高中信息技術前科學概念轉變策略的探析*

（鎮江市實驗高級中學，江蘇鎮江 212003）

一、前科學概念

美國的霍爾（Stanly Hall）早在1903年啟動一個計劃，調查兒童對自然現象如熱、霜和火的（前科學）觀念[1]。而皮亞杰（Piaget Jean）在其著作《The child’s conception of the world》中提及的 child's conception表達的含義則更接近前科學概念。維果斯基認為前概念指的是那些未經專門教學，在同其他人進行日常交際和積累個人經驗的過程中所掌握的概念，其內涵受狹隘的知識范圍的限制，往往被不適當地擴大或縮小。[2]

筆者認為“前概念”強調在正式教學前，學生認知和科學概念間的偏差部分，突出發生的時間點，忽視了教學后引發的與科學概念不盡一致的認知。而“前科學概念”則強調學習者形成科學認知前的認知層面。因此，前科學概念即在高中信息技術學科中，學生的科學概念形成之前，學生所持有的認知中與科學概念之間的偏差部分。

二、轉變策略

許多研究概念轉變的學者從不同角度來研究學習概念的轉變。盡管對概念轉變有不同的理解，但主流觀點認為，概念轉變是對已有知識的主要重構[3]。概念轉變一般被定義為現有概念的轉變(如信念、觀念或思維的方式)。已有知識或信念的轉變或重構是概念轉變與其他學習方式的區別。

波斯納等人從認知論的角度提出轉變模型，認為學生拋棄舊概念，接納新概念的過程就是“概念轉變”[4]。

齊(M.T.H.Chi)和羅斯克(R.D.Roscoe)認為概念轉變是概念的重新分配，使其處于合適的類別下的過程[5]。余民寧認為，所謂的學習，即是一種概念轉變的過程[6]。

綜上，筆者將概念轉變理解為學習過程中新舊經驗相互作用的過程，是新經驗對已有經驗改造與重構的過程。

三、“IE模型”的構建

筆者認為前科學概念的轉變策略既需要學習者積極參與對知識的重組，也依賴于教師的適當干預，二者要相輔相成。因此筆者從“以人為本”的角度出發，提出“IE 模型”轉變策略，即 I（internal）學生內省和E（exter?nal）教師外助（如圖1）。

圖1 “IE模型”圖

（一） II（inteerrnnaall）學生內省

學生內省也即反思。很多學者指出，有意識的，主動的反思一個人的觀點，會導致概念轉變。筆者認為概念轉變的關鍵在于內省。而學生內省又包含以下兩種類型。

第一，自主式內省。當學生認為某些觀點或知識和已有概念不同時，其更傾向以檢查已有概念方式來化解矛盾，即自主式內省。因此，當學生的認知沖突產生后，教師可引導其以開放的思維看問題，促使學生從親身經歷的角度對存在的前科學概念進行反思，使其產生自主改變的意愿。

第二，合作式內省。由于受自身條件、認知水平、原有知識背景等因素的影響，每個學生對事物的理解或對問題的認知在廣度和深度上都會產生不同。因此，通過合作式內省，學生間的認知會產生激烈的碰撞，引發認知沖突，進而促使他們尋找新信息和更恰當的認知觀點，去支撐其挑戰他人的解釋，這個過程正是學生接受科學概念，實現概念轉變的過程。而在課堂教學中，概念轉變還需要教師的輔助，引導學生站在旁觀者的角度，對“他人”的某些前概念進行評審。因此，合作內省也包括教師與學生之間的思想碰撞。

（二） E（external）教師外助

筆者認為教師外助是幫助學生轉變前科學概念的外部環境，它包括：情境、方法、內容、平臺等幾個要素。

1.情境

（ 1）喚醒情境

情境認知理論強調，情境的主要作用有兩個：第一，將學習任務與學生的原有經驗聯系起來；第二，促進知識、技能與經驗的聯系。研究表明，能夠喚醒學生前科學概念的通常是學生的日常生活經歷，以下簡稱“喚醒情境”。

