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試論概念圖及其對科學(xué)教育的啟示

試論概念圖及其對科學(xué)教育的啟示

 

 文章來(lái)源:心理發(fā)展與教育    更新時(shí)間:2007-8-11

 

作者簡(jiǎn)介:伍新春(1967-),男,北京師范大學(xué)心理學(xué)院教授

基金項目:全國教育科學(xué)“十五”規劃重點(diǎn)課題(EBA010432)的成果之一

通過(guò)運用有效的教學(xué)策略來(lái)提高學(xué)生的科學(xué)成績(jì),促進(jìn)學(xué)習者的積極主動(dòng)性,是科學(xué)教育工作者和教育心理學(xué)家一直在探索的問(wèn)題,科學(xué)教育工作者Novak、心理學(xué)家Ausubel和哲學(xué)家Gowin就是其中的典型代表。他們長(cháng)期以來(lái)一直致力于促進(jìn)學(xué)生深入理解學(xué)習材料的研究,其成果之一就是開(kāi)發(fā)了影響非常大,對科學(xué)教育研究和教學(xué)有很大促進(jìn)作用的幾種實(shí)用工具。這些工具在研究和探索認知結構的變化中非常有用,其中最重要的就是概念圖(concept map)技術(shù)。

自概念圖這一術(shù)語(yǔ)提出以來(lái),Novak等人的研究工作就引起了廣泛的關(guān)注。各國研究者以他們的工作為基礎,結合本國的教學(xué)實(shí)際進(jìn)行了許多相關(guān)的研究,《Journal of Research in Science Teaching曾就概念圖這一主題出版過(guò)一期特刊,其中的一篇文章列舉了100篇關(guān)于概念圖的參考文獻,出版的文獻和專(zhuān)著(zhù)數量之多反映概念圖的受關(guān)注程度和研究的價(jià)值。經(jīng)過(guò)三十多年的完善和發(fā)展,今天概念圖技術(shù)已經(jīng)逐漸成為一種非常有效的科學(xué)教育研究和科學(xué)教學(xué)的工具,也是一種有效的促進(jìn)有意義學(xué)習的教學(xué)策略。但是,我國有關(guān)概念圖的研究還很少。為此,本文將系統介紹概念圖的起源、作用以及概念圖技術(shù)對科學(xué)教育和研究的啟示。

1 概念圖及其發(fā)展

11          概念圖的含義與特點(diǎn)

概念圖是包含結點(diǎn)和連線(xiàn)的一種對知識的結構化進(jìn)行形象表征的方法。結點(diǎn)代表的是某個(gè)領(lǐng)域或主題內的重要概念,這里的概念被定義為“知覺(jué)到的一組用符號或標記來(lái)說(shuō)明的物體或事件之間的規律和關(guān)系”,這些概念是按照上位概念與下位概念的層次加以組織的,概念的例子列在圖的底部。連線(xiàn)指的是一對概念(結點(diǎn))之間的關(guān)系,線(xiàn)上的標注解釋了概念是如何相互關(guān)聯(lián)的。兩個(gè)結點(diǎn)和一個(gè)包含標注的連線(xiàn)組成一個(gè)命題,命題是概念圖中最基本的意義單元,也是用于判斷概念間連線(xiàn)是否有效的最小單元。圖1就是一個(gè)比較理想的概念圖例子。

  

概念圖作為一種知識表征工具,它具有這樣一些特點(diǎn)。首先,相關(guān)的概念之間有標注線(xiàn)進(jìn)行連結。在概念圖中,兩個(gè)概念不僅有連線(xiàn)表示它們相關(guān),而且還在線(xiàn)上做標注,說(shuō)明他們之間的具體關(guān)系。以圖1中的概念為例。“低等動(dòng)物”和“骨骼”兩個(gè)概念之間有箭頭連線(xiàn),線(xiàn)上的標注是“沒(méi)有”,它們表示的意義就是“低等動(dòng)物沒(méi)有骨骼”。由此可見(jiàn),概念、連線(xiàn)和標注組成一個(gè)有意義的命題,命題是概念圖中必不可少的成分,缺少命題就無(wú)法準確地表征繪圖者的理解。其次,概念圖中概念的排列還有一定的層次結構。也就是說(shuō),最一般的、包含性最廣的概念在概念圖的頂端,具體的、包含性稍低的概念在適當的下位位置。如圖1中,“動(dòng)物”和“低等動(dòng)物”的概念包含性廣,所以在圖的上部;而“生命活動(dòng)”的概念包含性相對稍低,所以處于下位的位置。概念的層次結構并不容易確定,它主要依賴(lài)當前考察的特定知識單元以及研究者希望具體強調的內容,同一個(gè)概念在不同的主題下,所處的層次水平可能不同。

