论面向理解的学习与教学设计

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[摘 要] 对人类理解的探究,在人类思想的发展史上从未中断过。而随着心理学以及教育学的深入发展,该主题于20世纪中后期逐渐成为一个引人关注的研究课题。从20世纪90年代开始,表征观与实作观成为了分析学习活动中理解内涵的两种对峙思想。从学习科学的视野出发,将这两种思想整合起来,以实证方法探究学习活动中更加细微的理解特征以及相应的教学设计策略,成为了本研究的主要方向。

[关键词] 理解;学习科学;表征观;实作观;设计研究法

[中图分类号] G40-057 [文献标识码] A [文章编号] 1672―0008(2010)01―0008―05

一、引言

在教育学的理论与实践视野中,理解的重要性一直都没有被忽略过。如中国古代教育典籍《学记》中所谓的“离经辨志”、“知类通达”等就蕴涵了“理解”的原初精神。对于西方思想界而言,古希腊哲人所孕育的理性精神之追求,奠定了西方哲学、文化、教育的整体发展基因,并由此自然铺陈出了“理解性学习与教学”的思想雏形[1]。即使是被称作“黑暗时期”的中世纪,也没有中断由理性精神所滋养的“理解性学习与教学”的发展脉络,这从施莱依马赫等神学家所创建的以获致神学真义为目标的解释学体系就可见一斑[2]。直至近代,“泛智论者”夸美纽斯、“经验论者”卢梭等诸多启蒙思想家,都强调在教育活动中培养受教育者的那种“能逸出感官经验范围的理解与理性”,要让受教育者享受“理性的欢娱”,并成为能超越感官支配的“理性的、有德行的、完美的人[3]”。

这一深刻的思想路径在19世纪的教育心理学化运动的影响下,获得了全面的精致,如赫尔巴特以统觉概念来解释人的认识过程,并以此构成了围绕统觉团生成的教学论框架。教育思想界需要关注的一个重要历史跨接就是,欧洲的结构主义哲学与教育体系,实质上与赫尔巴特的思想传统有着千丝万缕的联系。皮亚杰、布鲁纳、奥苏伯尔等20世纪中期声名显赫的学者,正是继承了赫尔巴特思想精粹的结构主义心理学家和教育学家。在他们的视野中,统觉团被认知结构所取代,统觉的过程被更加精细的认识机制(同化、顺应、平衡)所刻画,一种兼具哲学和心理学韵味的隐性“理解观”轮廓初现。

随着泰勒、布鲁姆、马杰等人的教育目标分类学工作的展开,教育领域逐渐把“理解”确定为一个重要的学习目标,由此,这一长期浸淫于西方思想深处的语汇终于在教育领域中获得了明晰化、显性化的表达,终成一个供学术界谈论的主题而脱颖而出。美国哈佛大学教育研究院于20世纪90年代展开的“面向理解的学习与教学”(Learning and Teaching for Understanding,简称LTFU)项目,更是将这一明晰的主题推进到了世界教育研究的最前沿[4]。在哈佛认知学派①的影响下,从上个世纪末期开始,国际上越来越多的研究者开始把研究目光投向这一主题。影响比较大的有英国教育学家D.P.牛顿[5]、澳大利亚学者G.S.海尔福德[6]、美国数学教育研究者群体(芬内玛、荣伯格等)[7]等所展开的研究工作。

实质上,围绕这一主题的大量研究的纷至沓来,受到了哈佛大学柏金斯(Perkins)教授如下的一个颇具意味的评价:“‘面向理解的学习与教学’的概念在提出之后突然受到如此之大的关注,这本身就是一个颇具研究意义的课题”[8]。其实,在很多研究者看来,理论研究的关注恰好反衬出现实实践的失落。美国、英国、加拿大、澳大利亚等国的研究者都普遍认识到,各自国家的教育实践中仍旧过分强调信息的复述记忆、技能的机械练习,教学过程普遍地忽视理解[9],这种状况其实与我国的教育现实境况也颇为相似。所以,维托・贝龙教授指出,“理解,这个学校教育中最重要的教育目标,却在理念上的关注和实质上的冷落之间发生着紧张的对峙……对于理解及其教育意义本身,我们应给予更加深入的内涵探究”[10]。

