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建构主义学习环境的设计原则 北京师范大学信息科学学院计算机科学系 杨开城 http://www.360doc.com/mailto:yangkc@elec.bnu.edu.cn 摘要：我们不能狭隘地把建构主义理解成一种适应某种条件的教学策略。建构主义是一种学习哲学，是一种人们认识世界的方式。学习环境的设计是建构主义教学设计的核心。而建构主义理论促使我们不再把学习环境局限于场所，而将学习环境理解为学习资源的组合。本文正是从这个概念出发，以Perkins学习环境五要素为线索，提出了一些设计建构主义学习环境应遵循的原则。
关键词：建构主义、学习环境、认知工具、任务情境
随着建构主义学习观的影响不断扩大，人们对建构主义的认识也越来越深刻和全面。这集中表现在两个方面。一是认识到，建构主义不是一种适应某些条件的教学策略，而是一种学习哲学；因此说，建构主义学习环境必然是合理的，合理有效的学习环境也必然是符合建构主义原则的。二是对建构主义教学理论中学习环境的认识不再只局限于物理环境(场所)，影响学习活动的软环境(如，学习任务以及学习任务的管理策略)被认为是建构主义学习环境的核心。本文以建构主义学习环境的构成要素为线索，提出了几条建构主义学习环境的设计原则。 一、什么是学习环境 建构主义教学理论特别强调学习环境的设计。但到底什么是建构主义学习环境，至今人们却未能达成共识。一种较有影响的观点是学习环境的场所观。这种观点认为，学习环境是学习者在追求学习目标和问题解决的活动中可以使用多样的工具和信息资源并相互合作和支持的场所(毛新勇，1999)。这种观点虽然强调了建构主义学习环境的目标定向性、基于任务、协作性等特征，但将学习环境定位于学习场所，未能反映建构主义学习环境的核心内容。这里，我们将建构主义学习环境概括为是一种支持学习者进行建构性学习的各种学习资源(不仅仅是信息资源)的组合。其中学习资源不仅包括信息资源、认知工具、人类教师等物理资源外，还包括任务情境等软资源。任务情境在学习环境中起着集成其它各种学习资源的作用。一种学习环境是否是建构主义的，关键看任务情境的性质。因此任务情境是建构主义学习环境的核心。 Perkins学习环境五要素的理论观点是学习环境资源组合观最主要的理论支持。Perkins认为学习环境由以下五要素组成(D.N. Perkins,1991)：
信息库是学习环境中最主要的信息资源，它负责向学生提供要学习的领域知识和教学材料。传统课堂教学中，信息库通常是课本、教师讲授的内容以及词典等等。随着信息技术的发展，信息库种类也越来越多，基于计算机的信息库由于检索速度快和高交互的特点，得到了越来越广泛的应用。 符号簿被用于支持学习者的短时记忆，如记录思路、写下要点、处理方程等等。符号簿可以是卡片、练习本以及计算机编辑器等。 建构工具箱用于帮助学生寻找特定信息、完成认知操作、实现某种设想等等。实验室设备是最常用的工具箱。计算机扩展了工具箱的种类。学生不仅可以构造实物，还可以利用计算机软件构造虚拟的事物。 任务情境是学习任务呈现给学习者的问题解决情境。任务情境蕴含着等待学生学习的知识和智力操作。建构主义学习环境中的学习任务是真实性任务。学习任务的真实性是指任务情境与知识、技能被应用的实际情境相联系的程度。 任务情境有两种呈现方式：BIG(Byeond the Information given)方式和WIG(Without the Information given)方式(D.N. Perkins,1991)。BIG方式是指直接提供正确结论，但做为建构主义的教学，仅仅提供一些思想和经验是远远不够的。学生还要通过各种方式来检验他们的理解。所以BIG方式的任务还要让学生参与许多能引发思考的活动，以促使他们精细加工对信息的理解。WIG方式禁止直接提供正确结论，而是鼓励学生自己对现象或问题进行探索和解释。如果出现矛盾，通过学生间或学生和教师间的讨论和协商来克服错误观念，最终得出正确的结论。提倡WIG的人认为，除非重新发现，否则概念对学生来说是无意义的；提倡BIG的人认为，教师可以直接教授概念，再提供足够教学活动以促使学生使用概念和扩展他们的理解。 我们认为这两种方式都是有价值的。BIG方式实际上就是演绎法，WIG方式实际上就是归纳法。归纳和演绎都是人类认识世界的有效认知方式。
