摘要：近年來學習科學研究成果已經成為教育和教學改革最重要的方法論，并受到世界各國教育相關者廣泛關注和高度重視。筆者帶領團隊翻譯的《劍橋學習科學手冊（第二版）》正是這樣一本為我們展示了學習科學對當前以及未來教育改革所擔負責任和解決問題的實踐指南，它是一部設計科學的指引。本篇評論以教育和教學改革的新取向、新知識、新方法和新技術為線索，概括了該手冊令人鼓舞的學習科學研究的最新進展，并揭示了基于學習科學開展的教育和教學改革是問題引發(fā)的研究、數(shù)據驅動的決策、知識驅動的設計、技術驅動的行動。

關鍵詞：劍橋學習科學手冊;教育和教學改革;設計科學;新取向;新技術

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A

一、引言

自從20世紀50年代心理學家斯金納出版了《學習的科學與教學的藝術》以來，經過長達70年研究與實踐，學習科學取得了長足的發(fā)展。本評述所介紹的《劍橋學習科學手冊（第二版）》（以下簡稱“手冊”），正是一部反映當代學習科學研究與發(fā)展的最權威著作。該手冊延續(xù)了著者索耶等人第一版的風格，他們致力于研究真實情境中的學習，并籍此利用這些知識來重新設計課堂和其他學習環(huán)境，使人們可以更加有效和深入地進行學習。因此，它還是一門有關學習實踐的設計科學，主編索耶稱之為“學習的新科學”。

正如索耶所言，2006年問世的第一版《劍橋學習科學手冊》被公認為對教學、學習以及教育技術的創(chuàng)新方法做出了權威性的介紹，而本手冊更凝聚了學習科學家們的集體智慧，為瀆者提供了該領域最新的研究成果，并就該領域普遍存在的問題提出了可行性建議。本冊著者們一致認為，創(chuàng)新的教育系統(tǒng)應該采用最好的方式來精心編寫教材、設計教育軟件、培育優(yōu)秀教師、組織課堂，并且借助互聯(lián)網來促進學生學習，以此創(chuàng)造包括課后俱樂部、圖書館、博物館在內的高效校內外學習環(huán)境[1]。

二、學習研究與實踐的新取向

（一）學習科學的新取向

事實上，學習科學發(fā)展至今天，在世界范圍內形成了三種不同研究與實踐取向：致力于“人腦是如何工作的”腦與神經科學研究、關于“人是如何學習的”認知與行為研究及“教育者是如何設計的”設計科學實踐。

第一種取向中，學習科學家通過腦與認知神經科學的研究成果理解“人腦是如何工作的”，借此形成系統(tǒng)的理論，并介紹給教育實踐者，教師們通過應用這些理論，開發(fā)更加有效的教學。第二種取向是將視野放置在更廣泛領域中，將來自于認知科學、發(fā)展心理學、神經科學、人類學、醫(yī)學、教育學以及學科學習領域關于“人是如何學習的”研究成果系統(tǒng)化，以更好地將學習科學領域的研究發(fā)現(xiàn)與實際課堂教學連接起來，促進這些成果轉化為有效的教學。上述兩種取向逐漸形成了兩大研究與實踐共同體：一是以經濟合作與發(fā)展組織（OECD）的教育研究機構為主的學術團體帶領世界范圍內的神經科學、認知神經科學、認知科學、醫(yī)學和教育學專家，將這些學科進行融合以形成一套新的話語體系，他們側重研究學習行為的生理和心理機制如“學習腦”與“教學腦”，并用于指導教育和教學實踐[2]。另一個是以美國教育研究協(xié)會（American Educational ResearchAssociation， AERA）為代表的學習科學研究共同體[3]。上述兩種取向的目標是建立一個描述性、解釋性及預測人類學習行為和發(fā)展的可靠模型與通用理論作為實踐的指導理論。

《劍橋學習科學手冊》的著者們所選擇的是第三種取向。他們從多學科的歷史交叉點中重點關注學習和學習環(huán)境的設計，應用學習的新科學和利用新的計算機技術來設計有效的課堂內外的學習環(huán)境，它是一門將研究與實踐整合起來的“設計科學”，專門為現(xiàn)場學習而設計。這一取向的目標更加務實，不是向教師傳輸研究的結果，再由教師根據自己的特殊情境開發(fā)教學，而是基于人是如何學習的最新研究成果提供“教育者是如何設計的”知識。設計科學的目標與解釋性科學的目標不同，它不是為了解釋“世界為何這樣運作”，而是為了提供“事情該如何做”的解決方案。所以，立足于學校特定實踐的研究和設計，是該手冊最主要特色和貢獻。

（二）學習的新科學新在哪

手冊所研究的不是實驗室里的學習，而是整個現(xiàn)實情境中的學習，因此它區(qū)別于傳統(tǒng)的學習研究。

首先，研究主題、研究內容區(qū)別于早期的學習心理學和教育心理學。它不但研究基礎問題，也研究應用問題。例如，許多認知發(fā)展學研究者都研究過兒童的世界觀，以及兒童的世界觀從學前時期到早期學校教育階段是如何發(fā)展的。這些建立在學習科學研究基礎之上得出認知發(fā)展的基礎知識對于學校改革是至關重要的。

其次，創(chuàng)設學習環(huán)境是本手冊研究的重要產物，但在創(chuàng)設學習環(huán)境問題上，學習的新科學主張，不僅僅提供教學技術，還重視開發(fā)學習的新材料。學習材料作為學習環(huán)境中的一個重要因素，常常被研究者所忽視。在我國，學習材料等同于教材的觀念根深蒂固，然而教材只是對課程標準的演繹，是眾多教學和學習材料中的一種并非全部。關于如何才能設計出使學生積極和持續(xù)參與的學習材料與學習活動將成為學習資源開發(fā)的主要方向，瀆者可以從第一版《劍橋學習科學手冊》中佩珀特的著述中尋找到答案[4]。

另外，區(qū)別于尚克等人的人工智能教與學應用，區(qū)別于腦神經科學的教與學應用的學習科學。早期認知科學研究的一大貢獻在于對知識工作者工作的周密研究。例如，人工智能的研究者們通過對專家的訪談和觀察，希望能用計算機程序來復制這些專家知識。除此之外，尚克的人工智能教育應用還包括分布式認知、腳本等的研究。同時，上個世紀90年代有關社會文化、情境認知、非正式學習、協(xié)作等的研究發(fā)現(xiàn)，除了正規(guī)教育外，幾乎所有的學習都發(fā)生在一個復雜的社會環(huán)境中，所以，學習的新科學成果不僅局限于實驗室和神經科學研究的結果，更多的是涉及在真實情境中學習研究的結論。

