CSCL 促进迷思概念改变的研究

1. CSCL促进迷思概念改变的研究 华南师范大学教育信息技术学院 认知与技术研究室 徐晓东 教授 博士

2. 报告内容介绍 • 研究的问题： • 教学实践中长期没有解决的“迷思概念”问题； • 问题的分析： • 从心理学研究结果的分析中发现迷思概念的特征和阻碍转变的原因； • 问题的解决的方法： • 从教育技术学领域出发提出解决问题的方法、技术并进行系统(组件)设计与开发； • 分析解决这一问题的过程： • 通过准实验研究分析所开发的认知策略和教学如何促进迷思概念的转变，同时验证其有效性； • 本研究的结论及其对其他教学的建议 • 在结论中阐述本研究的结果对其他教学的启示。 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

3. 研究的经纬与意义 • 教学实践中的问题 • 迷思概念又称错误概念（Misconception） • 学习科学课程之前形成的概念称为“前概念 （Preconception）”（Mayer，1976）。 • 学习者在学习科学概念之前所获得的前概念称为“迷思概念”。 （Misconception，McCloskey,1983;Clement,1982） • 迷思概念：“运动表示有力的作用” “电池越多，灯泡越亮” “灯丝越多，灯泡越亮” （Minstrell&Stimpson,1993） 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

4. 研究的经纬与意义 • 迷思概念的起源和特点： • 迷思概念起源于多样的个人经验，包括对自然的直接观察和知觉、同伴的影响、日常语言的使用、大众传媒影响、以及教师的解释和教材的影响（Wandersee et al., 1994）。 • 是儿童阶段特有的思维方式。 • 根据心理学研究表明，我们并非只是根据事例和标签学习概念的，当然可以开展归纳学习，但是，大多数情况下都是通过向周围的人和书以及电视的说明等这些环境因素学习概念的（Callanan,1990;Nelson,1988）。因此社会的相互作用、协调至关重要。 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

5. 先行研究与本研究的教育价值 • 以概念为对象的科学研究很少，但是，在学校中学生学习的主要内容之一就是概念。 • 迷思概念的存在会影响学生对新概念的正确理解，从而造成学生学习的困难。 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

6. 先行研究与本研究的教育价值 • 纠正迷思概念的通常的做法是 • 直接教学，传授科学概念； • 开展实验，建构科学概念； • 一些促进概念改变的研究发现，以传统的讲授加实验取向或发现教学法取向教学策略不太可能改变学生顽固的错误概念（Roth,1990）。 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

7. 理论分析：是什么阻碍了迷思概念的转变？ • 学生头脑中的迷思概念没有得到改变； 1.特异性 2.肤浅性 3.隐蔽性 4.顽固性 • 它将影响新知识的接收（同化和顺应），对新知识理解只停留在表面，甚至歪曲新知识 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

8. 怎样做才能彻底改变学生的错误概念？ • 从主流“学习观”来分析如何改变迷思概念 • 皮亚杰的建构观点： • 概念的改变必须引起个体内在认知冲突，使个体进行调节，建立新的概念结构或调整现存结构，以达到平衡。 • 而引起个体内在认知冲突（混乱状态）的最常见方法是与人互动。因此，赞同建构主义理念的教师通常会鼓励学生互相讨论、并采取合作与协作学习方式，教师只起推波助澜即帮助者的作用。 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

9. 先行研究与本研究的教育价值 • 但是，有些研究表明，利用小组讨论引起认知冲突，从而达到改变概念的效果需要根据问题类型而定。 • 莱文(Levin&Druyan,1993）的研究发现:抗拒发展（development-resistant）问题； • 在小组交流后，持有科学概念的学生反而退步了。 • 这一研究结果与皮亚杰的认知冲突导致认知发展的理论相矛盾。 • 我们认为：这可能是知识背景相差无几，都缺少必要关键知识所造成的。 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

10. 先行研究与本研究的教育价值 • 轩尼斯（Hennessey,1993）利用元认知教学策略，尝试错误概念改变和发展的效果，他所探讨的是课堂上如何发展学生的元认知能力，以及元认知如何促进概念的发展问题，结果发现，利用课堂讨论确实可以增进元认知能力发展以及促进概念的改变。 • 从理论上来说，这是一个可行方案。 • 但是现实中，发展元认知能力需要提供问题发现与觉知的时机和环境，因此，这一解决方案具有局限性。 • 有些概念如“经度与纬度”、“天气和气候”、“沸点”、“物理常数g”等概念，如果没有地理位置上的巨大差异，就很难看出不同特征，因此，也就不会引起学生的疑惑； • 一个班级的学生由于其所学教材、生活环境、社会经历等相差无几，因此其知识结构也大致相同，也就很难有不同的经验和认识。 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

