高中信息技術(shù)課程中促進(jìn)學(xué)生概念轉(zhuǎn)化的研究

周晨　石晉陽(yáng)

摘? 要： 基于變構(gòu)學(xué)習(xí)理論重點(diǎn)探索了高中生關(guān)于數(shù)據(jù)概念體的構(gòu)成和由原概念體向科學(xué)概念轉(zhuǎn)化的過(guò)程。通過(guò)二階診斷測(cè)試發(fā)現(xiàn)，高中生關(guān)于數(shù)據(jù)的概念存在實(shí)踐型、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)型、跨學(xué)科型和具體科學(xué)型四種。利用拼圖模型論述了高中生概念轉(zhuǎn)化的過(guò)程一共經(jīng)歷了六個(gè)階段，從而幫助教育者進(jìn)行針對(duì)性教學(xué)。

關(guān)鍵詞： 變構(gòu)學(xué)習(xí); 數(shù)據(jù); 概念類型; 概念轉(zhuǎn)化

中圖分類號(hào)：G630? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ?文章編號(hào)：1006-8228（2022）03-94-04

Abstract： The composition of data conceptions and the process of transformation from original conceptions to scientific conceptions of high school students are explored by using Allosteric Learning Model. Through the second-order diagnostic test， it is found that there are four types of data conceptions in high school students： practical type， experience summarizing type， interdisciplinary type and specific scientific type. The puzzle model is used to discuss the process of conception transformation of high school students， which has gone through six stages， so as to help educators carry out the targeted teaching.

Key words： allosteric learning; data; types of conception; transformation of conception

0 引言

國(guó)家教育部于2017年發(fā)布了《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》[1]，明確了普通高中的技術(shù)課程是一門立足實(shí)踐、高度綜合、注重創(chuàng)造、科學(xué)與人文融合的課程。在高中信息技術(shù)課堂教學(xué)中，數(shù)據(jù)貫穿了課程的始終，培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的基礎(chǔ)。雖然學(xué)生身處于大數(shù)據(jù)時(shí)代，卻不能科學(xué)的認(rèn)識(shí)數(shù)據(jù)，陷入一種“當(dāng)局者迷”的狀態(tài)。關(guān)注概念本身一直是學(xué)習(xí)科學(xué)領(lǐng)域的重要研究課題，探查學(xué)生有關(guān)數(shù)據(jù)的概念并且促進(jìn)學(xué)生關(guān)于數(shù)據(jù)的概念轉(zhuǎn)化成為亟需。

1 文獻(xiàn)回顧

1.1 促進(jìn)概念轉(zhuǎn)化的變構(gòu)學(xué)習(xí)模型

20世紀(jì)80年代后期，以安德烈·焦?fàn)柈?dāng)為代表的歐洲學(xué)者們提出了“變構(gòu)學(xué)習(xí)理論”。變構(gòu)學(xué)習(xí)理論利用“變構(gòu)蛋白質(zhì)”特定功能由氨基酸序列上起決定作用的活性位點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)決定的且“變構(gòu)蛋白質(zhì)”的功能受外部環(huán)境的影響這一理論，形象地解釋了復(fù)雜的學(xué)習(xí)過(guò)程[2]。這一隱喻給予教育研究者兩個(gè)啟示：第一，學(xué)習(xí)者概念體（Conceptions）的生成與更新取決于所記錄觀念建立關(guān)聯(lián)并使之活化;第二，學(xué)生復(fù)雜的學(xué)習(xí)是發(fā)生在內(nèi)部概念系統(tǒng)，教師及教育工作者不能直接進(jìn)入這個(gè)系統(tǒng)，只能通過(guò)建構(gòu)相應(yīng)的教學(xué)環(huán)境從而干預(yù)學(xué)生的學(xué)習(xí)[3]。吳濤[4]詳細(xì)的論述了“變構(gòu)學(xué)習(xí)模型”作用機(jī)制：變構(gòu)學(xué)習(xí)理論中將學(xué)習(xí)看做是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，“知識(shí)煉制”就是用來(lái)描述學(xué)習(xí)的機(jī)制，指學(xué)習(xí)者把新信息同所調(diào)用的知識(shí)進(jìn)行對(duì)質(zhì)，以此調(diào)動(dòng)概念系統(tǒng)，并生產(chǎn)出對(duì)解答他們的問(wèn)題更為適當(dāng)?shù)男乱饬x，從而實(shí)現(xiàn)概念系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的手段。