其實，學習的新科學的理論基礎與認知主義和行為主義完全不同，它是建立在建構主義理念基礎之上的。這三種理論在指導設計教學時其原則有很大差異。例如，學習科學指導原則之一是“學習總是在原有的知識背景下發(fā)生的”。另外，索耶曾提及：“到20世紀60年代，社會學家、心理學家和人類學家對‘科學家們究竟是如何工作的開展了研究發(fā)現(xiàn)，科學知識并不僅僅是對世界的表述以及其邏輯操作，還包括科學研究的方法和深層知識的模型，這二者通過解釋性原理聯(lián)結成為一個整體性的概念框架”[5]。為此，學習的新科學指導下的教學設計應該包含在教師指導下學生動手開展實驗的社會性互動過程，這也是STEAM學科學習的重要組成部分。

此外，學習的新科學目標也與眾不同，它的目標之一“就在于確認哪種實踐是適合學生參與和學習的，以及怎樣在不損失這種實踐專業(yè)性的前提下設計出適合學生年齡階段的學習環(huán)境”[6]。因此，教學或學習中，讓學生重走學科專家的道路是學習科學家們達成的廣泛共識，這一道路是真實科學實踐的簡化版本。一個典型的例子是美國斯蒂文斯理工學院開展的STEAM教育。該學習活動的指導教師是本學院化工專業(yè)教授，對接下來的項目學習的主題和領域具有專長。指導教師事先準備好了學生可能需要的知識、工具、材料;為學生們準備的材料，取材于日常生活，比如食鹽、蘇打、水等;同時她了解學生發(fā)展水平，知道學生們可能需要哪些知識;學生們動手制作，能夠設計出各種不同的彩色，完美地將科學（化學）、工程、數(shù)學（每一種材料需要的量）、藝術結合了起來。在活動中學生們運用知識進行設計和制作，根據集體反思和反復的調試，設計出了更鮮艷的色彩，用知識解決了問題。如果將這類項目系列化、按照認知發(fā)展階段并將知識、技能和情感態(tài)度嵌入其中，這一學習活動的設計就是學習新科學所追求的目標[17]。

值得注意的是，學習的新科學的志向同樣與眾不同，為實踐而設計是它的主要志向，設計學習環(huán)境是它的主要方向。本手冊的著者們認為，有效的學習環(huán)境能為學生積極的知識建構提供腳手架。例如，學習的外化（表達）能夠支持學習者有效建構自身知識。歷史上，外化的作用最早由維果斯基發(fā)現(xiàn)，其后的相關理論如精致化學習理論、同伴互教、相互啟發(fā)學習及小組合作學習等都證實了這一結論。

最后，本手冊回答了為什么需要重新設計學校的問題。實際上，在19世紀至20世紀學校形成和發(fā)展中，學校的設計者、管理者、教師、學者、教育學家們還不了解人是如何學習的，而延續(xù)至今的學校已經極不適應這一迅猛發(fā)展和復雜多變的知識經濟時代。這其中學習科學手冊也給出了與眾不同的利用計算機設計新學校的方法，作為這些方法背后的原則是：信息技術是工具，而不是媒介，這與現(xiàn)在流行的做法有很大的不同。日本學者佐藤學曾指出：“我們探求的不是會使用計算機的教育，而是不被計算機所‘使用的教育;不是用信息網絡來構建學校，而是通過計算機網絡來編織人與人的關系，重新構建學校的公共性與共同性，目標指向‘不被科技神話所支配的學校和社會”[8]。

三、有關學習的新知識

（一）學習科學關于教育、教學及學習的新認知

本手冊的主編基思·索耶在第一版的序言和第一章中概括了學習科學研究群體是來自于心理學、教育學、計算機科學、人類學以及其他學科專家;而第二版則強調研究領域已經擴大到認知科學、教育心理學、計算機科學、人類學、社會學、信息科學、腦神經科學、教育學、設計研究及教學設計等。

第二版新增的著者均有著廣泛的學科背景，他們都是來自于不同國家和地區(qū)的著名學習科學研究者，在72名作者中，有47名來白美國，11名來自歐洲，4名來自加拿大，6名來自亞洲，3名來自以色列，1名來自澳大利亞。這與第一版形成了對比，第一版只有5名作者來自美國之外的國家。

這些具有廣泛國際影響和多樣化背景的專家歸納了自從2005年該手冊第一版發(fā)行至2014年第二版問世令人感到鼓舞的學習科學研究最新進展。它涵蓋了課堂內外的學習和教授研究所取得的豐碩成果，并通過設計科學原則，以手冊形式向那些想要了解變革教育和學校的教育研究者、管理者及教師提供幫助人們學習得更加深入和有效學習的新方法[9]。

與第一版比較，第二版新增加的“學習學科知識”和“將學習科學研究引入課堂”是全新的，它表明學習科學家越來越重視課堂教學和學科知識的學習與指導。這一點與近年來一些主張取消分科教育和忽視課堂中的學習與教學研究觀念大相徑庭。

在學習科學研究領域，對學科知識學習規(guī)律研究最多的就是數(shù)學，不僅是因為“數(shù)學被譽為‘宇宙中唯一通用的語言”[10]，而且從研究方法論角度來說，近年來，心理學家、數(shù)學家和數(shù)學教育家對“兒童是如何學習數(shù)學的”研究結果表明，由于教與學“這兩個過程的聯(lián)系太過于緊密了，因而無法單獨進行研究”[11]，并且不同的認識論所采用的教授和學習數(shù)學知識的方法也不同。如果認為數(shù)學知識是一套由數(shù)學家建立起來的知識體系，那么學生既可以通過傳統(tǒng)的接受式知識傳播法來學習數(shù)學，也可以是通過學生在教師指導下主動地建構來獲得數(shù)學知識。但是如果秉持數(shù)學是人類從事的一種數(shù)學實踐理念，那么顯然“獲得”途徑是無法形成數(shù)學知識的，“參與其中”成為學習數(shù)學知識的唯一途徑，教學觀念也必須從“學習是概念的獲得”到“學習是活動中參與的發(fā)展”轉變。在參與主義下，重走數(shù)學家道路是一種最為理想的學與教的途徑，當然，這一道路是真實數(shù)學知識工作者道路的簡化模型。于是，應該選擇哪些、什么樣的道路就成為學習科學研究的重點。

