高中信息科技類比教學(xué)的思考與實(shí)踐

◎ 郭穎慧

高中信息科技教學(xué)中有很多概念枯燥、抽象、晦澀難懂，如網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、協(xié)議的工作原理、算法的執(zhí)行流程等。概念是人們?cè)谡J(rèn)識(shí)過程中，把所感知的事物的共同本質(zhì)特點(diǎn)抽象出來，并加以概括的過程，是一種從感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)的過程。學(xué)生對(duì)抽象知識(shí)的理解也是一種從具象到抽象的過程，而類比則正好為教師提供了一種從形象思維到抽象思維的教學(xué)策略。通過類比，為學(xué)生理解概念提供從形象思維到抽象思維的“跳板”，引導(dǎo)學(xué)生在已知的基礎(chǔ)上由熟悉到陌生、由表及里地進(jìn)行有意義的學(xué)習(xí)，即通過類比遷移促進(jìn)知識(shí)理解，而不是死記硬背。

一、類比教學(xué)的理論基礎(chǔ)

美國認(rèn)知教育心理學(xué)家奧蘇貝爾認(rèn)為有意義學(xué)習(xí)必須基于學(xué)習(xí)者原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，即新知識(shí)的學(xué)習(xí)必須以學(xué)習(xí)者原有的舊知識(shí)為基礎(chǔ)，沒有一定知識(shí)基礎(chǔ)的有意義學(xué)習(xí)是無法存在的。而判斷學(xué)生的學(xué)習(xí)是否有意義，關(guān)鍵在于所要學(xué)習(xí)的新知識(shí)能否與他們?cè)姓J(rèn)知結(jié)構(gòu)中的舊知識(shí)建立某種“實(shí)質(zhì)性”的關(guān)聯(lián)，這是區(qū)分機(jī)械學(xué)習(xí)和有意義學(xué)習(xí)的重要標(biāo)準(zhǔn)。

為了使新舊知識(shí)很好地聯(lián)系起來，奧蘇貝爾又提出了“先行組織者”的概念。所謂“組織者”就是一種能使新舊知識(shí)之間建立內(nèi)在關(guān)聯(lián)的引導(dǎo)性材料。由于這種材料通常是在學(xué)習(xí)新知之前以某種方式呈現(xiàn)，用來激發(fā)學(xué)習(xí)者有意義學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)，所以又被稱為“先行組織者”。

基于上述理論的思考，可以看出，類比教學(xué)作為一種通過兩類不同事物之間的相似性比較，將一種已經(jīng)熟悉或掌握的某特定對(duì)象的知識(shí)遷移到另一種新的特定對(duì)象上去的教學(xué)策略，它和“先行組織者”在策略上是共通的，也可以說它是“有意義學(xué)習(xí)”和“先行組織者”理論的一個(gè)實(shí)踐載體、一種思維延伸。

二、類比教學(xué)的適用條件

基于“有意義學(xué)習(xí)”理論的類比教學(xué)通常需具備兩個(gè)條件：一是客觀條件，即類比素材本身的邏輯意義必須明確，能與學(xué)生將要學(xué)習(xí)的新知識(shí)形成內(nèi)在關(guān)聯(lián)；二是主觀條件，即學(xué)生必須具備對(duì)所提供的類比素材的認(rèn)知基礎(chǔ)，并產(chǎn)生有意義學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)?？陀^條件是新舊知識(shí)之間發(fā)生關(guān)聯(lián)的前提，而主觀條件是新舊知識(shí)之間發(fā)生關(guān)聯(lián)的保障。

如果把要學(xué)習(xí)的新知識(shí)稱為本體，把作類比的學(xué)習(xí)素材稱為喻體，可以得到類比教學(xué)的思維路徑：喻體→分析→激活→遷移→本體。通過喻體的類比，激活學(xué)生原有的關(guān)于該喻體的知識(shí)，再將類比的結(jié)果遷移到新知識(shí)的學(xué)習(xí)上，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)學(xué)生從舊知類比遷移新知，再到新知內(nèi)化的目的。

三、類比教學(xué)的具體應(yīng)用

根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容和類比方法，可以將類比分為性質(zhì)類比和形式類比。下面結(jié)合具體實(shí)例進(jìn)行說明。

