信息技术学习认知现况调研 浙江省信息技术调研

信息技术学习认知现况调研

二、理论基础：由概念转变到认知发展 在20世纪70年代，越来越多的研究者开始关注学生对于 物理现象的观点和解释，研究者逐渐意识到，学生持有大量 迷思概念(misconception)[2]。1983年，在美国康奈尔大学 举办的第一届国际迷思概念研讨会，使迷思概念在科学教育 研究领域中的地位更加确定[3]。对于“迷思概念”这一称 呼，不同研究者分别结合自己的研究使用了不同的术语，如， 前概念(pre-conception)、另有信念（alternativebelief） 等，这些词汇反映出了研究内容的不同层面及研究者对于这 一现象的不同认识，但它们基本包含了一些共同的含义。例 如，伊顿（EatonJ.F.）等对迷思概念作了如下界定：“学 生自出生便会观察各种自然现象，他们运用自己的语言来描 述他们所看见的现象，然而，儿童对于自然现象的解释常与 科学家有所不同，如果这种解释无法被科学家认同，则称此 为迷思概念[4]。”日本学者细谷纯认为：“学生可以将之 前获得的知识经验内化为‘规则体系’，并主动地运用它们 解释各种问题。然而，事实上，多数时候这些规则体系并不 能很好地去解决学生所面对的问题，而这种内化的‘规则体 系’相对于能够正确解决问题的‘规则体系’而言，被称为‘素朴概念’[5]。”研究者通常将人们对已有知识的重构 过程称为概念转变。概念转变的理论经历了由单一视角到多 元视角的发展，波斯纳（PosnerG.J.）等人[6]基于认识论 的概念转变模型，齐（Chi,M.T.H.）[7]、赛加德（ThagardP.） 等人[8]基于本体论的本体论述，沃斯尼阿多（VosniadouS.） [9]基于儿童朴素理论的理论结构等等，都可以说是单一视 角概念转变理论的典型代表。平特里克（PintrichP.R.）等 人[10]对前人种种理性的、只考虑到认知因素的“冷”概念 转变的反思，为概念转变的理论由单一视角到多元视角提供 了很好的过渡基础。而泰森（TysonL.M.）等人[11]多维课 堂概念转变框架的提出，则正式揭开了概念转变的理论视角 整合与多元的一页。本研究在对以往文献不断深入研读的过 程中，逐渐产生了对于概念转变的理论的几点疑问：第一， 迷思概念的源头究竟在哪里？儿童朴素理论认为，儿童在早 期的时候，就会对某一领域的理解发生一致的变化，而且对 于不同的领域，儿童有着不同的理解和解释机制。这些早期 获得的对自己和周围环境的非正式的、非科学的“朴素理论” （naivetheory），是儿童用以解释周围环境的知识框架和 基础结构[12]。沃斯尼阿多（Vosniadous.）从儿童朴素理 论出发去解释概念转变。如此说来，迷思概念在很早的时期 就产生了，那么这种“早期”究竟有多早？它源于遗传还是 源于人的少年甚至是婴儿时期？研究发现，学生的迷思概念 具有反复性、顽固性，这是否和其最初的形成期有关？第二，课堂教学究竟在概念转变中起到什么样的作用？在前述第 一个问题的基础上，如果说迷思概念源于遗传或者人的早期， 根据沃斯尼阿多（Vosniadous.）的研究，朴素框架理论对 具体理论有制约作用，那么作为人在成长到一定阶段才接受 的课堂教学，究竟在概念转变中，起到什么样的作用？斯特 莱克（StrikeK.A.）和波斯纳（PosnerG.J.）[13]指出，迷 思概念不一定是先前存在的，有可能是在教学过程中产生的， 也就是说，迷思概念不一定是以现成的形式存在于学生头脑 中的，而是在教学过程中逐渐形成的，那么教学过程中的什 么因素导致学生原来并不完整、并非现成的概念变得清晰 了？第三，学生的概念究竟是结构化的还是支离破碎的？与 齐（ChiM.T.H.）和赛加德（ThagardP.）的观点不同，狄塞 萨（DiSessaA.）[14]认为，儿童的思维并不像齐等人所说 的那样如此成体系，而是由零散的碎片组成的，这似乎能够 解释学生有时候纠正了一个迷思概念，却不能同时纠正同类 型的迷思概念。如果这一结论成立的话，那么科学家的概念 结构化是如何形成的？什么时期、什么因素导致了零星的碎 片开始结构化并科学化？可以看出，以上三点实际上贯穿了 一个人在成长过程中，体现了其对事物认识的漫长发展过程。

