学习环境设计的模型研究分析论文
摘要：问题解决等学习方式得到学习科学的高度重视，并作为研究重点在学习科学领域占据重要位置。基于对学习的新型理解，提出基于问题的学习环境设计模型，并运用活动理论作为分析框架，对该设计模型的组成要素进行剖析。
关键词：学习环境设计模型；认知工具；CoVis项目；问题解决；MindManage
1前言
美国著名教育技术学者DavidH.Jonassen曾终其一生执着于对问题解决学习的探索与研究。正如他所说，问题充斥在人们日常生活与工作中的每个角落，人们时时刻刻都在尝试如何解决问题、改造世界，而实际上在这个过程中学习正以非正式的方式发生着。在当今新兴而起的学习科学研究领域，作为重要研究方向之一的真实性学习正是以问题解决为导向，以促进真实境脉识知为指向的。有研究表明，在过去的20年间，问题解决等新型学习方式得到学习科学的高度重视，并作为研究重镇在学习科学诞生以来的20多年中占据了重要的位置[1]。作为国内学习科学研究的倡导者与践行者，华东师范大学学习科学研究中心学术团队若干年来一直致力于对真实环境下学习的研究，以及基于真实性学习的学习环境设计。从追踪学习科学及其相关领域著名学者的研究，到开展基于本土教学的实践探索，该学术团队逐渐形成自身对学习的研究与思考。本研究正是建立在对美国教育技术领域相关研究的基础之上，对支撑问题解决的学习环境设计模型的思考。
2基于问题的学习环境设计的理论基础
任何教学设计都是建立在设计者对学习本质的理解基础之上的。不同的学习理论信仰者，其付诸实践的教学也会大相径庭。DavidH.Jonassen认为：“学习是知识建构，学习是社会协商，学习是概念的转变，学习是情境脉络的变化，学习是活动，学习分布在共同体之间。”[2]这是他在综合多个学科研究的基础之上提炼出的几种关于学习的权威解释，这些解释从不同的侧面描述了学习的特性，而这些方面表面看似分离，实际上是理解学习本质需要综合考虑的整体。这些关于学习的理解构成该研究的理论基础之一。因知识的建构论已为人所熟知，这里需要特别做出分析的是该研究所依托的另外两个基础性理论——情境认知学习理论和活动理论。对于情境认知学习理论的研究与探索，目前主要集中在教育心理学和人类学两个领域。虽然两个领域的研究都起源于对“惰性知识”学习的批判，然而他们的研究关注点却不相同。教育心理学更关注知识学习的认知层面，强调应为学生提供真实性的问题，还原知识产生与发展的复杂境脉，从而提升知识的迁移力，因而提出实习场的概念。相反，人类学则不关注个体的知识学习，其更关注的是共同体境脉，把学习看作“构建共同体成员的身份，并在这个过程中成为智识化的、有技能的人，后者蕴含在前者之中并由前者激发而来，在这个过程中，前者对后者加以塑造并赋予其意义”[3]。因而人类学视角更加关注的是实践共同体的组建。实习场与实践共同体主要有以下几点区别。
1）关于学习情境的设计。实习场中的学习情境是仿真的、模拟的，是仿照真实世界中的情境而人为设计的；而实践共同体中的情境是真实的，是存在于现实生活和实践中的。
2）学习者身份的变化。在实习场中，学习者的身份基本上是持久不变的，而实践共同体中的学习者在经历学习的同时，也从合法的边缘参与者逐渐变成共同体中的核心成员。实际上，在本研究中更倚重的是情境认知学习理论的教育心理学观点，尝试通过设计仿真的任务情境、逼真的问题，提供学习支持，从而帮助学习者完成概念转变，形成知识建构，建立心智模型。同时，在具体的要素设计时又用到了活动理论。可以说，人类的一切工作和实践都可看作活动，是在活动中发生、发展的。在理论的思考与衍化中，有学者陆续提出活动理论的六要素、四系统及三层级的观点，即活动包括主体、客体、共同体、分工、法则和工具/符号六个要素，这六个要素又相互关联构成生产子系统、消耗子系统、分配子系统和交流子系统四个系统，而活动又是以活动、行为、操作三层结构而存在的。作为仿真世界中的问题学习，问题本身即是活动要素与活动子系统的统一体，而在学习过程中涉及的认知工具、学习共同体、资源等则是作为学习活动层面所涉及的活动要素而存在。因此，完全有理由将活动理论作为本研究设计的指导框架。可以说，情境认知理论为人们提供了方向的指引，而活动理论则为人们提供了具体设计的思考视角与方法指导[4]。
3基于问题的学习环境设计模型