1.2 概念轉(zhuǎn)化的探查方法

學(xué)生的概念屬于心理認(rèn)知結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，無(wú)法通過(guò)“話語(yǔ)”、“動(dòng)作”等外顯行為直接表現(xiàn)出來(lái)。在心理學(xué)、社會(huì)學(xué)、人類學(xué)等多種基礎(chǔ)科學(xué)的啟示下，國(guó)內(nèi)外學(xué)者探查學(xué)生的概念轉(zhuǎn)化最常用的是訪談法、概念圖和多選項(xiàng)選擇題測(cè)試（Multiple-choice Test）[5]。多選項(xiàng)選擇題可以在有限的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行大量的測(cè)試，其中Treagust[6]在多選項(xiàng)選擇題的基礎(chǔ)上增加了選擇理由從而制成了“二階診斷性試題”。二階測(cè)試題由兩部分組成，學(xué)生需要同時(shí)作答一階問(wèn)題和二階理由才能被認(rèn)為是學(xué)生對(duì)概念的理解。

1.3 高中生“數(shù)據(jù)”概念的相關(guān)研究

在2017版《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》發(fā)布前，學(xué)界就開(kāi)始關(guān)注信息技術(shù)學(xué)科中學(xué)生概念的轉(zhuǎn)化。王婧與董玉琦[7]在研究中使用改進(jìn)的二階診斷方法，將高中生對(duì)于信息技術(shù)學(xué)科知識(shí)的前概念分為：基本科學(xué)、張冠李戴、以偏概全、由表及里、性質(zhì)使然、和生活推理六種。林煒婷[8]基于王婧等人對(duì)前概念的分類的基礎(chǔ)上進(jìn)行了刪改，將初中生的前概念分為了五種類型。綜上所述，變構(gòu)學(xué)習(xí)理論有著一套完整的理論體系并且在數(shù)學(xué)和生物都有相應(yīng)的教學(xué)實(shí)踐和應(yīng)用成果，但是在信息技術(shù)學(xué)科中，相關(guān)文獻(xiàn)較為缺乏。

2 研究設(shè)計(jì)

2.1 研究問(wèn)題

本研究將討論以下兩個(gè)問(wèn)題：①信息技術(shù)學(xué)科中，高中生關(guān)于數(shù)據(jù)存在哪幾種原概念體？②信息技術(shù)學(xué)科中，高中生關(guān)于數(shù)據(jù)的概念體轉(zhuǎn)化過(guò)程是怎樣的？

2.2 研究工具

試題依據(jù)不同知識(shí)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了單選題和多選題兩種題型，要求學(xué)生選出最符合題意的選項(xiàng)并在選擇相應(yīng)選項(xiàng)后給出對(duì)應(yīng)的理由。開(kāi)放式測(cè)試題用來(lái)收集學(xué)生的概念體，半開(kāi)放式測(cè)試用來(lái)對(duì)比和驗(yàn)證教學(xué)前后學(xué)生概念體的變化。

2.3 研究過(guò)程

⑴ 整理“聲音數(shù)字化”涉及的概念，收集學(xué)習(xí)者原概念體。

⑵ 對(duì)學(xué)習(xí)者有關(guān)數(shù)據(jù)概念進(jìn)行分類。本研究以概念的來(lái)源作為劃分的依據(jù)，得到了高中生數(shù)據(jù)模塊概念分類表，如表1所示。