第一点涉及了这个过程的前端―――迷思概念的起源阶 段；
第二点涉及了这个过程的中间―――课堂教学的作用；

第三点涉及了这个过程的相对成熟阶段―――认识如何变 得相对稳定、成形且科学。由此，对于概念转变的研究，能否从认知发展的角度去看待？当研究者对概念转变的研究 视野扩大到认知发展的时候，能否解决上述问题？换句话说， 概念转变研究从20世纪70年代至今，尚未解决上述三个困惑， 是否由于其视野的相对狭隘性？概念转变研究是否走到了 一个应该扩大视野的阶段？由此，本研究尝试采用一个新的 视角―――认知发展，来取代原有的概念转变视角，对本领 域问题进行研究。值得一提的是，“高中信息技术学习之前 的认知状况调查”只是这个大的研究课题下的一项子研究， 同所有的科学研究一样，并不一定能解决上述所有问题，而 是对概念转变研究领域的一个探索性前进。

三、研究问题 研究者通过对信息技术学习之前认知状况的调查，试图 解决四个问题：第一，学生在正式学习之前，对于高中信息 技术“汉字的处理”及“计算机病毒”，有哪些认知？第二， 学生在正式学习之前，对于高中信息技术有哪些认知类型？ 第三，学生在正式学习之前，对于诸如“汉字的处理”这种 他们在日常生活中不太熟悉的学习内容，倾向于哪些认知类 型？对于诸如“计算机病毒”这种他们在日常生活中较为熟 悉的学习内容，倾向于哪些认知类型？第四，针对上述高中 信息技术学习之前认知类型，在进行基于学生认知的教学设 计时，应注意哪些问题？ 四、研究设计 （一）对学习内容本体的解读1.学习内容选取的三个依据（1）制度层面：普通高中技术课程标准。《普通高中技 术课程标准（实验）》规定了高中信息技术必修课程部分“信 息技术基础”由四个主题组成：信息获取、信息加工与表达、 信息资源管理、信息技术与社会。在信息加工与表达主题中， 内容标准第3条提到：“初步掌握计算机进行信息处理的几 种基本方法，认识其工作过程与基本特征”；
在信息技术与 社会主题中，内容标准第5条提到：“树立信息安全意识， 学会病毒防范、信息保护的基本方法”。这两条规定确立了 计算机病毒及汉字的处理在高中信息技术课程中的地位。

（2）研究的意义层面：学习内容的价值。信息技术的飞速 发展带来信息技术学习内容的日新月异，在这些不断更新的 技术背后，总有一些下位的、基础的学习内容。对于这些内 容的学习，能够为学生触类旁通，快速掌握信息技术新内容 打下良好的基础。因此，研究者选取的学习内容，是比较下 位的、基础的内容。（3）研究的科学性层面：学习内容的 代表性。信息技术是一门与学生的日常生活紧密相关的学科， 在进行正式学习之前，对于一些学习内容，学生已经较为熟 悉，但是仍有一些相对来说比较抽象的学习内容，是学生在 正式学习之前不太熟悉的。对于这两种学习内容，学生在学 习之前认知状况有可能不同，研究者在选择学习内容时，将 此作为考虑的因素之一。依据以上三点，研究者选取了“汉 字的处理”及“计算机病毒”作为要考查的学习内容。2.学 习内容陈述表与结构图的形成在选取了学习内容之后，研究者与6位一线高中信息技术教师合作，形成了汉字的处理、 计算机病毒的学习内容陈述表与结构图。见表1、图1-2。

（二）开放式问卷的形成在形成了学习内容陈述表与结 构图之后，研究者以记述题的形式，针对“汉字的处理”与 “计算机病毒”，编制了高中信息技术学习之前认知状况调 查问卷，并形成了调查问卷题目与学习内容陈述一一对应双 向细目表。在对调查问卷进行设计时，为了避免学生在作答 时受到他们并未学过的术语的误导，研究者对于问卷的题目， 均采用了学生所熟悉的、同时能够体现要考查的学习内容含 义的表达方式。调查问卷题目与学习内容陈述一一对应双向 细目表如表2。

