高中信息技术前科学概念转变策略的探析*

（镇江市实验高级中学，江苏镇江 212003）

一、前科学概念

美国的霍尔（Stanly Hall）早在1903年启动一个计划，调查儿童对自然现象如热、霜和火的（前科学）观念[1]。而皮亚杰（Piaget Jean）在其著作《The child’s conception of the world》中提及的 child's conception表达的含义则更接近前科学概念。维果斯基认为前概念指的是那些未经专门教学，在同其他人进行日常交际和积累个人经验的过程中所掌握的概念，其内涵受狭隘的知识范围的限制，往往被不适当地扩大或缩小。[2]

笔者认为“前概念”强调在正式教学前，学生认知和科学概念间的偏差部分，突出发生的时间点，忽视了教学后引发的与科学概念不尽一致的认知。而“前科学概念”则强调学习者形成科学认知前的认知层面。因此，前科学概念即在高中信息技术学科中，学生的科学概念形成之前，学生所持有的认知中与科学概念之间的偏差部分。

二、转变策略

许多研究概念转变的学者从不同角度来研究学习概念的转变。尽管对概念转变有不同的理解，但主流观点认为，概念转变是对已有知识的主要重构[3]。概念转变一般被定义为现有概念的转变(如信念、观念或思维的方式)。已有知识或信念的转变或重构是概念转变与其他学习方式的区别。

波斯纳等人从认知论的角度提出转变模型，认为学生抛弃旧概念，接纳新概念的过程就是“概念转变”[4]。

齐(M.T.H.Chi)和罗斯克(R.D.Roscoe)认为概念转变是概念的重新分配，使其处于合适的类别下的过程[5]。余民宁认为，所谓的学习，即是一种概念转变的过程[6]。

综上，笔者将概念转变理解为学习过程中新旧经验相互作用的过程，是新经验对已有经验改造与重构的过程。

三、“IE模型”的构建

笔者认为前科学概念的转变策略既需要学习者积极参与对知识的重组，也依赖于教师的适当干预，二者要相辅相成。因此笔者从“以人为本”的角度出发，提出“IE 模型”转变策略，即 I（internal）学生内省和E（exter⁃nal）教师外助（如图1）。

图1 “IE模型”图

（一） II（inteerrnnaall）学生内省

学生内省也即反思。很多学者指出，有意识的，主动的反思一个人的观点，会导致概念转变。笔者认为概念转变的关键在于内省。而学生内省又包含以下两种类型。

第一，自主式内省。当学生认为某些观点或知识和已有概念不同时，其更倾向以检查已有概念方式来化解矛盾，即自主式内省。因此，当学生的认知冲突产生后，教师可引导其以开放的思维看问题，促使学生从亲身经历的角度对存在的前科学概念进行反思，使其产生自主改变的意愿。

第二，合作式内省。由于受自身条件、认知水平、原有知识背景等因素的影响，每个学生对事物的理解或对问题的认知在广度和深度上都会产生不同。因此，通过合作式内省，学生间的认知会产生激烈的碰撞，引发认知冲突，进而促使他们寻找新信息和更恰当的认知观点，去支撑其挑战他人的解释，这个过程正是学生接受科学概念，实现概念转变的过程。而在课堂教学中，概念转变还需要教师的辅助，引导学生站在旁观者的角度，对“他人”的某些前概念进行评审。因此，合作内省也包括教师与学生之间的思想碰撞。

（二） E（external）教师外助

笔者认为教师外助是帮助学生转变前科学概念的外部环境，它包括：情境、方法、内容、平台等几个要素。

1.情境

（ 1）唤醒情境

情境认知理论强调，情境的主要作用有两个：第一，将学习任务与学生的原有经验联系起来；第二，促进知识、技能与经验的联系。研究表明，能够唤醒学生前科学概念的通常是学生的日常生活经历，以下简称“唤醒情境”。