表1? 高中生數(shù)據(jù)模塊概念分類

[概念分類 表征 具體科學(xué)型 在信息技術(shù)學(xué)科中，學(xué)生已具備的相關(guān)科學(xué)的概念。 跨學(xué)科型 來(lái)源于其他學(xué)科并且與信息技術(shù)課程有交叉的知識(shí)點(diǎn)和具體概念。 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)型 源于原概念體與受外部環(huán)境影響而產(chǎn)生的文化、態(tài)度、知識(shí)、技能、價(jià)值和行為的聯(lián)結(jié)。 實(shí)踐型 源于學(xué)生對(duì)通過(guò)對(duì)真實(shí)事物的看、聽(tīng)、嘗、摸和嗅，即通過(guò)直接感知獲得的具體的概念。 ]

⑶ 創(chuàng)設(shè)變構(gòu)學(xué)習(xí)環(huán)境進(jìn)行教學(xué)，對(duì)學(xué)習(xí)者概念體的再收集和分析。

3 數(shù)據(jù)分析結(jié)果

3.1 高中生關(guān)于數(shù)據(jù)的原概念體調(diào)查與分析結(jié)果

實(shí)踐型 例如判斷什么是數(shù)據(jù)？是否含有數(shù)字成為他們判斷該選項(xiàng)是數(shù)據(jù)的主要依據(jù)。學(xué)生觀察到題目中所給的車票包含了很多數(shù)字，這些數(shù)字有對(duì)應(yīng)的信息，認(rèn)定這些數(shù)字就是數(shù)據(jù)。

經(jīng)驗(yàn)總結(jié)型 題目為學(xué)生模擬了一個(gè)打電話的場(chǎng)景，目的是測(cè)量學(xué)生數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)間的相互轉(zhuǎn)換。學(xué)生通過(guò)回憶日常生活中打電話的經(jīng)驗(yàn)和技能，判斷數(shù)據(jù)是怎樣進(jìn)行傳輸?shù)摹?/p>

跨學(xué)科型 如測(cè)量數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)的概念，學(xué)生會(huì)聯(lián)系物理學(xué)科中聲波的概念來(lái)演繹模擬信號(hào);測(cè)量是學(xué)生關(guān)于數(shù)據(jù)的采樣與量化，學(xué)生利用數(shù)學(xué)學(xué)科中直角坐標(biāo)系來(lái)描述數(shù)據(jù)的采樣與量化。

具體科學(xué)型 由于學(xué)生只認(rèn)識(shí)部分科學(xué)概念并且缺乏整體的認(rèn)識(shí)，導(dǎo)致在解釋新的概念而出現(xiàn)偏移。比如測(cè)量學(xué)生不同存儲(chǔ)單位的概念，有學(xué)生知道“KB<MB<GB”，卻不清楚字節(jié)是計(jì)算機(jī)中最小的存儲(chǔ)單位。

根據(jù)半開(kāi)放式測(cè)驗(yàn)的數(shù)據(jù)繪制圖1，從圖1可以看出實(shí)踐型和跨學(xué)科型所占面積最大，經(jīng)驗(yàn)總結(jié)型所占面積相對(duì)較小，具體科學(xué)型所占面積最少。首先要明確的是，經(jīng)驗(yàn)總結(jié)型雖然所占面積較少，但是在具體實(shí)際情況中，擁有經(jīng)驗(yàn)總結(jié)型的概念的學(xué)生已經(jīng)具備了實(shí)踐型的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，這種概念類型是將實(shí)踐型概念和從外部環(huán)境影響下產(chǎn)生的文化、態(tài)度、知識(shí)、技能、價(jià)值和行為結(jié)合而形成的新的概念類型，它的存在不是孤立的，而是作為整體的一部分存在概念系統(tǒng)中，通常與實(shí)踐型一起出現(xiàn)。例如系統(tǒng)中一些題分別對(duì)應(yīng)考查了學(xué)生關(guān)于數(shù)據(jù)類型、bit、二進(jìn)制，屬于信息技術(shù)學(xué)科的知識(shí)。這種知識(shí)中的具體科學(xué)型概念存在最多，存在具體科學(xué)型概念的學(xué)生回答完成正確，而存在其他類型概念的學(xué)生回答都是錯(cuò)誤。