（三）调查的实施出于对研究的可行性的考虑，本研究 采用非概率随意抽样的方法进行样本的选取。研究者在2011 年5月末，选取了即将初中毕业的70名学生进行了问卷的调 查。调查发放问卷70份，由于采用当场回收的办法，因此回 收率为100%，问卷整体有效作答率为100%。在对每个题目进 行分析时，研究者对题目的无效答案进行了剔除。

五、研究结果 （一）汉字的处理 1.输入码的类型在调查的学生中，100%会用一种或几种 输入法打字，输入法的类型是“输入码类型”这一抽象内容 的具体化，因此，研究者并没有在题目中提及“输入码”的 字眼，而是让学生对输入法进行分类，即：让学生在没有学过任何关于输入码的知识的情况下，对他们所熟悉的输入法 进行分类。“输入码的类型”学习之前认知状况如图3。通 过对学生的答案进行分析，研究者将“输入码的类型”学习 之前认知分为四种类型。类型1：术语模糊替换。对于被调 查的学生来说，尽管并未学过“输入码”这一术语，但有些 学生借助于对输入法的理解，已经对输入码的类型有了感性 认知，借助于这种懵懂的认知，学生将“音码”称为“拼音”， 将“形码”称为“笔画”。在调查的学生中，37%的学生将 输入法分作拼音、笔画两种类型，对于这类学生，接受“音 码、形码、混合码”的输入码类型，会非常容易。类型2：
认知结构不当之分支位置错误。由上图可以看出，分别有7% 和9%的学生，将本应处于上、下位层次的类型放到了同一个 层次上。这类学生的答案反映出其头脑中对该内容有一个较 为清晰，但是层次上、下位有误的认知结构。研究者将这类 认知结构不当称为分支位置错误，分支位置错误除了层次有 误外，还包括其他错误，本文将在后面提到。类型3：认知 零星分散。上述两种类型学生的答案，都是建立在音码、形 码的基础之上的。此外，有24%的学生，采用了其他分类， 如中文、英文，大写、小写等等，对于输入码的类型，这类 学生有一些零散的、杂乱的、支离破碎的认知，但是却无法 形成一个完整的结构。这类学生头脑中的认知内容，并不一 定比前两种类型的学生少，但是这些内容却不成体系，因此， 研究者称之为认知零星分散。类型4：认知黑箱。有23%的学生给出了无效答案或者回答“不知道”，对于这类学生的内 部认知机制，目前还处在探索之中。这类学生对于输入码的 类型，可能是认知基本空白，也可能是不能够或者不愿意将 这种认知表达出来，或者是没有意识到这种认知的存在。

2.汉字编码的缘由对于汉字编码的缘由，研究者同样没 有在题目中提及“汉字编码”这一术语，而是通过“汉字通 过什么样的渠道转化成二进制”来设问，“汉字编码的缘由” 学习之前认知状况如图4。通过对学生的答案进行分析，研 究者将“汉字编码的缘由”学习之前认知也分为四种类型。

类型1：术语模糊替换。在被调查的学生中，有10%虽然没有 明确提出编码的字眼，却已明显透露了编码的思想。例如， 编号为37的学生的回答：“几个数字代表一个汉字，假如01 代表三，再加一个代表另一个字”。类型2：认知结构不当 之分支欠缺。有23%的学生（上图9%、7%、3%、4%之和）在 汉字和二进制数字之间建立了联系，体现了编码的思想，但 是这类学生建立的联系达不到汉字与二进制数字一一对应， 如，通过汉字的拼音、笔画、结构等与数字建立联系。研究 者将这类认知归为认知结构不当的类型。这类学生显然已经 初步具备了编码的意识，但是在他们的认知中，忽视了汉字 编码的“一一对应”这一属性，因此，研究者将这类认知结 构不当称为分支欠缺。类型3：认知零星分散。分别有19%和 1%的学生填答了与编码无关，却也有其道理的答案，如，“通 过电脑编程”，“通过芯片”等，这些零星的认知对于学生接受汉字编码这一内容，可能会有一些阻碍。类型4：认知 黑箱。接近一半的学生（47%）对该问题给出了无效答案或 者回答“不知道”。同“输入码的类型”类似，研究者将这 类学生的认知状态称为认知黑箱。