這里提到的“參與其中”，對于學習歷史也很重要。我在上中學時，歷史課考試經常出的題目類似于“陳勝、吳廣是什么時候、在哪里起義的？”，大部分學生都會答錯。其實，這些問題對于理解歷史概念和歷史并不重要，答案差一年、早一天或晚一天無關緊要，重要的是你應該學會像歷史學家那樣，知道如何利用史料進行推理與論證，開展一系列史學探究等復雜的實踐活動[12]。

“參與其中”還要包括對已經建立起來學習科學理論的自我重建。歐美等國曾對應用了40年的“以學習者為中心”的課堂教學法效果進行評估時發(fā)現(xiàn)，在小學低年級效果很差，其中一個很重要原因極有可能是教師沒有遵循合作學習或學習共同體實踐原則所致。例如，沒有根據任務特征進行差異分組或給每一個人分配角色，沒有拆散一個共同體、再重新建立一個新共同體，而是組成了一個團體后成員一直保持不變，等等。所以，理論的應用不應該是“技術理性”的傳輸方式，而應該是教師將“理論與實踐整合”——在實踐中自我重建理論。教師也要重走學科專家的道路。

作為這一問題的回應，本手冊第五部分和第六部分聚焦的深層學習正是對這一問題的最好闡釋。

（二）深層學習和深層知識

在翻譯本手冊第一版時我們將原文的“DeepLearning”翻譯成“深層學習”，以區(qū)別機器學習中的“Deep Learning——深度學習”，目的是強調學習科學中的深度學習與機器學習、教育學以及其他著者所主張的深度學習內涵不同。學習科學視域下的深層學習是指：深入學習知識（Learning KnowledgeDeeply），學習深層知識（Deep Knowledge）[13]，深入學習那些隱含在學習事件背后的規(guī)律性的東西，這些規(guī)律性的內容就是深層知識。如像科學家那樣探究原理、法則及模型等。這些規(guī)律性的學習內容，不但可以促進知識的遷移，由此產生理解，而且還是學習者感興趣的，這也是科學家感興趣的，在學習科學中也稱為“有趣問題”。

本手冊介紹了一個“調查紅松鼠的數(shù)量與氣候之間關系”的深層學習活動案例。這一案例中，學生們收集數(shù)據、分析數(shù)據，建立模型，并進行預測[14]。其實，除這種跨學科的綜合實踐活動外，學科教學中也可開展深層學習。例如，在我國著名小學數(shù)學教師華應龍老師所講授的《簡易方程》的學科教學中，教師引導學生首先復習等式、不等式、含有未知數(shù)的等式和不等式，學生進一步在教師引導下從上述復習的式子中分類，找出含有相同屬性（特征）的式子。這之中有一類是含有未知數(shù)的等式。教師問：“像這樣，既是等式，又是含有字母的式子，我們可以給他定義個概念，叫什么？”學生答：“等未式”，教師笑了：“他創(chuàng)造了一個詞”，并接著說：“他不叫‘等未式，叫方程”。這之中，在教師引導下，學生根據含有相同屬性這一標準歸納出了方程。在心理學中，關于概念表征是指：表現(xiàn)一個范疇的心理結構叫做概念，在數(shù)學上叫做“集合”。概念或集合就是該教學中學習的深層知識模型，你可以用這一模型去預測很多相同的事物。所以學生在此既學到了“簡易方程”的知識，也通過深層學習學會“概念形成”這一過程性知識，它是深層知識。

從上面2個案例我們可以看到，這樣的教與學活動設計是按照知識工作者在建構知識時探索過程和利用建構的模型知識進行預測的過程，同時，這一過程遵循了知識模型的內在結構或知識形成的內在邏輯。所以，這一設計體現(xiàn)了設計的基礎和假設的精準協(xié)調，凸顯了所采用的方法與技術是與這一結構和邏輯高度一致性，這就是“貫一設計”，該設計知識是整合技術的學科教學法知識。

關于深層學習，不同的領域有著不同的關注點和表述。如心理學主要關注于心理構念和心理活動，其對深層學習界定是“超越以往經驗束縛，以新穎方式來行動和思考的認知加工過程，它導致先前知識修正的學習”[15]。而在機器學習領域的專家則從心理學關于人的概念形成過程研究中得到啟發(fā)，模仿人的概念形成過程提出了：“深度學習是學習樣本數(shù)據的內在規(guī)律和表示層次，由此可將深度學習理解為進行‘特征學習或‘表征學習”;“通過多層處理，逐漸將初始的‘低層特征表示轉化為‘高層特征表示后，用‘簡單模型即可完成復雜的分類等學習任務”[16]。在教育學領域，關于深層學習有眾多的理解。日本文部科學省的學習指導要領中指出“在學習、活用、探究的學習過程中，根據各學科特性激活思維，進行知識的融會貫通、深入理解、明辨信息價值，發(fā)現(xiàn)并解決問題，根據自我思考進行創(chuàng)新創(chuàng)造”;日本學者佐藤學認為，“把現(xiàn)在學習內容，與過去的經驗、知識建立關聯(lián)，探究其背后隱藏的原理、法則、不斷地檢驗正偽、并導出結論”是深層學習;我國教育科學研究者則從學習過程角度歸納了深層學習是“從已有知識出發(fā)，帶領學生模擬地、簡約地經歷知識探索、發(fā)現(xiàn)、發(fā)展的‘典型過程;把握學科本質”[17]。

另一個值得注意的新知識是上面提到的教與學的不可分割性。最近研究關注學生的認知發(fā)展階段中，教學起到了關鍵作用。在皮亞杰理論中，兒童是依靠自己，通過發(fā)展，對一個概念逐漸從具體到抽象間的幾個發(fā)展階段間轉換，而范希爾進一步通過研究證實“兒童概念的轉換與發(fā)展更多的是源白于教師的教學，而非學生自己獨立的建構”，并且，他認為，當學生從一個水平向另一個水平轉變時，其標志首先在語言上表現(xiàn)出來，因此他主張，學習就像對話中的轉變，該觀點也彰顯了學習的社會性這一要素[18]。換言之，教學和以語言為中介的互動，才是導致學習發(fā)生和發(fā)展的根本原因。作者將這些關乎學生深層學習和概念轉變的根本性理解在本手冊第十六章做了詳細的論述。