（一）性質(zhì)類比

性質(zhì)類比是指根據(jù)本體和喻體的屬性之間橫向的相似性所進(jìn)行的一種類比。性質(zhì)類比是一種比較簡單的類比方法，本體和喻體屬性之間的相似性比較簡單、直觀。在進(jìn)行性質(zhì)類比時(shí)，通常會(huì)列舉多個(gè)和本體相似的喻體，便于從不同角度了解本體的屬性，促進(jìn)本體的理解。表1是性質(zhì)類比的一些實(shí)例。

從上表可以看出，性質(zhì)類比適用于一些概念的解釋和說明。在教學(xué)時(shí)，可以先呈現(xiàn)本體，再通過一個(gè)或多個(gè)喻體的分析，將喻體中的某些相似屬性類比遷移到本體概念的理解中。例如，生活中的十進(jìn)制、六十進(jìn)制和二進(jìn)制是不同的計(jì)數(shù)制，而其進(jìn)位規(guī)則可以類比遷移。又如大腦和五官與五大邏輯部件是不同的控制系統(tǒng)，而其功能上的邏輯關(guān)系可以類比遷移。再如身份證、郵政編碼和IP地址是不同的信息編碼方式，而其編碼規(guī)則和唯一性特點(diǎn)可以類比遷移。

表1 性質(zhì)類比的實(shí)例

（二）形式類比

形式類比是指根據(jù)本體和喻體各自屬性之間縱向關(guān)系的相似性所進(jìn)行的一種類比方法。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和各自屬性之間關(guān)系的不同，形式類比又可以分為結(jié)構(gòu)類比和過程類比。

1.結(jié)構(gòu)類比

在結(jié)構(gòu)類比中，本體和喻體的屬性之間在縱向結(jié)構(gòu)上具有可類比的相似性，借助已知或熟悉的喻體的結(jié)構(gòu)體系可以遷移學(xué)習(xí)本體的結(jié)構(gòu)體系。教師在講授計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備時(shí)，可將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與電話網(wǎng)進(jìn)行類比，具體內(nèi)容見表2。

電話網(wǎng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)都屬于“網(wǎng)絡(luò)”范疇，都具有“由點(diǎn)及面”的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。借助學(xué)生對(duì)電話網(wǎng)的感知，將電話網(wǎng)各設(shè)備與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)各連接設(shè)備進(jìn)行類比，在已知的“電話網(wǎng)連接設(shè)備”和需要知道的“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備”之間架起“關(guān)聯(lián)”，使學(xué)生對(duì)原本抽象的、似懂非懂的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其設(shè)備有了一個(gè)框架感知，并對(duì)公有IP地址和私有IP地址的功能有了感性認(rèn)識(shí)。

表2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與電話網(wǎng)的類比

2.過程類比

在過程類比中，本體和喻體的屬性之間在縱向結(jié)構(gòu)上具有可類比的相似性，借助已知或熟悉的喻體的過程步驟可以遷移學(xué)習(xí)本體的過程步驟。下面分別用網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)單元中信息傳輸過程和算法及程序設(shè)計(jì)單元中的代碼執(zhí)行流程兩個(gè)實(shí)例進(jìn)行說明（見表3）。

大型物件異地搬運(yùn)和TCP/IP協(xié)議工作原理都具有“異地傳輸”的過程特點(diǎn)。在教學(xué)時(shí)，可以先分析大型物件異地搬運(yùn)的過程，概括為三步：發(fā)（貨）→運(yùn)（貨）→收（貨），再引出TCP/IP協(xié)議的信息傳輸工作原理也可以概括為類似的三步：發(fā)（信息）→傳（信息）→收（信息），發(fā)貨方、運(yùn)輸方和收貨方的功能和TCP協(xié)議和IP協(xié)議的功能相似。通過類比，在已知的“運(yùn)輸過程”和需要知道的“協(xié)議工作原理”之間架起“關(guān)聯(lián)”，讓原本抽象的TCP/IP協(xié)議工作原理變得淺顯易懂，令學(xué)生印象深刻。