（ 2）體驗情境

情境和內容具有密不可分的聯系。信息技術是一門特殊學科，有些知識是理論思想層次的，有些知識則是工具層次的，外顯為行為動作。工具層次的內容，一般較為直觀，可以通過操作、觀察等直觀方式體驗，即“體驗情境”。

（ 3）類比情境

對于概念，名詞等較為抽象的理論層次的知識，是經過總結高度概括過的，并不能被學生直觀體驗，針對這種內容，可采用類比情境。類比依據最好來源于學生的生活經歷。

2.方法

筆者認為在情境的基礎上配合方法，才能更有效地引發學生的認知沖突。本研究從對前科學概念的分類入手，分析了與每種概念類型相對應的解決方法（如表1）。

表1 前科學概念類型與解決方法對應表

3.內容

內容對學生而言是有正向意義的，內容對學生之間、師生之間進行有意義的言語交流起到導向作用。本研究從課堂氛圍、人物定位、話語行為三個方面，分析了“內容”。

第一，課堂氛圍。在本研究中，模型是輔助學生實現概念轉變的。而高一學生則剛剛完成從初中到高中階段轉變，課堂氛圍應傾向于活潑、簡約。即教師要適當使用動態媒體，配以豐富的色彩，以簡明扼要的形式呈現知識。

第二，人物定位。根據情境在真實人物與虛擬人物之間適當的切換，引導學生學習。教師在引導學生合作交流的過程中，有時需要借助學生同伴間的行為、見解并以此去影響他人，而這些行為、見解皆為虛擬人物。

第三，話語行為。教師的話語對引導學生思考發現起到重要作用，而話語又包含了語言的精準和語氣的適當。對客觀事實的陳述可以用陳述語氣；對學生進行暗示可以使用疑問語氣；對學生提建設性意見可以用祈使語氣；對學生進行評價時的感嘆語氣會有效提升學習效果。

4.平臺

平臺為學生進行有意義的言語交流提供了保障。受地區教育政策和學校發展環境等各種外界因素影響，在信息技術課堂教學中，學生可接觸到的信息資源有很大的差異。本研究視計算機環境的不同分別分析了三種平臺。

（ 1）基礎平臺

計算機性能一般，以文本、圖片為主要媒體傳遞形式，基本能夠滿足基礎課程教學的需求，適用于知識層面占主導的課程類型。

（ 2）多媒體平臺

計算機性能較好。除了文本、圖片之外，還可以滲透聲音、動畫、視頻等媒體形式，能夠很好地滿足基礎課程教學的需求，適用于知識層面和基礎技術層面的課程類型。

（ 3）交互平臺

計算機性能很好，可集成文本、聲音、圖片、動畫、視頻等多種媒體，可以進行交互實驗，擁有云技術等比較優越的平臺環境。完全能夠滿足各種課程類型的教學需求。

（三）轉變策略實施流程

（1）前測，基于學生的前科學概念，構建“IE”模型。

（2）定位平臺類型，通過適當情境的呈現，啟動“IE”模型；引發促進學生的內省，內省結束后，脫離模型。

（3）教師引導學生應用新知識、新技能，讓其意識到前科學概念的不足，自行推翻自己的固執觀點，強化科學觀點，完全實現概念轉變。

（4）后測，驗證模型應用到課堂教學中的有效性。

（5）跟蹤后測。

在后測結束之后的一段時間內，利用如學期期末考試等機會對學生進行跟蹤后測，對考試的相關內容成績抽出分析，比較利用模型轉變的效果，看是否會出現反復以及反復的程度。

四、前科學概念轉變的教學實驗

促進概念轉變的模型構建完成之后，筆者對所在學校的高中一年級A班的49名學生開展了教學實驗。具體方案及流程如下。

（一）前測

筆者根據所教班級的教學進度安排以及本研究中對學生前科學概念的分類情況，選擇了還未進行課堂教學的“動態網頁”這個知識點作為測試內容，來驗證IE模型的有效性。

筆者利用在開發前科學概念測試工具時的題目，編制了開放式二階問卷。以“動態網頁”為例進行前測，題目如下。

問題：瀏覽網頁信息已經成為我們獲取信息的一種途徑，但你知道嗎，網頁有動態和靜態之分，那么根據你的判斷，什么樣的網頁是動態網頁呢？你的理由是什么？

由于時間跨度和課程進度原因，在完成前測后的兩周內，學生基本不會跨章節對這個知識點進行學習。本研究在教學實施前兩周對學生進行前測。由于t檢驗本身的特點和題目較少的原因，學生的填寫質量較高，前測發放問卷 49份，回收有效問卷 49份。