任务管理者是学习活动的管理者。教师、学生、带有明确指导信息的课本以及计算机软件都可以充当任务管理者。 根据Perkins的学习环境五要素的观点，不同学习环境之间的差别主要在于信息库、符号簿、建构工具箱、任务情境和任务管理者的差异。下面就以学习环境的五要素为线索阐述建构主义学习环境的设计原则。 二、建构主义学习环境的设计原则 1. 提供知识的多种外部表征的原则 这个原则主要是针对信息库的设计而言的，要求信息库提供的信息应具有多种外部表征。80年代末兴起并很快得到普遍应用的多媒体和超媒体技术为信息库的设计提供了技术支持。可以这样说，现代教学环境中信息库的设计不能缺少多媒体和超媒体技术的参与。 很多理论研究表明，学习材料的多种外部表征有利于知识的获取和应用。Sigmar-Olaf Tergan从认知理论出发共总结了五种支持多媒体/超媒体教学的理论观点(Sigmar-Olaf Tergan,1997)： ①多种外部表征的处理符合编码确定性(encoding specificity)和编码变化性(encoding variablility)原理。 编码确定性原理是指学习的情境应包含有在信息使用时帮助信息提取的线索；编码变化性原理是指同一信息可以有多种心理编码方式，在使用该信息时通常要以与应用情境最相似的编码方式来提取信息。Hammond对学习情境与回忆之间关系的研究表明，如果学习情境与回忆时的情境相似，那么回忆的效果会更好。因此，Hammond提倡使用超媒体系统进行教学，以符合编码变化性原理。他认为超媒体系统可以提供多种情境或多种角度以帮助学生获得多种表征，至少有一种情境会与使用时的情境相似，多种角度可以防止不同经验、文化背景对概念理解的影响。 ②外部表征中含有多种情境符合基于情境的心理表征建构原理。 有些极端建构主义者认为，概念的意义不是固定的，并认为这是概念的一个重要性质。所以概念的意义依赖于它所依存的情境。此外，概念的意义还依赖于人在特定情境中使用它的目的。也就是说，如果学习者只在一种情境中获得概念的意义，那种在其它情境中使用该概念时就会遇到困难。 ③外部表征中的多角度符合认知灵活性理论。 Spiro等人提出的认知灵活性理论将知识领域(实际上是学习结果)作了结构良好和结构不良的区分。并且认为，结构不良是知识领域共有的特征。Spiro等人的研究表明，复杂的结构不良知识的单一描述，经常会导致概念的重要方面的错误表征，导致对概念的简化理解。由于超媒体使学生用多种方式探索同一专题，有利于实现认知灵活性，所以Spiro提倡使用超媒体系统进行教学。 ④外部表征中的多种编码符合认知加工的多模型原理。 当代信息加工理论认为，信息加工效果依赖于那些实际参与信息的编码和检索的认知系统，这些认知系统包括言语信息处理系统和非言语信息处理系统。脑科学研究表明，不同的认知系统使用不同的部位加工信息，可以并行工作。多媒体信息可以激活多种认知系统同时加工信息，有利于信息的再提取。 ⑤多种外部表征符合个别化教学和自律(self-regulated)学习的目标。 超媒体系统中完全的学习者控制可实现真正的个别化学习。学习者可以任意选择学习内容、学习方式以及各种工具，这最大程度地支持学生的主动学习。
2. 提供丰富认知工具的原则 这主要是针对建构工具箱的设计而言的。建构工具箱中的工具主要是用来帮助学生完成认知操作的，因而是认知工具。但并不是所有的设备、软件都可以成为认知工具。认知工具的概念不是一个具体的概念而是一个抽象的概念。比如，当学生使用microworld类型的软件时，如果学生只是按照教师事先拟定好的步骤来完成实验时，microworld软件就没起到认知工具的作用。只有让学生自己主动去设计方案并利用microworld软件去实现时，microworld软件才起到了认知工具的作用。所以说，任何一个工具如果使用得当都可以成为认知工具；既使是再先进的设备或软件如果运用不当都不能被认为是认知工具。判断一个工具是否成为认知工具的唯一标准是看这个工具是否能帮助学习者完成认知操作、促进学习者进行思考。而建构工具箱的设计关键不仅在于工具种类的选择，更重要的是工具使用方式的设计。 我们知道，学生在学习过程中由于背景知识、学习习惯和能力、认知风格都有很大的差异，因而需要的认知工具的种类和数量也不同。所以在建构工具箱中应该提供多种认知工具，以适应不同学生的不同需求。