表3 TCP/IP協(xié)議工作原理和大型物件異地搬運(yùn)類比

爬樓梯和For...Next語句都具有“重復(fù)執(zhí)行（做）”的過程特點(diǎn)。在教學(xué)時(shí)，可以同時(shí)呈現(xiàn)爬樓梯的動(dòng)作分解和For...Next語句的各參數(shù)，將For...Next語句的循環(huán)過程和爬樓梯的過程進(jìn)行類比（見表4）。在已知的爬樓梯“動(dòng)作分解”和需要知道的代碼“參數(shù)功能”之間架起“關(guān)聯(lián)”，將代碼參數(shù)的功能和爬樓梯的動(dòng)作一一對(duì)應(yīng)，降低了代碼認(rèn)知難度，促進(jìn)了學(xué)生對(duì)代碼運(yùn)行過程的理解，緩解了學(xué)生對(duì)算法學(xué)習(xí)的畏難心理。

從以上三個(gè)形式類比實(shí)例可以看出，“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備”“TCP/IP協(xié)議工作原理”和“For...Next語句”對(duì)學(xué)生來說都是不太熟悉的，缺乏感性認(rèn)識(shí)的。在此情況下，要想實(shí)現(xiàn)有意義學(xué)習(xí)原本是困難的。但通過“電話網(wǎng)連接設(shè)備”“大型物件異地搬運(yùn)”和“爬樓梯”三個(gè)學(xué)生相對(duì)熟悉的喻體與教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行類比，分別以結(jié)構(gòu)類比和過程類比的方式，在學(xué)生已有知識(shí)和書本知識(shí)之間架起了可遷移的“認(rèn)知橋梁”，激發(fā)了學(xué)生有意義學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)，從已知推及未知，為學(xué)生更好習(xí)得新知起到了促進(jìn)遷移、促進(jìn)理解的作用。

表4 For...Next循環(huán)語句和爬樓梯類比

三、類比教學(xué)的實(shí)踐啟示

為了更好地挖掘類比素材，架構(gòu)新舊知識(shí)間的思維橋梁，促進(jìn)認(rèn)知遷移，發(fā)展學(xué)生思維，類比教學(xué)在實(shí)施時(shí)需要關(guān)注以下三個(gè)方面。

一是類比的效率標(biāo)準(zhǔn)。所謂效率標(biāo)準(zhǔn)是指類比是否有效。類比的有效性取決于喻體與學(xué)生的關(guān)系、本體與喻體的關(guān)系，即學(xué)生對(duì)喻體的熟悉程度和喻體與本體的相似程度。學(xué)生越熟悉喻體，越容易產(chǎn)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，而喻體和本體越相似，越容易發(fā)生思維遷移。如果 “喻體”選擇不當(dāng)，則會(huì)產(chǎn)生低效的類比遷移，甚至造成負(fù)遷移。

二是類比的特征提煉。教師對(duì)本體和喻體相似特征的梳理和解釋是學(xué)生實(shí)現(xiàn)認(rèn)知類比遷移的重要保證。如果缺少相似特征的梳理，或者提煉不全，學(xué)生可能只感知到本體和喻體的表象或部分相似點(diǎn)，造成遷移失敗或概念理解的不全面。

三是類比的呈現(xiàn)方式。呈現(xiàn)方式包括兩個(gè)方面：一是本體和喻體呈現(xiàn)的先后次序可以根據(jù)具體情況靈活調(diào)整?？梢韵确治鲇黧w再引入本體，也可以同時(shí)呈現(xiàn)本體和喻體。二是喻體的呈現(xiàn)要生動(dòng)形象，如圖片、動(dòng)畫等，以促進(jìn)學(xué)生對(duì)舊知的激活和共性特征的遷移。

類比教學(xué)的素材并非信手拈來，它是基于日常教學(xué)的實(shí)踐和探索的基礎(chǔ)上挖掘和積累產(chǎn)生的。這些類比素材看似簡單，但其產(chǎn)生的過程卻并不簡單，它是教師教學(xué)智慧的體現(xiàn)，也是教師反思意識(shí)的體現(xiàn)。如果每個(gè)教師勤于思考，善于挖掘，注重積累，共同建設(shè)，分享優(yōu)化，這些素材將成為一筆難得的教學(xué)財(cái)富。類比教學(xué)作為一種教學(xué)策略，它的優(yōu)勢(shì)是顯而易見的。