基于学生前概念的初中信息科技教学探究—— 以“电子表格的认识与制作”为例

◎ 顾小雨 龚 磊

学生在学习新概念之前，他们头脑中已经存在一些来源于经验和生活实践的、模糊的概念，我们称之为“前概念”。前概念是学生基于当前知识的已有认识，它可能是正确的，也可能是模糊的、错误的或空白的，学生认识事物的过程实际上就是从前概念不断发展成科学概念的过程。

有关前概念的研究，最早可追溯到1903 年斯坦利·霍尔调查儿童对自然现象（如热、霜、火等）的观念，这是一项关于前概念的调查。1929 年，皮亚杰对前概念进行研究后出版了《儿童关于世界的概念》一书。随后，在20 世纪五六十年代，西方发达国家的学者受认知心理学的影响和启发，开始关注前概念的研究。20 世纪90 年代后，我国学者开始对前概念进行研究并取得了很多成果，主要涉及自然科学领域中学生前概念对教师教学的影响。“前概念”一词在我国首先被用在物理教学领域，后逐渐出现在生物学、数学、化学、信息科技等学科中，至今仍然是国内外教育界和心理学界研究的热点问题。而本文中提到的前概念教学，指的是基于前概念的教学。

一、了解学生前概念的意义

前概念广泛存在于我们的思维中。在教学过程中，教师要重视学生的前概念，了解他们拥有的前概念。

（一）因材施教，以学定教

美国著名教育学奥苏贝尔曾说过：“影响学生课堂习得的核心因素是学生已经知道了什么，而非不知道什么。”教师可通过问卷调查、现代化测评技术、访谈等方式，充分了解每位学生对某个知识点不同的前概念，将学生大脑中模糊的或错误的前概念全部捕捉出来，再根据每位学生的具体情况，有针对性地设计教学活动，恰当的教学活动能吸引学生积极主动地投入课堂活动中。通过因材施教和以学定教的教学方法更好地促进

前概念的转变和科学概念的形成。

（二）个性化学习

了解学生的前概念还有助于教师从学生的角度去理解、看待问题，从而改进教学形式和方法，帮助学生构建科学的知识体系。教师根据学生的前概念，捕捉学生的个体特点和差异，采取灵活的教学方式充分满足学生的个体需求，强调学生在学习中的主体地位，教会学生用科学的思维方式去思考问题，有利于学生新知的获得，为个性化学习创造可能。

二、基于学生前概念的教学活动设计

学生有效参与教学活动是基于问题情境展开的。问题情境依托核心内容而定，学生有效参与解决核心内容中的关键问题，能加深学生对于所知问题的理解，同时也指向学科核心素养的培养。

在教学中，我们可以看到这样一些情况：教师教的思路与学生学的思路不一致，导致学生学得索然无味，听得一头雾水；教师依据自己的主观推测进行课堂预设，而在实际教学中却出现了较大的偏差。这些情况的发生大多是因为教师没有关注或准确捕捉学生的前概念所导致的，所以我们应从学生的前概念出发，把前概念作为理解知识的起点，在新、旧知识之间建立桥梁，在新知识与生活经验之间建立联系，通过侦测学生的前概念，将学生头脑中已有的前概念转变为正确的、科学的概念，根据不同类型的前概念调整教学策略，改善课堂教学行为，提高课堂教学的有效性。

笔者以“电子表格的认识与制作”一课为例，阐述如何基于学生的前概念，调整信息科技教学策略。“电子表格的认识与制作”是初中《信息科技》第一册（试用本）第四单元第一节的内容，本节课主要是让学生初步了解电子表格的功能和基本结构，能描述Excel 软件界面及各组成部分的功能和含义；独立执行单元格、行、列、工作表、工作簿等的基本操作；完成数据编辑和整理并独立操作填充柄。

（一）合理设计问题，捕捉前概念

1.问卷调查设计

教师以问卷调查的形式，对学生原有的认知起点进行了排摸，并通过详细的前测数据，了解哪些内容是学生已经掌握的，掌握的程度如何，哪些内容是学生不易理解的，需要在课堂上对学生加以引导的。在这个过程中，教师确定了本课的教学目标。