11. 其他的证据 • 也有关于理解中经验作用的重要性的研究。比如，有很多研究证明，在概念学习中有很多模式，这之中，属性间关联知识模式非常具有说服力。 • 在概念学习中知识的作用的研究证明，与属性有关的知识起到重要作用（Medin et al., 1987）。 • 比如，将芬兰、挪威、瑞典等用北欧替换容易理解。 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

12. 先行研究 • 关于句子理解的框架有几种理论，这几种理论都出自人工智能研究的领域，如，图式理论（Shema theory，Rumelhart,D.E.&Ortony,A,1977），脚本理论（Script theory，Schank,R.C.& Abelson,R. P.1977），架构理论（Frame theory，Minsky,M. 1975）。 • 这几种理论的共同之处是经验（知识）对理解具有巨大影响。大量的特定领域的知识对于概念的理解是有帮助的（Chase& Simon,1973; Chi et al., 1981; deGroot,1965），但并未提及如何做才能转变迷思概念。 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

13. 人是如何获得概念的？ • 为了在教学过程中纠正它们，进而形成科学的概念，有必要了解人是如何获得概念的。 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

14. 心理学关于概念获得的研究 • 人是如何获得概念的？ • 第一阶段：发现属性。 • 第二阶段：发现属性联系规则。 • 第三过程中的阶段：假设检验。 • 如何突出相关属性？却没有人做过这方面的研究。 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

15. 问题依然没有得到解决 • 综上所述，有关迷思概念的改变即正确理解概念，需要开发新的学习方法或教学策略，来解决这一教学中长期没有得到解决的难题。 • 本研究试图通过CSCL一种特定类型——基于网络的校际协作学习，来改变学生一部分错误概念从而建构学生的科学概念之目的。 • 如：“温度就是物体热度”。科学地辨析温度与热的异同。 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

16. 小学生对“温度”与“热”概念的错误理解 • 对学生进行调查问卷（10~12岁儿童） • “温度就是（代表）物体的热度”（78%）； • 物体本身就有温度（温度是物质所具有一种物理性质）； • 热是一种物质，具有“冷”和“热”两种形式； • 对不同物质冷热感觉不同，是因为热穿过它们的快慢不同，铁（金属）天生就对冷热具有吸引力，较容易吸收和传递；所以比较快变冷变热； • …… • 等等 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

17. Case1：本地校内小组的协作对话： 新疆克拉玛依19小彭胜（老师）： 我们知道本地最热的水是烧到沸腾的开水，请小组的同学做个试验：看看你们烧开的水有没有最高温度？然后讨论下面的问题：你们测量的是“温度”还是“热”？ …… • 克19叶安宁(学生) 2004-12-30 我们的水虽然沸腾了，可是沸点不到100度。 • 克19程思源(学生) 2004-12-30 我们已经将水烧的完全沸腾，可是为什么就是烧不到100度呢？ • 克19温馨(学生) 2004-12-30 我们在做实验的时候，光是96-97度，为什么总是到不了100度呢？ • 克19温馨(学生) 2004-12-30 为什么书上说100度呢？哪里能烧到100度？谁来告诉我。 • 克19吴思达(学生) 2004-12-30 我知道各地沸腾时水的温度，不一样。因为大家所在的地方不同吧。（地理位置不同） • 克19程思源(学生) 2004-12-30 看来最好问问别的地方的同学了！ • 克19温馨(学生) 2004-12-30 测量的当然是热！ • 克19程思源(学生) 2004-12-30 Yes! …… 缺少”知识互补”，协作绩效不高，交互水平和深度不够 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

18. 什么是“基于网络的校际协作学习” • 校际协作学习是根据分布在不同地区学习者利用因特网开展校际共同主题学习活动，并关注在不同学校间由于地理上的分离，而产生的学习的差异，利用这一差异，开展知识等相互补充的学习，由此加深对知识的理解、深化（徐晓东，2001）。 • 这种学习活动的特征是：参加学习的伙伴之间表现出一种在共同目标下，相互协调地开展网下综合实践活动，通过网上讨论，实现对知识的相互补充，最终达成共识，达到建构知识或促进概念的理解、解决问题之目的。 • 这之中最主要的特征是，由于地理上的分离，导致对同一问题的不同结论。比如，同一时间，南北方气候明显不同。 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

19. 研究的目标 • 迷思概念改变界定： • 本研究，将能够成功辨析或归纳出迷思概念的所有属性，进而重构科学概念的认知和相关行动称为迷思概念的改变。 • 研究的目标： • 利用“基于网络的校际协作学习”活动，通过在共同主题下所开展的南北两地学校间协作学习而造成的知识的差异性，引起学生的认知冲突，从而达到促进学生迷思概念改变或重构科学概念之目的。 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

