高校学生“计算机网络技术及应用”前概念探究

苏雨晴，牛彦敏，向鑫苹，韩书甲

（1.重庆师范大学计算机与信息科学学院，重庆 401331；2.重庆对外经贸学院数学与计算机学院，重庆 401520）

1 研究背景

概念作为构成知识的基元，是学生学习认知活动中的生长点与结合点[1]。前概念是指学生在进入正式学习之前，头脑中原有的认知和理解[2]。有科学的概念也有非科学的错误概念，因其顽固性、复杂性等特点，会影响学生建立科学概念，因而逐步引发学界对概念转变的研究。概念转变是非科学概念向科学概念的正确转化[3]。

目前对于学习者的概念研究主要集中在数理化等学科中，董玉琦教授团队提出了CTCL 研究范式[4]，多集中于信息技术的概念研究，研究对象主要集中在高中学段，在高等教育中关于计算机知识的概念研究相对较少。

本研究在2022 年重庆市级“课程思政”示范项目科学伦理专项项目计算机导论课程中，以“计算机网络技术及应用”单元知识为例，针对西南地区某高校计算机类专业的大一学生进行前概念调查，所有学生均未正式学习该单元的知识。本研究中的前概念指的与科学概念相悖的错误概念，旨在探究学生学习计算机知识之前存在的前概念情况，并通过分析学生的前概念类型和形成原因，为教师提供相关的教学建议，有助于教师根据学生的前概念问题进行针对性教学，促进学生的认知发展，为学生提供更好的学习体验。

2 研究设计

2.1 研究方法和工具

本研究采用了文献研究法、问卷调查法、访谈法。问卷调查法中采用的二阶选择题问卷是本研究的主要研究工具，由Treagust D.F提出[5]。二阶选择题的特点是试题由两阶组成，第一阶是该题的答案，第二阶是根据第一阶的答案写出的相应理由，两阶都为选择题，在第二阶理由选项后面添加空白项，方便学生写出认为其他正确的理由，以便更深入地挖掘学生的认知。学生同时答对两阶，该试题才算正确。

2.2 二阶选择题的开发

1）确定测试知识点

通过访谈三位一线教师，了解学生可能存在的前概念。初步筛选出测试知识点之后，交由三位教师审议，最终确定测试知识点。

2）形成开放式问卷并施测

根据知识点初步形成开放式问卷后，再交由三位教师审议，审议通过后最终形成开放式问卷共8题，对A班55名学生进行测试。以部分试题为例，开放式问卷与测试知识点部分对应表如表1所示。

表1 开放式问卷与测试知识点部分对应表

3）形成一般二阶问卷并施测

对A班学生的作答情况进行统计分析，针对答案比较新颖或者答案空缺的学生一一进行访谈，以期挖掘出学生更多的认知。通过整理分析学生的答案，作为第一阶选项，在末尾添加“其他”填空项，学生可写出对该题的其他理解；添加“因为”填空项收集学生选择第一阶选项的理由，以第2 题为例，据此形成的一般二阶问卷为：

IP地址由什么构成？选择___（单选）

A.网址、域名

B.网络号(ID)和主机号(ID)

C.数字（0-255）

D.其他________

因为：________

教师审议一般二阶问卷之后发放于B 班54 名学生。

4）形成二阶选择题问卷

在实施完一般二阶问卷测试后，采用相同的办法对学生写出的理由进行分析，作为第二阶选项，在其后添加“其他理由”填空项，在题的后面增加“其他理由”和“以上均没有我认为正确的答案，我的理解是，因为”填空项，形成二阶选择题初稿。用二阶选择题初稿对C班54名学生试测，来验证问卷的信度。重测信度为0.726，到此二阶选择题问卷终稿制作完成。以第2题为例，二阶选择题为：

IP地址由什么构成？选择___（单选）

A.网址、域名

B.网络号(ID)和主机号(ID)

C.数字（0-255）

我选择该项的理由是___（单选）

A.IP地址由网络地址和主机地址构成

B.一般是http开头加上www、相关的地址、网址等

C.生活中见到过

D.其他理由________

以上均没有我认为正确的答案，我的理解是________，因为________

3 研究结果

3.1 研究结果分析

1）试题情况

二阶选择题问卷正式形成后，发放D 班、E 班，共108 份，回收108 份，有效108 份。根据学生选择的答案和对应理由的关系，将学生出现的前概念归类为以下六种类型：浮于表面、概念混淆、生活经验、一知半解、以偏概全、关系错位。以部分试题为例，对试题中学生出现比例较高和具有代表性的前概念进行说明，如表2、表3所示。

