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摘要：基于變構(gòu)學(xué)習(xí)理論重點(diǎn)探索了高中生關(guān)于數(shù)據(jù)概念體的構(gòu)成和由原概念體向科學(xué)概念轉(zhuǎn)化的過(guò)程。通過(guò)二階診斷測(cè)試發(fā)現(xiàn)，高中生關(guān)于數(shù)據(jù)的概念存在實(shí)踐型、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)型、跨學(xué)科型和具體科學(xué)型四種。利用拼圖模型論述了高中生概念轉(zhuǎn)化的過(guò)程一共經(jīng)歷了六個(gè)階段，從而幫助教育者進(jìn)行針對(duì)性教學(xué)。

關(guān)鍵詞：變構(gòu)學(xué)習(xí)；數(shù)據(jù)；概念類型；概念轉(zhuǎn)化

0引言

國(guó)家教育部于2017年發(fā)布了《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》[1]，明確了普通高中的技術(shù)課程是一門立足實(shí)踐、高度綜合、注重創(chuàng)造、科學(xué)與人文融合的課程。在高中信息技術(shù)課堂教學(xué)中，數(shù)據(jù)貫穿了課程的始終，培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的基礎(chǔ)。雖然學(xué)生身處于大數(shù)據(jù)時(shí)代，卻不能科學(xué)的認(rèn)識(shí)數(shù)據(jù)，陷入一種“當(dāng)局者迷”的狀態(tài)。關(guān)注概念本身一直是學(xué)習(xí)科學(xué)領(lǐng)域的重要研究課題，探查學(xué)生有關(guān)數(shù)據(jù)的概念并且促進(jìn)學(xué)生關(guān)于數(shù)據(jù)的概念轉(zhuǎn)化成為亟需。

1文獻(xiàn)回顧

1.1促進(jìn)概念轉(zhuǎn)化的變構(gòu)學(xué)習(xí)模型

20世紀(jì)80年代后期，以安德烈•焦?fàn)柈?dāng)為代表的歐洲學(xué)者們提出了“變構(gòu)學(xué)習(xí)理論”。變構(gòu)學(xué)習(xí)理論利用“變構(gòu)蛋白質(zhì)”特定功能由氨基酸序列上起決定作用的活性位點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)決定的且“變構(gòu)蛋白質(zhì)”的功能受外部環(huán)境的影響這一理論，形象地解釋了復(fù)雜的學(xué)習(xí)過(guò)程[2]。這一隱喻給予教育研究者兩個(gè)啟示：第一，學(xué)習(xí)者概念體（Conceptions）的生成與更新取決于所記錄觀念建立關(guān)聯(lián)并使之活化；第二，學(xué)生復(fù)雜的學(xué)習(xí)是發(fā)生在內(nèi)部概念系統(tǒng)，教師及教育工作者不能直接進(jìn)入這個(gè)系統(tǒng)，只能通過(guò)建構(gòu)相應(yīng)的教學(xué)環(huán)境從而干預(yù)學(xué)生的學(xué)習(xí)[3]。吳濤[4]詳細(xì)的論述了“變構(gòu)學(xué)習(xí)模型”作用機(jī)制：變構(gòu)學(xué)習(xí)理論中將學(xué)習(xí)看做是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，“知識(shí)煉制”就是用來(lái)描述學(xué)習(xí)的機(jī)制，指學(xué)習(xí)者把新信息同所調(diào)用的知識(shí)進(jìn)行對(duì)質(zhì)，以此調(diào)動(dòng)概念系統(tǒng)，并生產(chǎn)出對(duì)解答他們的問(wèn)題更為適當(dāng)?shù)男乱饬x，從而實(shí)現(xiàn)概念系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的手段。

1.2概念轉(zhuǎn)化的探查方法

學(xué)生的概念屬于心理認(rèn)知結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，無(wú)法通過(guò)“話語(yǔ)”、“動(dòng)作”等外顯行為直接表現(xiàn)出來(lái)。在心理學(xué)、社會(huì)學(xué)、人類學(xué)等多種基礎(chǔ)科學(xué)的啟示下，國(guó)內(nèi)外學(xué)者探查學(xué)生的概念轉(zhuǎn)化最常用的是訪談法、概念圖和多選項(xiàng)選擇題測(cè)試（Multiple-choiceTest）[5]。多選項(xiàng)選擇題可以在有限的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行大量的測(cè)試，其中Treagust[6]在多選項(xiàng)選擇題的基礎(chǔ)上增加了選擇理由從而制成了“二階診斷性試題”。二階測(cè)試題由兩部分組成，學(xué)生需要同時(shí)作答一階問(wèn)題和二階理由才能被認(rèn)為是學(xué)生對(duì)概念的理解。

