學習環境設計的模型研究分析論文

摘要：問題解決等學習方式得到學習科學的高度重視，並作為研究重點在學習科學領域佔據重要位置。基於對學習的新型理解，提出基於問題的學習環境設計模型，並運用活動理論作為分析框架，對該設計模型的組成要素進行剖析。

關鍵詞：學習環境設計模型；認知工具；CoVis項目；問題解決；MindManage

1前言

美國著名教育技術學者ssen曾終其一生執着於對問題解決學習的探索與研究。正如他所説，問題充斥在人們日常生活與工作中的每個角落，人們時時刻刻都在嘗試如何解決問題、改造世界，而實際上在這個過程中學習正以非正式的方式發生着。在當今新興而起的學習科學研究領域，作為重要研究方向之一的真實性學習正是以問題解決為導向，以促進真實境脈識知為指向的。有研究表明，在過去的20年間，問題解決等新型學習方式得到學習科學的高度重視，並作為研究重鎮在學習科學誕生以來的20多年中佔據了重要的位置[1]。作為國內學習科學研究的倡導者與踐行者，華東師範大學學習科學研究中心學術團隊若干年來一直致力於對真實環境下學習的研究，以及基於真實性學習的學習環境設計。從追蹤學習科學及其相關領域著名學者的研究，到開展基於本土教學的實踐探索，該學術團隊逐漸形成自身對學習的研究與思考。本研究正是建立在對美國教育技術領域相關研究的基礎之上，對支撐問題解決的學習環境設計模型的思考。

2基於問題的學習環境設計的理論基礎

任何教學設計都是建立在設計者對學習本質的理解基礎之上的。不同的學習理論信仰者，其付諸實踐的教學也會大相徑庭。ssen認為：“學習是知識建構，學習是社會協商，學習是概念的轉變，學習是情境脈絡的變化，學習是活動，學習分佈在共同體之間。”[2]這是他在綜合多個學科研究的基礎之上提煉出的幾種關於學習的權威解釋，這些解釋從不同的側面描述了學習的特性，而這些方面表面看似分離，實際上是理解學習本質需要綜合考慮的整體。這些關於學習的理解構成該研究的理論基礎之一。因知識的建構論已為人所熟知，這裏需要特別做出分析的是該研究所依託的另外兩個基礎性理論——情境認知學習理論和活動理論。對於情境認知學習理論的研究與探索，目前主要集中在教育心理學和人類學兩個領域。雖然兩個領域的研究都起源於對“惰性知識”學習的批判，然而他們的研究關注點卻不相同。教育心理學更關注知識學習的認知層面，強調應為學生提供真實性的問題，還原知識產生與發展的複雜境脈，從而提升知識的遷移力，因而提出實習場的概念。相反，人類學則不關注個體的知識學習，其更關注的是共同體境脈，把學習看作“構建共同體成員的身份，並在這個過程中成為智識化的、有技能的人，後者藴含在前者之中並由前者激發而來，在這個過程中，前者對後者加以塑造並賦予其意義”[3]。因而人類學視角更加關注的是實踐共同體的組建。實習場與實踐共同體主要有以下幾點區別。

1）關於學習情境的設計。實習場中的學習情境是仿真的、模擬的，是仿照真實世界中的情境而人為設計的；而實踐共同體中的情境是真實的，是存在於現實生活和實踐中的。

2）學習者身份的變化。在實習場中，學習者的身份基本上是持久不變的，而實踐共同體中的學習者在經歷學習的同時，也從合法的邊緣參與者逐漸變成共同體中的核心成員。實際上，在本研究中更倚重的是情境認知學習理論的教育心理學觀點，嘗試通過設計仿真的任務情境、逼真的問題，提供學習支持，從而幫助學習者完成概念轉變，形成知識建構，建立心智模型。同時，在具體的要素設計時又用到了活動理論。可以説，人類的一切工作和實踐都可看作活動，是在活動中發生、發展的。在理論的思考與衍化中，有學者陸續提出活動理論的六要素、四系統及三層級的觀點，即活動包括主體、客體、共同體、分工、法則和工具/符號六個要素，這六個要素又相互關聯構成生產子系統、消耗子系統、分配子系統和交流子系統四個系統，而活動又是以活動、行為、操作三層結構而存在的。作為仿真世界中的問題學習，問題本身即是活動要素與活動子系統的統一體，而在學習過程中涉及的認知工具、學習共同體、資源等則是作為學習活動層面所涉及的活動要素而存在。因此，完全有理由將活動理論作為本研究設計的指導框架。可以説，情境認知理論為人們提供了方向的指引，而活動理論則為人們提供了具體設計的思考視角與方法指導[4]。

