网络技术课程中概念教学中的问题与解决策略

1网络技术课程中概念教学中的问题与解决策略上海位育中学陈凯（第2页至第14页为研究报告，第15页至第61页为附件）摘要：本课题主要是围绕高中信息科技网络技术单元的具体概念的落实，研究信息科技课程中，提升学生科学素养的方法和策略，研究帮助学生挖掘和理解信息技术所内涵的科学思想、科学方法和科学原理的方法和策略，研究创设有利于学生的创新实践的整体科学精神与人文背景相关情境的方法和策略。通过本课题研究，整理出高中教材网络技术单元中概念教学存在的几类问题，针对信息科技学科特色，研究总结出：悬搁及抛锚、类比到模拟、格义与置景和模糊并设标四种落实概念理解的教学策略。*参与此项研究并且共同写作此报告的还有上海市第五十四中学的赵炯老师。*位育中学的王卿老师设计了部分具体的教案。*非常感谢市教委教研室张汶老师为本次研究提供了丰富的资源。*非常感谢杨敬宜老师、高辉老师、冯亨中老师在各方面提供的帮助。2一、网络技术单元中所出现的概念在教学中存在的问题和任何一门学科一样，概念的抽象和概括是教学目标落实的基础性任务，然而正如维特根斯坦所说：“语言是道路的迷宫，人们从不同处来到同一处地点，他们所望去的出路都是不同的”，这所谓的“不同处”，难免就要联系到人作为社会动物所具体身处的文化环境的不同，因此即便来自不同处的人们站在了同一地点，如阅读到同一句话、同一个规则，他们由此在头脑中浮现出的实践目标也是有区别的。由于信息科技学科的特殊性，悲观者可能会因此认为，信息科技课程中概念解读中产生多义的可能性是难以避免的（比较多个版本的信息科技教材即可发现此现象！！这种情况在其他学科中并不明显），而乐观者恰恰能够宣称，从学科整体的科学文化环境以及当前发展状况中，是能够找寻出诸多线索，以诠释的方式对概念进行理解的，即不仅仅知道“应当如此”，而且要思考“为何如此”，并在实践中对自己给出的、或他人给出的“为何如此”的解答加以验证。首先阐述在信息科技教学中，落实概念时常见的三类问题，对于三类现象所引用的名词并非着意生造，而是为今后深入研讨提供可作归纳的指称：1）“拱心石”现象畅销书《达芬奇密码》中的一个关键线索就是“拱心石”，那么什么是拱心石？相关定义是：拱心石是用在拱顶的最顶端锁定拱顶其他部分并承受压力的部分。如果对建筑学不熟悉，那么这个定义对读者的帮助着实不大：拱顶是什么？为什么要锁定？为什么要承受压力？如此追问下去，自然要引出拱的概念，于是又牵扯出拱脚、拱背、拱腹等更多概念，另外甚至还带出诸如轴向压缩、横向推力、负载转移等力学概念来，如此一路追究下去，概念越扯越多，范围越撒越广，似乎没完没了，但追究到什么程度，才能一层层收网，最终弄清楚什么是拱心石呢？哲学家们很早就讨论过所谓定义的问题，亚里士多德认为定义能够揭示事物的本质，但近代哲学家大多不对此认同，比如帕斯卡认为，下定义主要是做描述和指称的工作。结合拱心石的例子，描述和指称随越来越多的概念一层层展开下去应到什么程度为止呢？帕斯卡的建议是，到一个概念能够不言自明为止。本3文不打算深入探究与此相关的哲学观点，为了回避深奥晦涩的哲学术语，姑且将这种概念层层展开的情况指称为拱心石现象。拱心石现象对信息科技教学造成的困扰如幽灵般隐蔽但影响却很严重，大致的情况有：在描述概念（知识和技能）时，引用到的其他概念（知识和技能）却要等待后续课程的进一步描述。例如在教材第一节网络基础的第一个板块网络的由来和发展中：这一阶段为了在不同结构的计算机之间实现正常的通信，制定了网络通信的TCP/IP协议。在其后的教学内容中，TCP/IP协议这一名词不可避免地出现了多次，但具体介绍TCP/IP协议却要等到第二节中。如果事先介绍TCP/IP协议，却也要出现类似的问题，例如，当介绍IP为网际网协议的时候，就无法说明什么是网际，什么是网络协议。在描述概念（知识和技能）时出现递归引用。例如在第一节网络基础的引言中：计算机网络就是利用通信设备和线路将地理位置分散、功能独立的多个计算机互联起来，以功能完善的网络软件实现网络中资源共享和信息传递的系统。