根據前測所得結果，筆者注意到，學生比較集中的觀點仍停留在gif動畫、Flash動畫、集成了文本、圖像、音視頻等多媒體形式的網頁、有小廣告等幾個主要方面，并不能認識到動態網頁“互動”的本質。因此，根據本研究對前科學概念的分類，學生表現出來的前科學概念屬于“表面型”。本研究以此為切入點，利用“IE”模型對學生的前科學概念進行轉變。在前測之后，本研究提出了零假設和備擇假設。

零假設如下：

H0A：經過教學之后，對于“動態網頁”，后測均值在 0.05水平上，與前測均值沒有顯著性差異。

H0B：經過跟蹤后測，對于“動態網頁”，跟蹤后測均值在 0.05水平上，與前測均值沒有顯著性差異。

備擇假設如下：

H1A：經過教學之后，對于“動態網頁”，后測均值在 0.05水平上，顯著高于前測均值。

H1B：經過跟蹤后測，對于“動態網頁”，跟蹤后測均值在 0.05水平上，顯著高于前測均值。

（二）建模和教學過程

教學在學校機房內實施，機房有56臺聯網計算機，筆者綜合了計算機的配置情況、選測知識點的難易以及學生的基礎等條件，將本研究的平臺定位為多媒體平臺。

1.喚醒情境

（1）設計文字游戲：

a.是不是所有的瓜都能吃？

b.是不是所有的酒都能喝？

（2）呈現不同的網頁,引導學生思考是不是所有能動的網頁都是動態網頁？討論哪個是動態網頁？（以此促進學生的自主內省和合作內省）：

a.有GIF動畫圖片的網頁

b.有Flash動畫的網頁

c.百度搜索引擎

d.有鼠標特效的網頁

2.引進新知識，繼續促進學生的內省

（1）創設類比情境，利用QQ軟件進入班級群反饋交流討論的結果，這種交互行為發生在網頁中，即是動態網頁的特點體現，通過同伴、教師間的交流，促進學生合作內省。

（2）引導學生進入體驗情境，利用搜索引擎查詢“動態網頁”，反饋相關頁面信息。

（3）通過實例對比，引發學生認知沖突，動搖已有認知，并引發學生進一步的自主內省。

（4）采用揭示法讓學生將前面所示四個網頁下載到自己的計算機中并觀察變化，促進學生合作內省。

（5）借助虛擬人物，討論有動態圖片和Flash動畫的網頁是否具有這樣的特征？

3.解決問題

解除模型，引導學生利用新知識，解決問題。

（三）后測

筆者在教學實施之后兩周，對學生進行后測。發放問卷49份，鑒于題目較少，且為現場測試，填答質量較高，回收有效問卷49份。為了進行配對樣本t檢驗，筆者對開放式二階問卷制定了賦分規則見表2。

表2 開放式二階問卷賦分規則表

（四）跟蹤后測

筆者利用學期期末考試進行了跟蹤后測，對考試的相關內容成績抽出進行分析，比較利用模型轉變的效果，看是否會出現反復以及反復的程度。檢驗方法不變，跟蹤后測題目：（來自學業水平測模擬練習）