3. 任务情境的真实性原则 这里的真实性是指任务情境与知识、技能被应用的实际情境相联系的程度。学习活动的真实性一直被认为是建构主义学习环境的重要特征。持建构主义教学观的学者们认为，真实性的任务可以整合多种知识和技能，有助于学习者用“真实”的方式应用知识，同时也有助于学生意识到他们所学知识和技能与他们是相关的和有意义的，这也是维持学习动机的非常重要的因素。 实际上，任务情境的真实性主要是解决知识迁移的问题。我们知道，迁移的基础是概括，是对知识高度概括的理解。要想获取对知识高度概括的理解通常要经过多次反复地学习。但这绝不仅仅是在低目标水平上的重复，而必须在高目标水平上的多次建构。因此，无论我们采取哪种(BIG方式还是WIG方式)方式呈现任务情境，都应该遵循真实性原则。也就是说，任务情境要与将来实际应用的情境尽可能的相似。只有这样才有助于学生获取高度概括的理解。 4. 学习者控制与程序控制/教师控制相结合的原则 建构主义者认为，学生的学习不是被动接受的过程，而是主动建构的过程。学生的学是内因，教师的教是外因，教师的教只有通过学生的学起作用。只有学生自己才知道如何学习、学习什么。所以，有些建构主义者特别强调学习者主动发现或探索式学习，提倡学习的社会交往性(即协作式学习)，要求学习者自己管理学习任务。因此，学习者控制或小组控制策略通常被认为是最主要的教学控制策略。 但有关学习者控制策略的教学效果研究表明，有些建构主义者所提倡的学习者控制并非适合所有的学生。James D. Yong研究证明，具有较强自律能力的学生才会在采用学习者控制策略的教学软件中取得较好的学习成绩，采用程序控制策略的教学软件与自律能力无明显交互作用(James D. Young,1996)。E.Christine Shin等人从控制策略和教师是否提供浏览建议这两个维度研究了学生在使用超媒体系统学习时背景知识与学习成绩的关系。结论表明：背景知识较少的学生，程序控制下的学习效果更好，背景知识丰富的学生，两种控制下成绩同样好；在教师不提供浏览建议的情况下，学习者控制使背景知识较少的学生在学习上花费的时间更少，这样的学生很快就认为自己完成了学习任务，而对于背景知识丰富的学生，在学习任务中花费的时间不受是否提供建议影响；教师提供建议可以有效避免迷航(E.Christine Shin ec al.,1994)。Gwan-Sik Yoon从学习成绩和完成学习任务的时间两个角度对认知风格与控制策略的交互作用作了实验研究，结论有二(Gwan-Sik Yoon,1993)：①学生原有知识水平较低的情况下，程序控制或有教师提供辅导的学习者控制对场依赖型的学习者有利；完全的学习者控制或有教师提供的辅导的学习者控制对场独立型的学习者有利(见图1)。②场依赖型的学习受控制策略影响较大，程序控制下学生完成学习任务需要的时间最少，其它两种控制策略下的学习时间差异很小(见图2)。
由此可见，完全的程序控制/教师控制或完全的学习者控制都不会完全适合所有的学生。是采用学习者控制还是程序控制/教师控制取决于学生的能力水平、学习动机、认知风格等等多种因素。教师要根据学习者各自不同的特征决定采取什么样的教学控制策略。上面介绍的教学效果研究表明，有教师辅导的学习者控制是最佳的选择。 我们知道，在认知类的学习活动中，学生是主体，教学活动应围绕学生的学习活动而展开，而教学活动的控制者即为学生学习任务的管理者。但学习活动的主体与学习任务管理者之间不存在一一对应的关系。只强调学习者控制，忽视教师控制是不全面的。完全的教师控制无法发挥学生学习的主动性，完全的学习者控制又会给一些学生带来学习任务管理上的困难以及学习效率低的问题。因此，教学过程中的控制策略要因人而异、因教学目标而异，综合使用这两种教学控制策略。
