以科學(xué)認(rèn)知方法解決概念模型轉(zhuǎn)變的課例研究

1、    以科學(xué)認(rèn)知方法解決概念模型轉(zhuǎn)變的課例研究    徐雪松摘 要：基于認(rèn)知沖突的研究，提出順應(yīng)認(rèn)知沖突理論的教學(xué)策略（新認(rèn)知、矛盾事件、迷思概念、目標(biāo)科學(xué)概念等）及其建構(gòu)過(guò)程。以數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中的“概念模型”轉(zhuǎn)變中的認(rèn)知沖突解決方案為例，呈現(xiàn)了相關(guān)的課程教學(xué)設(shè)計(jì)并給出了教學(xué)的實(shí)施建議。關(guān)鍵詞：認(rèn)知沖突; 概念模型; 教學(xué)設(shè)計(jì)：g642.0          ：a        ：1006-3315（2021）1-156-002學(xué)習(xí)就是概念轉(zhuǎn)變，概念轉(zhuǎn)變的研究已經(jīng)成為

2、當(dāng)代科學(xué)教育研究領(lǐng)域中的主要研究之一。許多促進(jìn)概念轉(zhuǎn)變的教學(xué)過(guò)程是建立在學(xué)生現(xiàn)有觀念基礎(chǔ)之上，通過(guò)認(rèn)知沖突，使學(xué)生的現(xiàn)有觀念向科學(xué)認(rèn)識(shí)發(fā)展和拓寬。概念模型是一種面向客觀世界的模型，獨(dú)立于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是用戶和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)人員之間進(jìn)行交流的工具，主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。初學(xué)概念模型的學(xué)生很難正確理解和把握概念模型的要點(diǎn)和精髓，主要體現(xiàn)在概念轉(zhuǎn)變四個(gè)方面：（1）對(duì)現(xiàn)有概念的不滿或者不認(rèn)可，即現(xiàn)有的概念無(wú)法解釋面臨的問(wèn)題;（2）新概念模型必須滿足可理解性，學(xué)生能夠借助已學(xué)習(xí)的新概念對(duì)于現(xiàn)象的釋讀;（3）新概念模型必須滿足合理性要求，即新概念模型和學(xué)生過(guò)去學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)相符合，才能合理解釋面臨的問(wèn)題;（4）新概念

3、模型必須滿足有效性，即新概念模型可以解釋更多實(shí)際問(wèn)題，適用范圍要廣。1.概念轉(zhuǎn)變中的認(rèn)知沖突概念模型的形成依賴于用戶的認(rèn)知過(guò)程，其表征反映形式為用戶對(duì)產(chǎn)品的認(rèn)知操作結(jié)構(gòu)，這一知識(shí)系統(tǒng)構(gòu)建天然地與認(rèn)知心理學(xué)研究相關(guān)。因此，概念轉(zhuǎn)變過(guò)程就是認(rèn)知沖突的引發(fā)和解決的過(guò)程。hashweh（1986）認(rèn)為概念轉(zhuǎn)變主要存在兩類認(rèn)知沖突：（1）新認(rèn)知與矛盾事件之間的認(rèn)知沖突;（2）矛盾事件與科學(xué)概念之間的認(rèn)知沖突。2.以發(fā)展學(xué)生與科學(xué)觀點(diǎn)相一致的認(rèn)識(shí)沖突解決方法斯太威和伯克威茨（stavy，berkovitz，1980）研究了引起沖突進(jìn)行的教學(xué)活動(dòng)：學(xué)生對(duì)某一物理現(xiàn)象的認(rèn)知結(jié)構(gòu)和真實(shí)的物理現(xiàn)象之間的矛盾。例如

4、，“大、小鐵球同時(shí)著地”的實(shí)驗(yàn)就是矛盾事件，由于矛盾事件使得學(xué)生明白實(shí)驗(yàn)結(jié)果與其原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)不一致，從而引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，促進(jìn)概念轉(zhuǎn)變，由此，形成新認(rèn)知。但是，矛盾事件通常具有一定的局限性?！按?、小鐵球同時(shí)著地”實(shí)驗(yàn)必須在空氣阻力非常小的情況下才能實(shí)現(xiàn)，如果將小鐵球換成一個(gè)乒乓球，實(shí)驗(yàn)將無(wú)法通過(guò)驗(yàn)證。因此，通過(guò)矛盾事件形成的新認(rèn)知難以提煉成科學(xué)概念。解決該認(rèn)知沖突的策略方法歸納為如下四個(gè)步驟：（1）通過(guò)學(xué)生對(duì)暴露事件的反應(yīng)來(lái)揭示學(xué)生的前概念。（2）使學(xué)生明確意識(shí)到他們自己和別的學(xué)生的想法。（3）通過(guò)讓學(xué)生嘗試解釋一個(gè)矛盾事件，引起概念沖突。（4）鼓勵(lì)和引導(dǎo)認(rèn)知的調(diào)整，建立與科學(xué)概念相一致的