本研究所提出的学习环境设计模型主要适用于真实情境中的结构不良问题。该模型包含两个核心要素，即心智模型、问题设计，以及其他六个要素，即相似案例、认知工具、支撑工具、学习共同体、信息资源以及评价。这些要素都围绕问题设计，并服务于心智模型的建构。此外，该模型还提出九个评价变量，分别是参与性、逼真性、生成性、复杂性、相关性、协作性、自主性、多元性和反思性。实际上，这九个变量正是评价学习是否建构性发生的重要指标，因此作为“基于问题的学习环境设计”模型的参照准绳，渗透在研究者对各个要素的设计之中。心智模型在DavidH.Jonassen的研究中曾多次提及心智模型。其实，心智模型并不陌生，当人类解决问题并在此过程中生成学习时，相应的心智模型就被构建起来了；而当人们再次遇到相似问题时，该心智模型则会被调用激活[5]。简单来说，心智模型就是人类对外部世界的心理映像，包括表征概念关系的结构性知识、表征因果关系的程序性知识、表征策略性监控能力和自我认知能力的元认知知识以及表征应用条件的境脉性知识。而心智模型的表征方式也可包含语义表征和图形表征。问题设计问题是该学习环境设计模型的核心，问题的内容决定着设计者对认知工具、支撑工具以及信息资源等方面的考虑。这里，问题是仿真的、鲜活的，有着真实世界中问题的境脉复杂性，渗透着活动系统的六个要素，要素与要素之间又构成四个子系统，而活动在纵向又呈现三层结构。在分析问题时，首先可以界定问题所在的领域，在领域专家的帮助下厘清核心概念，并借助于从业者在现实世界中寻找应用这些核心概念的真实问题，从活动系统的六个要素、四个子系统以及三层结构关系引导从业者对问题的复杂境脉进行剖析。例如：活动的参与者有哪些？他们的角色是怎样的？他们完成该任务或活动的动机是什么？他们的信仰是怎样的？活动的预期成果是什么？是否可行？评价结果的标准是什么？活动的历史阶段有哪些？在不同的历史阶段，活动有哪些变化？活动中涉及哪些行为和操作？活动、行为和操作之间的关系是怎样的？活动中将用到哪些工具？这些工具的'功能是什么？这些工具是如何被应用的？活动中的规则有哪些？系统的价值观和信仰是什么？参与者之间的任务分工是怎样的？是如何划分的？等等。通过对活动要素、子系统以及活动结构的分析，将现实世界中应用核心概念的问题呈现出来。但是在这之后，还需要领域专家和课程专家的介入，根据学生心理发展阶段以及先拥知识的情况，对问题再进行精细加工，其实也就是仿真的过程。如对问题境脉复杂性的考虑，基于对问题解决所需的知识结构及知识点的考虑对问题的构成要素等的调整。经过从业者对原始问题的呈现、领域专家和课程专家对问题的打磨，最后将呈现给学生适合他们探究与解决的问题。相似问题实际上，对相似问题的考虑和设计是由基于案例的推理理论而来[6]。这里对相似案例的设计，主要是为了增强学习者的认知弹性、促进知识迁移。相似案例也将以问题的形式呈现，其问题的解决将用到与解决上述主问题时相似的知识结构，只是相似案例中的问题与主问题在要素、情境与表征上有所不同，它是核心概念及相似知识结构在其他境脉中的应用。对相似问题的设计同样可以采用活动分析法，并可以适度增加问题的复杂性。认知工具Kommers、Jonassen和Mayes（1992）曾清晰界定过认知工具的概念，提出认知工具是触发学习者思考并辅助特定认知过程的计算机工具[7]。认知工具可以减轻学习者的认知负荷，帮助学习者对信息进行搜索与加工分析，形成合理的问题表征，并对知识结构进行静态表征与动态调整。因此，这里的认知工具可分为操作支撑工具、信息搜集与分析加工工具、问题表征工具、静态知识建模工具和动态知识建模工具。笔记本、计算器、工作单、电子数据表都可作为操作支撑工具。对信息搜集与分析加工工具则更不陌生，很多工具早已渗透进人们的日常工作和生活中，如常用的搜索引擎、文本/图片/视频处理软件等。问题表征工具的设计基于心理学家对人类认知机制的研究结果，即人类心智的情节表征。因此，通常镶嵌于具体问题情境以及具有领域特定性的可视化工具可用于促进学习者对问题的表征，如CoVis项目中的温室效应观察仪等[8]。对于静态建模工具，除了传统的纸笔勾画知识结构图外，目前常用的软件如MindManage，可通过将学习者的知识结构外显化，帮助他们对自身的知识结构进行反思与调整。动态建模工具实际上也是用于学习者对知识结构的调整，只不过它是通过对动态输入、输出结果变化的观察而对知识结构的反思。对动态建模工具的设计同样是具有领域特殊性的，需要基于问题的内容进行有针对性的设计。支撑工具支撑工具的设计源于维果茨基的“最近发展区”理论。该类工具的设计将为学习者解决问题提供知识/概念的铺垫、元认知策略的思考与引导，以及问题解决策略的支持等。对于仿真的问题解决，往往涉及的知识结构是庞大的，学习者与知识概念的遭遇也并不是循序渐进、由浅至深的，设计者常常需要为学习者填补知识概念的空缺，比如运用超文本、超媒体的方式将相关概念的解释镶嵌在问题情境或相关资料中[9]。同时，对学习者问题解决过程以及元认知策略的引导是很关键的，这可以发生在教师对学习者的指导中，也可以借助其他方法将这些引导策略呈现给学习者，如美国科学教育WISE项目利用“小熊猫”，将对学习者的提示和指导镶嵌在学习平台中，学习者可以根据需要。学习共同体学习共同体是学习者为着共同的学习目标或研究旨趣而聚集在一起的团体，共同体的成员可以同处一地，也可以身处异地。随着“互联网+教育”的快速发展，异地协作学习已成为常态存在。然而，如何才能使学习者共同体之间的协作积极有效？如何才能促进学习者之间知识的分享、观点的碰撞与问题的解决？这些都是需要探究的。笔者曾对知识论坛、CoVis项目的协作记事簿进行分析研究，并总结出如下策略：