本次问卷调查对象为中预（3）班全班学生，共收问卷37 份，调查的主要内容是“表格的基本结构”“Excel 软件界面组成部分的含义”和“单元格、行列、工作薄、填充柄的基本操作”。问卷分为两个部分：第一部分为主观题，学生可结合已学知识和生活经验来回答；第二部分为客观题，主要了解学生Excel 技能操作的掌握程度。调查问卷如图1 所示。

图1 课前问卷调查

2.调查结果分析

主观题调查结果如下。

（1）用过表格的学生占被调查人数的81.08%；没用过表格的学生占被调查人数的18.92%；100%的学生列举出的表格正确。

（2）91.89%的学生对表格的基本结构的认识是模糊的，对“基本结构”四个字的理解也各不相同，部分学生能写出表格的结构包括标题和内容，仅8.11%的学生知道“表头”是表格中的一部分，对表格基本结构的认识比较准确。

（3）60%的学生对单元格含义表述不准确；81.08%的学生不知道活动单元格的含义。

（4）认为单元格没有地址的学生占32.43%，认为单元格有地址的学生占67.57%，其中60%的学生列举的地址为1 或1/1 等数字，40%的学生不知道单元格地址的表示方式。

（5）83.78% 的 学 生 对Book1 和Sheet1的理解是模糊的；16.22%的学生对Book1 和Sheet1 的理解是空白的。

（6）16.21%的学生对填充柄的概念是模糊的；64.87%的学生对填充柄的概念是错误的；18.92%的学生对填充柄的概念是空白的。

客观题调查结果见表1。

表1 调查问卷客观题数据统计结果

（二）分析调查数据，整理前概念

1.认知层次浅

调查问卷的数据显示学生在生活中都用过或看到过表格，对于表格有初步的了解，全班学生都能列举生活中的表格，但大部分学生对表格的基本结构及Excel 界面的认识是模棱两可的，大多都从生活亲身实践体验、概念本身术语和字面意思出发，真正理解概念的学生非常少，个别学生也仅停留在知道的学习水平，认知的层次较浅。部分Excel 的功能键，学生不是很明确，对于操作更是一知半解，特别是对于填充柄的使用，64.86%的学生选择了“不会”。

2.已学知识的影响

学生对于Excel 界面和单元格的认识建立在已学软件Word 基础上。Excel 表格与Word表格之间有一部分相似之处，也有一些区别。在本节课前，学生已经认识了Word 表格中单元格的概念并学习了一些操作方法，如插入表格，在表格中填充内容（文本、数值或图片）及删除内容等，这些形成了一部分学生的前概念，另一部分学生因遗忘而没有形成前概念。两者操作方法完全相同的地方有助于学生新知识或新方法的获得，如Word 和Excel 表格填充内容及其方法是一致的；两者概念和操作方法不同的地方给学生学习Excel 表格造成一定的阻碍。以修改单元格的内容为例，在Excel中有三种方法修改内容，而学生只会与Word相同的一种方法——使用退格键。

3.具有差异性

主观题的差异性表现在对同一概念学生前概念的不同，有的学生是空白的，有的学生是模糊的，有的学生是错误的。

客观题的差异性表现在对同一技能掌握程度的不同，从前测统计数据中发现在“对单元格内的数据进行修改”和“插入、删除行（列）”两项上，学生之间的差异比较明显。

（三）根据前概念，设计课堂教学

信息意识是本学科的核心素养之一。因此，在确定教学目标时，教师要梳理和精选能对学生终生学习和发展有较大价值的、相关性高的、迁移可能性较大的、时效性长的核心知识，将其融入具体教学目标中，通过设计不同类型的教学活动，引导学生通过自主合作、探究等学习方式，提升学习能力，主动建构知识，实现信息的最大价值。

在充分了解学生前概念的基础上，确立了本节课的教学目标和重难点，将学生不太熟悉的“独立操作填充柄并探究其适用范围”定为教学难点，而教学重点是“独立完成数据编辑和数据整理”。