學(xué)生有關(guān)數(shù)據(jù)的概念體主要是由四種不同類型的概念構(gòu)成，其中實(shí)踐型與經(jīng)驗(yàn)總結(jié)型占比最多，是構(gòu)成概念體的基礎(chǔ)。當(dāng)具體的知識(shí)點(diǎn)中出現(xiàn)其他學(xué)科的概念時(shí)，學(xué)生關(guān)于這一特定知識(shí)點(diǎn)的概念體中跨學(xué)科型的概念就占比越多。當(dāng)具體知識(shí)點(diǎn)中出現(xiàn)的概念是信息技術(shù)這門學(xué)科所獨(dú)有的，學(xué)生關(guān)于這一知識(shí)點(diǎn)的概念會(huì)呈現(xiàn)兩種極端狀態(tài)，一種是已經(jīng)存在具體科學(xué)概念，另一種是很少或完全沒(méi)有。

3.2 高中生關(guān)于數(shù)據(jù)概念轉(zhuǎn)化的過(guò)程

基于變構(gòu)學(xué)習(xí)理論進(jìn)行了教學(xué)設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)具體教學(xué)實(shí)踐，最后對(duì)學(xué)生所掌握的數(shù)據(jù)的有關(guān)概念進(jìn)行了第二次測(cè)試。

根據(jù)第二次測(cè)驗(yàn)的數(shù)據(jù)繪制圖2。圖2中，具體科學(xué)型的概念占比明顯增多，實(shí)踐型、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)型和跨學(xué)科型的占比顯著減少?？梢悦鞔_的是，在變構(gòu)學(xué)習(xí)理論指導(dǎo)下構(gòu)建的變構(gòu)學(xué)習(xí)環(huán)境幫助學(xué)生進(jìn)行了概念的轉(zhuǎn)化。在具體的信息技術(shù)課堂教學(xué)中，學(xué)生的概念轉(zhuǎn)化分為了六個(gè)步驟，本研究構(gòu)建了拼圖模型，詳細(xì)的解釋了學(xué)生概念轉(zhuǎn)化的過(guò)程，如圖3所示。

在進(jìn)行教學(xué)前，學(xué)生的概念體中存在大量四種關(guān)于數(shù)據(jù)的概念，每個(gè)學(xué)生所擁有的概念類型、數(shù)量都不相同。當(dāng)學(xué)生接受外部環(huán)境的刺激，如看到長(zhǎng)方體，便會(huì)利用現(xiàn)有的概念主動(dòng)構(gòu)建出和調(diào)用一個(gè)“長(zhǎng)方體”。這種“長(zhǎng)方體”區(qū)別“科學(xué)的長(zhǎng)方體”，首先構(gòu)成“長(zhǎng)方體”每個(gè)概念間的聯(lián)結(jié)是松散的，其中有些概念可能會(huì)發(fā)生偏移，與“科學(xué)的長(zhǎng)方體”內(nèi)部構(gòu)成不同。在接受外部環(huán)境刺激學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)的過(guò)程中，會(huì)有兩種情況產(chǎn)生，大部分學(xué)生構(gòu)成的概念體無(wú)法解釋新的知識(shí)，這種概念體是缺失或聯(lián)結(jié)松散的與新知識(shí)產(chǎn)生了對(duì)抗;只有很少一部分學(xué)生所構(gòu)成的概念體能直接解釋新知識(shí)，并在此過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生對(duì)抗。