20. 研究的目标 • 具体的说，通过一种探索性研究： • 采用个体内比较（组）的 ABAB 逆向设计，研究所开发的单一介入程序——教学策略和 “基于网络的校际协作学习”活动，在“迷思概念改变” 上的影响； • 以及这一教学介入的特征，既分析是什么机制和功能（应用的条件）促进迷思概念改变的。 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

21. 总体的研究方法 • 本研究的方法 • 采用个体（组）内比较的A－B－A－B设计，这是一种介于实证研究与质性研究之间的研究设计（准实验设计）。 • 可以验证其效果，也可以回答“如何起作用的问题”。 • 数据采集：采用“内容分析法”，并借鉴了罗伯特·赫克曼（Robert Heckman&Hala Annabi，2002）的内容分析表（Content Analytic Scheme）采集“数据”。 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

22. 被试 • 主持方：新疆克拉玛依第19小学（作为主要观察对象）； • 参与方：安徽芜湖大官山小学、广州东风东路小学、烟台工人子女小学、长沙开福区东风小学、陕西高新一小，青岛新世纪学校、海南海口第九小学小学4年级到6年级、年龄在10～12岁之间；人数大约50名； • 来自全国及各省自治区的87所教育技术实验学校中的一部分小学校高年级的学生。在地域文化、地理气候环境上均存在一定差异，实验前，被使对学习的态度和兴趣以及各学科学业成绩均属中等水平，绝大多数的实验学校是采用参与课题研究的指导教师所属的普通班，这些学校在分班上采取成绩与能力均衡方针，另一些学校虽然选择了课外兴趣小组自愿参加的原则选择实验学生，但在采纳标准中，对其成绩和能力也没有特殊要求。 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

23. 实验时期和所用的教学介入 • 实验的时期和实验实施者 • 2004年11月20--2005年1月10日间，每周安排一次学习活动。在这段时间中，开展四项实验（学习活动）；实验是由硕士研究生（任英杰）实施。 • 实验的介入 • 实验的教学介入：用以改变学生迷思概念的校际协作学习课程（建构性学习活动）和策略。 • 本实验采用介入活动: “温度”与“热”的概念辨析、以及建构“气候”概念为主题的、以开展小组实验的建构性、归纳式学习活动。 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

24. 介入的教学（课程）设计与学习环境开发 • 课程开发与教学设计的理念 • 以往的教学设计重视：中介物（教师、媒体等）与学生之间的互动。 • 新的学习环境设计强调：学习共同体活动，“使用者与设计者相互学习共同创造理解场所的过程”（Ehn，1993）。 • 这种设计方法论一般称为参与(分享)式设计（Participatory Design，加藤、铃木，1995） • 本研究探索的另一个目标：教师设计学习主题，学生设计学习活动，通过交流与互动发展学习活动，成为进一步的学习专题。 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

25. 开发组件中主要模块简介 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

26. 指导教师共同体示意图 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

27. 管理模块中，最主要的是对共同协作主题的管理，涉及到靶子概念的确定。管理模块中，最主要的是对共同协作主题的管理，涉及到靶子概念的确定。 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

28. 协作模块中，学习小组按照教师共同体制定的学习计划展开交互协作提交关键词。协作模块中，学习小组按照教师共同体制定的学习计划展开交互协作提交关键词。 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

29. 学习环境开发： • 本研究所开发的支撑校际间开展基于网络协作学习的平台，经过4年的“设计开发、实践、修改、再实践”等迭代开发的基础上，在 “ISNET4.0”版本中，设置这样一些功能模块： • 综合学习论坛模块：主要是师生用于交换信息、联络、初次见面联系等用； • 新闻发布模块：用于实验学校召开在线会议、发布通知所用。 • 资源中心模块：用于与校际协作学习有关文件、论文等的资源上传和下载； • 学生协作学习模块：主要用于在共同主题下的协作学习。又分为：论坛、协作、资源、作品、组员等子模快。其中，又增设了“关键词提取”功能。 • 网络小档案模块：用于记录学生学习活动过程；设个人内反思日记和同伴间互评排行榜用于支持对学习的回顾与反思、评价；设置的规划指引工具，用于教师、同学等帮助者对学习者的学习与行动进行引导。 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

30. 克市 第十九小学 烟台工人小学 Isnet 合肥 润安学 海口 1.指导教师共同体策略 • 教师共同体的主要任务包括：设计主题；引发交流；诱发进一步的学习活动；对靶子概念进行其属性的分析，通过分析，可以建构起概念的属性图；提取关键属性词等。 提炼出概念属性图 主题任务（活动）设计 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

31. 2.异质构组策略 • “异质构组”策略： 根据认知分布的理论，使关于该主题 知识背景有差别的学习者，参与校际协 作学习活动，借此呈现知识的差异，互 相补充知识，促进科学概念建构的方法。 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