3基於問題的學習環境設計模型

本研究所提出的學習環境設計模型主要適用於真實情境中的結構不良問題。該模型包含兩個核心要素，即心智模型、問題設計，以及其他六個要素，即相似案例、認知工具、支撐工具、學習共同體、信息資源以及評價。這些要素都圍繞問題設計，並服務於心智模型的建構。此外，該模型還提出九個評價變量，分別是參與性、逼真性、生成性、複雜性、相關性、協作性、自主性、多元性和反思性。實際上，這九個變量正是評價學習是否建構性發生的重要指標，因此作為“基於問題的學習環境設計”模型的參照準繩，滲透在研究者對各個要素的設計之中。心智模型在ssen的研究中曾多次提及心智模型。其實，心智模型並不陌生，當人類解決問題並在此過程中生成學習時，相應的心智模型就被構建起來了；而當人們再次遇到相似問題時，該心智模型則會被調用激活[5]。簡單來説，心智模型就是人類對外部世界的心理映像，包括表徵概念關係的結構性知識、表徵因果關係的程序性知識、表徵策略性監控能力和自我認知能力的元認知知識以及表徵應用條件的境脈性知識。而心智模型的表徵方式也可包含語義表徵和圖形表徵。問題設計問題是該學習環境設計模型的核心，問題的內容決定着設計者對認知工具、支撐工具以及信息資源等方面的考慮。這裏，問題是仿真的、鮮活的，有着真實世界中問題的境脈複雜性，滲透着活動系統的六個要素，要素與要素之間又構成四個子系統，而活動在縱向又呈現三層結構。在分析問題時，首先可以界定問題所在的領域，在領域專家的幫助下釐清核心概念，並藉助於從業者在現實世界中尋找應用這些核心概念的真實問題，從活動系統的六個要素、四個子系統以及三層結構關係引導從業者對問題的複雜境脈進行剖析。例如：活動的參與者有哪些？他們的角色是怎樣的？他們完成該任務或活動的動機是什麼？他們的信仰是怎樣的？活動的預期成果是什麼？是否可行？評價結果的標準是什麼？活動的歷史階段有哪些？在不同的歷史階段，活動有哪些變化？活動中涉及哪些行為和操作？活動、行為和操作之間的關係是怎樣的？活動中將用到哪些工具？這些工具的'功能是什麼？這些工具是如何被應用的？活動中的規則有哪些？系統的價值觀和信仰是什麼？參與者之間的任務分工是怎樣的？是如何劃分的？等等。通過對活動要素、子系統以及活動結構的分析，將現實世界中應用核心概念的問題呈現出來。但是在這之後，還需要領域專家和課程專家的介入，根據學生心理髮展階段以及先擁知識的情況，對問題再進行精細加工，其實也就是仿真的過程。如對問題境脈複雜性的考慮，基於對問題解決所需的知識結構及知識點的考慮對問題的構成要素等的調整。經過從業者對原始問題的呈現、領域專家和課程專家對問題的打磨，最後將呈現給學生適合他們探究與解決的問題。相似問題實際上，對相似問題的考慮和設計是由基於案例的推理理論而來[6]。這裏對相似案例的設計，主要是為了增強學習者的認知彈性、促進知識遷移。相似案例也將以問題的形式呈現，其問題的解決將用到與解決上述主問題時相似的知識結構，只是相似案例中的問題與主問題在要素、情境與表徵上有所不同，它是核心概念及相似知識結構在其他境脈中的應用。對相似問題的設計同樣可以採用活動分析法，並可以適度增加問題的複雜性。認知工具Kommers、Jonassen和Mayes（1992）曾清晰界定過認知工具的概念，提出認知工具是觸發學習者思考並輔助特定認知過程的計算機工具[7]。認知工具可以減輕學習者的認知負荷，幫助學習者對信息進行搜索與加工分析，形成合理的問題表徵，並對知識結構進行靜態表徵與動態調整。因此，這裏的認知工具可分為操作支撐工具、信息蒐集與分析加工工具、問題表徵工具、靜態知識建模工具和動態知識建模工具。筆記本、計算器、工作單、電子數據表都可作為操作支撐工具。對信息蒐集與分析加工工具則更不陌生，很多工具早已滲透進人們的日常工作和生活中，如常用的搜索引擎、文本/圖片/視頻處理軟件等。問題表徵工具的設計基於心理學家對人類認知機制的研究結果，即人類心智的情節表徵。因此，通常鑲嵌於具體問題情境以及具有領域特定性的可視化工具可用於促進學習者對問題的表徵，如CoVis項目中的温室效應觀察儀等[8]。對於靜態建模工具，除了傳統的紙筆勾畫知識結構圖外，目前常用的軟件如MindManage，可通過將學習者的知識結構外顯化，幫助他們對自身的知識結構進行反思與調整。動態建模工具實際上也是用於學習者對知識結構的調整，只不過它是通過對動態輸入、輸出結果變化的觀察而對知識結構的反思。對動態建模工具的設計同樣是具有領域特殊性的，需要基於問題的內容進行有針對性的設計。支撐工具支撐工具的設計源於維果茨基的“最近發展區”理論。該類工具的設計將為學習者解決問題提供知識/概念的鋪墊、元認知策略的思考與引導，以及問題解決策略的支持等。對於仿真的問題解決，往往涉及的知識結構是龐大的，學習者與知識概念的遭遇也並不是循序漸進、由淺至深的，設計者常常需要為學習者填補知識概念的空缺，比如運用超文本、超媒體的方式將相關概念的解釋鑲嵌在問題情境或相關資料中[9]。同時，對學習者問題解決過程以及元認知策略的引導是很關鍵的，這可以發生在教師對學習者的指導中，也可以藉助其他方法將這些引導策略呈現給學習者，如美國科學教育WISE項目利用“小熊貓”，將對學習者的提示和指導鑲嵌在學習平台中，學習者可以根據需要。學習共同體學習共同體是學習者為着共同的學習目標或研究旨趣而聚集在一起的團體，共同體的成員可以同處一地，也可以身處異地。隨着“互聯網+教育”的快速發展，異地協作學習已成為常態存在。然而，如何才能使學習者共同體之間的協作積極有效？如何才能促進學習者之間知識的分享、觀點的碰撞與問題的解決？這些都是需要探究的。筆者曾對知識論壇、CoVis項目的協作記事簿進行分析研究，並總結出如下策略：