面對(duì)大部分學(xué)生會(huì)出現(xiàn)概念體與新知識(shí)產(chǎn)生對(duì)抗的情形，要求教師提供合適的變構(gòu)學(xué)習(xí)環(huán)境以誘發(fā)學(xué)生原概念系統(tǒng)的失衡。學(xué)生再次接受到外部新信息的刺激，打破原概念體平衡的狀態(tài)，一方面在教師提供幫助下，另一方面學(xué)生通過(guò)自己的想象和創(chuàng)新構(gòu)建出新的概念來(lái)適配原概念體，在學(xué)生不斷的重復(fù)這個(gè)過(guò)程后，原概念體逐漸與科學(xué)概念體趨同。但是概念與概念之間的聯(lián)結(jié)還處于松散狀態(tài)，需要通過(guò)不斷的強(qiáng)化訓(xùn)練才能加強(qiáng)每個(gè)概念間的聯(lián)結(jié)，這時(shí)就需要教師不斷提供幫助實(shí)現(xiàn)知識(shí)的“再投資”，最后形成相對(duì)穩(wěn)定的且科學(xué)的概念體。

4 促進(jìn)高中生數(shù)據(jù)概念的轉(zhuǎn)化的策略

4.1 確定學(xué)習(xí)者的概念體

在教師呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容前，學(xué)習(xí)者的思維中已經(jīng)存在了有關(guān)數(shù)據(jù)的概念體。收集、了解學(xué)生關(guān)于數(shù)據(jù)這一具體知識(shí)點(diǎn)的概念是教師幫助學(xué)生進(jìn)行概念轉(zhuǎn)化的前提。教師可以通過(guò)訪談、觀察法、問(wèn)卷調(diào)查、試題測(cè)試等多種手段對(duì)學(xué)生的已有概念體進(jìn)行檢測(cè)，找到學(xué)生的興趣所在。

4.2 分析學(xué)生對(duì)于學(xué)習(xí)的障礙，誘發(fā)概念體失衡

學(xué)生在概念轉(zhuǎn)化過(guò)程中除了情感因素引發(fā)的障礙外，還有兩類障礙。①缺乏概念信息導(dǎo)致的障礙。②先在參考框架引起的障礙。在面對(duì)這種情況時(shí)，教師自身要對(duì)教學(xué)內(nèi)容有深刻理解，結(jié)合具體的知識(shí)點(diǎn)創(chuàng)設(shè)對(duì)抗的情境，誘發(fā)學(xué)生概念系統(tǒng)的失衡。

4.3 提供教學(xué)支持

在關(guān)注學(xué)習(xí)者的同時(shí)，要注重合理運(yùn)用思維助手。思維助手是指教師為了幫助學(xué)習(xí)者實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)，為學(xué)生提供的各種信息媒介和方法?？梢允菍?shí)踐活動(dòng)、小組學(xué)習(xí)、游戲、建模等等，讓學(xué)生親自體會(huì)知識(shí)本身的內(nèi)涵。只有不斷地重復(fù)強(qiáng)化這一過(guò)程，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的再投資，才能使得學(xué)習(xí)者的概念體逐漸向科學(xué)概念體靠近并穩(wěn)定下來(lái)，最終完成概念的轉(zhuǎn)化。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)剖析變構(gòu)學(xué)習(xí)理論并將其運(yùn)用于具體信息技術(shù)課堂中，探索高中生關(guān)于數(shù)據(jù)的原概念體的構(gòu)成，分析了這些概念分布特征，其中需要關(guān)注：實(shí)踐型概念和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)型概念是構(gòu)成學(xué)習(xí)者原概念體的主體。以“聲音數(shù)字化”這一教學(xué)內(nèi)容為研究，分析了高中生關(guān)于數(shù)據(jù)的概念體轉(zhuǎn)變的了六個(gè)階段，提出促進(jìn)學(xué)習(xí)者概念轉(zhuǎn)化的對(duì)策。局限于學(xué)習(xí)者的個(gè)體差異和教育者教學(xué)能力差異，只能對(duì)學(xué)習(xí)者概念體構(gòu)成做出初略的估計(jì)，而不同的教育者在對(duì)待相同的教學(xué)內(nèi)容時(shí)，變構(gòu)學(xué)習(xí)環(huán)境內(nèi)部各要素如何協(xié)調(diào)，是否對(duì)學(xué)生概念轉(zhuǎn)化過(guò)程有影響等都是需要探討的。

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