1.3高中生“數(shù)據(jù)”概念的相關(guān)研究

在2017版《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》發(fā)布前，學(xué)界就開(kāi)始關(guān)注信息技術(shù)學(xué)科中學(xué)生概念的轉(zhuǎn)化。王婧與董玉琦[7]在研究中使用改進(jìn)的二階診斷方法，將高中生對(duì)于信息技術(shù)學(xué)科知識(shí)的前概念分為：基本科學(xué)、張冠李戴、以偏概全、由表及里、性質(zhì)使然、和生活推理六種。林煒婷[8]基于王婧等人對(duì)前概念的分類的基礎(chǔ)上進(jìn)行了刪改，將初中生的前概念分為了五種類型。綜上所述，變構(gòu)學(xué)習(xí)理論有著一套完整的理論體系并且在數(shù)學(xué)和生物都有相應(yīng)的教學(xué)實(shí)踐和應(yīng)用成果，但是在信息技術(shù)學(xué)科中，相關(guān)文獻(xiàn)較為缺乏。

2研究設(shè)計(jì)

2.1研究問(wèn)題

本研究將討論以下兩個(gè)問(wèn)題：①信息技術(shù)學(xué)科中，高中生關(guān)于數(shù)據(jù)存在哪幾種原概念體？②信息技術(shù)學(xué)科中，高中生關(guān)于數(shù)據(jù)的概念體轉(zhuǎn)化過(guò)程是怎樣的？

2.2研究工具

試題依據(jù)不同知識(shí)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了單選題和多選題兩種題型，要求學(xué)生選出最符合題意的選項(xiàng)并在選擇相應(yīng)選項(xiàng)后給出對(duì)應(yīng)的理由。開(kāi)放式測(cè)試題用來(lái)收集學(xué)生的概念體，半開(kāi)放式測(cè)試用來(lái)對(duì)比和驗(yàn)證教學(xué)前后學(xué)生概念體的變化。

2.3研究過(guò)程

⑴整理“聲音數(shù)字化”涉及的概念，收集學(xué)習(xí)者原概念體。⑵對(duì)學(xué)習(xí)者有關(guān)數(shù)據(jù)概念進(jìn)行分類。本研究以概念的來(lái)源作為劃分的依據(jù)，得到了高中生數(shù)據(jù)模塊概念分類表，如表1所示。⑶創(chuàng)設(shè)變構(gòu)學(xué)習(xí)環(huán)境進(jìn)行教學(xué)，對(duì)學(xué)習(xí)者概念體的再收集和分析。