12          概念圖的起源與發(fā)展

概念圖技術(shù)的開(kāi)發(fā)并不是研究者盲目進(jìn)行的,而是研究者根據研究的需要和相應的理論基礎,在實(shí)踐中經(jīng)過(guò)不斷檢驗、修正和完善而發(fā)展起來(lái)的一種促進(jìn)學(xué)生有意義學(xué)習的策略。它的提出不僅解決了研究中的困惑,給科學(xué)教育研究帶來(lái)了便利,也形成了一個(gè)很有價(jià)值的研究領(lǐng)域。概念圖之所以具有上述特點(diǎn),與它所依據的理論、要解決的問(wèn)題以及所發(fā)揮的作用密切相關(guān)。

概念圖技術(shù)(concept mapping)的起源可以追溯到20世紀六七十年代Ausubel、NovakGowin等人在康奈爾大學(xué)所進(jìn)行的著(zhù)名研究。因為他們的出色工作,概念圖在當時(shí)引起了相當大的關(guān)注,帶動(dòng)了各國研究者的一系列研究工作,大量有關(guān)概念圖的研究報告開(kāi)始出現,概念圖成為科學(xué)教育研究和科學(xué)教學(xué)的一種有用而具有無(wú)限價(jià)值的工具。20世紀六七十年代,NovakGowin等人對200名學(xué)生進(jìn)行了一項長(cháng)達12年的縱向追蹤研究。在研究的第一年要對學(xué)生進(jìn)行幾次訪(fǎng)談,很快他們就發(fā)現訪(fǎng)談結果的解釋和轉錄存在很大問(wèn)題,從訪(fǎng)談?dòng)涗浐娃D錄中很難看出學(xué)生概念理解的具體變化,要想區別改變的類(lèi)型更難。在研究中,他們經(jīng)常遇到這樣一個(gè)難題:他們所設計的任何一種書(shū)面測驗,都不能有效地測量?jì)和莆盏闹R。很顯然,他們需要更好的工具或方法來(lái)表征兒童知識結構和概念結構發(fā)生的變化。

1978年,Rowell在研究了一些磁帶錄音和研究性訪(fǎng)談?dòng)涗浿?,決定要設計一個(gè)“概念圖模型”。在這些早期的概念圖中,并沒(méi)有使用連系詞。他們認為研究者可以根據連結的兩個(gè)概念理解它們之間的意義。但是在討論過(guò)程中,Posner對概念圖中內在的模糊不清提出了嚴厲的批評。后來(lái)的研究也發(fā)現,評分者對同一個(gè)連結的理解存在很大的差異,甚至完全不是繪圖者的意思。因此,他們改進(jìn)了概念圖,要求繪圖者在概念圖的連線(xiàn)上做標注,這就是我們今天所說(shuō)的比較完善的概念圖。當然,用概念圖來(lái)表征學(xué)生知識的想法不是憑空想象的,而是有一定的理論依據。Novak與康奈爾大學(xué)的研究小組在課堂實(shí)踐中開(kāi)展了大量的教育研究工作,他們非常注重課堂觀(guān)察,這給他們研究結論的推廣帶來(lái)了很大的便利。但是,在最初的研究中,Novak等人的研究結果經(jīng)常與理論的預期不一致,這讓他們非常困惑。此時(shí),Ausubel (1963)發(fā)表了《有意義言語(yǔ)學(xué)習理論》,其中的某些理論恰好可以合理解釋他們的研究結果。而且,他們發(fā)現Ausubel的理論能更精確地解釋學(xué)習、學(xué)習者的成功和失敗。此后,Novak等人在發(fā)展研究和課程改進(jìn)項目時(shí),主要以Ausubel的有意義學(xué)習的同化理論為框架。他們在課堂里實(shí)驗Ausubel學(xué)習理論的各種思想,由于他們的研究成果,Ausubel對自己的理論進(jìn)行了一些修正,NovakGowin等人也根據Ausubel學(xué)習理論的某些思想開(kāi)發(fā)了幾種促進(jìn)教學(xué)和科學(xué)教育研究的有效工具,概念圖技術(shù)就是影響較大的工具之一。