3.机内码的存储与汉字的处理过程在被调查的70名学 生中，对于机内码的存储、汉字的处理过程，无一例外地给 出了无效答案、空白答案或者填写了“不知道”。即学生对 于汉字所占的字节、字节与二进制位的关系的认知，属于待 进一步研究的认知黑箱类型。4.汉字编码的类型研究者通过 考查学生对汉字在输入时、输入后、输出时的变化的理解来 探究学生对三种汉字编码的认知，“汉字编码的类型”学习 之前认知状况如图5。通过对学生的答案进行分析，研究者 将“汉字编码的类型”学习之前认知分为三种类型。类型1：
认知结构不当之分支欠缺。有13%的学生（上图6%、6%、1% 之和）回答了汉字从输入到输出的三个环节中的两个，其中 7%的学生的答案中涉及了输入码环节和字型码环节，有6%的 学生的答案中涉及了机内码的环节，这6%的学生可能是由于 受到前面的题目的影响。但能够确定的是，学生的认知中并 不具备完整的汉字处理环节，对于汉字编码的类型，他们的 认知结构是欠缺分支的。类型2：认知零星分散。分别有4% 与有1%的学生填写了与汉字编码并无直接联系的答案。另外， 有31%的学生认为汉字没有发生变化，他们的认知似乎只停 留在汉字的外貌。总体而言，这两种学生的认知没有一个完整的构架，属于零星的见解。类型3：认知黑箱。有51%的学 生对该问题给出了无效答案或者回答“不知道”。由此可见， 尽管研究者采用了贴近学生生活经验的题目形式对汉字编 码的类型设问，还是有超过一半的学生对此没有给出明确的 回答。

（二）计算机病毒 1.计算机病毒的概念相对于“汉字的处理”而言，计算 机病毒是较为贴近学生生活的一个内容，学生在问卷中填写 了自己对计算机病毒概念的理解，“计算机病毒的概念”学 习之前认知状况如图6。从图中可以看出，学生对计算机病 毒的理解各异，通过对学生的答案进行分析，研究者将“计 算机病毒的概念”学习之前认知分为两种类型。类型1：认 知结构不当。分别有16%、14%、26%的学生给出的答案命中 了一个或两个计算机病毒概念的核心要素，如“程序”、“破 坏计算机”等等，但并不全面。这些学生的认知类型属于认 知结构不当中的分支欠缺。除了分支欠缺外，还有一部分学 生属于分支位置错误。这又包括两种情况：第一种是前文已 提到的层次有误，有3%的学生认为计算机病毒是破坏文件的 东西，有3%的学生认为计算机病毒是程序错误，还有3%的学 生列出了操作错误导致的各种后果，以此作为对计算机病毒 的描述。与此类似，有11%的学生列举了诸如“熊猫烧香” 等他们较为熟悉的计算机病毒事件。在上述这些学生的认知 结构中，将本应处于较下位的分支（如计算机病毒的例子）放在了较上位的位置（如计算机病毒的概念、属性），产生 分支位置错误；
第二种是借鉴有误，有11%的学生认为计算 机病毒是“病菌、毒素或污染”，这是受到了医学领域中“病 毒”的影响而给出的答案，在这些学生的认知结构中，将本 应处于其他领域的分支放在了计算机病毒领域的内容结构 中，产生分支位置错误。类型2：认知黑箱。有13%的学生给 出了无效答案或者回答“不知道”。对于计算机病毒这一相 对“汉字的处理”来说更贴近学生日常生活的学习内容，学 生认知空白的可能性不大，所以这一类认知黑箱，有可能是 学生无法或不愿将这种认知表达出来，或者是学生没有意识 到这种原有认知的存在。

2．计算机病毒的传播途径对于计算机病毒的传播途径， 研究者让每位学生尽可能多的填写自己知道的途径，因此， 每位学生给出的答案基本都超过一种，研究者用条形图来统 计此题，“计算机病毒的传播途径”学习之前认知状况如图 7。从图7可以看出，学生认为上网、娱乐、下载是传播计算 机病毒的主要途径。相对来说，较少的学生意识到传输文件、 使用软件、电子邮件也能够传播计算机病毒，而意识到移动 存储设备能够传播计算机病毒的，只有5位学生。从认知类 型上来看，研究者将16位（占23%）给出了无效答案或者回 答“不知道”的学生归到了认知黑箱的状态，而其余（占77%） 的学生则属于认知结构不当的类型，这种认知结构不当包括 两种情况：第一种是有2位学生给出了“网线传播计算机病毒”的答案，研究者将这种认知结构不当称为分支多余；
第 二种是分支欠缺，学生由于生活经验的影响，对于计算机病 毒的传播途径已经有所了解，但是这种认知是不全面的，尤 其是对于移动存储设备传播计算机病毒的事实，很多学生并 没有意识到。

