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[摘要]基于CTCL研究范式，从“学习之前的认知状况”的角度，对信息技术学科学习心理进行研究。以“汉字的处理”及“计算机病毒”学习内容为例，采用非概率随意抽样的方法选取了即将初中毕业的70名学生，对其认知状况进行了开放式问卷调查。研究表明：高中信息技术学习之前的认知可以分为术语模糊替换、认知结构不当、认知零星分散、认知黑箱四种类型。对于学生在日常生活中不太熟悉的学习内容，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；对于学生在日常生活中较为熟悉的学习内容，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。最后，尝试对高中信息技术基于学生认知的教学设计提出一些建议。
[关键词]CTCL；高中；信息技术；学习之前的认知；汉字的处理；计算机病毒
[中图分类号]G420 [文献标识码]A [文章编号]1672-0008（2012）05-0056-07
一、引言
当前，在教育技术学研究领域中，利用技术改善学科学习的研究不断涌现，然而如何改善，依据什么改善，仍然在不断探索中。东北师范大学信息技术教育研究所董玉琦等人提出了在文化（Cuhure，C）视野下，将技术（Technology，T）、学习内容（content，c）、学习者（Learner，L）相统合的教育技术学研究新范式：CTCL。基于该范式，信息技术学科学习心理研究尝试将学科内容、学习者心理、智化技术等要素综合考虑，依据学习者自身的心理对其学习进行改善。
同时，在各国科学教育的发展过程中。人们逐渐意识到，在学习科学课程之前。学生对于即将学习的内容。并不是完全没有认知的。在科学学习过程中，学生也并不是被动地、毫无选择性地接受外部呈献给他们的任何事物，而是在原有的、相关的认知基础上，对新的内容进行解读，这就会产生大量的不科学的认知。这一现象引发了20世纪70年代的概念转变研究。概念转变研究发展至今。虽然时间不长。尚属于年轻的研究领域，但是研究成果辈出。而以往的概念转变研究大多是基于传统的分科形态或综合形态的科学课程，对于信息技术及其相关学科的概念转变的研究极为罕见。
本研究即是基于CTCL研究范式，从概念转变及认知发展的视角对信息技术学科学习心理的探索，研究者选取高中信息技术中“汉字的处理”及“计算机病毒”两个学习单元作为学习内容，以“学习之前的认知状况”这一认知心理视角作为对学习者进行深层次关注的切入点，对高中信息技术学习之前的认知状况行调查，总结出高中信息技术学习之前的认知类型。最后提出基于学生认知的教学设计建议。
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fmisconceptionl。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。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（alternative belief）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（Eaton J.F.）等对迷思概念作了如下界定：“学生走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。”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‘素朴概念一。”
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（Posner G.J.）等人基于认识论的概念转变模型，齐（chi，M.T.H.）、赛加德（Thagard P.）等人基于本体论的本体论述，沃斯尼阿多（vosniadou s.）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（Pintrich P.R.）等人对前人种种理性的、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（Tyson L.M.）等人哆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”（naive theory），是儿童用以解释周围环境的知识框架和基础结构。沃斯尼阿多（vosniadou s.）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（vosniadou s.）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（Strike K A.）和波斯纳（Posner GJ.）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（chi M.T.H.）和赛加德（Thagard P.）的观点不同，狄塞萨（DiSessa A.）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
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。
[关键词]CTCL；高中；信息技术；学习之前的认知；汉字的处理；计算机病毒
[中图分类号]G420 [文献标识码]A [文章编号]1672-0008（2012）05-0056-07
一、引言
当前，在教育技术学研究领域中，利用技术改善学科学习的研究不断涌现，然而如何改善，依据什么改善，仍然在不断探索中。东北师范大学信息技术教育研究所董玉琦等人提出了在文化（Cuhure，C）视野下，将技术（Technology，T）、学习内容（content，c）、学习者（Learner，L）相统合的教育技术学研究新范式：CTCL。基于该范式，信息技术学科学习心理研究尝试将学科内容、学习者心理、智化技术等要素综合考虑，依据学习者自身的心理对其学习进行改善。
同时，在各国科学教育的发展过程中。人们逐渐意识到，在学习科学课程之前。学生对于即将学习的内容。并不是完全没有认知的。在科学学习过程中，学生也并不是被动地、毫无选择性地接受外部呈献给他们的任何事物，而是在原有的、相关的认知基础上，对新的内容进行解读，这就会产生大量的不科学的认知。这一现象引发了20世纪70年代的概念转变研究。概念转变研究发展至今。虽然时间不长。尚属于年轻的研究领域，但是研究成果辈出。而以往的概念转变研究大多是基于传统的分科形态或综合形态的科学课程，对于信息技术及其相关学科的概念转变的研究极为罕见。
本研究即是基于CTCL研究范式，从概念转变及认知发展的视角对信息技术学科学习心理的探索，研究者选取高中信息技术中“汉字的处理”及“计算机病毒”两个学习单元作为学习内容，以“学习之前的认知状况”这一认知心理视角作为对学习者进行深层次关注的切入点，对高中信息技术学习之前的认知状况行调查，总结出高中信息技术学习之前的认知类型。最后提出基于学生认知的教学设计建议。
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fmisconceptionl。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。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（alternative belief）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（Eaton J.F.）等对迷思概念作了如下界定：“学生走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。”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‘素朴概念一。”
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（Posner G.J.）等人基于认识论的概念转变模型，齐（chi，M.T.H.）、赛加德（Thagard P.）等人基于本体论的本体论述，沃斯尼阿多（vosniadou s.）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（Pintrich P.R.）等人对前人种种理性的、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（Tyson L.M.）等人哆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”（naive theory），是儿童用以解释周围环境的知识框架和基础结构。沃斯尼阿多（vosniadou s.）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（vosniadou s.）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（Strike K A.）和波斯纳（Posner GJ.）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（chi M.T.H.）和赛加德（Thagard P.）的观点不同，狄塞萨（DiSessa A.）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
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。