表3 第5题IP和域名的关系

2）前概念总体情况分析

通过分析，发现学生最常出现的概念类型是生活经验和一知半解，这两种概念类型几乎涵盖了所有试题。相比之下，以偏概全和关系错位这两种概念类型出现较少，主要体现在第5 题的域名和IP 关系上，这道题考察两者之间的关系，学生若思维片面，容易出现以偏概全和关系错位的问题。其次，学生高频的前概念是混淆IP、网址、域名，对于日常生活中使用较多、较为熟悉的知识点有一定的正确认知，但是对于其内涵可能了解不深，当遇到其他熟悉的知识点时，就容易出现概念混淆的情况。

3.2 学生前概念原因分析

1）知识点相对抽象

在“计算机网络技术及应用”单元中，存在一些相对抽象的知识点，这对学生来说可能相对陌生且具有一定难度。例如，IP地址和域名之间的关系就是一个较为抽象的概念。

2）知识点的迁移和联想

通过访谈学生得知，有部分学生在高中接触过一些相关知识，但由于缺乏更为持续和深入的学习，这些知识往往被遗忘。在学生挖掘自身认知的过程中，他们会试图联想之前学过的或者熟悉的知识，以解释当前的知识。然而，由于知识之间的不适当迁移和联想，学生可能出现概念混淆等错误认知。

3）日常生活经验的影响

学生最常出现的前概念类型是生活经验，说明日常生活中的经验是对当前的知识点进行联想和推理的重要依据，例如学生对网址比较熟悉，会认为IP 地址是由网址、域名等构成的。

4）学生思维的局限性

尽管被试学生都是高校中的学生，但由于学生刚进入大一阶段，接触的知识面相对较窄。因此，学生容易从片面或狭隘的角度去理解知识，难以深入探究事物的本质。举例来说，对于域名的理解，学生往往会从字面上出发，进而联想到域名与地域或地区之间的关系。

3.3 教学建议

1）运用适切的“技术”

对于抽象的知识，教师可以利用多媒体技术，如投影仪、电子白板等，展示相关知识的图像、动画、视频等内容，逐步引入抽象概念，将抽象的知识形象具体化，激发学生的学习兴趣。同时可以使用图表等可视化工具来帮助学生理解和比较不同知识点，通过比较和对比，帮助学生厘清知识之间的关系，避免混淆和错误的联想，减少知识之间的负迁移。

2）建立科学概念，注重实际应用

学生受日常生活经验的影响，其头脑中缺乏科学的思维方式和科学知识。为此，教师可以设计相关的练习和任务，鼓励学生将所学知识应用到实际问题中。通过解决实际情境中的问题，逐步引导学生从个人的主观推断和生活经验过渡到科学的思维方式和专业的科学知识。

3）合作学习，建构知识

学习是知识和思维相互融合的过程，二者之间存在紧密的内在联系，而个人思维的局限会影响个体认知的发展。建构主义认为学习离不开具体的情境，因此在实际的教学中，教师可根据学生的前概念诊断情况，将处于同一认知水平的学生进行分组，并创设合理的情境，以激发学生的学习兴趣。小组成员的讨论与对话的过程是原有认知和新认知、思维与思维之间的碰撞，通过与他人的互动，学生可以从其他人的观点和经验中获得启发，拓宽自己的思维和认知范围，小组成员能够自我反思，完成自我认知的重构，从而促进概念的转变。

4）采取个性化教学

根据不同的前概念情况，教师需要采取不同的教学方式。对于浮于表面的前概念，教师应引导学生从表象的理解逐步过渡到本质的理解，避免学生的认识停留在表面。对于概念混淆的问题，例如学生容易混淆IP、域名、网址，教师可通过举例子的方法逐一进行讲解对比，并辅以图片说明。对于生活经验的问题，教师可以从学生日常熟悉的事物或经验出发，开展渐进式教学。对于一知半解的问题，教师应纠正学生错误的概念，并将错误的概念与正确的概念进行连接和对比。对于以偏概全的问题，学生的认知会过于片面，教师可通过举例、演示等方法让学生意识到自己认知的局限性，打开他们的认知视野。对于关系错位的问题，教师首先要建立知识点独立的科学概念，然后注意知识与知识之间的区别与联结。

4 总结

本研究以“计算机网络技术及应用”单元知识为例，通过开发二阶选择题，来探查高校学生的前概念情况。研究发现，学生在进入正式学习之前存在前概念，并且学生的前概念情况具有相似性，可进行分类。通过分析学生的前概念情况，发现学生存在一知半解、浮于表面、生活经验等前概念问题，并总结了各前概念类型的特征，从中得到学生最容易出现的前概念类型是生活经验和一知半解，高频的前概念是混淆IP、网址、域名。根据研究结果，分析了学生形成前概念的原因，并提出了在教学中运用适切的“技术”、建立科学概念，注重实际应用、合作学习，建构知识、采取个性化教学4条建议来促进学生的观念转变。