（三）學習就是概念轉變

上述心理學家關于深層學習的界定中指出了深層學習會導致對先前知識的修改，這意味著學生的概念轉變。

關于學生的“概念轉變”已經開展了近50年的系統(tǒng)化研究，在歐美各國和亞洲一些教育發(fā)達國家，基礎教育和教學中也有近30年的實踐，但在我國基礎教育中沒有得到足夠的重視。就其重要性而言，概念轉變非常準確地表達了學生們在數(shù)學、物理、化學、生物等學科學習和教學中遇到的困難和教師教學的根本出發(fā)點。因此，教師只有將教學置于學生原有（前）概念基礎上才會有效。正如本手冊著者之一的迪塞薩（DiSessa）所說：“學生并不是等待被灌輸?shù)目杖萜鳌Ｋ麄冊谏险n之前，就對現(xiàn)實世界如何運轉有先人之見;這些先見中的一部分是基本正確的，而另一部分則是迷思概念。兒童的最佳學習方式是在先前知識的基礎上創(chuàng)設環(huán)境，然后開展學習”[19]。假如教師的教學沒有針對學生們的前概念，沒有涉及到學生特殊先前知識，那么教學后，學生的迷思概念依然存在他的頭腦中，并且與特定情境聯(lián)系在一起。為此，教學不再是按照教材和既定計劃的講授，而是需要教師在上課前對以往迷思概念和該學習者（需求）進行分析;在課堂上，還要與學生進行對話，籍此把握沒有在課前預測到的特定迷思概念，也即了解學生的疑惑，解決疑惑;就這樣，教學中可能需要隨時調整教學計劃;教學后，反思上述教學過程，記錄這些教學事件并與同僚分享這些知識。由此關于教學我們獲得了一個與此前教學不同的含義：教學必須建立學生先前知識和基于早期學習結果數(shù)據的預測基礎上，教學中還要經常性地以語言為中介與學生進行互動。基于這些知識設計的教學才會保證從根本上有效地解決學生的迷思概念或疑惑。所以，“概念轉變”中的“轉變”一詞非常精準地表達了科學科（如物理、化學、生物、地理等）教學工作重點——從錯誤概念出發(fā)，轉變?yōu)榭茖W概念。這就是索耶再一次保留了第5章內容的用意所在。

再者，概念轉變研究對學習科學與教學實踐的另一個重要啟示和貢獻是，在教師指導下、與朋輩在一起學及通過語言交流的重要性。正是語言交流使得學生們產生了認知沖突，引發(fā)了進一步學習。這一結論與皮亞杰的理論不同，學生不會白發(fā)地在兩個或多個認知發(fā)展水平間進行自我建構式的轉變，相反，它是在教師教學的前提下才發(fā)生了轉變。因此，教學是促進這一轉變的關鍵因素。從我國教與學文化的角度來說，是教師引導發(fā)揮了作用。正如上述華應龍老師的教學那樣，教師是建構這個概念教學過程的設計者和學習起始至終的引導者，在這一活動中，教師始終一步一步（環(huán)節(jié)）的引導著學生往前走，解決每一步（環(huán)節(jié)）問題。最終，教師和全體同學共同建構一個概念。筆者把它稱為“教師引導下的知識建構”學習，其代表了我國教學文化和實踐模式的特色。而從西方的教學文化和模式來看，教師是學習的輔助者，整個概念建構過程和思路是學生同伴或小組成員建立起來的，教師只是在學生遇到問題時才介入學生的學習過程幫助學生解決問題，之后，教師便退出這一過程。

事實上，西方的教與學理論同樣十分重視教師的重要作用，如伊瑞萬格在20世紀70年代就指出“數(shù)學教育研究必須承認教師在學習中的核心作用”;庫伯在2012年再次強調指出“一對一教學實驗中交互與課堂上所發(fā)生的教師與多個學生的互動存在著質的不同，且差異越來越明顯”[20]。這與上個世紀90年代以后關于情境中學習的研究結論正好相反，同時表明整班教學的重要性。并且，參與主義方法認為個人的成長起源于“社會層面”，而不是起源于個人與世界的直接交流，也即學習或知識形成是以他人為中介的。因此，同伴的作用和角色異常重要，離開了同伴而獨學不是真正學習，這正是“獨學而無友則孤陋寡聞”。

（四）“如何學”之后是“學什么”

教育家杜威曾經建議學校教育應該為培養(yǎng)“民主社會的公民”做好準備。也就是說，學校除了培養(yǎng)數(shù)學家、文學家等專家之外，還應該教授成為民主社會公民的基本素養(yǎng)。但基礎教育在這兩方面所設置的課程和內容以及對應的教學方法卻未必能滿足上述訴求。例如，在我國，語文教育專家們長期以來一直爭論著語文教育的“文學性”和“工具性”及二者擇其一的問題，卻忽視了如何兼顧兩者以達成平衡的問題，由此而造成的現(xiàn)實問題是，學生從小學到高中大概接受1300學時的語文教育，一些大學生和研究生卻不會學術論文的寫作，主要原因是學校里沒有教授。而歐美一些國家（如美國）將“語文（英語）課”拆分為“閱讀課”和“寫作課”，這樣，寫作課就不單純是為培養(yǎng)詩人、散文和小說家而設計，還為培養(yǎng)科學、工程、技術、數(shù)學家而設計，其重點是教授這些學科的寫作技巧。這樣設計課程所基于的假設是：“寫作知識與閱讀知識在不同體裁或任務中具有差異性”[21]，會寫散文的人，不一定會寫科學論文。因此，撰寫科學、工程、技術、數(shù)學論文這些任務特有的知識、認知技巧及認知能力必須通過學校教育來教授。正如本手冊第三十四章中所述：大部分文化通過正規(guī)的教育機構教給人們讀寫能力，讀寫能力是大部分學校科目教學的必備條件之一;為這些不同的寫作任務營造一個有效的學習環(huán)境需要對每種寫作類型所需的專門知識進行任務分析以及任務分析正確步驟下的明確教育[22]。