不难注意到的事实是，在描述计算机网络的文字中仍然出现了网络，这也许说明“计算机网络”是一个能够描述，但很难定义的事物。但在教学中又如何处理这样的情况？怎能期望学生头脑中这些名词都会自动摆放到正确的位置上去呢？在描述概念（知识和技能）时，略作深入则涉及知识范围超出教学要求范围，但若不作深入，则成为一系列空洞形容词的罗列。4如在讲解TCP/IP时，教师虽然能够引出其特性，如兼容性、灵活性、可靠性，但却无法深入讲解其原因，因为那将引出一系列超出教学要求范围的内容来，但若不深入，却又有隔靴搔痒的感觉。相比而言，由于可见的严格的推理与证明体系，在基础教育阶段，数学或物理学等学科中很少出现拱心石现象，或者即使出现拱心石现象，由于其通向不言自明的通路很短（如几何中不多的几条公理），因此也不会给教学带来很大的困扰。这并不是说，信息科技学科缺乏严格的推理与证明体系，但由于信息科技是一个综合性和应用性很强的学科，其整个体系结构仿佛是建造一个巨大而完整的拱，但其建造的原理和技术，对处于基础教育阶段的学生而言，显然是超出能力范围的。而另一方面，实际教学设计中，教师又不甘于满足能够让学生叫出拱心石的名词这样的所谓知识，或是让学生掌握在拱顶空缺处嵌入拱心石这样的所谓技能，想像一下，当伯鲁乃列斯基在大跨度的佛罗伦萨主教堂的拱顶顶端造出一个空心的采光亭而不是实心的拱心石的时候，拘泥于传统建造原理的工匠们该有多么迷惑和茫然啊。如何将在概念的落实中摆脱拱心石现象的困扰，应当是一个值得深入研究的课题，2）“蓝绿悖论”现象假设一只鹦鹉在2000年1月1日前是蓝色的，而2000年1月1日后其羽毛忽然变成了绿色，那么人们应当称其为是蓝鹦鹉，还是蓝绿鹦鹉呢？尼尔森.古德曼所提出的著名的“蓝绿悖论”很多哲学文章讨论的课题，不过其中所谓的悖论是从统计学角度分析而产生的（所有的蓝鹦鹉是否是蓝绿色的），而在自然或人类社会的动态发展中，可产生“蓝绿悖论”的案例相当常见，因此本文称其为“蓝绿悖论”现象，从语义上并不矛盾。信息科技作为一门学科其历史并不久远，而发展动态却很大，一般认为诸如自动控制、计算机系统结构、数学可算性理论、算法设计、软件工程、数据库、人工智能、网络与通信等多个领域属于信息科技的研究范畴，但回溯该学科的发5展历程，不难发现其与数学、逻辑学、物理学、生物学、心理学、哲学、语言学等诸多学科联系紧密，甚至在某些局部区域相互交融难分彼此。一方面，数学、逻辑学、物理学等学科的诸多研究成果直接成为信息科技理论的基础；另一方面，作为一门具有很强应用性和实用性的学科，信息科技在其自身发展进程中越来越多地与其他学科发生关联。因为这种复杂的动态联系，“蓝绿悖论”的产生屡见不鲜，十九世纪中期巴贝奇研究差分机时，还根本没有出现信息科技这样一个领域，二十世纪三十年代，图林研究数字离散状态机理论时使用的完全是数学和逻辑的方法，他的一篇现在被认为对信息科技发展起到里程碑作用的著名论文名字叫《论决定问题的可算数学》，那么问题是，巴贝奇和图林是数学家，还是数学与信息科技学家？这样提问绝不是无理取闹，大致的情况有：在描述概念（知识和技能）时，引出非本学科的概念。例如，当涉及双绞线、同轴电缆、光纤的抗干扰特性时，分别涉及到交流电相位、电磁屏蔽、全内反射等知识。但仅有电磁屏蔽的原理学生在物理课中略有接触，而其他相关知识又并不是信息科技课的内容。这时教师就面临类似空中楼阁的困境。概念（知识和技能）源自其他学科，但为信息科技学科所应用。例如“拓扑”，很显然是数学概念，信息技术中，当涉及组网问题时，拓扑学的方法可精确且恰当地用来描述网络节点之间的复杂状况。3）“结绳”现象信息科技学科不是一门基础性学科，其组成仿佛是将多条线缠绕成一股绳子，并且随着缠绕的继续，有更多条线被缠绕进来，而信息科技的研究目标与特有的思维方式保证这些线能正确地缠绕成一个整体，而非一团乱麻。