（ 2）体验情境

情境和内容具有密不可分的联系。信息技术是一门特殊学科，有些知识是理论思想层次的，有些知识则是工具层次的，外显为行为动作。工具层次的内容，一般较为直观，可以通过操作、观察等直观方式体验，即“体验情境”。

（ 3）类比情境

对于概念，名词等较为抽象的理论层次的知识，是经过总结高度概括过的，并不能被学生直观体验，针对这种内容，可采用类比情境。类比依据最好来源于学生的生活经历。

2.方法

笔者认为在情境的基础上配合方法，才能更有效地引发学生的认知冲突。本研究从对前科学概念的分类入手，分析了与每种概念类型相对应的解决方法（如表1）。

表1 前科学概念类型与解决方法对应表

3.内容

内容对学生而言是有正向意义的，内容对学生之间、师生之间进行有意义的言语交流起到导向作用。本研究从课堂氛围、人物定位、话语行为三个方面，分析了“内容”。

第一，课堂氛围。在本研究中，模型是辅助学生实现概念转变的。而高一学生则刚刚完成从初中到高中阶段转变，课堂氛围应倾向于活泼、简约。即教师要适当使用动态媒体，配以丰富的色彩，以简明扼要的形式呈现知识。

第二，人物定位。根据情境在真实人物与虚拟人物之间适当的切换，引导学生学习。教师在引导学生合作交流的过程中，有时需要借助学生同伴间的行为、见解并以此去影响他人，而这些行为、见解皆为虚拟人物。

第三，话语行为。教师的话语对引导学生思考发现起到重要作用，而话语又包含了语言的精准和语气的适当。对客观事实的陈述可以用陈述语气；对学生进行暗示可以使用疑问语气；对学生提建设性意见可以用祈使语气；对学生进行评价时的感叹语气会有效提升学习效果。

4.平台

平台为学生进行有意义的言语交流提供了保障。受地区教育政策和学校发展环境等各种外界因素影响，在信息技术课堂教学中，学生可接触到的信息资源有很大的差异。本研究视计算机环境的不同分别分析了三种平台。

（ 1）基础平台

计算机性能一般，以文本、图片为主要媒体传递形式，基本能够满足基础课程教学的需求，适用于知识层面占主导的课程类型。

（ 2）多媒体平台

计算机性能较好。除了文本、图片之外，还可以渗透声音、动画、视频等媒体形式，能够很好地满足基础课程教学的需求，适用于知识层面和基础技术层面的课程类型。

（ 3）交互平台

计算机性能很好，可集成文本、声音、图片、动画、视频等多种媒体，可以进行交互实验，拥有云技术等比较优越的平台环境。完全能够满足各种课程类型的教学需求。

（三）转变策略实施流程

（1）前测，基于学生的前科学概念，构建“IE”模型。

（2）定位平台类型，通过适当情境的呈现，启动“IE”模型；引发促进学生的内省，内省结束后，脱离模型。

（3）教师引导学生应用新知识、新技能，让其意识到前科学概念的不足，自行推翻自己的固执观点，强化科学观点，完全实现概念转变。

（4）后测，验证模型应用到课堂教学中的有效性。

（5）跟踪后测。

在后测结束之后的一段时间内，利用如学期期末考试等机会对学生进行跟踪后测，对考试的相关内容成绩抽出分析，比较利用模型转变的效果，看是否会出现反复以及反复的程度。

四、前科学概念转变的教学实验

促进概念转变的模型构建完成之后，笔者对所在学校的高中一年级A班的49名学生开展了教学实验。具体方案及流程如下。

（一）前测

笔者根据所教班级的教学进度安排以及本研究中对学生前科学概念的分类情况，选择了还未进行课堂教学的“动态网页”这个知识点作为测试内容，来验证IE模型的有效性。

笔者利用在开发前科学概念测试工具时的题目，编制了开放式二阶问卷。以“动态网页”为例进行前测，题目如下。

问题：浏览网页信息已经成为我们获取信息的一种途径，但你知道吗，网页有动态和静态之分，那么根据你的判断，什么样的网页是动态网页呢？你的理由是什么？

由于时间跨度和课程进度原因，在完成前测后的两周内，学生基本不会跨章节对这个知识点进行学习。本研究在教学实施前两周对学生进行前测。由于t检验本身的特点和题目较少的原因，学生的填写质量较高，前测发放问卷 49份，回收有效问卷 49份。

