高校學(xué)生“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用”前概念探究

蘇雨晴，牛彥敏，向鑫蘋，韓書甲

（1.重慶師范大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息科學(xué)學(xué)院，重慶 401331；2.重慶對(duì)外經(jīng)貿(mào)學(xué)院數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)學(xué)院，重慶 401520）

1 研究背景

概念作為構(gòu)成知識(shí)的基元，是學(xué)生學(xué)習(xí)認(rèn)知活動(dòng)中的生長點(diǎn)與結(jié)合點(diǎn)[1]。前概念是指學(xué)生在進(jìn)入正式學(xué)習(xí)之前，頭腦中原有的認(rèn)知和理解[2]。有科學(xué)的概念也有非科學(xué)的錯(cuò)誤概念，因其頑固性、復(fù)雜性等特點(diǎn)，會(huì)影響學(xué)生建立科學(xué)概念，因而逐步引發(fā)學(xué)界對(duì)概念轉(zhuǎn)變的研究。概念轉(zhuǎn)變是非科學(xué)概念向科學(xué)概念的正確轉(zhuǎn)化[3]。

目前對(duì)于學(xué)習(xí)者的概念研究主要集中在數(shù)理化等學(xué)科中，董玉琦教授團(tuán)隊(duì)提出了CTCL 研究范式[4]，多集中于信息技術(shù)的概念研究，研究對(duì)象主要集中在高中學(xué)段，在高等教育中關(guān)于計(jì)算機(jī)知識(shí)的概念研究相對(duì)較少。

本研究在2022 年重慶市級(jí)“課程思政”示范項(xiàng)目科學(xué)倫理專項(xiàng)項(xiàng)目計(jì)算機(jī)導(dǎo)論課程中，以“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用”單元知識(shí)為例，針對(duì)西南地區(qū)某高校計(jì)算機(jī)類專業(yè)的大一學(xué)生進(jìn)行前概念調(diào)查，所有學(xué)生均未正式學(xué)習(xí)該單元的知識(shí)。本研究中的前概念指的與科學(xué)概念相悖的錯(cuò)誤概念，旨在探究學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)知識(shí)之前存在的前概念情況，并通過分析學(xué)生的前概念類型和形成原因，為教師提供相關(guān)的教學(xué)建議，有助于教師根據(jù)學(xué)生的前概念問題進(jìn)行針對(duì)性教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展，為學(xué)生提供更好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

2 研究設(shè)計(jì)

2.1 研究方法和工具

本研究采用了文獻(xiàn)研究法、問卷調(diào)查法、訪談法。問卷調(diào)查法中采用的二階選擇題問卷是本研究的主要研究工具，由Treagust D.F提出[5]。二階選擇題的特點(diǎn)是試題由兩階組成，第一階是該題的答案，第二階是根據(jù)第一階的答案寫出的相應(yīng)理由，兩階都為選擇題，在第二階理由選項(xiàng)后面添加空白項(xiàng)，方便學(xué)生寫出認(rèn)為其他正確的理由，以便更深入地挖掘?qū)W生的認(rèn)知。學(xué)生同時(shí)答對(duì)兩階，該試題才算正確。

2.2 二階選擇題的開發(fā)

1）確定測試知識(shí)點(diǎn)

通過訪談三位一線教師，了解學(xué)生可能存在的前概念。初步篩選出測試知識(shí)點(diǎn)之后，交由三位教師審議，最終確定測試知識(shí)點(diǎn)。

2）形成開放式問卷并施測

根據(jù)知識(shí)點(diǎn)初步形成開放式問卷后，再交由三位教師審議，審議通過后最終形成開放式問卷共8題，對(duì)A班55名學(xué)生進(jìn)行測試。以部分試題為例，開放式問卷與測試知識(shí)點(diǎn)部分對(duì)應(yīng)表如表1所示。

表1 開放式問卷與測試知識(shí)點(diǎn)部分對(duì)應(yīng)表

3）形成一般二階問卷并施測

對(duì)A班學(xué)生的作答情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，針對(duì)答案比較新穎或者答案空缺的學(xué)生一一進(jìn)行訪談，以期挖掘出學(xué)生更多的認(rèn)知。通過整理分析學(xué)生的答案，作為第一階選項(xiàng)，在末尾添加“其他”填空項(xiàng)，學(xué)生可寫出對(duì)該題的其他理解；添加“因?yàn)椤碧羁枕?xiàng)收集學(xué)生選擇第一階選項(xiàng)的理由，以第2 題為例，據(jù)此形成的一般二階問卷為：

IP地址由什么構(gòu)成？選擇___（單選）

A.網(wǎng)址、域名

B.網(wǎng)絡(luò)號(hào)(ID)和主機(jī)號(hào)(ID)