下列網頁中，哪個為動態網頁？你的理由是？

A.能夠切換圖片廣告的網頁

B.具有圖片動畫等動態效果的網頁

C.集成了文字、圖片、視頻等多種媒體的網頁

D.能夠和網站實現互動的網頁

（五）“IIEE”模型的檢驗結果

針對“動態網頁”知識點的檢驗結果具體見表3和表4。

表3 第一次配對樣本統計量

可以看出，經過教學之后，后測均值約為 2.51，前測均值約為1.63，后測均值高于前測均值。

表4 第一次配對樣本t檢驗結果

配對樣本的t檢驗結果顯示：t統計量的顯著性（雙側）概率為0.000，小于0.05，由此得出，經過教學之后，對于“動態網頁”這個知識點，后測均值在0.05水平上，顯著高于前測均值。由此，本研究拒絕零假設H0A，接受備擇假設H1A。

跟蹤后測的檢驗結果具體見表5和表6。

表5 第二次配對樣本統計量

可以看出，跟蹤后測均值約為 2.42，前測均值約為1.63，跟蹤后測均值高于前測均值。

表6 第二次配對樣本t檢驗結果

配對樣本的t檢驗結果顯示：t統計量的顯著性（雙側）概率為0.001，小于0.05，由此得出，經過后測之后的較長時間內，對于“動態網頁”這個知識點，跟蹤后測均值在0.05水平上，顯著高于前測均值。由此，本研究拒絕零假設H0B，接受備擇假設H1B。

由上述表可知后測和跟蹤后測在a=0.05水平上對前測都反映出差異具有顯著性,證明本研究提出的“IE模型”轉變策略在概念的保持方面具有有效性。

通過實驗也反映出了問題：由于教學實驗的內容是一個知識點，難以充實整節課，因此，要根據測試知識點的內容量對教材內容重新編排；另外筆者在實驗教學過程中發現，對部分基礎水平較低的學生，在撤掉模型解決問題階段應該給予一定的輔助，即應該針對這部分學生再做一個分層設計，通過FTP等渠道實現“自助”。

五、“IE”模型的應用總結

此后筆者經過調整又做了一次實驗，經過兩次實驗初步證明了“IE”模型在轉變學生的前科學概念上是有效的，但筆者認為在應用“IE”模型時還要注意兩點：

第一，教學實驗的內容可能是一節，也可能是一個知識點，如果是一個知識點，顯然不能滿足一堂課的教學需要。因此，在教材本身的知識呈現順序無法滿足實驗需要的情況下，教師要根據測試知識點的內容量對教材內容重新編排整合。

第二，由于學生水平有差異，會產生概念轉變發生的速度不同。類似化學反應中的惰性元素，需要催化劑的幫助，因此對部分基礎水平較低的學生，在撤掉模型解決問題階段應給予一定的輔助，即應該針對這部分學生再做一個分層設計，通過FTP等渠道實現“自助”，完成概念的轉變。

本實驗只針對高中信息技術的部分章節做研究，而學生的前科學概念則普遍存在于所有學校、整個學科中。因此，筆者認為還需要更多教師參與實驗，在廣度和深度上繼續驗證模型策略的有效性：

第一，從概念轉變對象的范圍上看，首先解決本校學生的概念轉變，包括基礎較差的藝術班、日語班；其次，還可聯系多所學校征求意見，通過建立課題等形式共同開展研究，解決區域共性問題。

第二，在知識點選取上，研究立足于章節的部分主題，逐步擴展到整個章節，繼而延伸到整本書，最終滲透到整個學科的教材中，從微觀到宏觀逐級開展研究。

第三，從研究的縱深上看，還可以對前科學概念的分類進一步細化；研究的實驗方法可考慮多種組合，盡量保證實驗的嚴謹性；并準備對“IE模型”轉變策略的普適性和有效性做進一步的課堂實證，這一系列的研究讓筆者充滿了期待。

[1]李高峰,劉恩山.前科學概念的研究進展[J].內蒙古師范大學學報(哲學社會科學版),2007,7,36(04):63.

[2]顧明遠主編.教育大辭典第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]蔡鐵權,姜旭英,胡玫.概念轉變的科學教學[M].北京:教育科學出版社,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]余民寧.有意義的學習-概念構圖之研究[M].臺北:商鼎文化出版社,1997,122.