32. 3.关键词提取策略 • “关键词提取”策略： • 在对话协商的过程中，异质组成员在发言的 同时将发言内容用一个关键词表征，向特定对话框中提交，通过系统获取并在“关键词显示区”呈现，由此引发他人对该词的注意，在教师引导下，最终导向其他成员对相关属性觉知的规则。 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

33. 校际间协作促进迷思概念转变的认知模型 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

34. 云 云 UFO 飞机 圆的 白的 共同课题 的认知 协调 交流 协作 协作学习的过程 • 协作学习过程模式 （ ModelofCollaborative Learning Process） 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

35. CSCL的4阶段：1 • 共同课题的认知 • 支持多数学习者之间认知相同的项目（共同主题）。 • 在认识到相同主题时，于是产生或确定了可以开展交流的基础。 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

36. 交流 学习者利用共同语言或符号，开展信息转送或交换活动。 这一阶段只限于大家互相提出各种各样问题，还不能达到将交流的结果进行整理或集中。 UFO 飞机 CSCL的4阶段：2 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

37. CSCL的4阶段：3 • 协作（合作） • 学习者一边协商合作，一边在完成分派的相同工作过程中，在小组内进行决策。 • 即，从提出的众多建议中抽出可能对完成工作有益的信息，集中小组各个成员的意见。 圆的 白的 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

38. CSCL的4阶段：4 • 协调 • 学习者协调在开展工作中产生的问题，达成共识 • 或者观察工作完成情况，如果认为工作效率低便进行调整。 云彩 云彩 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

39. 异质构组策略有效性的验证 概念建构标示器 实验结论 案例：对话分析 数据获取 t检验 实验1计划：异质构组策略的验证 • 采用 “单一被试”个体内比较的前后测实验设计，同时采用t检验对异质构组策略在协作小组建构科学概念中的有效性。 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

40. 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

41. 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

42. 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

43. 数据的获取按照协作绩效标示器来得出，满足标示器中给定的一条，数据的获取按照协作绩效标示器来得出，满足标示器中给定的一条， 计1分，这样打分后前测部分数据结果如下： 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

44. 数据的获取按照协作绩效标示器来得出，满足标示器中给定的一条，计1分，这样打分后，后测部分数据结果如下：数据的获取按照协作绩效标示器来得出，满足标示器中给定的一条，计1分，这样打分后，后测部分数据结果如下： 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

45. 实验1：结果 • 前测即没有导入异质构组策略与后测也即导入异质构组策略的条件下，进行的t检验结果证实：校际组协作学习组在成功辨析迷思概念的所有属性中，存在着显著的差异（t（2）=12.124；P＜.01）。 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

46. 对话分析 Case2：校际间小组的协作对话： • 东风东黄楠(学生) ：100度的水加上100度的水等于多少度？ • …… • 东风袁铭彬(学生) 2004-12-13 还是100度！ • 海口黄志君(学生) 2004-12-13 我想若是你会加法，那你应该会算！请你算一下100+100=？ • 烟台林秦(学生) 2004-12-13 100度的水等于100度的水所以水还是100，水沸腾了温度就不变！ • 克19吴思达(学生) 2004-12-13 我觉得100度的水加上100度的水等于200度。 • 烟台王滋童(学生) 2004-12-13还是一百度的水 • 烟台张翔(学生) 2004-12-13 我同意林秦与王滋童的观点。 • 东风东黄楠(学生) 2004-12-13 为什么？ • …… 缺少对知识、概念的觉知，造成小组“协作学习绩效”不高 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

47. 实验2所要验证的“关键词标识技术”及策略释义实验2所要验证的“关键词标识技术”及策略释义 关键词标识技法（策略） 同时学生小组成员在发言中对自己认为重要的关键词进行提交、显示，既整理了自 己的思路，也便于他人了解 发言重点 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

48. 实验2所要验证的“关键词标识技术”及策略释义实验2所要验证的“关键词标识技术”及策略释义 教师共同体在主题学习结束的时候，对学生小组关键词的进行整理。 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

49. 实验2计划. 属性关键词标识策略验证 • 对该策略的规则进行每周3次的训练，所有参与者达到了熟练程度。采用 “单一被试”个体内比较的前后测实验设计，同时采用T检验对属性关键词提取策略在协作组科学概念建构中的有效性。 关键词标示策略验证 概念建构标示器 实验结论 案例：对话分析 数据获取 t检验 t检验结果 选择0.01显著水平，t=10.392> t(2)0.01=9.925后测与前测之间存在非常显著的差异 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）

50. 实验2：结果 • 前测即没有导入属性关键词提取技术（策略）与后测也即导入属性关键词提取技术（策略）的条件下进行的t检验结果证实：校际协作学习组在归纳出迷思概念的所有属性中存在着显著的差异（t（4）=9.947；P＜.001）。 华南师范大学教育信息技术学院 徐晓东（20060527）