5、新的概念模型。3.概念模型轉(zhuǎn)變的教學(xué)設(shè)計(jì)概念模型是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)教學(xué)中的核心概念，是大學(xué)階段學(xué)生系統(tǒng)開(kāi)發(fā)學(xué)習(xí)的難點(diǎn)之一。概念結(jié)構(gòu)是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的一種抽象，即對(duì)實(shí)際的人、物、事和概念進(jìn)行人為處理，抽取所關(guān)心的共同特性，忽略非本質(zhì)的細(xì)節(jié)，并對(duì)這些特性用各種概念精確描述。由于這些概念本身的抽象性以及它們與日常用語(yǔ)之間存在的差異性，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中容易產(chǎn)生迷思概念。因此，在教學(xué)中針對(duì)概念模型中實(shí)體、關(guān)系和屬性概念轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)計(jì)，能夠有效幫助對(duì)模型建立進(jìn)行用戶體驗(yàn)方面的改進(jìn)，跨越設(shè)計(jì)模型和用戶模型之間的鴻溝。學(xué)生在初學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)，必須形成模型概念，首先，能夠盡量充分地使用細(xì)粒度的概念來(lái)描述模型，而避免粗略描述

6、;其次，篩選概念時(shí)，不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為需求說(shuō)明中沒(méi)有明顯要求保留某個(gè)概念的信息或是概念中沒(méi)有屬性，就去掉概念，注意只擔(dān)當(dāng)純行為的概念的存在;最后，尋找用于概念的“參考名單”。由于受到已有概念的影響，例如，在人事管理數(shù)據(jù)庫(kù)中存放的職工實(shí)體集和家庭成員實(shí)體集，容易形成實(shí)體之間關(guān)聯(lián)的迷思概念。針對(duì)該迷思概念，提供矛盾事件，讓學(xué)生理解家庭成員實(shí)體依賴于職工實(shí)體集，這種依賴于另一個(gè)實(shí)體集存在而存在的實(shí)體集被稱為弱實(shí)體集，它們與其他實(shí)體集間的聯(lián)系稱為依賴聯(lián)系（如圖1）。但是，僅僅提供矛盾事件對(duì)于轉(zhuǎn)變迷思概念是困難的，因?yàn)槊苁录y以讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到概念模型實(shí)體關(guān)聯(lián)的本質(zhì)。進(jìn)而提供批判性事件，直接從客觀事物的本質(zhì)屬

7、性上揭示實(shí)體關(guān)聯(lián)的動(dòng)態(tài)本質(zhì)。在概念數(shù)據(jù)模型中，引入子類這一抽象概念，進(jìn)一步描述一個(gè)實(shí)體集中某些實(shí)體的不同特征，從該實(shí)體集中取出一部分實(shí)體構(gòu)成一個(gè)或多個(gè)新的實(shí)體集，稱這個(gè)新實(shí)體集是原實(shí)體集的子類，而原實(shí)體集是新實(shí)體集的超類（如圖2）。概念模型可利用上述抽象機(jī)制對(duì)需求分析階段收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、組織，形成實(shí)體和實(shí)體的屬性。4.總結(jié)通過(guò)本課例的教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，在使用科學(xué)方法的概念模型轉(zhuǎn)變課堂中，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性得到了提高，更容易理解比較抽象的概念。教學(xué)設(shè)計(jì)中，矛盾事件與批判性事件的設(shè)計(jì)是進(jìn)行概念模型轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵。實(shí)體關(guān)聯(lián)概念在概念模型轉(zhuǎn)變使用過(guò)程中可以根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑鰷p。實(shí)體關(guān)聯(lián)概念可向

8、己學(xué)過(guò)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行拓展。而其他的支持性認(rèn)知?jiǎng)t更多的源于日常生活經(jīng)驗(yàn)，可以起到理論聯(lián)系實(shí)際的作用。資助基金：江蘇高校哲學(xué)社會(huì)科學(xué)研究一般項(xiàng)目“運(yùn)用知識(shí)構(gòu)建機(jī)制促進(jìn)交叉學(xué)科專業(yè)學(xué)生概念轉(zhuǎn)變的策略研究”（2020sja0337）;資助基金：教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目“中醫(yī)藥院校軟件工程專業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)方向課程群建設(shè)與改革”（201902318009）參考文獻(xiàn)：1posner g j，strike k a， hewson p w，et al. science education，1982， 66（2）：211一2272陳英和.認(rèn)知發(fā)展心理學(xué).北京：北京師范大學(xué)出版社.1997：179-1803cheng m m w，gi