1）组建学习共同体时，研究的问题需要明确、开放，责任和角色分工要清晰明了，并且需要随时监控和调节学习者的互动过程；
2）要鼓励学习者进行跟进式的问题解决，在将问题进行细化拓展成子问题的同时，鼓励学习者在他人发现的基础上发表自己的观点，促进叠进式讨论；
3）帮助学习者聚焦于问题本身，提醒学习者反思自己正在从事的子问题与大问题之间的关系，并帮助他们对问题形成共享的理解；
4）将个体的工作镶嵌在共同体任务之中，强调团体的工作。信息资源信息资源是问题解决所必需的，有些信息被自然地镶嵌在对问题的设计和描述中，有些信息资源则需要设计者事先筹划和准备，或者需要学习者在解决问题时根据需求在互联网上自行寻找。一般来讲，作为设计者，本身需要明了在问题解决过程中学习者所需的信息资源的领域以及对信息资源的大致需求，可考虑在设计学习环境时建立一个相应的信息资源数据库，以供学习者使用和搜索。
此外，在学习者自行搜索信息时，教师应给予相应的引导和示范。评价除上述提及的九个评价变量外，学习者心智模型的构建与概念转变情况，还可以采用静态概念结构表征和结构化访谈、对话的方法加以测评。对学习者学习的评价不仅在于评价学习的效果，更在于对学习的促进，因此，在学习者绘制概念结构图，并与学习者进行对话和访谈的过程中，不仅要对学习的情况进行记录，更要细心地点拨、指导，以此深化学习。此前提出的九个评价变量，实际上是对学习环境设计本身进行反思所要考虑的几个方面。参与性意在问题空间是否具有开放性、可以让学习者自由探索；逼真性则不仅在于问题本身，更在于学习者在这个过程中所遭遇或建立的社会关系、使用的工具和方法等；生成性测量的是该学习环境能否促进学习者的持续探究和知识生成；复杂性则是对学习者从事的问题解决与现实世界中问题复杂性的对比；相关性一方面关注的是学习者对问题的拥有感，另一方面是问题解决所产生的学习能否建立已有知识与新知识之间的联系；协作性考察的是学习环境对促进集体性问题解决、知识共享和平等对话的作用；自主性旨在使学习环境能够促进学习者自定学习目标与研究问题，调整学习步调以及自我监控学习过程；多元性强调的是问题解决的学习应适应学习者的不同风格和特点，允许学习者从不同的视角对问题进行探究；反思性测量的则是该学习环境在促进学习者对自身学习过程、学习策略、协同合作等方面的思考。
参考文献
[1]杨南昌,曾玉萍,陈祖云,等.学习科学主流发展的分析及其启示：基于美国《学习科学杂志》（1991-2009）内容分析研究[J].远程教育杂志,2012(2):15-27.
[2]乔纳森.学会用技术解决问题:一个建构主义者的视角[M].任友群,李妍,施彬飞,译.上海:华东师范大学出版社,2007.
[3]斯特弗.教育中的建构主义[M].高文,等,译.上海:华东师范大学出版社,2004.
[4]乔纳森.学习环境的理论基础[M].郑太年,任友群,译.上海:华东师范大学出版社,2002.
[5]JonassenD,StrobelJ,GottdenkerJ.Modelbuildingforconceptualchange[J].InteractiveLearningEnvi-ronments,2005,13(1-2):15-37.
[6]冯锐.基于案例推理的经验学习[M].上海:华东师范大学出版社,2012.
[7]DuffyTM,JonassenDH.Constructivismandthetechnologyofinstruction:Aconversation[M].Hillsdale,NJ:LawrenceErlbaumAssociates,1992.
[8]李妍.美国科学教育的可视化协作学习环境:CoVis项目的理念、设计与评析[J].全球教育展望,2005(11):50-54.
[9]LebowDG.ConstructivistValuesandEmergingTech-nologies:TransformingClassroomsintoLearningEnvi-ronments[R].Proceedingsofthe1995AnnualNationalConventionoftheAssociationforEducationalCommu-nicationsandTechnology,1995.
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