5. 个别化学习和协作式学习相结合的原则 建构主义认为，知识是通过社会磋商和对理解发生的评估而展开的，社会交往有助于形成多种假设，用多种观点看待同一个问题。个人是测试我们理解的一个基本机制，协作小组测试我们对特定问题的理解，其他人则是刺激学习的最重要的源泉(高文,1998)。因此，建构主义者特别提倡协作式学习，认为“协作”是建构主义学习过程不可缺少的要素之一。 协作式学习的理论支持是非常丰富的。除了建构主义理论外，最说明问题的是对学习动机的研究和认知精细加工(elaboration)的观点。 多伊奇认为学生学习有三种目标结构：①合作式目标结构，个体目标指向性的努力有利于他人的目标达成；②竞争性目标结构，个体目标指向性的努力阻碍他人的目标达成；③个体性目标结构，个体目标指向性的努力对他人的目标达成没有影响(王红宇,1993)。从动机角度看，合作式目标结构创设了一种只有通过协作小组成功才能使小组成员达到个人目标的情境，而小组获得成功的唯一途径就是确保小组成员都学会，这样小组成员的活动便会集中于相互解释概念，相互帮助进行练习，并相互鼓励以取得成功。协作式学习使学生采取合作式目标结构，因而有利于学习。艾米斯在80年代中期对学生课堂成就目标的分类或许更能说明问题。艾米斯将学生的成就目标分为掌握性目标和作业性目标两大类(邢占军 黄立清,1995)。持掌握性目标的学生会把注意力集中在发展新的技能、努力理解所从事的活动以及不断提高自身的能力上；持作业性目标的学生会把注意力集中在取得大家的公认、成为大家学习的楷模、比其他人做得更好或超过教师提出的常规标准以及用少许努力去获得成就上。掌握性成就目标会使学生倾向于采用有效的学习和解决问题的策略性思维、更倾向于选择那些具有挑战性的任务；作业性成就目标会使学生倾向于采用机械的、肤浅的、短时性的学习策略、避免选择挑战性的任务。“避免失败”是采取作业性目标的学生的共同心理。 艾米斯认为，相对来说，协作式学习只要设计得当，避免竞争气氛，较其它学习方式会更容易使学生采取掌握性成就目标。关键在于对于学生学习成就的评价不能以社会性比较信息为主要依据。评价中的社会比较信息会使学生采取作业性成就目标取向，将注意力放在与其他人比较而不是学习任务本身上。 此外，认知精细加工理论从认知加工的角度阐述了协作的重要性。认知心理学认为，信息要在记忆中储存下来并与记忆中原有信息联系，学习者便必须从事对某种材料的认知重组或精细加工。精细加工最有效的方式之一是向他人解释材料。 虽然协作式学习的理论支持非常丰富，但它不可能是唯一有效的教学方式。个别化学习也是一种教学过程中不可缺少的学习方式。我们知道，任何一种教学方式都有其使用的条件。个别化学习的特点是学习者可以按照自己的能力决定该学习什么，可以按照适合自己认知风格的学习方法进行学习，可以决定学习的进度。但学生通过个别化学习所获得的知识可能是肤浅的、不全面的甚至是错误的，高难度的任务可能会使意志品质差的学生放弃学习。协作式学习则通过与学习伙伴协作与讨论，可以加深对概念的理解，避免理解的片面性和误解，也更适合高难度的任务。但协作式学习要求学生已经具有一定的知识基础，完全没有背景知识的情况下是不可能完成协作任务的。并且协作式学习还对学生的人际交往能力和技巧有一定的要求，并非所有的学生都具备适合协作式学习的交往能力。总体来说，个别化学习适合于学习的知识获取阶段，协作式学习更适合基于任务的知识运用阶段，二者可以形成互补关系。考虑到实际教学中的限制因素和两种学习方式的互补性，我们认为在教学过程中采取个别化学习和协作式学习相结合的原则，既给每个学生独立学习和解决问题的机会，又提供学生间协作讨论的机会。
6. 重点辅助差生的原则 这个原则主要是针对课堂教学提出来的。这里的差生是指学习有困难的学生。在讲授式的课堂教学过程中，教师往往为了使教学得以顺利进行，通常只关注好学生，因为他们可以正确回答老师的提问，使教学得以往下进行。差生在回答老师的问题时一般要遇到困难或错误，教师如果要有针对性地进行个别辅导，那么势必会影响教学进度。所以，差生被忽略通常是讲授式课堂教学的共同特征。有关“学业不良”的研究认为，造成学业不良的直接原因是个别学习困惑的累积、繁殖、相互溶合(钟启泉,1993)。防止学业不良的关键之处在于不能容许个别学习困惑的溶合，及早剔除它。这里学业不良是指学生的准备同教育内容的要求之间存在歧异，而且这种歧异在教学过程中经相当长的时期之后仍固着的现象；学习困惑是指在实现规定的成就目标的某一教学阶段里未能达到若干目标的现象(钟启泉,1993)。 