大概念视角下的大单元教学设计与实践

【摘要】信息科技大概念对大单元整体教学起着全局引领作用。本文以信息科技大概念视角进行大单元整体教学设计，以“开发带显示屏的专属机器人”项目串联Python的基础知识，便于学生理解、实践、内化为自我知识，教学实践过程重在发展学生的信息科技核心素养，特别是提升学生分析问题、解决问题的能力，促进学生的计算思维发展。【关键词】大概念；大单元；项目式；Python研究背景本次教学实践基于广东教育出版社课程教材研发中心编著的《信息技术》八年级下册第一单元内容“Python程序设计”，结合学校学情进行提炼、加工，以开发适合学生的课程案例。基于发展学生核心素养需要，教师在信息科技大概念引领下进行大单元整体教学设计，以“开发带显示屏的专属机器人”串联Python基础知识，提升学生分析问题、解决问题的能力，发展学生的计算思维。本次大单元教授对象为八年级学生，该年龄段学生大部分活泼好动，对新事物较为好奇。大部分学生从小学四年级开始学习电脑，因这几年疫情的影响，学习并不连贯；部分学生接触过图形化编程，但未能上升到思维活动的提升。经过七年级一整年的学习，学生已基本掌握获取信息、处理简单信息的方法，但基本上没接触过Python等纯代码编程。本区域学生生源主要是乡村或流动务工人员的子女，限于学生家庭教育环境，基础学科知识较为薄弱，分析、归纳能力较弱，很多学生不习惯主动探究思考问题，因此教师要兼顾这方面特点，除给足支撑学习资料，更要循序渐进引导学生开展探究性学习，促进学生核心素养的发展。概念界定信息科技大概念：信息科技学科的核心理念。它是将核心素养落实到学科教学中的“锚点”，它能联结和组织碎片化的知识与技能，促进深度学习和意义理解，还能提升学生解决真实、复杂问题的能力[1]，是可迁移到各种情境中的概念性理解。大概念是居于学科核心地位的观念，具有以下几个特点：有一定的抽象性，是来自具体生活现象的概括；不是一个事实，表现为一种观点，可以不断被论证和讨论；反映了专家的思维方式，其答案是多元的、变化的[2]。“大单元教学”首先立足于“破”，大胆挑战传统教学中的教材编排、课时安排、学期安排、学年安排，把学科知识按照教学的实际需要重新规划整合、综合设计、有序实施。大单元教学作为一种教学设计框架，关注学习内容之间的关联，核心概念又是理解内容之间关联的桥梁，聚焦学科结构化主题提取核心概念是一个容易把握的策略[3]。这样做并不影响学生学习的长远目标，因为主题的核心概念并非内容知识本身，而是体现主题本质的观念或方法。这些观念或方法既有助于学生理解相关联系的内容，也为学生形成核心素养打好基础。《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》坚持落实立德树人根本任务和素质教育大目标。教学是课程实施的重要环节，是落实课程目标的重要载体和途径。在教师的引导、帮助下，学生需要在真实情境中聚焦问题，明确任务；其次是探索算法，把问题抽象、分解、建模、寻找问题的策略和方法，设计算法，初步形成解决方案。大概念视角下的单元设计能较好地解决学科核心素养在单元中的落实、明确单元目标、统筹单元课时等问题[4]。基于大概念的大单元教学设计思路教师在“算法”大概念视角下开发本次大单元项目式整体教学，将Python零散知识通过“开发带显示屏的专属机器人”项目进行串联，通过精彩有趣的小案例调动学生学习热情，便于学生理解、应用、创新，培养学生整体化思维，促进学生计算思维的发展。本次大单元教学设计10课时，其中人机交互为本单元起点的关键内容，学生刚开始接触Python纯代码编程，易产生畏难情绪，更需教师精心设计有趣、易上手的教学活动，以调动学生积极性，故设计2课时教学内容，第一课时以初体验为主，第二课时为进一步巩固知识，并提升学生的实践能力。循环结构为本单元的难点，for循环涉及列表的两种表达方式，设计1课时；while循环为循环结构另一种表达，实例设计1课时；本小节还涉及循环控制break、continue语句的使用、循环嵌套的用法，故再设计1課时。学完相关基础知识后，教师设计综合活动进一步巩固和检测学生的学习情况，本环节设计2课时；其余内容（开发环境配置、tutle模块——我是创意小画家、分支结构——今天吃什么？）各设计为1课时，具体实施过程可根据使用的案例情况进一步调整。在Python教学中涉及不少理论和需理解记忆的内容，单纯地讲、演、练效果只会适得其反。教师要善用学习金字塔设计教学活动，给学生搭脚手架，重视重难点的突破，设计有梯度、有层次的教学任务，多以游戏化形式调动学生学习积极性，充分发挥评价反馈作用，适当调整进度和教学内容，从而促进学生深度学习。人机交互教学案例分析1.设计理念本课作为大单元教学的第二课内容，涉及人机交互初体验知识。