Ausubel的理論認為,認知結構是有層次的結構,抽象的概念和命題高于范圍較窄的、較具體的概念和命題,大多數的新學(xué)習都是通過(guò)派生或相關(guān)類(lèi)屬,把新信息的意義納入已有的概念命題系統。于是,Gowin等人提出了概念 命題結構層次化表征的思想,這是概念圖思想的來(lái)源之一。同時(shí),Ausubel的理論也認為,人的認知結構中的概念處于逐漸分化的過(guò)程之中,在這個(gè)過(guò)程中,學(xué)生會(huì )從事件和物件中認識到范圍更廣和更具體的概念,會(huì )發(fā)現更多的包括其它有關(guān)概念在內的命題聯(lián)系;當學(xué)生發(fā)現兩個(gè)或兩個(gè)以上的概念存在著(zhù)聯(lián)系,可以構成新的命題意義的時(shí)候,或者當各個(gè)概念之間的意義矛盾得到解決的時(shí)候,就會(huì )在不同的部分之間進(jìn)行綜合貫通[4],這些思想都為概念圖的使用和評分提供了理論依據。

除了以Ausubel的有意義學(xué)習理論(層次結構理論、逐漸分化理論、綜合貫通理論)為基礎,概念圖也來(lái)源于對Piaget的臨床訪(fǎng)談法進(jìn)行的調整。最初,Piaget使用臨床訪(fǎng)談法來(lái)分析兒童解釋周?chē)录恼J知過(guò)程,后來(lái)Novak等人對此方法進(jìn)行了修改,用概念圖來(lái)表征學(xué)習者的認知結構,并把它客觀(guān)化,讓學(xué)習者和老師都了解學(xué)習者已經(jīng)知道了什么,以調查人們解釋事件的概念和命題框架;同時(shí),研究者還把概念圖用作一種評估工具。研究證明,概念圖對傳統的評估方法是一種很好的補充。

13          概念圖的繪制

AusubelPiaget的理論為如何建構一個(gè)概念圖提供了指導。NovakGowin認為,概念圖應該是:(1)具有層次性,上位概念在頂端;(2)用適當的連系詞做標注;(3)有交叉連結,表明層次的子分支之間的關(guān)系。因為“新信息經(jīng)常與更一般的、更具有包含性的概念建立聯(lián)系,或類(lèi)屬于其下”,所以會(huì )出現層次結構。根據逐漸分化原理,學(xué)生或者通過(guò)創(chuàng )建新的分支,或者通過(guò)進(jìn)一步分化已有的分支,把新概念和新連結添加到層次結構中,豐富和完善已有的層次結構。當學(xué)生認識到層次中相同水平上的概念或命題間的新聯(lián)系時(shí),就理解了它們的意義。

NovakGowin對繪制概念圖的方法步驟,根據學(xué)生年級的不同分別進(jìn)行了詳細介紹。一般而言,教學(xué)生繪制概念圖包括以下部分:(1)向學(xué)生介紹概念圖:概念圖是什么,其用途有哪些,包括哪些組成成分;(2)分析概念圖的建構,主要強調概念圖的四個(gè)方面,即如何識別一組概念間的關(guān)系,建構命題,學(xué)習識別好的概念圖,重新畫(huà)概念圖;(3)練習建構概念圖。先給學(xué)生提供關(guān)于某一主題的概念列表,教師帶領(lǐng)學(xué)生共同建構一份概念圖。然后,重新提供另一組主題概念,讓學(xué)生單獨繪制概念圖;(4)檢查和討論學(xué)生繪制的概念圖,介紹評分標準,提供一些評分后的概念圖例子;(5)鞏固練習繪制概念圖。

