概念图优化数学教学研究的背景、现状与理论基础

概念图优化数学教学研究的背景、现状与理论基础

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概念图优化数学教学研究的背景、现状与理论基础

概念图（concept map），意指一种以分层、综合的形式反映概念和概念之间关系的知识结构图，通常包括的基本要素主要是节点、连线、连接词、命题和层级，其作为知识组织和表征的重要工具，最大优点在于以图解的方式，结构化、直观地将某个主题概念和概念之间的关系表征出来。教学优化是指在一定的条件下，通过对课堂教学（如过程与环节、设计与组织、方法与手段、管理与评价等）进行改革创新和整体优化，不断改变不合理、低效益的教学现状，争取最好的教学效果和质量，使教学变得更加完美、优质、高效、成功，达到教学的理想状态和境界。在数学教学中，概念图作为一种思维表达方式和学习工具，能有效促进学生对数学知识的整合，有助于学生的有意义学习，有利于提高学生思维能力，并可作为课堂教学设计的有效工具和教学活动的评价工具，这为优化课堂结构、改善教学环境，提高教学效益提供了有力的支持和保证。

一、研究背景

通过文献检索发现，2000年以前，国内可以查到的相关论文很少，概念图教学处在一种“藏在深闺人未知”的状况。进入21世纪，社会转型和教育变革对教学方式提出了新的要求，概念图也逐步进入广大教育工作者的视野。但是与几何画板、Excel等教学工具比较起来，它对很多教师来说仍然是陌生而新奇的事物，相应的理论和实践成果不够丰富。在国内，鲜有关于概念图的专著出版就是一个很好的例证。尽管也有一些学者一直以来关注概念图的研究，并在中小学努力推广，但由于理论研究与实践应用脱节，案例、课件等教学资源开发困难，还有教师自身观念的束缚，概念图没有得到很好的普及。即使有些学校在积极使用概念图工具，但在实践中也暴露了不少问题，这些问题亟待研究解决。从目前看，概念图的研究明显滞后，表现在研究质量

不高、研究创新少、实证研究少、理论提升不够等方面，这使之难以

对教学实践提供有效的支撑。聚焦到数学学科，概念图的教学与数学

学科的特点、数学教学的内容、学生对数学的接受理解程度等是否贴切、吻合，与数学教学的实际应用效果有何种关联，等等，都存在理

论和实践上的盲点、弱点。通过研读文献，我们发现大家对概念图

“有什么作用”的问题关注得比较多，对概念图“如何教学优化”的

问题则研究得比较少，而研究概念图“如何优化数学教学”的问题更

是少之又少。所以，数学教学中使用概念图优化教学的研究亟待加强。

二、研究现状

概念图的研究最早缘于早期认知心理学的研究。20世纪60年代，行为主义理论曾在美国占据主流，但在解释区别于低级动物的人是如何获

取知识这一问题时，却显得苍白无力。1962年，奥苏贝尔首次提出关

于人的学习的认知理论，根据他的理论，人的学习应该是有意义的学习，有意义的学习就是把新知识和原有知识联系起来，将新知识纳入

原有知识结构中，当一个人有意识地将新知识同以前掌握的相关知识

联系起来时，有意义学习就产生了。20世纪60年代末，欧美发达国家就儿童能否理解诸如“能量”“细胞”“进化”等抽象概念展开了一

场大争论，美国康乃尔大学的诺瓦克博士等人通过实验研究发现。一

些低年级儿童已经可以独立画出概念图并解释所画概念图的含义，概

念图对儿童认知结构显具有积极的影响，可以帮助其形成良好的认知

结构，促进其对客观事物和概念的理解。

从20世纪60年代西方教育界提出概念图到现在，概念图特有的强大

的教学功能日益凸显，概念图研究成为国外研究的热点。诺瓦克博士

领导的研究小组曾分别在1983、1987、1993年三次主持召开世界性的

科学教育研究会议，对概念图进行了研究、宣传和推广，产生了深远

的影响。美国的杂志Journal of Research in Science Teaching常

开辟专版刊登概念图方面的研究论文。从研究现状看，相关的研究也

已经比较丰富和成熟，以搜索引擎谷歌为例，输入“concept map”关

键词检索时，相关英文资料显示有863010条之多（2013年2月）。现

在概念图已成为西方国家科学课程教学中探讨的一个前沿性课题，并

作为“教”和“学”的一种工具、一种策略和一种技术在中小学教学

中广泛运用。概念图的发展主要表现在：从功能看，概念图从单一的

评价工具逐渐转变为一种教学技能、教学策略；从研究层面看，从中

观概念图发展到微观概念图和宏观概念图；从研究领域看，从科学学

科逐渐渗透到其他学科甚至社会生活领域；从研究手段看，从过去的

手工制图发展到利用电脑软件（如著名的Inspiration、Mind Magager 软件）、网络技术（如比较知名的Mindomo、Gliffy网站）制图。

概念图作为一种有效的知识可视化工具，从诞生之日起就一直受到较

高的关注。但是就国内而言，概念图的研究发展还处于介绍、引进阶段。高文教授的《教学模式论》一书虽对概念图有效教学设计有理论

层面上的论述，但实践操作层面的内容付之阙如。祝智庭、钟志贤主

编的《促进多元智能发展》，把概念图作为信息化教学模式典例来阐述，但未作深入探讨。从现刊文献分析，各级各类教学研究人员发表

的研究成果从总体来看还有改善拓展的空间，例如概念图作为教学策

略的研究方面，多是以谈教师的“教”为主，而较少议学生的“学”，两者的融合度不高；研究领域亦比较狭窄，基本集中在对国外研究成

果的介绍，对概念图作用或应用价值的研究，对概念图作为评价工具

的研究等方面。在这些研究中，不少研究尽管有理论的介绍，但与实

际联系不够紧密，缺乏综合的论述和概念图自身的理论体系研究，更

有甚者只是一种经验之谈；在谈到概念图的应用价值时缺乏针对性和

指导性，在学科教学中如何结合专业特点和学科特色具体运用概念图

的阐述不多；概念图在各学科之间、各年龄段学生之间、各课型之间

的作用有无差异，差异如何，影响因素是什么等方面的研究更是乏善

可陈。尽管与过去相比概念图的研究有了很大的进展，但与国外相比

仍存在较大差距。

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关于教学优化，这本身不是一个新兴的话题。两千多年前的我国教育

学专著《学记》就已较详细地论述了教学优化的若干原理和策略，如