3數(shù)據(jù)分析結(jié)果

3.1高中生關(guān)于數(shù)據(jù)的原概念

體調(diào)查與分析結(jié)果實(shí)踐型例如判斷什么是數(shù)據(jù)？是否含有數(shù)字成為他們判斷該選項(xiàng)是數(shù)據(jù)的主要依據(jù)。學(xué)生觀察到題目中所給的車票包含了很多數(shù)字，這些數(shù)字有對(duì)應(yīng)的信息，認(rèn)定這些數(shù)字就是數(shù)據(jù)。經(jīng)驗(yàn)總結(jié)型題目為學(xué)生模擬了一個(gè)打電話的場(chǎng)景，目的是測(cè)量學(xué)生數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)間的相互轉(zhuǎn)換。學(xué)生通過(guò)回憶日常生活中打電話的經(jīng)驗(yàn)和技能，判斷數(shù)據(jù)是怎樣進(jìn)行傳輸?shù)摹？鐚W(xué)科型如測(cè)量數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)的概念，學(xué)生會(huì)聯(lián)系物理學(xué)科中聲波的概念來(lái)演繹模擬信號(hào)；測(cè)量是學(xué)生關(guān)于數(shù)據(jù)的采樣與量化，學(xué)生利用數(shù)學(xué)學(xué)科中直角坐標(biāo)系來(lái)描述數(shù)據(jù)的采樣與量化。具體科學(xué)型由于學(xué)生只認(rèn)識(shí)部分科學(xué)概念并且缺乏整體的認(rèn)識(shí)，導(dǎo)致在解釋新的概念而出現(xiàn)偏移。比如測(cè)量學(xué)生不同存儲(chǔ)單位的概念，有學(xué)生知道“KB<MB<GB”，卻不清楚字節(jié)是計(jì)算機(jī)中最小的存儲(chǔ)單位。根據(jù)半開(kāi)放式測(cè)驗(yàn)的數(shù)據(jù)繪制圖1，從圖1可以看出實(shí)踐型和跨學(xué)科型所占面積最大，經(jīng)驗(yàn)總結(jié)型所占面積相對(duì)較小，具體科學(xué)型所占面積最少。首先要明確的是，經(jīng)驗(yàn)總結(jié)型雖然所占面積較少，但是在具體實(shí)際情況中，擁有經(jīng)驗(yàn)總結(jié)型的概念的學(xué)生已經(jīng)具備了實(shí)踐型的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，這種概念類型是將實(shí)踐型概念和從外部環(huán)境影響下產(chǎn)生的文化、態(tài)度、知識(shí)、技能、價(jià)值和行為結(jié)合而形成的新的概念類型，它的存在不是孤立的，而是作為整體的一部分存在概念系統(tǒng)中，通常與實(shí)踐型一起出現(xiàn)。例如系統(tǒng)中一些題分別對(duì)應(yīng)考查了學(xué)生關(guān)于數(shù)據(jù)類型、bit、二進(jìn)制，屬于信息技術(shù)學(xué)科的知識(shí)。這種知識(shí)中的具體科學(xué)型概念存在最多，存在具體科學(xué)型概念的學(xué)生回答完成正確，而存在其他類型概念的學(xué)生回答都是錯(cuò)誤。學(xué)生有關(guān)數(shù)據(jù)的概念體主要是由四種不同類型的概念構(gòu)成，其中實(shí)踐型與經(jīng)驗(yàn)總結(jié)型占比最多，是構(gòu)成概念體的基礎(chǔ)。當(dāng)具體的知識(shí)點(diǎn)中出現(xiàn)其他學(xué)科的概念時(shí)，學(xué)生關(guān)于這一特定知識(shí)點(diǎn)的概念體中跨學(xué)科型的概念就占比越多。當(dāng)具體知識(shí)點(diǎn)中出現(xiàn)的概念是信息技術(shù)這門學(xué)科所獨(dú)有的，學(xué)生關(guān)于這一知識(shí)點(diǎn)的概念會(huì)呈現(xiàn)兩種極端狀態(tài)，一種是已經(jīng)存在具體科學(xué)概念，另一種是很少或完全沒(méi)有。

3.2高中生關(guān)于數(shù)據(jù)概念轉(zhuǎn)化的過(guò)程

基于變構(gòu)學(xué)習(xí)理論進(jìn)行了教學(xué)設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)具體教學(xué)實(shí)踐，最后對(duì)學(xué)生所掌握的數(shù)據(jù)的有關(guān)概念進(jìn)行了第二次測(cè)試。根據(jù)第二次測(cè)驗(yàn)的數(shù)據(jù)繪制圖2。圖2中，具體科學(xué)型的概念占比明顯增多，實(shí)踐型、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)型和跨學(xué)科型的占比顯著減少。可以明確的是，在變構(gòu)學(xué)習(xí)理論指導(dǎo)下構(gòu)建的變構(gòu)學(xué)習(xí)環(huán)境幫助學(xué)生進(jìn)行了概念的轉(zhuǎn)化。在具體的信息技術(shù)課堂教學(xué)中，學(xué)生的概念轉(zhuǎn)化分為了六個(gè)步驟，本研究構(gòu)建了拼圖模型，詳細(xì)的解釋了學(xué)生概念轉(zhuǎn)化的過(guò)程，如圖3所示。在進(jìn)行教學(xué)前，學(xué)生的概念體中存在大量四種關(guān)于數(shù)據(jù)的概念，每個(gè)學(xué)生所擁有的概念類型、數(shù)量都不相同。當(dāng)學(xué)生接受外部環(huán)境的刺激，如看到長(zhǎng)方體，便會(huì)利用現(xiàn)有的概念主動(dòng)構(gòu)建出和調(diào)用一個(gè)“長(zhǎng)方體”。這種“長(zhǎng)方體”區(qū)別“科學(xué)的長(zhǎng)方體”，首先構(gòu)成“長(zhǎng)方體”每個(gè)概念間的聯(lián)結(jié)是松散的，其中有些概念可能會(huì)發(fā)生偏移，與“科學(xué)的長(zhǎng)方體”內(nèi)部構(gòu)成不同。在接受外部環(huán)境刺激學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)的過(guò)程中，會(huì)有兩種情況產(chǎn)生，大部分學(xué)生構(gòu)成的概念體無(wú)法解釋新的知識(shí)，這種概念體是缺失或聯(lián)結(jié)松散的與新知識(shí)產(chǎn)生了對(duì)抗；只有很少一部分學(xué)生所構(gòu)成的概念體能直接解釋新知識(shí)，并在此過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生對(duì)抗。面對(duì)大部分學(xué)生會(huì)出現(xiàn)概念體與新知識(shí)產(chǎn)生對(duì)抗的情形，要求教師提供合適的變構(gòu)學(xué)習(xí)環(huán)境以誘發(fā)學(xué)生原概念系統(tǒng)的失衡。學(xué)生再次接受到外部新信息的刺激，打破原概念體平衡的狀態(tài)，一方面在教師提供幫助下，另一方面學(xué)生通過(guò)自己的想象和創(chuàng)新構(gòu)建出新的概念來(lái)適配原概念體，在學(xué)生不斷的重復(fù)這個(gè)過(guò)程后，原概念體逐漸與科學(xué)概念體趨同。但是概念與概念之間的聯(lián)結(jié)還處于松散狀態(tài)，需要通過(guò)不斷的強(qiáng)化訓(xùn)練才能加強(qiáng)每個(gè)概念間的聯(lián)結(jié)，這時(shí)就需要教師不斷提供幫助實(shí)現(xiàn)知識(shí)的“再投資”，最后形成相對(duì)穩(wěn)定的且科學(xué)的概念體。

