體現(xiàn)概念教學(xué)的學(xué)科性

人們?yōu)榱怂伎己捅磉_(dá)的便捷和高效，用一個(gè)字或一個(gè)詞來(lái)代表對(duì)客觀事物一般的、本質(zhì)特征的認(rèn)識(shí)，就有了概念。事物的特征在邏輯學(xué)上也叫屬性。屬性既有本質(zhì)屬性，也有非本質(zhì)屬性。比如計(jì)算機(jī)病毒，其名稱、危害等屬性，是非本質(zhì)屬性；其本質(zhì)屬性是人為編制的一段程序，這一本質(zhì)屬性就是計(jì)算機(jī)病毒這一概念的內(nèi)涵。教學(xué)中，若僅僅強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)病毒的危害，其內(nèi)涵就難以得到揭示。概念教學(xué)則強(qiáng)調(diào)概念的專業(yè)性，關(guān)注概念的本質(zhì)屬性。比如“密碼”這一概念，在信息科技學(xué)科中，初中階段的密碼是指“口令”，是一種身份認(rèn)證技術(shù)；而高中階段則是“加密代碼”。因此高中階段就要從密碼的本質(zhì)出發(fā)，追溯密碼學(xué)的發(fā)展歷程，剖析常見(jiàn)加密方法的原理，從而讓學(xué)生獲得有學(xué)科特點(diǎn)的、專業(yè)的理解。

（二）重視計(jì)算思維能力，體現(xiàn)概念教學(xué)的獨(dú)特性

概念既是思維的產(chǎn)物，又是思維的工具，是進(jìn)行判斷和推理的基礎(chǔ)，因此概念教學(xué)本質(zhì)上也是思維的教學(xué)。而在教學(xué)的過(guò)程中，最悲哀的莫過(guò)于不經(jīng)過(guò)腦子而是僅以計(jì)算機(jī)操作來(lái)代替對(duì)計(jì)算機(jī)學(xué)科概念的理解［4］。概念用文字表達(dá)，但單純的文字表征并不能讓學(xué)生立刻理解其所蘊(yùn)含的意義，只有激發(fā)其思維來(lái)主動(dòng)理解和建構(gòu)，才能使概念內(nèi)化于學(xué)生的頭腦中，成為他們分析和解決問(wèn)題時(shí)心智操作的工具。

發(fā)展學(xué)生的計(jì)算思維，有助于信息科技概念的形成，以枚舉算法這一概念為例，理解枚舉算法，就要思考人所固有的能力與局限性在哪里、計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力與局限性在哪里、問(wèn)題解決的判定條件是什么、什么樣的計(jì)算策略更加有利于當(dāng)前問(wèn)題的解決［5］等一系列問(wèn)題，從而理解枚舉算法與數(shù)學(xué)方法解決問(wèn)題的本質(zhì)區(qū)別，理解枚舉算法“一一列舉、逐一檢驗(yàn)”的計(jì)算策略。通過(guò)提升計(jì)算思維能力，促進(jìn)對(duì)概念的理解，可以使學(xué)生更加接近信息科技學(xué)科的核心。

（三）設(shè)計(jì)實(shí)物教具，促進(jìn)概念教學(xué)的趣味性和直觀性

概念教學(xué)存在一種現(xiàn)象，即僅僅從文字上進(jìn)行理解，劃重點(diǎn)，找關(guān)鍵詞。概念教學(xué)離開(kāi)語(yǔ)言當(dāng)然無(wú)法進(jìn)行，但僅靠語(yǔ)言進(jìn)行說(shuō)文解字式的講授也是不夠的。信息科技很多原理都隱含在“0和1”這樣的編碼背后，而在編碼背后的復(fù)雜處理過(guò)程恰恰難以直接呈現(xiàn)給學(xué)生。有些概念要建立在表象的基礎(chǔ)上，例如如果學(xué)生看不到點(diǎn)陣圖和矢量圖，語(yǔ)言描述得再詳盡，其對(duì)圖像編碼這一概念的建構(gòu)也難以到位。而借助實(shí)物教具，教師可以模擬這些不可見(jiàn)的科學(xué)原理。通過(guò)操作實(shí)物、觀察和推測(cè)，輔以類比和想象，學(xué)生就能體驗(yàn)到概念中的趣味與奧妙之處。因此，中心教研組研制了一批實(shí)物教具，如：“十進(jìn)制轉(zhuǎn)二進(jìn)制”的實(shí)物教具，通過(guò)不斷執(zhí)行特定的規(guī)則，完成進(jìn)制轉(zhuǎn)換，促進(jìn)學(xué)生理解計(jì)算機(jī)中的計(jì)算過(guò)程；再如，根據(jù)帕斯卡的加法機(jī)模型圖，用齒輪的組合設(shè)計(jì)制作了加法機(jī)，學(xué)生在操作齒輪加法機(jī)的過(guò)程中，感受機(jī)械計(jì)算機(jī)進(jìn)位、狀態(tài)變換的過(guò)程，為理解計(jì)算機(jī)五大邏輯部件奠定基礎(chǔ)。

（四）設(shè)計(jì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)概念教學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性和深刻性