相信大部分家長都接受過義務教育，但我們在日常生活中和大眾傳媒及自媒體上經?？吹剑谧袷爻鞘薪煌ㄒ?guī)則和社會秩序上家長卻不如正在接受教育的孩子，事已至此，解決這一問題需要在學習科學家參與下設計“文化學習”。而對于學生，新的一輪課程改革以后接受教育的孩子們有效融入社會所需要的社會技能得到了訓練，但這還遠遠不夠，我們的課程中還需要對一些促進兒童社會性發(fā)展的教育和實踐增加一些新內容和設計一些新的學習環(huán)境。在日本，兒童通過學校間食和午餐活動等潛在課程，借助模仿、榜樣及協(xié)作活動，從中學會了自律和協(xié)調等社會性技能;通過上學和放學“過紅綠燈”和學校下午的自主性集體活動（如體育項目或各種綜合實踐活動），兒童們形成了守規(guī)則、助人、同情、援救、堅毅、分享、鼓勵、保護、給予、奉獻、安慰、合作、競爭、援助、鼓舞等等親社會行為。

因此，學校教育的目標如果是培養(yǎng)未來社會的公民，就要基于學習科學來創(chuàng)設適宜的學習環(huán)境，促進這些行為的發(fā)展和形成，這正是以設計學習環(huán)境為本的本手冊的專長所在。一句話，學習科學不但關心如何學，還關心學什么，也即研究如何設計教育的新內容?，F(xiàn)在，學習的新科學已經開發(fā)了上述這些知識和能力的學習方法，例如，嵌入特定社群文化，展開文化嵌入式學習[23]。所以學校教育要增加學習科學實證的有意義的教育內容和方法。

（五）學習從“概念獲得”到“活動參與”

如上所述，學習科學與眾多教育改革領域的不同之處就在于它不僅僅關注教學方法問題，還把重點置于學習或教學的內容，其中關注的焦點之一是科學知識本身。

本手冊著者們強調，當學校教學更加關注“深層知識”的學習或教學時，學生學到的知識更便于在新情境中應用和記憶。如何才能學到深層知識，學習科學家們進一步補充道：“學生如果參與到和學科專家工作類似日?；顒又?，他們就能學到更深層的知識”[24]。因此，教學就是重走學科專家的道路，以一種可理解的形式參與真實的學科實踐。他們像學科專家工作一樣來開展學習，像“協(xié)商表明、建構意義”的知識工作者一樣建構知識，而不是被動地接受科學研究的結論，這一學習才是真正學習。所以，學習不是基于知識傳輸論的概念獲得，而是基于建構主義的活動參與的發(fā)展，必須通過自我建構或參與建構的過程，才能真正成為自己的知識。

當然，學生并不具備專家一樣的能力。學習科學家所描述的“學生參與的真實實踐”意指與專家實踐相類似的、真實的、有意義的及符合學生思維發(fā)展的簡化版本。所以，學習科學研究的一個重要目標，就在于確認哪種實踐是適合學生參與和學習的，以及怎樣在不損失這種實踐專業(yè)性的前提下設計出適合學生年齡階段的學習環(huán)境。這一問題的解決對理解下面焦點問題具有幫助。

近幾年，關于芬蘭課程改革的新聞成為了輿論的焦點，大家議論的中心問題是芬蘭將改變現(xiàn)有單科課程為合科課程。這一觀點被擴展到了STEAM教育領域，被視作取消分科、建立綜合科的實踐典范。但事實是，這是一種大眾迷思。這一迷思是來自2015年3月21日英國《獨立報》發(fā)布的一篇題為《芬蘭學校：隨著國家的教育改革，科目將被拋棄，以“主題取而代之”》的報道。文中指出，芬蘭將拋棄傳統(tǒng)學科科目，后來由芬蘭的教育部長出面，親自做出糾正和否定，并且解釋了家長們對是否將取消閱讀、寫作、數(shù)學單科課程擔憂。

實際上，芬蘭課程與美國、日本、中國的課程一樣，只是強調了需要開展一些跨學科的綜合實踐活動而已。一個可能的解決方案是，各個學科學習之后，需要一個跨學科整合的活動，在一個主題下，統(tǒng)整相關的獨立的知識體系。也就是說，無論你如何強調跨學科學問，學習都是按照順序進行的。例如，在一個項目學習中，先學習太陽系、然后再學習光合作用、最后再學習力與運動。你不可能同時學習這些內容。很多研究證據證實了絕大多數(shù)有所成就的專家，他們首先是一個特定領域的專才，其次才是一位通才——視野寬廣知識淵博涉獵領域眾多的人。例如，上個世紀80-90年代心理學研究中一個重要的趨勢或主題詞就是“領域特有性”或“任務特有性”，任務特有性比領域特有性更加具有限定性?？茖W家為了解決本學科問題去尋找其他學科或相關研究方法，最后，這個方法在加入了本學科知識和背景之后，才創(chuàng)造出一種嶄新的知識。這一事實的重要啟示是，教師在了解這一結論和事實后，要有計劃合目的地在項目或工作坊學習中開展整合學習。所以綜合實踐活動課程非常必要，不能形同虛設。

在這個新視角中，科學知識是情境性的、實踐性的、通過協(xié)作產生的，不同的方法論和協(xié)商過程產生不同的知識。那么傳統(tǒng)科學課堂的講授以及菜單式的實驗操作就完全沒有考慮到科學知識的這些性質。以科學和工程學知識為例，為什么以獨自看錄制好的教學視頻或類似的傳播途徑傳遞的知識是惰性知識、無效知識呢？就是沒有考慮到上述科學知識的這一廣域視角。

因此，中小學的科學、物理、化學、生物等，大學的幾百門的理、工、農、醫(yī)學科等，這些以實驗為基礎的學科怎么可以通過獨自的看錄制好的教學視頻來學習呢？一些人基于錯誤的認識論認為，在一些不用開展實驗學科的學習中，自己或一些成人可以通過觀看教學視頻從中學習，這是因為該學習者已經具備了該學科知識體系使然，然而，以此進行推論、錯誤地認為中小學生或大學生也能夠從中獲益，這是一種大眾迷思。因為，處于學習過程中的學生，他們的認知系統(tǒng)還沒有建立起來完整的學科知識體系，在缺乏先有知識或圖式的引導性注意下，即使看過了教學視頻，他們也不會從中產生洞察和引發(fā)思考。對學生來說，學習需要引導，教師需要在這一過程中通過與學生的交談，時刻把握學生的思考狀況，進行注意性引導。

