技术支持下的概念转变：现代技术与教育心理学成果

1.网络协作学习与概念转变

概念转变的关键在于产生认知冲突，通常教师是通过在课上呈现图片、视频或实验等方式来向学生展示与其原有经验不符合的概念。但有些概念如“经度与纬度”、“天气和气候”、“沸点”、“温度与热”等，如果没有地理上的巨大差异，就很难看出不同特征，因此，也就不会引起学生的疑惑。例如，当学生们学习温带地区、热带地区、寒带地区的差异时，由于学生们只有在温带地区生活的经验，对热带地区一无所知，即使教师呈现不同地区的视频，学生们也很难形成直观的感受。而且，一个班级甚至一个学校的学生由于其生活环境、社会经历等相差无几，其知识结构也大致相同，很难有不同的经验和认识，互相之间也难以通过交流和讨论来产生认知冲突概念。由于环境限制，学校也很难组织学生真的到这些地区去体会。幸运的是，在计算机网络的帮助下，不同地区的校际协作成为可能。东北、华北、华南、西南地区的学生可以通过网络的方式共同完成一个项目，视频聊天、文字聊天让生活背景存在差异的学生们通过讨论产生认知冲突，这种冲突引发学生的动机，激发了学生求知的欲望。

徐晓东曾在小学组织了一次关于“温度和热的概念辨析”的网络协作学习[6]。参加者来自不同的地区，其地理气候环境存在较大的差异。学习活动让每个学生和其他学校的学生组成一个学习小组，共同完成用温度计测量环境及各种物体的温度，然后通过聊天软件分析和讨论地区间的观察结果差异。学生发现，新疆的学生觉得25度的水很温暖，但海口却觉得这个温度很凉爽，由此引发了认知冲突。在好奇心的引导下，学生们展开了对原因的探究学习，最终明白了温度和热的区别。学生的知识经验可以促进学习，而不同背景的学生通过交流和沟通可以互相学习。学习者之间的差异可以让学生接触到不同的经验，实现知识的互相补充，共同建构新的知识框架。

2.计算机辅助设计工具与概念转变

学习者通过活动在头脑中建立其关于世界的模型，也就是通常说的认知结构。模型是由元素、关系、规则组成的概念系统，模型可以是外部的，通过文字、图形、表格、动画等方式表示，也可以是内部的，即存在于头脑中的模型。内部的模型可以通过适当的方式表现出来，例如常见的历史课上要求列出年代大事记，这就是一种模型表达方式。根据分布式认知理论，学习者通过利用外部表征，将头脑内部的一部分认知任务分配给了外部中介物，使脑内外建立起了一个统一的心理操作空间，大大降低脑内的认知负荷，提高了认知效率。另外，在外化表达的过程中，人们会意识到内部模型的不完善，逐步对其进行修正，使其渐渐变得成熟。

因此，为内部模型建立外部表征的模型，可以有效支持和促进概念转变。在外化过程中，学习者会使用一定的工具。最原始的就是纸和笔，学生在学习的时候用笔在纸上画出本节内容的知识结构图，这就是一个将内部模型外化的过程。在新技术支持的教育环境下，则出现了更“聪明”的外化技术工具。计算机成为学习者的伙伴，学习者将某一部分认知任务交给计算机，而自己则承担更多的思考任务，这是很多思维辅助工具设计的主要思路。

计算机和人相比，两者各有各擅长的任务。计算机思维工具的主要作用是帮助学习者进行有效的思维，这并不意味着减少学习者的思维工作量，相反，在思维工具的帮助下，学习者要进行更深入的思考，以促进自身对知识进行意义的建构。需要注意的是，思维工具不是让学生将教师教给他们的知识直接呈现出来，而是要让学生对自己所知道的东西进行展示、操作和反思。

（1）概念图

概念图又称为语义网络，是概念和概念之间互相关系的空间表征。这里所说的概念是狭义的概念，即人对事物的本质特征的认识。例如，“鸟”这个概念，本质是有羽毛，无齿有喙的动物，这些本质属性使鸟跟其他动物区别开来。毛色、大小、是否会飞不是鸟的本质属性，“鸵鸟”并不会飞，但它也是属于鸟，“蝙蝠”会飞，但它不是鸟。概念让人们能够透过事物的表面认识到事物的本质。