教师在信息科技学科大概念引领下，以建构主义学习理论为指导，在本单元大项目——设计一款带显示屏的专属机器人串联下，设计子项目——让机器人开口说话，并能实现简单计算BMI功能，体现输入信息、处理信息、输出信息模式，引导学生主动探究学习，并在活动过程启发学生开发设计机器人更多、更强大的功能，激发学生的创造力。在开展课堂教学活动过程中，教师引导学生充分发挥主体作用，运用所提供的支撑材料，积极主动参与项目学习，在开展项目学习过程中达成学习目标，从而促进学生计算思维发展，提升学生信息意识、数学化学习与创新能力。2.内容整合与重构教师将print函数、input函数、变量、赋值语句、赋值运算符、算术运算符等知识进行整合并重构设计教学活动，避免知识点枯燥传递，充分发挥评价效果，促进学生活动的有效开展。在项目活动开展中，为让学生产生有意义的理解、记忆，除以游戏化形式引入形象、有趣的算法，教师还可以引用半成品，让学生填空、纠正存在问题的代码，让学生对流程图进行排序，多途径锻炼学生，让学生在上机实践中体验将生活情境转化为算法代码的过程，提升学生计算思维。教师还可以启发学生联系生活，探究怎样运用本课所获取的知识点给机器人拓展功能，提升学生知识迁移能力，促进深度学习的发展。3.课堂设计分析上节课已初步让学生体验程序的有趣效果，并尝试修改简单代码观察程序变化。通过上节课，学生收获了使用IDLE开发环境进行调试程序的技能。同时，通过头脑风暴，学生已对准备设计一款有什么样功能的机器人有了自己的想法，如何将想法实现，是引导学生开展接下来课程的兴趣所在。课堂开始，教师先展示学生上节课头脑风暴部分成果，肯定学生的想法，并提示通过后面的学习有机会能将想法实现，激发学生探究学习的热情。教师顺势抛出问题：怎样能让机器人开口说话，让机器跟我们打招呼，实现跟我们问答互动，引起学生的探索思考。活动一：实现机器人开口说话教师展示智能小度音箱，请学生体验小度输入信息、输出信息的过程，引导学生归纳出小度音箱先获取用户信息后输出用户信息的过程。此时，教师通过版书展示简单的算法流程图。教师启发学生将小度音箱的信息获取和输出过程用Python表达，从而引出print（）、input（）、变量知识、赋值语句知识。教师继续引导学生，想让我们的专属机器人实现开口主动跟我们说话，我们可以怎么做？由此引出“知识加油站”内容，让学生尝试表达，根据表现进行点评，并引导学生通过IDLE实现效果，体验将生活问题转化为算法代码的过程，让学生初步感受简单的分析问题、解决问题的过程。活动二：修改问题程序——维修问题机器人本活动主要选取有格式问题的代码，如引号使用是否得当，大小写是否得当；变量的使用是否符合规则等。教师通过设置维修问题机器人情境，让学生明白在开发过程中，任何的不熟练、小疏忽都有可能造成机器人故障。活动三：设置提升开发知识训练营该活动主要通过问卷星的形式展示常规知识题，加深学生对知识的运用理解，学生完成后便知掌握情况，也方便教师了解学习情况。教师对存在问题较多的知识统一分析，帮助学生突破难点，便于进一步活动探究。活动四：拓展活动——设计个性化BMI身体健康指数计算器该活动的设置主要让学生体验将真实情境进行抽象、分析、转为算法程序的过程，引导学生利用所提供的加油站资源，完成所提供的流程图拼接排序，完成导学案中该活动的代码填空，并将代码输入IDLE中进行调试，小组成员进一步交流还能给该程序添加什么创新功能。通过此活动学生进一步巩固本课的知识点，教师引导学生将知识点根据情境用在实践中，并进行适当拓展，让学生能在用中学、学中创，提升学生的计算思维、信息意识、数字化學习与创新能力。在该活动中设置展示与评价环节，使得自我感觉做得好的学生非常盼望老师展示其作品，同时学生也非常想看到精彩的作品。通过展示作品，进一步活跃课堂气氛，同时在分享过程中的师生互动评价环节，能很好地激发学生思维，让学生看到优点及不足，提升课堂效率。效果分析本次以信息科技大概念视角进行大单元整体教学设计，筛选合适的案例串联python基础知识点，并以核心素养为导向设计评价先行的教学策略，很好地促进了学生能力的发展。而在以人机交互系统设计的本课教学实践中，学生虽然学科基础较为薄弱，但因引用实例源于生活，选用素材对学科知识要求不高，学生普遍探究积极性很高。教师在创设真实情境时，以小度智能音箱输入信息、输出信息转为算法流程图再转为代码的过程，让学生明白真实情境转为抽象代码，并不是高不可攀，畏难心理得到有效释放，并在拓展环节中学生顺利使用流程图展现创意BMI计算器的实现过程。本课亮点环节一是让学生化身工程师维修有问题的机器人，提升学生积极性，此环节学生掌握得很好，课例后期根据节奏还可在这一环节多设置有意义的探究内容，形式可使用抢答、问卷星等多种形式的比赛激励。亮点环节二是设置开发训练营，此环节设置偏向理解、应用。有这两个亮点环节的加持，学生的知识储备得以提升，为有难度的拓展活动顺利开展，打下非常好的基础。在开发训练营调查掌握情况测试中，调查对象45人，100%完成测试，平均分达86.47分。经过分析，丢分环节主要在变量的运用上，学生对记忆部分整体掌握较