如果说传统的讲授式课堂教学无法克服忽略差生的缺点，那么，计算机介入教学则为克服这一缺点带来了希望。由于计算机软件具有强的交互性，这样教师的讲授任务和部分教学管理任务由计算机软件来承担，那么教师就可以从讲授任务中摆脱出来，将注意力从如何讲授转移到如何帮助每个学生克服学习困难上。学习困难不仅仅表现在低的认知能力上，还包括没有或不能维持学习动机、情感因素、学习方法和习惯等等多方面内容。好的学生由于各方面能力较强，一般可以独自完成学习任务或与学习伙伴合作来完成学习任务。虽然教师应关注所有的学生，但相对来说，差生应得到教师更多的关注。 从课堂上可控因素的角度来看，学习困难的原因主要有：学习动机丧失、学习能力不足和学习方法错误(钟启泉,1993)。教师可从这三方面入手。 在激发和维持学习动机方面，我们可以参考keller的动机分析模型，因为它具有比较强的可操作性。Keller经过大量文献研究，认为学生的学习动机由四部分组成：注意(Attention)、相关(Relevance)、自信(Confidence)和满意(Satisfaction)，简称ARCS模型(Yong-Chil Yang, Wee-Kyo Chin,1996)。根据这个模型，激发学生动机的首要条件是引起并保持学生对教学的注意。第二个条件是学生认为学习环境与学习任务有相关性，他们感到在教学过程中他们的需要可以被满足；第三个条件是自信心，这直接影响到学生实际做出的努力和行为；第四个条件是学习者的满意程度。根据动机ARCS模型，教师要激发和维持学生学习动机可以从四个方面入手：①通过以适当的媒体形式呈现教学材料，告诉学生学习目标，设计难度适当的任务让学生参与等手段来引起学生的注意；②通过适当的奖励机制和任务说明来使学生感动学习任务与自己相关；③通过设计难度合适又具有挑战性的学习任务、及时恰当的表扬来增强学生完成学习任务的自信心；④通过鼓励学生的进步，哪怕是小小的进步来使学生达到满意的自我评价。 在弥补学生学习能力不足的方面，教师可以针对学生不同的认知水平和特点，提供足够的学习辅导，如简化任务、演示问题解决过程(师徒模型)等等。对于学习方法使用不当的学生，可以直接指出其方法的不适用之处或教授新的学习方法。 总体来说，教师的任务就是要在适当的时候提供适当的学习支架。
7. 知识获取与思维训练相结合的原则 建构主义者一直将培养学习者的反思能力(元认知能力)做为建构主义学习的一个核心特征。不仅如此，建构主义还非常重视培养学生的创新能力，反对教师用固定的框架限制学生的思维。而创新能力和反思能力是思维品质中比较上位的品质。由此看来，建构主义是将学习定位于学习者的思维发展而不仅仅是知识和技能的获取(尽管它们是基础)。 思维训练可从培养五种思维品质入手。思维品质的成分及表现形式很多，其中主要包括深刻性、灵活性、独创性、批判性和敏捷性五个方面(林崇德，1995)。深刻性是指思维活动的抽象程序和逻辑水平，以及思维活动的广度、深度和难度。灵活性是指思维活动的灵活程序，它反映了智力与能力的迁移能力。也就是我们常说的“举一反三”的能力。独创性是指思维活动的创造精神。批判性是指思维活动中独立分析和批判的程度。这五种品质是一个系统，忽视任何一种品质单独强调某一种或几种品质都是不全面的。 建构主义提倡的真实性任务情境为培养思维深刻性提供了途径，关键在这样的任务中，绝不能将低水平的行为目标作为教学的终极目标。教学目标中还应包括问题解决目标以及表现性目标。后两者都不能事先预测学生的行为，因而在学习评价方面多了一些主观因素，但却有利于是培养学生思维品质。 此外，思维品质的培养不能看成是短期的教学目标，而是一种长期的教育目标，应贯穿于教育教学的全过程。
三、小结 作为一种学习哲学，建构主义提供给我们一个全新的视角。使我们从狭隘的学习观解脱出来，不再把学习看作某一单独个体就可以成功完成的一种单纯的认知行为。学习的社会性、并行性和发展性已被认为是学习的本质特征。以上几条原则从不同的角度反映了建构主义学习的特征，并且力图正确处理学校学习中教与学的关系，希望能够为一线教师提供一个有效的参考框架。
参考资料:
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