1）組建學習共同體時，研究的問題需要明確、開放，責任和角色分工要清晰明瞭，並且需要隨時監控和調節學習者的互動過程；

2）要鼓勵學習者進行跟進式的問題解決，在將問題進行細化拓展成子問題的同時，鼓勵學習者在他人發現的基礎上發表自己的觀點，促進疊進式討論；

3）幫助學習者聚焦於問題本身，提醒學習者反思自己正在從事的子問題與大問題之間的關係，並幫助他們對問題形成共享的理解；

4）將個體的工作鑲嵌在共同體任務之中，強調團體的工作。信息資源信息資源是問題解決所必需的，有些信息被自然地鑲嵌在對問題的設計和描述中，有些信息資源則需要設計者事先籌劃和準備，或者需要學習者在解決問題時根據需求在互聯網上自行尋找。一般來講，作為設計者，本身需要明瞭在問題解決過程中學習者所需的信息資源的領域以及對信息資源的大致需求，可考慮在設計學習環境時建立一個相應的信息資源數據庫，以供學習者使用和搜索。

此外，在學習者自行搜索信息時，教師應給予相應的引導和示範。評價除上述提及的九個評價變量外，學習者心智模型的構建與概念轉變情況，還可以採用靜態概念結構表徵和結構化訪談、對話的方法加以測評。對學習者學習的評價不僅在於評價學習的效果，更在於對學習的促進，因此，在學習者繪製概念結構圖，並與學習者進行對話和訪談的過程中，不僅要對學習的情況進行記錄，更要細心地點撥、指導，以此深化學習。此前提出的九個評價變量，實際上是對學習環境設計本身進行反思所要考慮的幾個方面。參與性意在問題空間是否具有開放性、可以讓學習者自由探索；逼真性則不僅在於問題本身，更在於學習者在這個過程中所遭遇或建立的社會關係、使用的工具和方法等；生成性測量的是該學習環境能否促進學習者的持續探究和知識生成；複雜性則是對學習者從事的問題解決與現實世界中問題複雜性的對比；相關性一方面關注的是學習者對問題的擁有感，另一方面是問題解決所產生的學習能否建立已有知識與新知識之間的聯繫；協作性考察的是學習環境對促進集體性問題解決、共享創意和平等對話的作用；自主性旨在使學習環境能夠促進學習者自定學習目標與研究問題，調整學習步調以及自我監控學習過程；多元性強調的是問題解決的學習應適應學習者的不同風格和特點，允許學習者從不同的視角對問題進行探究；反思性測量的則是該學習環境在促進學習者對自身學習過程、學習策略、協同合作等方面的思考。

參考文獻

[1]楊南昌,曾玉萍,陳祖雲,等.學習科學主流發展的分析及其啟示：基於美國《學習科學雜誌》（1991-2009）內容分析研究[J].遠程教育雜誌,2012(2):15-27.

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[9]tructivistValuesandEmergingTech-nologies:TransformingClassroomsintoLearningEnvi-ronments[R]eedingsofthe1995AnnualNationalConventionoftheAssociationforEducationalCommu-nicationsandTechnology,1995.