再者，來自長期的一線教學實踐表明，與非指導式的探究學習和簡單的聽取信息式學習相比，指導式探究方法會使學習更有效[25]。教學需要引導，需要一位先知者，這位先知就是教師，教師未必是權威，但他先知，他的工作是引導;學習需要相互啟發(fā)，啟發(fā)者就是同伴，同伴未必比你水平高，但他總有獨到之處，有你不知道的知識，這些角色不同的一群人聚集在一起學習，相互影響，使得我們在學習中走的更遠。這些結論有很多理論作支撐：知識的建構性特征、認知的分布性、情境性、學習的現(xiàn)象學特征、知識的社會屬性等等，還有維果斯基的文化中介理論、社會心理學的社會促進現(xiàn)象、教育心理學的社會動機理論，等等。正如本手冊第二章著者米歇爾和內森等人指出：“如果一個人認為學習是發(fā)生在一個獨立學習者的心中的精神過程，那么學習將會變得難以理解”，因為，學習不是個人頭腦中一組與外界無關的現(xiàn)象，而是與他人、周遭世界相互關聯(lián)的社會活動，是文化過程[26]。

總之，學習科學研究和越來越多的證據顯示，學習不僅僅發(fā)生在大腦里，還必須附帶著身體，經過全身心的體驗才能夠真正發(fā)生[27]。所以基于學習科學的學習環(huán)境設計要考慮到學生者的體驗。具身認知理論認為思考就是對物質世界的知覺的喚起和動態(tài)操作。所以，人們通常是在大腦中進行著真實世界活動的模擬，就像我們把數(shù)字2從等號左邊挪到等號的右邊一樣，此刻，你頭腦中有一雙眼睛注釋著數(shù)字2在移動——思考是一種被刪節(jié)的隱蔽在大腦中的行動[28]。可以說，在一個基于具身設計原則的環(huán)境中，學習者可以應用自然的身體本能和運動來研究物理、化學、生物、材料科學或者數(shù)學問題。本書著者們認為“所有的認知都植根于身體的經驗”[29]，人類只有借助身體才能思考，所以實際的體驗，對于科學、技術、工程、數(shù)學學習是不可或缺的。在手冊的第十八章中，著者利用了數(shù)學和科學概念的理解植根于身體的經驗的例子說明了“所有的認知都植根于身體的經驗”結論。所以，STEAM教育必須要區(qū)別于傳統(tǒng)課堂從抽象到抽象模式，要融人動手操作環(huán)節(jié)，設計實際操作的物件進行試驗或模型等工具操作活動，在實操活動的基礎上讓學生再進行思考，這樣才能提高學生的概念推理和思考能力。

同時，我們注意到，一些地區(qū)的學校“為了節(jié)約時間”把物理課中應該由學生開展實驗環(huán)節(jié)變成了老師在講臺上的演示實驗，更有甚者變成了看視頻或直接講實驗過程和結果，以實驗為基礎的物理課變成了閱瀆課，這有悖于上述學習科學的理念。到實驗室去動手制作一個模型，通過操作和模擬，完成真實的物理過程，這應該是開展STEAM教育的真實目的和改善目前學校教育中科學、技術、工程、數(shù)學教育陳舊方式的目標。

四、研究的新方法和新技術

因篇幅所限，以下只提及學習科學研究的新方法和新技術。從研究價值角度看，對于學習持有的不同信念使得研究者們采用相異的研究方法。至于本手冊的著者們，他們把可能的研究方法分為“因素研究”和“系統(tǒng)研究”兩大類。其中，因素研究對應于傳統(tǒng)的研究方法和技術;系統(tǒng)研究對應了近年來開發(fā)的新方法和新技術。

（一）因素研究：傳統(tǒng)的方法和技術

如果研究是為了探明一些因素是否影響學習以及影響的效果，那么，研究是在因素水平;另一方面，從近些年來研究主題變化來看，從中間的心理和認知層面逐漸向著兩級的神經科學和社會科學領域擴展，由此，所對應的研究方法也出現(xiàn)一些創(chuàng)新性的變化。例如，從早期采用的適合認知研究的詞匯觸接、反應時、實驗組設計、認知建模、眼動追蹤、姿態(tài)分析、刺激回憶法、發(fā)聲思維、案例分析、體內實驗及方案評估等方法或技術，發(fā)展到適合于神經科學研究的ERP和fMRI（功能性磁共振成像）技術。這些方法的基本假設是因素還原理論，它把重點放在一個復雜的學習環(huán)境的組成元素，其基本假設是學習或影響學習系統(tǒng)成分是可以分解和分析的，干預時又可以將這些得到實證因素合成發(fā)揮作用，因此也被稱為“因素還原論”。

因素研究常見于心理學領域，尤其是認知心理學，它強調在實驗室中操作單一因素，通過實驗檢驗最初的假設，由此檢驗該因素在統(tǒng)計上是否對學習具有影響。這種做法經常被情境主義者批判為在現(xiàn)實情況下不能發(fā)揮積極作用。而支持這一做法的研究者認為，剝離開干擾因素，能夠使我們對哪些起關鍵作用的要素進行辨識，因此它依然對理論具有價值、對現(xiàn)實具有意義。