4促進(jìn)高中生數(shù)據(jù)概念的轉(zhuǎn)化的策略

4.1確定學(xué)習(xí)者的概念體

在教師呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容前，學(xué)習(xí)者的思維中已經(jīng)存在了有關(guān)數(shù)據(jù)的概念體。收集、了解學(xué)生關(guān)于數(shù)據(jù)這一具體知識(shí)點(diǎn)的概念是教師幫助學(xué)生進(jìn)行概念轉(zhuǎn)化的前提。教師可以通過(guò)訪談、觀察法、問(wèn)卷調(diào)查、試題測(cè)試等多種手段對(duì)學(xué)生的已有概念體進(jìn)行檢測(cè)，找到學(xué)生的興趣所在。

4.2分析學(xué)生對(duì)于學(xué)習(xí)的障礙，誘發(fā)概念體失衡

學(xué)生在概念轉(zhuǎn)化過(guò)程中除了情感因素引發(fā)的障礙外，還有兩類障礙。①缺乏概念信息導(dǎo)致的障礙。②先在參考框架引起的障礙。在面對(duì)這種情況時(shí)，教師自身要對(duì)教學(xué)內(nèi)容有深刻理解，結(jié)合具體的知識(shí)點(diǎn)創(chuàng)設(shè)對(duì)抗的情境，誘發(fā)學(xué)生概念系統(tǒng)的失衡。

4.3提供教學(xué)支持

在關(guān)注學(xué)習(xí)者的同時(shí)，要注重合理運(yùn)用思維助手。思維助手是指教師為了幫助學(xué)習(xí)者實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)，為學(xué)生提供的各種信息媒介和方法。可以是實(shí)踐活動(dòng)、小組學(xué)習(xí)、游戲、建模等等，讓學(xué)生親自體會(huì)知識(shí)本身的內(nèi)涵。只有不斷地重復(fù)強(qiáng)化這一過(guò)程，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的再投資，才能使得學(xué)習(xí)者的概念體逐漸向科學(xué)概念體靠近并穩(wěn)定下來(lái)，最終完成概念的轉(zhuǎn)化。

5結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)剖析變構(gòu)學(xué)習(xí)理論并將其運(yùn)用于具體信息技術(shù)課堂中，探索高中生關(guān)于數(shù)據(jù)的原概念體的構(gòu)成，分析了這些概念分布特征，其中需要關(guān)注：實(shí)踐型概念和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)型概念是構(gòu)成學(xué)習(xí)者原概念體的主體。以“聲音數(shù)字化”這一教學(xué)內(nèi)容為研究，分析了高中生關(guān)于數(shù)據(jù)的概念體轉(zhuǎn)變的了六個(gè)階段，提出促進(jìn)學(xué)習(xí)者概念轉(zhuǎn)化的對(duì)策。局限于學(xué)習(xí)者的個(gè)體差異和教育者教學(xué)能力差異，只能對(duì)學(xué)習(xí)者概念體構(gòu)成做出初略的估計(jì)，而不同的教育者在對(duì)待相同的教學(xué)內(nèi)容時(shí)，變構(gòu)學(xué)習(xí)環(huán)境內(nèi)部各要素如何協(xié)調(diào)，是否對(duì)學(xué)生概念轉(zhuǎn)化過(guò)程有影響等都是需要探討的。

作者：周晨 石晉陽(yáng) 單位：揚(yáng)州大學(xué)新聞與傳媒學(xué)院