剑桥学习科学手册(第一、二部分)

关键思想——知识建构与学习文化
学习过程中在已有的心智实 体和以微妙方式脱离意识控 制而出视的新心智实体之间 建立联系的有意实践。
建构主义
把注意力集中在社会境脉如 何提供机会帮助学习者对正 在学习的知识建立连结。
Logo微世界与建构组件
提供课本或课堂无法接触到的 观点和现象；提供对学生的互 动和操作进行反馈的环境；互 动中学习者主动建构知识；作 为建构主义学习环境的原型。 乐高组件玩具与Logo程序设 计语言结合在一起（马达、传
建构主义
感器和控制语言的乐高玩具砖
块），创造出了用计算技术增 强的建构组件，能让儿童探索
工程和建筑设计。
学习导向的软件设计—— 一种建构主义学习环境
目的
帮助低年级的学生学习分数
教学软件 设计项目
实践
01 02 03 04 01 02 03
学生在笔记本上写下软件和教学的设计方案
在班上讨论分数的表征形式
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 以产生式规则集的形式展现学生的能力 在问题——解决的情境中提供指导 在问题解决之前传达目标结构 促进对问题解决知识的正确、总体的理解 将学习外部的工作记忆负荷减弱到最低程度 对与预期绩效模型相关的错误提供即时反馈 表征学生的多种策略和典型迷失概念 跟踪问题解决步骤，提供即时个别化帮助 监控问题解决活动获得产生式规则的过程
剑桥学习科学手册
THE CAMBRIDGE HANDBOOK OF THE LEARNING SCIENCES
1
这是一本什么类型的书？ 这本书到底在谈些什么？ 这本书说得有道理吗？
？
2 3 4
这本书跟我有什么关系？
构成要素
一、起源 二、发展
具体内容
1991年，以第一次国际会议的举办和《学习科学期刊》的创刊为标志。 （1）认知科学角度研究意识的高级心理现象（知觉、记忆、推理······）； （2）认知神经科学视角研究脑是如何实现认知活动的（自我意识、思维 想象、语言）。 思维的变化：学习就是新手变为专家的过程。 认知科学、教育心理学、计算机科学、人类学、社会学、信息科学、神 （1）为了更好地理解认知过程和社会化过程以产生最有效的学习；
后者：强调一般化的知识，拓展了实践的应用范围。
认知学徒制的框架
内容
知识类型 领域知识 启发式策略
方法
展的方法 示范、辅导 脚手架
顺序
安排学习活动 顺序的关键 增加复杂性 增加多样性
社会学
学习环境的社 会特征 情景化学习 实践共同体
专家技能需要的 促进专家技能发
控制策略 学习策略
表达、反思 探索
全局到局部技能 ······
6
突出关键因素， 思考优秀绩效产
构造任务，诊断
不足
生的原因并提高
认知导师
——技术将学习科学带进课堂
1
认知 导师
是什么？ 做什么？ 为什么？
2 3 4
怎么做？
认知导师是什么？
认知导师是围绕学生当前所学知识 的认知模型而建构的智能导师系统。
表征了学习者在其感兴趣的领域中的思维和认
知，也包括对早期学习者的各种策略和迷思概 念的表征，这些迷失概念是从新手到专家转变
当学生学习深层知识并且能清楚在真实 世界和实际情况中如何运用这些知识时，知 识才会在学生头脑中保持的更持久，他们也 能够将这些知识运用到更广泛的情境中。
“情境性”是指知识并非是学习者
头脑中静态的智力结构，而是一个包 括人、工具、环境中的其他人以及运 用知识的活动内在的认知过程。
深层学习&传统课堂实践
内部动机 合作
认知学徒制研究中的主题
情景化学习
1
关注完成任务 关注执行任务所 需的潜在能力
共同体实践
2
成为核心成员
不同人聚在一起 从事不同的活动
学习者共同体
3
提高机体知识并
以此带动个体知 识的增长
脚手架
4
活动的支持系统
表达
5
提炼知识，表达 出来，促进迁移
反思（三种形式）
了解对话的过程，即知识产生的过程； 将陈述性知识和程序性知识视为静态知识， 能够批判地检查论据的逻辑性 认为这些知识只来自于权威著作 要求学习者反思其理解及学习的过程
仅仅记忆知识，没有对目的和学习策略等 进行反思
学习科学的基础