簡(jiǎn)而言之,繪制概念圖的大致程序是,先列出某個(gè)主題領(lǐng)域內的重要概念,根據抽象概括程度的不同,有結構、有層次地將其相互之間的本質(zhì)聯(lián)系用連線(xiàn)和相關(guān)詞語(yǔ)表示出來(lái),經(jīng)過(guò)反復修改和討論,達到對該主題知識的融會(huì )貫通。

2                     概念圖的作用

從上述概念圖理論來(lái)源的介紹中,可以看出概念圖綜合了結構主義和建構主義的觀(guān)點(diǎn)。它以Ausubel的學(xué)習理論為基礎,體現的是結構主義的觀(guān)點(diǎn),是對知識的一種靜態(tài)形象的描述,可以用來(lái)了解學(xué)生已有的知識和錯誤概念等;概念圖的結構層次可以促進(jìn)學(xué)生新舊知識之間的聯(lián)系,促進(jìn)有意義學(xué)習。概念圖對皮亞杰的臨床訪(fǎng)談進(jìn)行調整,體現的則是建構主義的觀(guān)點(diǎn),是對知識的一種動(dòng)態(tài)的描述,可以用以促進(jìn)和評估學(xué)生認知結構的發(fā)展變化。所以,概念圖的作用與它的理論起源和特點(diǎn)是一致的。

21          調查學(xué)生的先前知識和錯誤概念

概念圖就是一種非常有效的了解學(xué)生先前知識的工具和技術(shù)。盡管Ausubel在理論中著(zhù)重闡述了學(xué)生的先前知識在學(xué)習中的重要作用,但是,他并沒(méi)有給教育工作提供簡(jiǎn)單、有用的手段,來(lái)幫助教師了解學(xué)生的已有知識。繪制概念圖可以解決這個(gè)問(wèn)題,它已經(jīng)經(jīng)過(guò)特別的改制,能夠深入每個(gè)學(xué)生的認知結構,并把它客觀(guān)化,使學(xué)生和老師都能弄清楚這個(gè)學(xué)生已經(jīng)知道了什么,進(jìn)而看出學(xué)生的錯誤概念,從而糾正概念之間的錯誤的連結。Novak等人也談到,并不是說(shuō)一張概念圖能夠完全把學(xué)生關(guān)于某個(gè)主題的概念和命題全部展現出來(lái),但是,總的來(lái)說(shuō)概念圖大致上能夠做到這一點(diǎn)。隨后大量的研究也證明了他們的觀(guān)點(diǎn)。

同時(shí),通過(guò)學(xué)生繪制的概念圖也可以了解學(xué)生的錯誤概念,概念圖在辨別錯誤概念上非常有用,概念圖中不正確的連結形成的錯誤命題,或者相關(guān)概念之間沒(méi)有進(jìn)行連結,都是很好反映學(xué)生錯誤概念的指標。

22          幫助學(xué)生“學(xué)會(huì )如何學(xué)習”

Novak及其同事發(fā)現,概念圖可以幫助學(xué)生組織和理解新知識,促進(jìn)學(xué)生學(xué)會(huì )有意義的學(xué)習,也能幫助老師更有效地組織教學(xué)。概念圖是一種知識的客觀(guān)化視覺(jué)表征,能夠使學(xué)生清楚地看到自己學(xué)習中存在的問(wèn)題和錯誤,從而有針對性地進(jìn)行知識的補充和修正,以及學(xué)習策略的調整。繪制概念圖也是一種非常有趣的學(xué)習活動(dòng),可以吸引學(xué)生的注意力,使學(xué)生能夠有效地監控自己的學(xué)習過(guò)程,針對自己的情況,調整學(xué)習進(jìn)度。概念圖可以幫助學(xué)習者意識到并反思他們自己的錯誤,幫助學(xué)生負責自己的意義理解,有助于他們形成綜合的概念系統??梢哉f(shuō),繪制概念圖的過(guò)程也就是理解知識的過(guò)程。概念圖不僅為學(xué)生提供學(xué)習的支架,而且是改善學(xué)生學(xué)習的元認知工具。