信息科技的概念非常抽象，从学生的认知水平和能力状况来看，他们常常需要具象、直观的实例来帮助他们构建逻辑思路。这也是学科素养中对学生计算思维的培养，帮助学生从特殊、具体、繁复的信息系统问题中，抽象出其隐含的、一般的、本质的内容、要素及其之间的逻辑结构，从而为分析问题提供形象的认知材料，以发现问题内在的运动规律并予以把握。因此，本节课的教学中，在前概念侦测后，将原来以教师演示和学生个人练习为主的方式改变为以活动设计、小组讨论和合作的方式贯穿整节课，让学生动手实践，积极参与到对知识的学习中去。

其次是“三段路径”。第一个是用在传统建筑材料替代上，这也是当前的主要路径；第二是把磷石膏当成化工品，如磷石膏分解制硫酸副产水泥或石灰；第三是把磷石膏用在土壤修复上，杨三可强调，磷石膏是很好的修复土壤的材料，对于矿山的充填、盐碱地土壤的改良等有很好的作用。他说：“这三个路径都是指向磷石膏绿色建材，我认为要把磷石膏当成绿色建材来定位与开发。”

本节课共设计了5 个环节，分别是比一比（比较不同软件的异同）、识一识（认识界面和表格的基本结构）、试一试（自主选择并完成操作任务）、探一探（探究填充柄的概念和适用范围）以及评一评（本节课学习知识的掌握情况自我评价）。笔者创设不同的活动激发学生的好奇心，以小组讨论和合作的方式，让学生在问题和任务的引导下，大胆地进行实践和探索，相互探究和交流，在讨论的基础上进行合理地分析，这样才会让学生从中发现前概念与新概念的异同，从而以新概念替换原来的前概念。

在教学过程中，学生要把握具体的内容，就必须有一定的背景知识经验作基础，以便同化和掌握新的知识。针对客观题部分的前概念侦测，在“数据编辑和数据整理”环节设计中，笔者由全班学生完成同样的任务，改为学生从原有的认知基础出发，选择完成三种层次的学习任务，分别是基础任务、进阶任务和拓展任务，任务难度逐步提升。本节课中学生通过完成教师设计的任务，掌握表格的基本操作和数据编辑整理的一般方法，学生任务单见表2。

三、基于学生前概念的教学方法策略

（一）使用迁移类比，转化前概念

笔者在导入新课后，先请学生玩一个小游戏——大家来找“茬”，观察Word 与Excel的界面，找一找两者相同点和不同点，以小组为单位，比一比哪组学生找得又多、又快、又准。

表2 学生任务单

学生回答，教师点评和梳理，见表3（以Microsoft Office 2007 版为例）。

表3 Word 和Excel 异同点梳理

教师讲解两者的相同点和不同点。Word 和Excel 在“新建”“打开”“保存”和“另存为”等基本操作上的方法是一样的，但Word和Excel 的主要功能不同，Word 主要是对文字信息的处理，而Excel 主要是对数值信息的处理。

师：Excel 的标题栏默认为Book1，我们可以把它看成是生活中的一本书，这本书由一页页纸组成，每一页由一行行的字组成，每一行由一个个字或标点符号组成。在Excel 中，书就是“工作薄”，页就是“工作表”，也就是大家看到的Sheet1、Sheet2 和Sheet3，行是“x行x 列”，字或标点符号是“单元格”。老师展示梳理后的表格，见表4。

表4 学生生活经验对应Excel 中的概念

【片段分析】本环节的设计从学生的已有经验入手，先比较已学软件Word 和新软件Excel 界面的异同，把Word 中学过的知识和操作方法迁移到Excel 中，再以学生熟悉的事物来进行类比，把枯燥的知识和概念用灵活生动的方式来讲解，把Excel 想象成一本书，从书的组成结构理解Excel 的组成部分，范围由大到小，帮助学生进行有意义的学习和有效记忆。使用迁移类比的策略，转化学生片面的前概念，解决学生“知其然，不知其所以然”的困惑，找到概念与学生生活之间的联系，帮助学生进一步理解正确的科学概念，构建新的知识体系。

