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)過程。以數(shù)據(jù)庫設(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)過程是建立在學(xué)生現(xiàn)有觀念基礎(chǔ)之上，通過認(rèn)知沖突，使學(xué)生的現(xiàn)有觀念向科學(xué)認(rèn)識發(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)變四個方面：（1）對現(xiàn)有概念的不滿或者不認(rèn)可，即現(xiàn)有的概念無法解釋面臨的問題;（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)生過去學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)相符合，才能合理解釋面臨的問題;（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)知過程，其表征反映形式為用戶對產(chǎn)品的認(rèn)知操作結(jié)構(gòu)，這一知識系統(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)變過程就是認(rèn)知沖突的引發(fā)和解決的過程。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：學(xué)生對某一物理現(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乒乓球，實(shí)驗(yàn)將無法通過驗(yàn)證。因此，通過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步驟：（1）通過學(xué)生對暴露事件的反應(yīng)來揭示學(xué)生的前概念。（2）使學(xué)生明確意識到他們自己和別的學(xué)生的想法。（3）通過讓學(xué)生嘗試解釋一個矛盾事件，引起概念沖突。（4）鼓勵和引導(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)開發(fā)學(xué)習(xí)的難點(diǎn)之一。概念結(jié)構(gòu)是對現(xiàn)實(shí)世界的一種抽象，即對實(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之間存在的差異性，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中容易產(chǎn)生迷思概念。因此，在教學(xué)中針對概念模型中實(shí)體、關(guān)系和屬性概念轉(zhuǎn)變設(shè)計(jì)，能夠有效幫助對模型建立進(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)庫設(shè)計(jì)時，必須形成模型概念，首先，能夠盡量充分地使用細(xì)粒度的概念來描述模型，而避免粗略描述

6、;其次，篩選概念時，不能簡單地認(rèn)為需求說明中沒有明顯要求保留某個概念的信息或是概念中沒有屬性，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)成一個或多個新的實(shí)體集，稱這個新實(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)過的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行拓展。而其他的支持性認(rèn)知則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)社會科學(xué)研究一般項(xiàng)目“運(yùn)用知識構(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