（二）系統(tǒng)研究：教育數(shù)據挖掘和學習分析新技術

然而，現(xiàn)實中我們很難分離個別要素和單獨操作這一要素分析如何影響學習。例如，教師采用一種新技術開展教學，學生的學習效果很好，但研究者很難將新技術引發(fā)的學生興趣和技術的作用兩者剝離，確認究竟是哪一因素起到了決定性作用。所以，學習科學更應該研究發(fā)生在環(huán)境和文化之中的個體是如何學習的。為此，本手冊所介紹的這些新的研究方法，往往都是在實際的課堂、教育環(huán)境這些具體情境中，不分離干擾和關鍵要素并把影響研究對象的所有要素作為一個整體進行處理的研究方法。它包括社會性調查的民族志、田野研究、對話分析、個案研究、政策分析、學習分析、社會網絡分析法、基于案例的推理及設計研究方法。近年來隨著大數(shù)據、數(shù)據挖掘和知識發(fā)現(xiàn)技術的發(fā)展，能夠對情境中顯性的和潛在的要素進行分析的教育數(shù)據挖掘和學習分析受到學習科學家的高度關注。這些新的研究方法包括對結構進行挖掘，方法有聚類分析、因素分析、社會網絡分析以及領域結構挖掘;關系挖掘中一共有四種子類型，關聯(lián)規(guī)則挖掘、相關性挖掘、序列模式挖掘以及因果數(shù)據挖掘[30]。作為一種新的研究方法，教育數(shù)據挖掘和知識發(fā)現(xiàn)及學習分析技術對教育具有深遠影響。例如，PISA項目曾經調查過“與父親一起吃晚飯是否會影響學習成績？”等有趣的問題;另外，我們還可以調查和挖掘愛運動的學生是否成績都好？晚飯前寫作業(yè)的學生是否成績都高？親近大自然、熱愛探索森林的孩子是否會獲得好成績？等等，這些因素在現(xiàn)有的教育心理學研究或結論中都被排除在外，不做考慮。

另外，過去的教育心理學所建立起來的結論，多多少少都因為樣本的代表性差和數(shù)據量少而具有相當大的局限性。得益于可以對全樣本的數(shù)據進行收集和分析，大數(shù)據技術比傳統(tǒng)教育心理學中基于抽樣得出的結果進行預測具有更高的可靠性，它的預測能力與傳統(tǒng)統(tǒng)計學相比也有質的飛躍，由此得出的結果，可能顛覆以往教育心理學的很多結論，這對我們理解學與教的新知識進而接近其本質提供了新的洞察。

還有，“大數(shù)據”“數(shù)據挖掘和知識發(fā)現(xiàn)”，以及以此為基礎的“人工智能技術”為我們了解更多的與學習、教學及教育相關的潛在的和重要的因素發(fā)揮著不可替代的作用。借此，我們可以建立一個更加全面系統(tǒng)化模型來預測未來的學生可能的成績和發(fā)展方向。所以，這些技術將會在教育領域得到廣泛采用，這些方法屬于系統(tǒng)研究法。它是一種創(chuàng)新性的方法、嶄新的技術，它不是替代教師的代理，相反，它是教與學的輔具，為教師科學決策提供了最有力依據，為學生更好地學提供精準的支持。

（三）可對學習做細粒度分析的微觀發(fā)生法

如上所述，正是由于潛在的和顯性影響因素的共同作用，學習發(fā)生是一個復雜過程。也許就在你觀察學習者的那個時刻，學習卻沒有良好的表現(xiàn)，而之后卻有明顯變化。實際上，學習是一段時期內不斷積累的結果。另一方面，當你觀察時，你所觀察到的學習形式也許不是你所設想的樣子，它很可能是以不同形式呈現(xiàn)的。所以，學習還有各種形式。再者，學習也不是你觀察的那位被試一個人的事情，它是被試和教師及同伴的事情，因此還需要考慮主體間性。為此，維果斯基學派及其追隨者們創(chuàng)造了微觀發(fā)生法。

作為個體內細致變化的比較方法，本手冊介紹的微觀發(fā)生法非常具有科學價值，它能夠對一個長期的時間段內發(fā)生的現(xiàn)象進行細粒分析，并詳細地闡明學習發(fā)生過程。例如，通過“兒童如何一個一個地解決很多問題的詳細的、細粒的、微觀發(fā)生的信息”可以得出兒童在此過程中學習發(fā)生的機制[31]。這種方法是系統(tǒng)化方法的代表。主張利用系統(tǒng)化研究方法的學者認為，學習是嵌入式的，社會與文化背景對學習有深刻影響。支持這一觀點的不僅有維果斯基學派的理論家，它也備受皮亞杰學派和發(fā)展心理學家廣泛推崇。這是因為，微觀發(fā)生法可以使我們了解這些因素是如何在短期或長期即一定時間范圍內一步一步地影響學習并發(fā)揮著什么樣的作用，這可以大大提高我們洞悉學習發(fā)生的機制和真實的變化過程，以及影響因素是如何發(fā)揮作用的機會，從而為設計有效的學習環(huán)境提供堅實的基礎。當然，現(xiàn)行的微發(fā)生法也有局限性，比如，如果增加樣本，增加被試解決問題數(shù)量，分析就耗費大量精力，傳統(tǒng)的分析方法就顯得力不從心。但上述教育數(shù)據挖掘這種具有前景的新技術給這個問題的解決帶來了可能。當學習者與教育軟件進行交互的時候，他們每一刻的交互都能被記錄下來，形成了他們學習的微觀發(fā)生記錄。教育數(shù)據挖掘方法能夠對大量學習者的學習過程進行詳細的分析，但是只有學習是以計算機軟件為中介的情況才行。如，疫情期間，當使用不同工具時，這些工具是如何促進大學生在線討論發(fā)生的機制研究。這是未來很有前途的研究領域，也是筆者推薦這種方法的緣由之一。

五、用設計創(chuàng)造未來教育

我們對未來的預測能力仰賴于人類特有的因果推理能力，這種能力源于我們人類知識共同體中相關知識和思考社會變遷背后暗含的因果機制，就教育來說，這一長期機制就是不同歷史時期都在有效發(fā)揮作用的因果關系。所以對未來教育的預測，就要從了解人類最初為了生存而開展的教與學活動開始，直至今天仍在學校中保留下來的要素，這些要素我們通常把它叫做傳統(tǒng)，并在發(fā)揮著積極作用。

偉大的心理學家維果斯基在將近100年前受馬克思的思想影響提出了“人的心智起源于社會”的理論學說[32]，這一論斷為我們未來應該設計一個什么樣的學校和課堂指明了方向。

維果斯基的洞察力過人之處就在于他從起源的視角出發(fā)，將人的心智功能分為低層次的和高層次的，其中低層的是作為生物遺傳帶來的不受文化所影響的，而較高層的心智功能則是人類所獨有的，是社會性的，比如像語言和思考[33]。這些認知能力的最初形成，是在人和人聚集在一起共同作業(yè)由此而形成的勞動分工和社會關系之中，在相互交往中所產生的。

