高中信息技术课程中促进学生概念转化的研究

周晨　石晋阳

摘  要： 基于变构学习理论重点探索了高中生关于数据概念体的构成和由原概念体向科学概念转化的过程。通过二阶诊断测试发现，高中生关于数据的概念存在实践型、经验总结型、跨学科型和具体科学型四种。利用拼图模型论述了高中生概念转化的过程一共经历了六个阶段，从而帮助教育者进行针对性教学。

关键词： 变构学习; 数据; 概念类型; 概念转化

中图分类号：G630          文献标识码：A     文章编号：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年发布了《普通高中信息技术课程标准（2017版）》[1]，明确了普通高中的技术课程是一门立足实践、高度综合、注重创造、科学与人文融合的课程。在高中信息技术课堂教学中，数据贯穿了课程的始终，培养学生计算思维的基础。虽然学生身处于大数据时代，却不能科学的认识数据，陷入一种“当局者迷”的状态。关注概念本身一直是学习科学领域的重要研究课题，探查学生有关数据的概念并且促进学生关于数据的概念转化成为亟需。

1 文献回顾

1.1 促进概念转化的变构学习模型

20世纪80年代后期，以安德烈·焦尔当为代表的欧洲学者们提出了“变构学习理论”。变构学习理论利用“变构蛋白质”特定功能由氨基酸序列上起决定作用的活性位点之间的关联决定的且“变构蛋白质”的功能受外部环境的影响这一理论，形象地解释了复杂的学习过程[2]。这一隐喻给予教育研究者两个启示：第一，学习者概念体（Conceptions）的生成与更新取决于所记录观念建立关联并使之活化;第二，学生复杂的学习是发生在内部概念系统，教师及教育工作者不能直接进入这个系统，只能通过建构相应的教学环境从而干预学生的学习[3]。吴涛[4]详细的论述了“变构学习模型”作用机制：变构学习理论中将学习看做是一个复杂的过程，“知识炼制”就是用来描述学习的机制，指学习者把新信息同所调用的知识进行对质，以此调动概念系统，并生产出对解答他们的问题更为适当的新意义，从而实现概念系统转换的手段。

1.2 概念转化的探查方法

学生的概念属于心理认知结构系统，无法通过“话语”、“动作”等外显行为直接表现出来。在心理学、社会学、人类学等多种基础科学的启示下，国内外学者探查学生的概念转化最常用的是访谈法、概念图和多选项选择题测试（Multiple-choice Test）[5]。多选项选择题可以在有限的时间内进行大量的测试，其中Treagust[6]在多选项选择题的基础上增加了选择理由从而制成了“二阶诊断性试题”。二阶测试题由两部分组成，学生需要同时作答一阶问题和二阶理由才能被认为是学生对概念的理解。

1.3 高中生“数据”概念的相关研究

在2017版《普通高中信息技术课程标准》发布前，学界就开始关注信息技术学科中学生概念的转化。王婧与董玉琦[7]在研究中使用改进的二阶诊断方法，将高中生对于信息技术学科知识的前概念分为：基本科学、张冠李戴、以偏概全、由表及里、性质使然、和生活推理六种。林炜婷[8]基于王婧等人对前概念的分类的基础上进行了删改，将初中生的前概念分为了五种类型。综上所述，变构学习理论有着一套完整的理论体系并且在数学和生物都有相应的教学实践和应用成果，但是在信息技术学科中，相关文献较为缺乏。

2 研究设计

2.1 研究问题

本研究将讨论以下两个问题：①信息技术学科中，高中生关于数据存在哪几种原概念体？②信息技术学科中，高中生关于数据的概念体转化过程是怎样的？

2.2 研究工具

试题依据不同知识点，设计了单选题和多选题两种题型，要求学生选出最符合题意的选项并在选择相应选项后给出对应的理由。开放式测试题用来收集学生的概念体，半开放式测试用来对比和验证教学前后学生概念体的变化。