3．计算机病毒的防范措施对于计算机病毒的防范措施， 研究者同样让每位学生尽可能多的填写自己知道的措施，并 用条形图来统计此题，“计算机病毒的防范措施”学习之前 认知状况如图8。对于计算机病毒的防范措施，安装杀毒软 件成为绝大多数学生的首选，另有2位学生提到了防火墙， 有4位学生给出的答案是诸如“对陌生QQ号不打开”等消极 预防措施，此外，有1位学生填写了“不上网的时候拔掉网 线”。从认知类型上来看，和“计算机病毒的传播途径”学 习之前认知状况相似，研究者将9位（占13%）给出了无效答 案或者回答“不知道”的学生归到了认知黑箱的状态，而其 余（占87%）的学生则属于认知结构不当的类型，这种认知 不当包括三种情况：第一种是分支欠缺，如上述给出安装杀 毒软件或防火墙的答案的学生，他们了解一种或几种防范计 算机病毒的措施，但是并不全面；
第二种是分支多余，如上 所述，有些学生采用消极预防及拔掉网线的措施，这些并不 是有效预防计算机病毒的措施；
第三种是分支位置错误，有 些学生将本应处于其他领域的分支“消毒”放在了计算机病 毒防范领域的内容结构中，产生了“借鉴有误”的分支位置错误。

六、研究结论 综上所述，本研究在CTCL的视野下，从认知发展的视角 出发，以“汉字的处理”这样一个学生在日常生活中不太熟 悉的学习内容及“计算机病毒”这样一个学生在日常生活中 较为熟悉的学习内容为例，对高中信息技术学习之前认知状 况进行了调查，解答了研究问题1（学生在正式学习之前， 对于高中信息技术“汉字的处理”及“计算机病毒”，有哪 些认知）。通过对调查结果进行分析，研究者将高中信息技 术学习之前认知分为四种类型，解答了研究问题2（学生在 正式学习之前，对于高中信息技术有哪些认知类型）。四种 类型的名称、行为表现、可能的内部机制如表3。研究者进 一步将“汉字的处理”与“计算机病毒”学习之前认知类型 分布进行了总结，解答了研究问题3（学生在正式学习之前， 对于诸如“汉字的处理”这种他们在日常生活中不太熟悉的 学习内容，倾向于哪些认知类型；
对于诸如“计算机病毒” 这种他们在日常生活中较为熟悉的学习内容，倾向于哪些认 知类型）。两类学习内容对应的学习之前认知类型分布如图 9。从图9可以看出，对于“汉字的处理”这种学生在日常生 活中不太熟悉的学习内容，总体来说，学习之前认知类型以 认知结构不当、认知零星分散及认知黑箱居多，其中认识黑 箱占绝对优势，认知零星分散总体多于认知结构不当。而对 于“计算机病毒”这种学生在日常生活中较为熟悉的学习内容，总体来说，学习之前认知类型集中在认知结构不当及认 知黑箱两种类型中，且认知结构不当占绝对优势。在以上分 析的基础上，研究者尝试对基于学生认知的教学设计提出以 下两点建议，从而解答研究问题4（针对上述高中信息技术 学习之前认知类型，在进行基于学生认知的教学设计时，应 注意哪些问题）。第一，对于少数属于术语模糊替换类型的 学生，建议引导其将术语做成卡片，正面写上他们自己熟悉 的、常常用来替换术语的名词，反面写上术语，以此加深学 生对术语的印象，并使其采用术语重新阐述自己的认知；
对 于认知结构不当的学生，建议引导其利用Inspiration等概 念图软件对自己的认知结构进行表达、交流、调整；
对于认 知零星分散的学生，建议首先引导学生采用头脑风暴，列出 自己所有想到的内容，并通过分组交流让他们对这些内容不 断补充、删除，交流完毕后，引导其将最终筛选出的内容做 成结构图；
对于认知黑箱的学生，则需要进一步探索其认知 内部机制，进而确定教学方法。第二，对于学生在日常生活 中不太熟悉的学习内容，以解决认知结构不当、认知零星分 散及认知黑箱为主，对于学生在日常生活中较为熟悉的学习 内容，则以解决学生的认知结构不当问题为主。