科学知识是情境性的、实 践性的、通过协作产生的。 解释学生通过听教师讲授和阅 读课本不能深刻学习的原因。
为什么用认知导师？
监控学生的学习，并且选择问题 监控学生行为表现，并且
当个体学生需要时提供特
定情境的指导。
认知导师 做中学
解决的活动，这些活动涉及学生 个体能力范围内的知识目标。
A
提高学生动机
创设情境有趣、可感、联系实际 学生倾向做中学，互动、反馈 提供帮助、反复联系、出错率低
B C
认知导师怎么做？
知识 有关世界的事实以及问题解决的程序的集合 学校 传授陈述性知识和程序性知识 教师 把陈述性知识和程序性知识传授给学生
教学 专家研究决定，不根据学生实际情况（讲授） 技巧、学习过程、注重反思
评价 测试学生获得了多少陈述性和程序性知识
教育的目的&知识的性质
教授旨在促进智力发展的深层知识 知识是情境性的
邀请部分目标用户以获得反馈 在教师的引导下对软件试用进行评论 编程活动安排在教室而不是计算机实验室 将程序设计学习与其他学科内容整合 要求用程序创造有意义的人工制品
创新
认知学徒制
认知学徒制
认知学徒制主要针对教学过程，这一 过程中专家通常是处理复杂任务的。
强调内容
“认知”强调关注认知技能和认知 过程，而不是现实技能和过程。
景下发生的，学生进入
课堂时，是带着对现实
学习是如 何发生的
世界各种各样的半成型 的观点和迷思概念。
原有知识的利用
学习中的过程
提供支持来促进学习者 有效地学习、意义建构。
脚手架
学习的正常过程始于 较为具体的信息，进 而逐渐变得较为抽象。
建构
促进更好 的学习
反思
外化和 表达
当学习者外化并表达 自己正在形成的知识 时，学习效果会更好。
设计认知学徒制是用来外显化认知过程（内部思维过程），便于观察、参与、实践。
传统学徒制&认知学徒制
强调知识必须用来解决现实生活中的问题
共同点
既关注专家过程又关注情境学习
前者：任务和问题的解决源于工作需要，教学领域有限；
不同点
后者：为了说明特定技术和方法的功能，应用于多情境。
前者：强调在应用境脉中教授技能；
建构主义 学科知识研究 认知科学
融合了心理活动实验研究 认知行为是在一个由工具、 机器、合作者、伙伴等组 成的复杂环境中发生的。
社会文化研究
教育技术学
与计算机建模的综合学科。
计算机的可视化功能和处理
能力能够支持深层学习行为。
认知科学
认知科学中许多关键的概念已经成为学习科学的中心概念。
表征
专家 反思
历史溯源——Logo程序设计语言
相关要素
优势
具体内容
Logo语言学习能确保学习的不仅仅是编程，还能让儿童学会自己思考和
学习，以及用全新的方法学习数学和科学。
学习者与计算机的互动方式——可视化；
特点
Logo的小海龟能够作为正规数学的首选替代物来帮助儿童学习数学； 可以帮助儿童学会学习、学会思考，或者说反思或元认知。
① 是个人取向的，学习目标的设定取决于个体本身 非正式学习 ② 助长传统主义，年长者地位最高 ③ 情感和智力融合，情感的参与和认知投入紧密结合在一起
整合正式学习和非正式学习的设计
利用学习科学来创建学习环境，并研究这些学习环境 设计的效果如何推动理论的发展。
适应性专门知识
支持持续学习、即兴创作 和自主扩充的专业知识
目录
CONTENTS 基础理论 方法论 知识的本质
1 2 5
4 6
可视化知识
共同学习 学习环境
3
A
学习任务
导言（第一章） 基础理论（第二章至第七章）
B
C
方法论（第八章至第十三章）
导言——学习的新科学
知识经济时代
——教授主义out 维度 教授主义 知识社会
整合的、可用的、情景化、可迁移 关注学生的学习环境、重视实践 创设符合教学的情境，启发学生思考 基于学习者已有知识经验、关注教学 知识的迁移应用，解决实际问题
智力活动是基于表征的；表征是指概念、信念、事实、模式等知识结构。
专家（熟练者）的专门知识是基于丰富的表征结构、丰富 的程序性知识和计划、即时应用计划、反省的能力。
学习就是通过使新手掌握专家那样的反思能力。 取决于人的心理所具有的问题空间表征；
问题解决
思维
问题解决被看作是在问题空间中进行搜
索，直到达到目标状态的过程。
认知科学的发现
在新旧知识、概念、经验间建立联系
教授主义