2.3 研究过程

⑴ 整理“声音数字化”涉及的概念，收集学习者原概念体。

⑵ 对学习者有关数据概念进行分类。本研究以概念的来源作为划分的依据，得到了高中生数据模块概念分类表，如表1所示。

表1  高中生数据模块概念分类

[概念分类 表征 具体科学型 在信息技术学科中，学生已具备的相关科学的概念。 跨学科型 来源于其他学科并且与信息技术课程有交叉的知识点和具体概念。 经验总结型 源于原概念体与受外部环境影响而产生的文化、态度、知识、技能、价值和行为的联结。 实践型 源于学生对通过对真实事物的看、听、尝、摸和嗅，即通过直接感知获得的具体的概念。 ]

⑶ 创设变构学习环境进行教学，对学习者概念体的再收集和分析。

3 数据分析结果

3.1 高中生关于数据的原概念体调查与分析结果

实践型 例如判断什么是数据？是否含有数字成为他们判断该选项是数据的主要依据。学生观察到题目中所给的车票包含了很多数字，这些数字有对应的信息，认定这些数字就是数据。

经验总结型 题目为学生模拟了一个打电话的场景，目的是测量学生数字信号与模拟信号间的相互转换。学生通过回忆日常生活中打电话的经验和技能，判断数据是怎样进行传输的。

跨学科型 如测量数字信号与模拟信号的概念，学生会联系物理学科中声波的概念来演绎模拟信号;测量是学生关于数据的采样与量化，学生利用数学学科中直角坐标系来描述数据的采样与量化。

具体科学型 由于学生只认识部分科学概念并且缺乏整体的认识，导致在解释新的概念而出现偏移。比如测量学生不同存储单位的概念，有学生知道“KB<MB<GB”，却不清楚字节是计算机中最小的存储单位。

根据半开放式测验的数据绘制图1，从图1可以看出实践型和跨学科型所占面积最大，经验总结型所占面积相对较小，具体科学型所占面积最少。首先要明确的是，经验总结型虽然所占面积较少，但是在具体实际情况中，拥有经验总结型的概念的学生已经具备了实践型的经验和知识，这种概念类型是将实践型概念和从外部环境影响下产生的文化、态度、知识、技能、价值和行为结合而形成的新的概念类型，它的存在不是孤立的，而是作为整体的一部分存在概念系统中，通常与实践型一起出现。例如系统中一些题分别对应考查了学生关于数据类型、bit、二进制，属于信息技术学科的知识。这种知识中的具体科学型概念存在最多，存在具体科学型概念的学生回答完成正确，而存在其他类型概念的学生回答都是错误。

学生有关数据的概念体主要是由四种不同类型的概念构成，其中实践型与经验总结型占比最多，是构成概念体的基础。当具体的知识点中出现其他学科的概念时，学生关于这一特定知识点的概念体中跨学科型的概念就占比越多。当具体知识点中出现的概念是信息技术这门学科所独有的，学生关于这一知识点的概念会呈现两种极端状态，一种是已经存在具体科学概念，另一种是很少或完全没有。

3.2 高中生关于数据概念转化的过程

基于变构学习理论进行了教学设计，经过具体教学实践，最后对学生所掌握的数据的有关概念进行了第二次测试。

根据第二次测验的数据绘制图2。图2中，具体科学型的概念占比明显增多，实践型、经验总结型和跨学科型的占比显著减少。可以明确的是，在变构学习理论指导下构建的变构学习环境帮助学生进行了概念的转化。在具体的信息技术课堂教学中，学生的概念转化分为了六个步骤，本研究构建了拼图模型，详细的解释了学生概念转化的过程，如图3所示。