23          促進(jìn)學(xué)生的有意義學(xué)習

概念繪圖法如何促進(jìn)有意義學(xué)習呢?概念圖中的概念不是分離的,而是相互之間存在一定的關(guān)系。交叉連結是很強有力的連結,它把相關(guān)的概念組成一個(gè)“網(wǎng)”,可以促進(jìn)知識在認知結構內的穩定性。概念圖不只是連結一般概念和具體概念,也把概念結構內不同的子領(lǐng)域連結起來(lái),增強了不同知識范圍的聯(lián)系。實(shí)際上,這樣提高了聯(lián)系新材料的相關(guān)概念的數目,使新學(xué)習的內容更容易與已有的相關(guān)知識經(jīng)驗建立聯(lián)系,聯(lián)系的穩固程度也會(huì )有所增強。非常強有力的連結可以將原先分散的章節甚至題目聯(lián)結起來(lái)。

只有垂直連結的命題比那些垂直和水平連結都有的命題更可能忘記,因為垂直連結是概念的具體例子,而交叉連結把概念層次不同領(lǐng)域的概念聯(lián)系起來(lái),可以使新知識記憶得更牢固。機械學(xué)習記住的只是一系列命題,相互之間沒(méi)有建立聯(lián)系;使用概念圖,新概念和命題與整個(gè)已有的、相關(guān)系統聯(lián)系起來(lái),這種類(lèi)屬、逐步分化以及上位學(xué)習模式最終造成學(xué)習者知識結構質(zhì)量和連結數量增多,從而促進(jìn)學(xué)生的有意義學(xué)習。事實(shí)上,在過(guò)去三十年中,大量有關(guān)概念圖的研究也證明,它是一種非常有效地促進(jìn)學(xué)生有意義學(xué)習的策略和工具。

Heinze FryNovak以自修生物的大學(xué)生為被試,調查了概念圖工具在三個(gè)教學(xué)單元的時(shí)間內是否促進(jìn)學(xué)生了學(xué)生的有意義學(xué)習。研究結果顯示,概念圖使學(xué)生更多地進(jìn)行有意義學(xué)習,盡管在短期內,實(shí)驗組和控制組的成績(jì)統計上沒(méi)有達到顯著(zhù)水平,但是,實(shí)驗組在知識保持、學(xué)習效能等方面的平均得分都高于控制組。而且,隨著(zhù)干預時(shí)間的延長(cháng),概念圖對有意義學(xué)習的促進(jìn)效果會(huì )越明顯。

 

24          促進(jìn)和評估學(xué)生認知結構的變化

概念圖不僅可以促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習活動(dòng),同時(shí)也是測量學(xué)生知識結構變化情況的敏銳工具。極端的知識基礎重新建構,也就是概念轉變,可以在概念圖的最高層次水平上反映出來(lái);同樣地,在下位學(xué)習過(guò)程中伴隨著(zhù)的緩慢、精細、同化性的變化,也能通過(guò)概念圖中低層次水平的增加或減少描述出來(lái)。Carey建議,概念圖可用于分析知識的獲得。她說(shuō),“通過(guò)比較連續的概念圖,比較學(xué)生掌握的某個(gè)領(lǐng)域的知識,研究者可以看出在獲得知識的過(guò)程中,知識是怎樣被重新建構的”。

很多研究證明了概念圖在這方面的作用。WallaceMintzes通過(guò)研究發(fā)現,概念圖能揭示學(xué)生知識基礎在復雜性和命題結構方
 

http://bio.cersp.com/Channel07/swxjz/200708/1982.html

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