C.數(shù)字（0-255）

D.其他________

因?yàn)椋篲_______

教師審議一般二階問卷之后發(fā)放于B 班54 名學(xué)生。

4）形成二階選擇題問卷

在實(shí)施完一般二階問卷測試后，采用相同的辦法對(duì)學(xué)生寫出的理由進(jìn)行分析，作為第二階選項(xiàng)，在其后添加“其他理由”填空項(xiàng)，在題的后面增加“其他理由”和“以上均沒有我認(rèn)為正確的答案，我的理解是，因?yàn)椤碧羁枕?xiàng)，形成二階選擇題初稿。用二階選擇題初稿對(duì)C班54名學(xué)生試測，來驗(yàn)證問卷的信度。重測信度為0.726，到此二階選擇題問卷終稿制作完成。以第2題為例，二階選擇題為：

IP地址由什么構(gòu)成？選擇___（單選）

A.網(wǎng)址、域名

B.網(wǎng)絡(luò)號(hào)(ID)和主機(jī)號(hào)(ID)

C.數(shù)字（0-255）

我選擇該項(xiàng)的理由是___（單選）

A.IP地址由網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址構(gòu)成

B.一般是http開頭加上www、相關(guān)的地址、網(wǎng)址等

C.生活中見到過

D.其他理由________

以上均沒有我認(rèn)為正確的答案，我的理解是________，因?yàn)開_______

3 研究結(jié)果

3.1 研究結(jié)果分析

1）試題情況

二階選擇題問卷正式形成后，發(fā)放D 班、E 班，共108 份，回收108 份，有效108 份。根據(jù)學(xué)生選擇的答案和對(duì)應(yīng)理由的關(guān)系，將學(xué)生出現(xiàn)的前概念歸類為以下六種類型：浮于表面、概念混淆、生活經(jīng)驗(yàn)、一知半解、以偏概全、關(guān)系錯(cuò)位。以部分試題為例，對(duì)試題中學(xué)生出現(xiàn)比例較高和具有代表性的前概念進(jìn)行說明，如表2、表3所示。

表3 第5題IP和域名的關(guān)系

2）前概念總體情況分析

通過分析，發(fā)現(xiàn)學(xué)生最常出現(xiàn)的概念類型是生活經(jīng)驗(yàn)和一知半解，這兩種概念類型幾乎涵蓋了所有試題。相比之下，以偏概全和關(guān)系錯(cuò)位這兩種概念類型出現(xiàn)較少，主要體現(xiàn)在第5 題的域名和IP 關(guān)系上，這道題考察兩者之間的關(guān)系，學(xué)生若思維片面，容易出現(xiàn)以偏概全和關(guān)系錯(cuò)位的問題。其次，學(xué)生高頻的前概念是混淆IP、網(wǎng)址、域名，對(duì)于日常生活中使用較多、較為熟悉的知識(shí)點(diǎn)有一定的正確認(rèn)知，但是對(duì)于其內(nèi)涵可能了解不深，當(dāng)遇到其他熟悉的知識(shí)點(diǎn)時(shí)，就容易出現(xiàn)概念混淆的情況。

3.2 學(xué)生前概念原因分析

1）知識(shí)點(diǎn)相對(duì)抽象

在“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用”單元中，存在一些相對(duì)抽象的知識(shí)點(diǎn)，這對(duì)學(xué)生來說可能相對(duì)陌生且具有一定難度。例如，IP地址和域名之間的關(guān)系就是一個(gè)較為抽象的概念。

2）知識(shí)點(diǎn)的遷移和聯(lián)想

通過訪談學(xué)生得知，有部分學(xué)生在高中接觸過一些相關(guān)知識(shí)，但由于缺乏更為持續(xù)和深入的學(xué)習(xí)，這些知識(shí)往往被遺忘。在學(xué)生挖掘自身認(rèn)知的過程中，他們會(huì)試圖聯(lián)想之前學(xué)過的或者熟悉的知識(shí)，以解釋當(dāng)前的知識(shí)。然而，由于知識(shí)之間的不適當(dāng)遷移和聯(lián)想，學(xué)生可能出現(xiàn)概念混淆等錯(cuò)誤認(rèn)知。

3）日常生活經(jīng)驗(yàn)的影響

學(xué)生最常出現(xiàn)的前概念類型是生活經(jīng)驗(yàn)，說明日常生活中的經(jīng)驗(yàn)是對(duì)當(dāng)前的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)想和推理的重要依據(jù)，例如學(xué)生對(duì)網(wǎng)址比較熟悉，會(huì)認(rèn)為IP 地址是由網(wǎng)址、域名等構(gòu)成的。

4）學(xué)生思維的局限性

盡管被試學(xué)生都是高校中的學(xué)生，但由于學(xué)生剛進(jìn)入大一階段，接觸的知識(shí)面相對(duì)較窄。因此，學(xué)生容易從片面或狹隘的角度去理解知識(shí)，難以深入探究事物的本質(zhì)。舉例來說，對(duì)于域名的理解，學(xué)生往往會(huì)從字面上出發(fā)，進(jìn)而聯(lián)想到域名與地域或地區(qū)之間的關(guān)系。