根据前测所得结果，笔者注意到，学生比较集中的观点仍停留在gif动画、Flash动画、集成了文本、图像、音视频等多媒体形式的网页、有小广告等几个主要方面，并不能认识到动态网页“互动”的本质。因此，根据本研究对前科学概念的分类，学生表现出来的前科学概念属于“表面型”。本研究以此为切入点，利用“IE”模型对学生的前科学概念进行转变。在前测之后，本研究提出了零假设和备择假设。

零假设如下：

H0A：经过教学之后，对于“动态网页”，后测均值在 0.05水平上，与前测均值没有显著性差异。

H0B：经过跟踪后测，对于“动态网页”，跟踪后测均值在 0.05水平上，与前测均值没有显著性差异。

备择假设如下：

H1A：经过教学之后，对于“动态网页”，后测均值在 0.05水平上，显著高于前测均值。

H1B：经过跟踪后测，对于“动态网页”，跟踪后测均值在 0.05水平上，显著高于前测均值。

（二）建模和教学过程

教学在学校机房内实施，机房有56台联网计算机，笔者综合了计算机的配置情况、选测知识点的难易以及学生的基础等条件，将本研究的平台定位为多媒体平台。

1.唤醒情境

（1）设计文字游戏：

a.是不是所有的瓜都能吃？

b.是不是所有的酒都能喝？

（2）呈现不同的网页,引导学生思考是不是所有能动的网页都是动态网页？讨论哪个是动态网页？（以此促进学生的自主内省和合作内省）：

a.有GIF动画图片的网页

b.有Flash动画的网页

c.百度搜索引擎

d.有鼠标特效的网页

2.引进新知识，继续促进学生的内省

（1）创设类比情境，利用QQ软件进入班级群反馈交流讨论的结果，这种交互行为发生在网页中，即是动态网页的特点体现，通过同伴、教师间的交流，促进学生合作内省。

（2）引导学生进入体验情境，利用搜索引擎查询“动态网页”，反馈相关页面信息。

（3）通过实例对比，引发学生认知冲突，动摇已有认知，并引发学生进一步的自主内省。

（4）采用揭示法让学生将前面所示四个网页下载到自己的计算机中并观察变化，促进学生合作内省。

（5）借助虚拟人物，讨论有动态图片和Flash动画的网页是否具有这样的特征？

3.解决问题

解除模型，引导学生利用新知识，解决问题。

（三）后测

笔者在教学实施之后两周，对学生进行后测。发放问卷49份，鉴于题目较少，且为现场测试，填答质量较高，回收有效问卷49份。为了进行配对样本t检验，笔者对开放式二阶问卷制定了赋分规则见表2。

表2 开放式二阶问卷赋分规则表

（四）跟踪后测

笔者利用学期期末考试进行了跟踪后测，对考试的相关内容成绩抽出进行分析，比较利用模型转变的效果，看是否会出现反复以及反复的程度。检验方法不变，跟踪后测题目：（来自学业水平测模拟练习）

下列网页中，哪个为动态网页？你的理由是？

A.能够切换图片广告的网页

B.具有图片动画等动态效果的网页

C.集成了文字、图片、视频等多种媒体的网页

D.能够和网站实现互动的网页

（五）“IIEE”模型的检验结果

针对“动态网页”知识点的检验结果具体见表3和表4。

表3 第一次配对样本统计量

可以看出，经过教学之后，后测均值约为 2.51，前测均值约为1.63，后测均值高于前测均值。

表4 第一次配对样本t检验结果

配对样本的t检验结果显示：t统计量的显著性（双侧）概率为0.000，小于0.05，由此得出，经过教学之后，对于“动态网页”这个知识点，后测均值在0.05水平上，显著高于前测均值。由此，本研究拒绝零假设H0A，接受备择假设H1A。