（二）创设冲突情境，纠正前概念

教师演示Excel 中相关工具——填充柄的操作步骤。

师：刚才老师演示的是序号1 ～10 的填充，接下来请同学们以四人为一个小组，使用填充柄工具及其“自动填充选项”合作完成场景1和场景2 两个任务，探究填充柄还能运用于哪些数据或生活场景中。

场景1：每位同学在学校都有自己对应的学号，在我们学校以“入学年份+班级+序号”组成，如“20180301”“20180302”等，请同学们打开“中预（3）班学号.xlsx”，完成“学号”和“学校”两列的填充。

场景2：单词是英语学习过程中很重要的部分，小明的妈妈要求小明每天学会一个单词并进行记录，请同学们打开“2018 年10 月单词.xlsx”，完成“日期”一列的填充。

某一小组的讨论过程如下。

生1：我在“中预（3）班学号.xlsx”表格中，补充了“20180303”～“20180337”的学号，我填入的是不同的数字。

生2：我在“2018 年10 月单词.xlsx”表格中，填入1，使用填充柄后填充的还是1。

生3：使用填充柄往下拉以后，可以选中自动填充选项，选择填充序列，就能变成1～31。

生4 ：我在“中预（3）班学号. xlsx”表格中，填入“上海市澄衷初级中学”往下拉以后，下面的单元格都变成了“上海市澄衷初级中学”；在“2018 年10 月单词.xlsx”表格中，填入1日，用和生3 相同的方法，填的是1 日～31 日，所以可以填入相同的文本和不同的数字。

生5：我在新的工作薄中试了一下1 月至12 月，也可以用填充柄做出来。

教师引导：学号、日期、月份之间有什么相同点吗？

生5：都是有顺序的数字。

【得到结论】相同文本以及有顺序的数据。

【片段分析】本环节以小组合作和探究的方式开展，教师通过演示实践、创设情境和小组讨论探究的方法，让学生暴露出错误或模糊的前概念，产生不同的认知冲突，通过认知冲突，转化错误的前概念，解决本节课的难点。建立在认知冲突基础上的教学策略包括三个基本步骤：第一是初始阶段，其要点在于使学生明确认识自己的前概念，这一步骤在问卷调查中已完成；第二是认知冲突阶段，通过演示呈现或操作实践引发学生的认知冲突；第三是认知冲突解决阶段，教师鼓励和引导学生进行认知调整，建构科学概念。教师演示填充柄的操作步骤后，引发学生的第一次认知冲突，消除对填充柄错误的前概念，把模糊的前概念清晰化，没有前概念的学生不存在第一次认知冲突，对新知识的接受程度更快；接着，教师提出新的任务，请学生根据不同情境，小组合作探究填充柄的适用范围，以组内异质、组间同质的方式进行分组，组内学生对填充柄的前概念也存在差异性。在讨论和探究的过程中，学生各抒己见，自由地相互碰撞产生“火花”，引发学生产生第二次认知冲突，思考自己的认知是否正确，和同伴的认知是否一致，不一致的话差别在哪里，然后将错误的前概念纠正，最后建构正确的科学概念。在操作过程中发现填充数据的规律，可以是相同的数据，也可以是有序列的数据，找到填充柄适用范围是有规律的数据如序号、日期、数列等以及相同的文本或数值，再应用到实际生活场景中。

四、思考与展望

概念是初中信息科技教学的重要部分，重视和加强对学生前概念的调查研究，能有效促进教师在教学重难点的把握、教学方法和策略的应用等方面，做到有的放矢、游刃有余。学习始于思考，思考源于疑问。创设能引导学生深入思考的氛围，根据教学内容特点、学生心理特征和认知规律，激发学生学习兴趣、启发思维、指向学科核心素养的原则设计问题，能帮助学生将所学知识与实际生活融会贯通，并能用所学知识来解决现实生活中的一些实际问题，以达到让学生掌握学科知识、锻炼思维能力、提高创新意识和实践能力的目的。

在教学过程中，有效的前概念学习策略能让学生通过已有的认知去理解新知概念，学会概括和完善概念，达到利用概念自主探究问题的教学目标。当然，前概念的转化过程不是一蹴而就的，需要我们长期不懈地进行教学实践研究。