如果说缠绕绳子是一种学问的话，那么这种学问作为一个整体，更多表现在缠绕的方式和目标上，而非线本身，尽管为了更有效地缠绕绳子，常常需要先行研究那些线的特性。然而高中课程的学生思维水平决定了课程内容很大部分限于操作和应用的阶6段，因此教材中许多概念往往是直接拿来使用，有时并未说明其来由、原理、有时不区分这个名词在理论和实际应用上的差别、有时也不会特意提醒名词随科技发展自身内涵的微妙变化，大致情况有：教材中直接出现并未给出定义的名词，这是在教材中随处可见这样的情况。例如在第一节网络基础的第一个板块网络的由来和发展中：分布在马路边、商场等场所的ATM机、POS机也是联网的，能让人们很方便地使用银联卡消费，而不用担心是否带足了现金。又如在第一节网络基础的第三个板块网络三要素中：常见的协议有：TCP/IP、IPX/SPX和NetBEUI等。局域网中用得较多的是IPX/SPX协议。这里无论是ATM、POS还是IPX/SPX、NetBEUI，在后续课程中就再也不出现了，虽然都是未给出定义的名词，但其具体情况还是有区别的，比如ATM和POS，教材编写者可能预先认为是高中生在生活中理应知晓的名词，至于IPX/SPX，其目的仿佛是为了给局域网增加一个特性，因此只要知道有这样一个名词，而未必是要深入探索其中的含义。但在教学中，对于这些名词应该把握到什么程度，就不仅给教师也给学生带来困惑。对象的属性在不同情境下可能产生变化。例如域名（domainname），一般来说是包括主机名（hostname）的，但在向服务商申请时所填写的域名，却是不包含主机名的，这里理论和应用中，名词的意义是不同的。又如当提及局域网和广域网的区别时，教材中所引用的特性引自经典的资料，但信息科技发展迅速，当前情况相对传统技术实现来说，已经有了很大的改变。这些变化往往让人感觉无所适从。7三、对于网络技术单元中概念的落实，教师的疑问和需求网络技术单元中概念涉及各种专有名词数量庞大，有必要进行梳理，邬老师在市教委教研室组织的关于网络技术单元概念落实的研讨会中指出：网络部分概念涉及名词数量华师大版有178个，地图版有131个，并且概念难易差别大，简单的有电子邮件、电子邮件地址等，复杂的如模拟信号、数字信号、调制解调器、面向连接协议、频分复用技术、以太网、线路交换、分组交换，还有一些生僻概念如用途因特网邮件扩充协议MIME、令牌总线、令牌环等。（摘自2008年10月市教研室组织的网络技术单元概念梳理与落实研讨会的会议纪录）对于如何落实网络技术单元中的诸多概念，教师们较无疑义的是，那些在日常工作、学习、生活中的基本技能显然是重要的，但此外的认识，在观念上却有非常大的差异。例如，2008年6月在徐汇区教育学院发放的调查表格中有如下问题：关于TCP/IP，你认为：A学生知道这个名词以及该协议为Internet上应用最广泛的协议就可以了B需要对该协议之所以为Internet上应用最广泛的协议的原因给出一个简单的阐述C需要对该协议的工作模式的基本技术原理有简单的了解D前三项中任何一项都无法表达自己的看法，我的观点是（）在一般网络应用中，其实并不需要进行TCP/IP相关的设置，操作系统安装后总是默认正确安装了TCP/IP等协议，那么如果仅仅以日常工作、学习、生活中的基本技能作为衡量概念重要性的标准的话，就不会将TCP/IP作为重点。但在教学内容TCP/IP又占有一定的地位，一方面引出后续课程中IP地址设置（以教材顺序就），另一方面TCP/IP又成为描述Internet的组成部分（历史上甚至是Internet的前提）。徐汇区高中信息科技教师的25份反馈，其中选A的是10份，选B的是10份，选C的4份，另有一份选择D，其观点是认为只要知道8存在TCP/IP这样一个协议就可以了，可见差异之明显。另外如以下问题：关于集线器和交换机的区别，你认为：A不需要明确分析其区别，只点出其功能类似即可B比较笼统地以性能差异描述其区别C比较仔细地阐述其技术实现上的区别D前三项中任何一项都无法表达自己的看法，我的观