盡管信息科技大部分教學(xué)場(chǎng)所都在機(jī)房，但并不意味著學(xué)生就積累了豐富的操作實(shí)踐經(jīng)歷并能以此為基礎(chǔ)理解概念。恰恰相反，用于促進(jìn)概念理解的學(xué)生實(shí)驗(yàn)太少。因此各區(qū)和學(xué)校小微備課組設(shè)計(jì)了一些學(xué)生實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中理解概念。以郵件協(xié)議SMTP為例，即使經(jīng)常發(fā)送和接受電子郵件，知道郵件協(xié)議的存在，但是郵件協(xié)議如何工作，工作原理是怎樣的，學(xué)生是沒(méi)有體會(huì)的。如果只是將郵件協(xié)議比喻為快遞，那么只能讓學(xué)生形成假概念或者日常概念，而不是學(xué)科的科學(xué)概念。而通過(guò)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生分析郵件協(xié)議的規(guī)則，一步一步按照規(guī)則執(zhí)行命令，理解協(xié)議作為約定的規(guī)則對(duì)于完成郵件安全傳輸、有效傳輸?shù)囊饬x，意識(shí)到規(guī)則在信息科技中的廣泛存在，學(xué)生才能深刻理解日常生活中輕松點(diǎn)擊鼠標(biāo)背后復(fù)雜、完整而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊徽子?jì)算機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)則。

（五）揭示概念內(nèi)涵與外延的變化，適應(yīng)科技發(fā)展

不少教師為觸摸屏究竟是輸入設(shè)備還是輸出設(shè)備感到困惑，這就涉及一個(gè)問(wèn)題——概念的內(nèi)涵和外延是不是固定不變的？概念必須有確定的內(nèi)涵和外延，如果一個(gè)概念的內(nèi)涵和外延不確定，就無(wú)法進(jìn)行判斷和推理。然而，現(xiàn)實(shí)世界是復(fù)雜的，而科技發(fā)展更加劇了信息科技中概念內(nèi)涵與外延變化的速度。以“復(fù)制和粘貼”為例，以前它們的操作對(duì)象僅僅是文字，而現(xiàn)在“復(fù)制和粘貼”已經(jīng)拓展到除文字以外的格式、數(shù)值、公式、函數(shù)等。再如，“文件管理”這一概念，原指樹(shù)型目錄的方式，而隨著移動(dòng)智能終端的普及，“文件管理”增加了基于索引的文件管理方式。概念教學(xué)研究通過(guò)關(guān)注這樣的內(nèi)涵變化，從內(nèi)涵角度揭示概念的變化，使用正例和反例促進(jìn)學(xué)生對(duì)概念的理解，使學(xué)生的學(xué)習(xí)更靈活、更開(kāi)放，使教師能更好地應(yīng)對(duì)科技發(fā)展對(duì)概念教學(xué)的挑戰(zhàn)。

四、主題教研的后續(xù)思考

3年的概念教學(xué)主題教研也只能窺豹一斑，需要進(jìn)一步思考的問(wèn)題依然很多。例如，語(yǔ)言具有兩種力量，一是語(yǔ)言的隱喻力量，二是語(yǔ)言的扭曲作用，教學(xué)中如何進(jìn)一步注意到這兩種力量？表達(dá)概念的語(yǔ)言，無(wú)論是名稱還是定義，本質(zhì)上都是隱喻，如計(jì)算機(jī)病毒、木馬，有了這樣的隱喻，概念的內(nèi)涵就容易傳達(dá)；而“智能手機(jī)”卻容易讓人將其內(nèi)涵曲解為具有人工智能的設(shè)備，但是“智能手機(jī)”這一概念的日常應(yīng)用如此之廣，“智能”二字又如此難以定義，以至于如何處理這樣的概念還缺少經(jīng)驗(yàn)。又例如，有人將概念分為易下定義的概念和難下定義的概念，對(duì)難下定義的概念究竟該怎樣教學(xué)？概念教學(xué)主題教研中不可回避的重要問(wèn)題是，怎樣才算真正理解或掌握了概念？類似的概念教學(xué)問(wèn)題還有很多，需要教育工作者們深入思考和研究，這些也將成為主題教研不斷實(shí)踐、研究與反思的動(dòng)力。

［1］ 趙占良. 概念教學(xué)芻議（一）——對(duì)概念及其屬性的認(rèn)識(shí)［J］. 中小學(xué)教材教學(xué)，2015（1）.

［2］ 趙占良. 概念教學(xué)芻議（二）——對(duì)概念及其屬性的認(rèn)識(shí)［J］. 中小學(xué)教材教學(xué)，2015（2）.

［3］ 維果茨基. 維果茨基教育論著選［M］. 余震球，譯.北京:人民教育出版社,2005.

［4］ 董榮勝. 計(jì)算思維與計(jì)算機(jī)導(dǎo)論［J］. 計(jì)算機(jī)科學(xué)，2009，36（4）：50-52.

［5］ 牟琴，譚良. 計(jì)算思維的研究及其進(jìn)展［J］. 計(jì)算機(jī)科學(xué)，2011，38（3）:10-15.

張 汶 上海市教育委員會(huì)教學(xué)研究室 200041