在进行教学前，学生的概念体中存在大量四种关于数据的概念，每个学生所拥有的概念类型、数量都不相同。当学生接受外部环境的刺激，如看到长方体，便会利用现有的概念主动构建出和调用一个“长方体”。这种“长方体”区别“科学的长方体”，首先构成“长方体”每个概念间的联结是松散的，其中有些概念可能会发生偏移，与“科学的长方体”内部构成不同。在接受外部环境刺激学生主动建构的过程中，会有两种情况产生，大部分学生构成的概念体无法解释新的知識，这种概念体是缺失或联结松散的与新知识产生了对抗;只有很少一部分学生所构成的概念体能直接解释新知识，并在此过程中没有发生对抗。

面对大部分学生会出现概念体与新知识产生对抗的情形，要求教师提供合适的变构学习环境以诱发学生原概念系统的失衡。学生再次接受到外部新信息的刺激，打破原概念体平衡的状态，一方面在教师提供帮助下，另一方面学生通过自己的想象和创新构建出新的概念来适配原概念体，在学生不断的重复这个过程后，原概念体逐渐与科学概念体趋同。但是概念与概念之间的联结还处于松散状态，需要通过不断的强化训练才能加强每个概念间的联结，这时就需要教师不断提供帮助实现知识的“再投资”，最后形成相对稳定的且科学的概念体。

4 促进高中生数据概念的转化的策略

4.1 确定学习者的概念体

在教师呈现教学内容前，学习者的思维中已经存在了有关数据的概念体。收集、了解学生关于数据这一具体知识点的概念是教师帮助学生进行概念转化的前提。教师可以通过访谈、观察法、问卷调查、试题测试等多种手段对学生的已有概念体进行检测，找到学生的兴趣所在。

4.2 分析学生对于学习的障碍，诱发概念体失衡

学生在概念转化过程中除了情感因素引发的障碍外，还有两类障碍。①缺乏概念信息导致的障碍。②先在参考框架引起的障碍。在面对这种情况时，教师自身要对教学内容有深刻理解，结合具体的知识点创设对抗的情境，诱发学生概念系统的失衡。

4.3 提供教学支持

在关注学习者的同时，要注重合理运用思维助手。思维助手是指教师为了帮助学习者实现学习目标，为学生提供的各种信息媒介和方法。可以是实践活动、小组学习、游戏、建模等等，让学生亲自体会知识本身的内涵。只有不断地重复强化这一过程，实现知识的再投资，才能使得学习者的概念体逐渐向科学概念体靠近并稳定下来，最终完成概念的转化。

5 结束语

通过剖析变构学习理论并将其运用于具体信息技术课堂中，探索高中生关于数据的原概念体的构成，分析了这些概念分布特征，其中需要关注：实践型概念和经验总结型概念是构成学习者原概念体的主体。以“声音数字化”这一教学内容为研究，分析了高中生关于数据的概念体转变的了六个阶段，提出促进学习者概念转化的对策。局限于学习者的个体差异和教育者教学能力差异，只能对学习者概念体构成做出初略的估计，而不同的教育者在对待相同的教学内容时，变构学习环境内部各要素如何协调，是否对学生概念转化过程有影响等都是需要探讨的。

参考文献（References）：

[1] 刘向永.普通高中信息技术课程标准（2017年版）概览[J].中国信息技术教育，2018（5）：5-6

[2] 裴新宁.变构学习模型与教学设计[J].全球教育展望，2006，35（12）：38-42

[3] 裴新宁.让学习成功——变构模型及其教学应用[J].教育生物学杂志，2013，1（4）：263-270

[4] 吴涛.变构学习模型研究[D].华东师范大学，2010

[5] 刘欣颜，刘恩山.科学概念的探查方法及教学启示[J].教育导刊，2018（10）：58-64

[6] David F. Treagust. Development and use of diagnostic tests to evaluate students' misconceptions in science[J]. International Journal of Science Education，1988，10（2）

[7] 王靖.高中学生信息技术概念转变研究[D].东北师范大学，2013

[8] 林炜婷.促进初中生信息技术概念转变的微课应用策略研究[D].福建师范大学，2018

3227501908294