没有在课程材料与原有知识之间建立联系
将知识归纳到相关的概念系统中
要求学习者寻找模式和基本原理 评价新的想法并能与结论联系起来
将课程材料视为不连贯的知识碎片
记忆陈述性知识和程序性知识，却不理解 为什么要这么做，也不知道怎么做 遇到不同于课本中所讲述的问题时，不知 如何解答
设计原则
认知模型
建立新的学习科学。
人员类型
教师
家长
在课堂教学中更有效率
对学校教育有全方面的了解
学习后的转变
管理者
决策者 技术人员
引导学校教育走向21世纪
理解当前的课程、教师培训项目、标准化测试，并展望未来 明白为何有许多人在科学、技术、国际关系、经济以及其他基于知识的 学科方面信息如此匮乏
教育研究者 发现自身的研究与学习科学的关系，了解如何参与到未来学校的建设中
儿童思维和成年人思维存在区别。
学习中的过程
在一个学习环境中正在发生什么。
焦点
学习环境是如何提高学生的学习绩效的。
学习是如何发生的？
问题
不同的学习环境是怎样对学习产生影响的？
我们应当怎样改进学习环境来促进学习？
学习中的过程
学习总是在原有知识背
从新手到专家的转变
新手是怎样思考的，
有哪些迷思概念？ 设计课程，通过有效途径 将迷思概念转为专家概念。
建构主义
建构主义
相关要素
定义
具体内容
建构主义是一种关于知识和学习的理论，强调学习者的主动性，认为学习 是学习者基于原有的知识经验生成意义、建构理解的过程，而这一过程常 常是在社会文化互动中完成的。
将学习视为任何情境下建构知识的过程；有意识的建构时学习更容易发生；
属性
关注知识在个人和社会层面相互联系的本质，注重发现学习； 以一种分布式的视角审视教学，强调师生、生生间的互动。
01
资源丰富的环境（复杂环境）有助于大脑皮层神经元的发展 严格的学习关键期假设不存在，其依赖于时间和经验
神经束扮演了一个影响后续处理的过滤器角色
02
03 04 05
神经可塑性——婴儿能自然地从自然语言情境中学习
镜像神经元的发现强调了模仿学习的重要性
正式学习&非正式学习
学习分类
正式学习
特点/特征
① 信奉普适的行为价值、准则和标准 ② 教育和学习的主要媒体是语言 ③ 教和学的发生脱离境脉
三、研究领域 经科学、教育学、设计研究、教学设计及其他领域。
四、研究目标 （2）为了用学习科学的知识来重新设计我们的课堂和其他学习环境。 五、概念界定 新科学；为未来学校绘制发展蓝图。
研究多种情境下的学习（正式学习与非正式学习）；多学科、跨学科的
本书目的：通过展示不同的人设计学习环境和课堂的方式，来
如何支持学生进行有效的教育反思。
跨学科的学习科学的基础和机遇
三条研究主线 非正式学习 内隐学习与大脑 正式学习
达成一个完整、 一致的对话
有效学习？
内隐学习与大脑
内隐学习是认知心理学的一个重要概念，指 的是在不知不觉中获得某种知识，学习了某
种规则。而这种学习的效果可以通过某种测
试表现出来，但是意识层面却无法觉知这种 规则，不能外显的把这种规则说出来。
适应性专长
引导创新或发明过程 熟练的流程获得效率
走向协同的学习科学
未来的学习科学将整合神 经和行为层面的学习，并
超越个人的研究
01
势必会导致内隐学习、非
正式学习和正式学习活动 及其成果的整合。
02
情感在学习中的作用
扩展“学到了什么”这一概念
03
Βιβλιοθήκη Baidu
学习科学具有生态学、情境化以及越来越多的文化取向特点。
Implicit Learning
内隐学习
内隐学习与大脑
认 知 神 经 科 学 纳 入 学 习 科 学 的 原 因
01 02 03
揭示学习的内在机制和生理基础，加深了我们对学习产生的认识
检测大脑活动的新技术揭示记忆与学习的脑机制
对理解学习的个体差异提供帮助
内隐学习与大脑
脑 科 学 发 现 及 其 意 义
过程轨迹中的一个阶段。
认知导师能做什么？
用领域知识解决问题并且进行推理；
了解学生的典型迷思概念、相关的非正 式知识和学习轨迹；
逐步跟踪学生的推理过程，并且熟悉学 生何时何地暴露出对知识或理解的缺乏； 当学生需要时，结合情境给他们提供适 当的脚手架、反馈和帮助； 对学生进行持续的需求评价，并在其个 别需求的基础上开展教学。