3.3 教學(xué)建議

1）運(yùn)用適切的“技術(shù)”

對(duì)于抽象的知識(shí)，教師可以利用多媒體技術(shù)，如投影儀、電子白板等，展示相關(guān)知識(shí)的圖像、動(dòng)畫、視頻等內(nèi)容，逐步引入抽象概念，將抽象的知識(shí)形象具體化，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)可以使用圖表等可視化工具來幫助學(xué)生理解和比較不同知識(shí)點(diǎn)，通過比較和對(duì)比，幫助學(xué)生厘清知識(shí)之間的關(guān)系，避免混淆和錯(cuò)誤的聯(lián)想，減少知識(shí)之間的負(fù)遷移。

2）建立科學(xué)概念，注重實(shí)際應(yīng)用

學(xué)生受日常生活經(jīng)驗(yàn)的影響，其頭腦中缺乏科學(xué)的思維方式和科學(xué)知識(shí)。為此，教師可以設(shè)計(jì)相關(guān)的練習(xí)和任務(wù)，鼓勵(lì)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際問題中。通過解決實(shí)際情境中的問題，逐步引導(dǎo)學(xué)生從個(gè)人的主觀推斷和生活經(jīng)驗(yàn)過渡到科學(xué)的思維方式和專業(yè)的科學(xué)知識(shí)。

3）合作學(xué)習(xí)，建構(gòu)知識(shí)

學(xué)習(xí)是知識(shí)和思維相互融合的過程，二者之間存在緊密的內(nèi)在聯(lián)系，而個(gè)人思維的局限會(huì)影響個(gè)體認(rèn)知的發(fā)展。建構(gòu)主義認(rèn)為學(xué)習(xí)離不開具體的情境，因此在實(shí)際的教學(xué)中，教師可根據(jù)學(xué)生的前概念診斷情況，將處于同一認(rèn)知水平的學(xué)生進(jìn)行分組，并創(chuàng)設(shè)合理的情境，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。小組成員的討論與對(duì)話的過程是原有認(rèn)知和新認(rèn)知、思維與思維之間的碰撞，通過與他人的互動(dòng)，學(xué)生可以從其他人的觀點(diǎn)和經(jīng)驗(yàn)中獲得啟發(fā)，拓寬自己的思維和認(rèn)知范圍，小組成員能夠自我反思，完成自我認(rèn)知的重構(gòu)，從而促進(jìn)概念的轉(zhuǎn)變。

4）采取個(gè)性化教學(xué)

根據(jù)不同的前概念情況，教師需要采取不同的教學(xué)方式。對(duì)于浮于表面的前概念，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生從表象的理解逐步過渡到本質(zhì)的理解，避免學(xué)生的認(rèn)識(shí)停留在表面。對(duì)于概念混淆的問題，例如學(xué)生容易混淆IP、域名、網(wǎng)址，教師可通過舉例子的方法逐一進(jìn)行講解對(duì)比，并輔以圖片說明。對(duì)于生活經(jīng)驗(yàn)的問題，教師可以從學(xué)生日常熟悉的事物或經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，開展?jié)u進(jìn)式教學(xué)。對(duì)于一知半解的問題，教師應(yīng)糾正學(xué)生錯(cuò)誤的概念，并將錯(cuò)誤的概念與正確的概念進(jìn)行連接和對(duì)比。對(duì)于以偏概全的問題，學(xué)生的認(rèn)知會(huì)過于片面，教師可通過舉例、演示等方法讓學(xué)生意識(shí)到自己認(rèn)知的局限性，打開他們的認(rèn)知視野。對(duì)于關(guān)系錯(cuò)位的問題，教師首先要建立知識(shí)點(diǎn)獨(dú)立的科學(xué)概念，然后注意知識(shí)與知識(shí)之間的區(qū)別與聯(lián)結(jié)。

4 總結(jié)

本研究以“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用”單元知識(shí)為例，通過開發(fā)二階選擇題，來探查高校學(xué)生的前概念情況。研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在進(jìn)入正式學(xué)習(xí)之前存在前概念，并且學(xué)生的前概念情況具有相似性，可進(jìn)行分類。通過分析學(xué)生的前概念情況，發(fā)現(xiàn)學(xué)生存在一知半解、浮于表面、生活經(jīng)驗(yàn)等前概念問題，并總結(jié)了各前概念類型的特征，從中得到學(xué)生最容易出現(xiàn)的前概念類型是生活經(jīng)驗(yàn)和一知半解，高頻的前概念是混淆IP、網(wǎng)址、域名。根據(jù)研究結(jié)果，分析了學(xué)生形成前概念的原因，并提出了在教學(xué)中運(yùn)用適切的“技術(shù)”、建立科學(xué)概念，注重實(shí)際應(yīng)用、合作學(xué)習(xí)，建構(gòu)知識(shí)、采取個(gè)性化教學(xué)4條建議來促進(jìn)學(xué)生的觀念轉(zhuǎn)變。