人在日常生活中，头脑中存储了大量的概念，在学校里还会接触到了更多的科学概念。日常的概念和科学的概念有重叠，但是也有不同。例如，有些人会认为“大熊猫”和“小熊猫”是同一种动物，实际上这是属于不同的科，大熊猫属于熊科，小熊猫则属于小熊猫科，与浣熊比较接近。心理学家认为，大量的概念在人的头脑中以节点的形式存储，每个概念具有一定的特征，各种类属概念按照逻辑关系组织在一起，概念之间通过连线表示他们的类属关系。

图5.1　概念图

头脑中的认知结构与外化的概念图有相似之处，借助可视化的概念图呈现策略可以帮助学生减轻认知负荷，把学习者认知结构中与所学知识关联的部分表示出来，以便于发现新旧知识之间的联系，促进信息的整合加工。概念图作为一种组织框架，也可以帮助学习者将自己所学的知识按照一定的结构组织起来，改善学习者的认知结构，有效地促进学习[7]。研究表明，在学习发动机的运作原理时，如果学生自己一边学习一边画图，通过将概念关系外化，能够更好地帮助内部表征的形成和巩固[8]。(www.xing528.com)

以前学习者通常会使用纸和笔做笔记、画图来帮助自己的思考和记忆。在计算机时代，越来越多的学习者开始使用软件来制作概念图，更有利于保存、修改、管理和交流。例如有一款名为Inspiration概念图软件，主要就是帮助学生组织和管理知识概念、命题和各类教学信息。这个软件允许学习者通过点击鼠标来建立概念图，加入概念符号和文字，再通过“Link”功能在各个概念之间建立链接，并标注关系的简短关键词。学习者可以按照一定的模式来排列概念图的结构，最后自动生成一张概念图[9]。

在教学中使用概念图可以有不同的教学策略，例如采用比较式的师生协作学习，比较教师设计的概念图和学生自己做的概念图，通过讨论让学生领会概念的内涵。学生还可以将图片、视频、文章连接到概念图上，用生动有趣的形式将概念图的内容贯穿起来，使整个主题变得更加丰富。教师也可以基于概念图对学生的活动做评价[10]。

（2）电子数据库

数据库是在地理、生物、社会学、经济等课程上常用的分析工具。当学生面对大量的内容进行分析时，需要一种工具来帮助他们从杂乱的内容中发现不同的趋势、规律和主题[11]。例如，在学习各国的地理面积、人口数量、国民生产总值、识字率、人均寿命时，可以用数据库的方式将数据组织并进行分析。

表5.1　各国基本数据表

电子数据库是将数据库的内容用电脑记录的一种存储方法，例如Excel、Access等电子表格软件。电子表格中的每一个空白单元可以包括文本、数字、公式等信息。电子表格内可以进行自动计算，并且在某个单元格内容更新之后自动重新计算与之有关的表格内的信息。例如上表中，人均GDP的表格内是一个公式，由总GDP除以总人数得出，那么当总GDP或总人数被修改时，人均GDP也会自动发生变化。电子表格还提供将数据用图形方式展示的功能，例如Excel里可以根据用户选择的数据区域和图表类型，绘制出相应的图形。

自动计算和图形化的功能使得电子表格可以用来帮助学生的认知思维。例如，学生在学习地理课时，老师提问，如果十年之后某国的人口下降20％，GDP上升30％，那么他们的人均GDP会发生什么样的变化？学生可以只修改某几个值，就能马上看到结果。在数学课或者物理课上，电子表格的自动计算功能也起着重要的作用。例如，当学习浮力定律的时候，学习者利用电子表格来展示浮力和体积以及密度的关系，从而可以对几个变量之间的关系进行更深入的思考和理解。

（3）超媒体

超媒体是用超链接的方式将文字、图形、动画、声音等方式组织起来。最常见的超媒体组织方式就是网页，通过网页上的链接，可以访问任意一个节点，并且可以跳转到再下一个节点。节点和链接组织起来一个网络结构。超媒体的特点是允许用户按照自己的喜好随机进入系统，并且在整个系统网络中自由跳转。现在很多超媒体也允许用户增加、修改属于自己的个人网页。

建构主义认为，学习者通过建构属于自己的知识来进行学习。让学习者用超媒体来构建属于自己的知识库，这是一种新的学习方式。与其他思维工具不同，超媒体最终的设计结果是一种对外的展示，因此超媒体也特别需要设计者从读者的角度考虑产品如何才能吸引人。因此如果让学习者通过建构一个超媒体来学习，那么学习者特别需要反思自己对学习主题的看法，组织自己表达的方式，要能够在概念之间建立起有意义的联系。使用超媒体的学生能够更熟练地对概念进行组织和归纳，也能够更好地表达复杂的观点。