比如，遠古人類為生存下來需要獵食，要獵殺比自己大很多的動物就需要很多人的參與，需要群體共同作業(yè)，需要分工和合作，狩獵時一些高度復雜和步調一致等細致分工合作則是人類所獨有的。人類學家約翰·斯佩思曾經描述過冰河期末北美西部人類群體狩獵牛群的行為。這些古人為了把牛群引誘到設置好的陷阱地點，有時需要行走很遠的路程，而且，陷阱有很多種類，有自然的，比如懸崖，也有人為建造的圍欄或坑洞等。這些活動都需要一些出色的技能，需要精心的規(guī)劃和密切配合，也需要一位熟悉牛群的部落智者——薩滿帶領。薩滿有多年實踐經驗積累的專業(yè)知識，懂得誘使牛群往需要的方向前行。獵人們在埋藏陷阱的地點等待著適當時機然后下手，就這樣，整個狩獵過程都經過了周密安排。獵殺到牛后，吃剩下的肉要切割保存，以備后日食用，這也是一項復雜、浩大的工程，那么多被獵殺的牛，需要群體全員參與、各司其職、通力合作才能辦到[34]。

在這一故事當中我們看到，在人類早期由于這種集體成員通力合作、認知勞動分工，逐漸形成了每一位成員自己獨到的專長。比如，用長矛技術、生火知識、屠宰技能、誘使牛群掉進陷阱知識和技巧、甚至是薩滿制定整個狩獵計劃。成員不必掌握他人的本領，做好自己份內的事就行，一旦認知勞動分工合適，群體效率和能力就會巨增。這個故事告訴我們心智的一項關鍵特征，心理學家斯洛曼說：“心智的進化不是單憑個人坐在桌前設法解決問題，而是有賴于群體內所有成員的相互合作”[35]。我可以不必記憶長矛的制作方法，他也可以不知道陷阱是怎么搭建的，另一個人也可以不懂如何思考屠宰的知識，其他人也沒有必要學習鉆木取火技術。這些知識、技術及技巧分別記憶在別人身體和頭腦中，只是進行思考時我們需要通過對話，要么與他人共同思考，要么學習他人知識進行思考。由此，我們看到，思考在進化時也相互依存，與別人的思考共同運行。我們生活的世界太過復雜，需要太多的知識來理解世界和解決問題，但這些知識大部分都不在我們自己的頭腦中，思考時我們必須借用別人的思考，這樣我們才能解決問題，這就是人類長期進化所形成的大腦和身體的特征。我們的學習也離不開我們的進化得到的這個大腦和身體，我們在解決問題時（無論是生活中的還是學科中的問題）進行思考要仰賴別人的思考，我們的教學也離不開老師和同學的思考和幫助。這就是維果斯基所說的“心智是社會性的”含義。

所以，教育是一項社會活動，教學是人與人的交往過程，而學習是一種文化實踐?！吧鐣浴边@一用語框定了“大家在一起”這一層涵義，大家在一起才出現(xiàn)了語言、思考和學習。所以學習也好，思考也好，不能獨立。一個人坐在家里看視頻那不是學習，大家在一起借助語言進行交流學習才能發(fā)生，這是我們認知特征所決定的。所以，學校和課堂是未來教育不可或缺的重要組成部分。

如上所述，是人類的社會活動（比如合作）形成了我們的智慧或認知，人類也學會了利用導致結果的原因進行判斷，令人類延續(xù)至今。所以，人類的思考未必是計算性的（基于統(tǒng)計的相關關系等），相反，人類是基于社會規(guī)范和形成的文化習俗而建立的因果關系所構成的常識進行思考的。正因為合作關系，伙伴們可以相互知道對方都知道些什么，知道自己所知和對方的差異，大家專注一件事情和共享一個目標。由于歷史足夠長，這種共享逐漸進化成為共同的意向，并印刻在我們的基因里，于是我們有了只有人類才具有的這些基本才能，這種能力是長期演化的結果，是教和學的必備條件。而到目前為止，人類還不知道該如何編寫程序讓計算機也具備這種能夠表現(xiàn)出主體間性的智能，計算機不具備揣測他人意圖的意識能力，不具有像人類一樣具有的共同意向性，計算機不可能像教師和伙伴一樣與我們“共同學習”，計算機不能取代我們的教師，也不能取代我們的學習伙伴，未來學校離不開人類教師和學習的伙伴。

上述論證的事實現(xiàn)在已經被發(fā)展成了創(chuàng)造“未來的學校教育”的基礎。斯坦福大學設計學院設計的《開環(huán)大學（Open-loop University）》就是一個典型案例。開環(huán)大學對入學年齡沒有任何限制，無論你是天才少年還是經驗豐富職場中的中年，甚至是退休的老人都可以入學。不同經驗的人聚集在一起，自定步調，完成各階段的學習，這些學生在導師帶領和同伴陪伴下，在學習了如何獲得深層專業(yè)知識后，學生將知識轉化到幾個實際應用活動中，開展“有使命的學習（Purpose Learning）”。比如，為生活在南亞地區(qū)的每個人提供清潔水源。為了使學生帶有使命地學習，斯坦福大學在世界各地建立了一系列“影響實驗室”，在這些實驗室里，師生們一起通過浸潤式學習和討論，應對全球性的問題和挑戰(zhàn)。在實踐學習活動結束，這些學生返回校園后，往往都會選擇和自己所關切的問題密切相關的研究領域。因為在“影響實驗室”做研究時，學生們體會了自然環(huán)境、社會環(huán)境中實際存在的問題，直面全球的困境，所以他們在以后的學習中使命感更強、目標更明確、學習動力更強勁[36]?？梢哉f，開環(huán)大學的設計符合了上述學習科學提到所有理論和設計原則。

所以這才是未來教育真正的模樣。讓人感到驚訝的是，設計這一學習環(huán)境的人是斯坦福大學設計學院的學者。所以作為教育和教學改革者，不但要具有領域特有的知識，還應該具備一點設計科學的知識，這就是本手冊奉獻給各位教師、教育研究者、管理者、政策制定者、專業(yè)人員、特別是教育企業(yè)家最有意義的提示。我們堅信，基于學習科學的教育改革才是教育改革的一條務實和正確的康莊大道。

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作者簡介：

徐曉東：教授，博士，博士生導師，研究方向為學習科學（xuxd@scnu.edu.cn）。

收稿日期：2020年2月20日 責任編輯：邢西深