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

摘? 要： 基于變構(gòu)學(xué)習(xí)理論重點探索了高中生關(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)化的過程。通過二階診斷測試發(fā)現(xiàn)，高中生關(guān)于數(shù)據(jù)的概念存在實踐型、經(jīng)驗總結(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)化的過程一共經(jīng)歷了六個階段，從而幫助教育者進(jìn)行針對性教學(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：G630? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ?文章編號：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)生計算思維的基礎(chǔ)。雖然學(xué)生身處于大數(shù)據(jù)時代，卻不能科學(xué)的認(rèn)識數(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)過程[2]。這一隱喻給予教育研究者兩個啟示：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)入這個系統(tǒng)，只能通過建構(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)看做是一個復(fù)雜的過程，“知識煉制”就是用來描述學(xué)習(xí)的機(jī)制，指學(xué)習(xí)者把新信息同所調(diào)用的知識進(jìn)行對質(zhì)，以此調(diào)動概念系統(tǒng)，并生產(chǎn)出對解答他們的問題更為適當(dāng)?shù)男乱饬x，從而實現(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)，無法通過“話語”、“動作”等外顯行為直接表現(xiàn)出來。在心理學(xué)、社會學(xué)、人類學(xué)等多種基礎(chǔ)科學(xué)的啟示下，國內(nèi)外學(xué)者探查學(xué)生的概念轉(zhuǎn)化最常用的是訪談法、概念圖和多選項選擇題測試（Multiple-choice Test）[5]。多選項選擇題可以在有限的時間內(nèi)進(jìn)行大量的測試，其中Treagust[6]在多選項選擇題的基礎(chǔ)上增加了選擇理由從而制成了“二階診斷性試題”。二階測試題由兩部分組成，學(xué)生需要同時作答一階問題和二階理由才能被認(rèn)為是學(xué)生對概念的理解。

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，將高中生對于信息技術(shù)學(xué)科知識的前概念分為：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

2.1 研究問題

本研究將討論以下兩個問題：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)化過程是怎樣的？

2.2 研究工具

試題依據(jù)不同知識點，設(shè)計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并在選擇相應(yīng)選項后給出對應(yīng)的理由。開放式測試題用來收集學(xué)生的概念體，半開放式測試用來對比和驗證教學(xué)前后學(xué)生概念體的變化。

2.3 研究過程

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 來源于其他學(xué)科并且與信息技術(shù)課程有交叉的知識點和具體概念。 經(jīng)驗總結(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、技能、價值和行為的聯(lián)結(jié)。 實踐型 源于學(xué)生對通過對真實事物的看、聽、嘗、摸和嗅，即通過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)字有對應(yīng)的信息，認(rèn)定這些數(shù)字就是數(shù)據(jù)。

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

跨學(xué)科型 如測量數(shù)字信號與模擬信號的概念，學(xué)生會聯(lián)系物理學(xué)科中聲波的概念來演繹模擬信號;測量是學(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)識部分科學(xué)概念并且缺乏整體的認(rèn)識，導(dǎo)致在解釋新的概念而出現(xiàn)偏移。比如測量學(xué)生不同存儲單位的概念，有學(xué)生知道“KB<MB<GB”，卻不清楚字節(jié)是計算機(jī)中最小的存儲單位。

根據(jù)半開放式測驗的數(shù)據(jù)繪制圖1，從圖1可以看出實踐型和跨學(xué)科型所占面積最大，經(jīng)驗總結(jié)型所占面積相對較小，具體科學(xué)型所占面積最少。首先要明確的是，經(jīng)驗總結(jié)型雖然所占面積較少，但是在具體實際情況中，擁有經(jīng)驗總結(jié)型的概念的學(xué)生已經(jīng)具備了實踐型的經(jīng)驗和知識，這種概念類型是將實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、技能、價值和行為結(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，通常與實踐型一起出現(xiàn)。例如系統(tǒng)中一些題分別對應(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。這種知識中的具體科學(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，其中實踐型與經(jīng)驗總結(jié)型占比最多，是構(gòu)成概念體的基礎(chǔ)。當(dāng)具體的知識點中出現(xiàn)其他學(xué)科的概念時，學(xué)生關(guān)于這一特定知識點的概念體中跨學(xué)科型的概念就占比越多。當(dāng)具體知識點中出現(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)于這一知識點的概念會呈現(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有。

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

基于變構(gòu)學(xué)習(xí)理論進(jìn)行了教學(xué)設(shè)計，經(jīng)過具體教學(xué)實踐，最后對學(xué)生所掌握的數(shù)據(jù)的有關(guān)概念進(jìn)行了第二次測試。

根據(jù)第二次測驗的數(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，實踐型、經(jīng)驗總結(jié)型和跨學(xué)科型的占比顯著減少。可以明確的是，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，如看到長方體，便會利用現(xiàn)有的概念主動構(gòu)建出和調(diào)用一個“長方體”。這種“長方體”區(qū)別“科學(xué)的長方體”，首先構(gòu)成“長方體”每個概念間的聯(lián)結(jié)是松散的，其中有些概念可能會發(fā)生偏移，與“科學(xué)的長方體”內(nèi)部構(gòu)成不同。在接受外部環(huán)境刺激學(xué)生主動建構(gòu)的過程中，會有兩種情況產(chǎn)生，大部分學(xué)生構(gòu)成的概念體無法解釋新的知識，這種概念體是缺失或聯(lián)結(jié)松散的與新知識產(chǎn)生了對抗;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，并在此過程中沒有發(fā)生對抗。

面對大部分學(xué)生會出現(xiàn)概念體與新知識產(chǎn)生對抗的情形，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)生通過自己的想象和創(chuàng)新構(gòu)建出新的概念來適配原概念體，在學(xué)生不斷的重復(fù)這個過程后，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)，需要通過不斷的強(qiáng)化訓(xùn)練才能加強(qiáng)每個概念間的聯(lián)結(jié)，這時就需要教師不斷提供幫助實現(xiàn)知識的“再投資”，最后形成相對穩(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)這一具體知識點的概念是教師幫助學(xué)生進(jìn)行概念轉(zhuǎn)化的前提。教師可以通過訪談、觀察法、問卷調(diào)查、試題測試等多種手段對學(xué)生的已有概念體進(jìn)行檢測，找到學(xué)生的興趣所在。

4.2 分析學(xué)生對于學(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。在面對這種情況時，教師自身要對教學(xué)內(nèi)容有深刻理解，結(jié)合具體的知識點創(chuàng)設(shè)對抗的情境，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，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。可以是實踐活動、小組學(xué)習(xí)、游戲、建模等等，讓學(xué)生親自體會知識本身的內(nèi)涵。只有不斷地重復(fù)強(qiáng)化這一過程，實現(xiàn)知識的再投資，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，最終完成概念的轉(zhuǎn)化。

5 結(jié)束語

通過剖析變構(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：實踐型概念和經(jīng)驗總結(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)變的了六個階段，提出促進(jìn)學(xué)習(xí)者概念轉(zhuǎn)化的對策。局限于學(xué)習(xí)者的個體差異和教育者教學(xué)能力差異，只能對學(xué)習(xí)者概念體構(gòu)成做出初略的估計，而不同的教育者在對待相同的教學(xué)內(nèi)容時，變構(gòu)學(xué)習(xí)環(huán)境內(nèi)部各要素如何協(xié)調(diào)，是否對學(xué)生概念轉(zhuǎn)化過程有影響等都是需要探討的。

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