跟踪后测的检验结果具体见表5和表6。

表5 第二次配对样本统计量

可以看出，跟踪后测均值约为 2.42，前测均值约为1.63，跟踪后测均值高于前测均值。

表6 第二次配对样本t检验结果

配对样本的t检验结果显示：t统计量的显著性（双侧）概率为0.001，小于0.05，由此得出，经过后测之后的较长时间内，对于“动态网页”这个知识点，跟踪后测均值在0.05水平上，显著高于前测均值。由此，本研究拒绝零假设H0B，接受备择假设H1B。

由上述表可知后测和跟踪后测在a=0.05水平上对前测都反映出差异具有显著性,证明本研究提出的“IE模型”转变策略在概念的保持方面具有有效性。

通过实验也反映出了问题：由于教学实验的内容是一个知识点，难以充实整节课，因此，要根据测试知识点的内容量对教材内容重新编排；另外笔者在实验教学过程中发现，对部分基础水平较低的学生，在撤掉模型解决问题阶段应该给予一定的辅助，即应该针对这部分学生再做一个分层设计，通过FTP等渠道实现“自助”。

五、“IE”模型的应用总结

此后笔者经过调整又做了一次实验，经过两次实验初步证明了“IE”模型在转变学生的前科学概念上是有效的，但笔者认为在应用“IE”模型时还要注意两点：

第一，教学实验的内容可能是一节，也可能是一个知识点，如果是一个知识点，显然不能满足一堂课的教学需要。因此，在教材本身的知识呈现顺序无法满足实验需要的情况下，教师要根据测试知识点的内容量对教材内容重新编排整合。

第二，由于学生水平有差异，会产生概念转变发生的速度不同。类似化学反应中的惰性元素，需要催化剂的帮助，因此对部分基础水平较低的学生，在撤掉模型解决问题阶段应给予一定的辅助，即应该针对这部分学生再做一个分层设计，通过FTP等渠道实现“自助”，完成概念的转变。

本实验只针对高中信息技术的部分章节做研究，而学生的前科学概念则普遍存在于所有学校、整个学科中。因此，笔者认为还需要更多教师参与实验，在广度和深度上继续验证模型策略的有效性：

第一，从概念转变对象的范围上看，首先解决本校学生的概念转变，包括基础较差的艺术班、日语班；其次，还可联系多所学校征求意见，通过建立课题等形式共同开展研究，解决区域共性问题。

第二，在知识点选取上，研究立足于章节的部分主题，逐步扩展到整个章节，继而延伸到整本书，最终渗透到整个学科的教材中，从微观到宏观逐级开展研究。

第三，从研究的纵深上看，还可以对前科学概念的分类进一步细化；研究的实验方法可考虑多种组合，尽量保证实验的严谨性；并准备对“IE模型”转变策略的普适性和有效性做进一步的课堂实证，这一系列的研究让笔者充满了期待。

[1]李高峰,刘恩山.前科学概念的研究进展[J].内蒙古师范大学学报(哲学社会科学版),2007,7,36(04):63.

[2]顾明远主编.教育大辞典第5卷[M].上海:上海教育出版社,1996,264.

[3]Schnotz W,Vosniadou S.&Carretero N..New Perspectives on ConceptualChange[M].New York: Elsevier Science Ltd,999.263.

[4]蔡铁权,姜旭英,胡玫.概念转变的科学教学[M].北京:教育科学出版社,2009,73.

[5]SupingS.M，Conceptual Change Among Students in Science.[DB/OL].http：//www.ericse.org/digests/EDO-SE-03-03.PDF,2003-5/2007-5.

[6]余民宁.有意义的学习-概念构图之研究[M].台北:商鼎文化出版社,1997,122.