综上,笔者的研究思路是,运用设计研究法这一学习与教学的全新研究方法,以中国本土的教育实践为着眼点,对理解性学习的更加精细的特征及其教学设计策略进行实证性探究及构建,在国外已有研究的基础上尝试做一些创新性探索。

二、已有研究的述评

1.理解性学习的表征观与实作观

总体而言,对理解性学习的内涵,国际上存在两种不同的探究脉络:一是理解性学习的表征观(representational view of understanding),另一则是理解性学习的实作观(performance view of understanding)。

比较地看,表征观的提出者多为专业性的认知科学家,他们更加关注理解的心理学机制(psychological mechanism),并用诸如“心智模型”、“心理表征”等专业的心理学语汇去描述理解的心理过程及其特征,而对理论在教育实践中的应用并不关注。例如,海尔福德在其《儿童的理解:心智模型的发展》一书中,就向我们极其详尽地展示了一个有关理解的认知发展与认知特征的理论模型。在这些认知心理学家看来,理解的变化,就意味着学习者的认知结构、心智模型的变化,而揭示这些变化的特征、过程与机制,才是他们应循之科学正途[11]。

与之相对应,实作观的提出者更具学习科学与教学设计领域的基因与背景,他们更关注如何改进学生的真实性实作能力,如何使学生在真实情境中获得绩效(performance)的发展。在他们看来,研究理解性学习的内涵,不能仅仅从纯粹认知科学的视角展开,而应以实践上可以测量、可以评价的语言对其进行描述,以便为教育实践提供可资评价、参照的行动框架。因此,后一类学者的关注重点其实不是理解的心理学机理,而是学习者依凭理解所表现出来的实践绩效及相应的教学设计策略。因此,哈佛大学的加德纳、柏金斯等学者所走的正是实作观之路径,他们的工作中心就是围绕理解性实作(understanding performance)的内涵特征构建相关的教学设计的策略框架,很显然,这一研究传统更加指向理论支撑下的教育实践的改善。

2.表征观与实作观――描述性理论与处方性理论

如果按照美国著名学者赖格卢斯(Reigeluth,1999)所提出的两种理论范式的观点[12],理解的表征观应当归属于描述性理论(descriptive theory)的范畴,它试图揭示理解发生的因果机制,阐明理解及其学习的原理是什么;理解的实作观则更偏向于处方式理论(prescriptive theory),它是设计导向的,它通过对理解的外在实作表现的描述,着力为教学实践提供处方式的指导纲要。

从今天的学习科学的发展前沿来看,在设计实践中把描述性理论与处方性理论整合起来,彰显彼此的理论特征、生成彼此的内涵合力,从而真正有效地解决教育理论与实践中的问题,表征了学习科学与教学设计走向统合的整体趋向。既阐明学习的机理,又在对机理的洞察基础上,展开相应的教学设计实验,后又复归到对学习机理的洞察……凡此往复,通过多次解释、设计、检验之过程,最终获得具备实践情境敏感性的学习机制描述与教学设计方略之整合性素材包(integrated material package),构成了今天的学习科学研究的基本行动取向。

由此,突破传统的表征观与实作观各偏一隅的内在缺陷,从学习科学研究的主流传统中汲取思想和方法的精华,融合表征观与实作观的内在思想脉络,在一种统合、关联的框架中研究理解性学习的机制本质及其设计对策,构成了本研究的基本出发点。

三、研究方法

1.设计研究法――学习科学研究的基本方法

设计研究法(design-based research method)是学习科学研究的基本方法,它顺应了学习科学的核心研究取向――对学习机制、教学设计策略及其两者的内在互嵌性之整合性探究。由此,在本研究中,设计研究法的应用精神体现为,在设计面向理解的教学之同时,去研究学习活动中的理解的本质、特征,而在对理解的洞察逐步深化、完善的基础上,去修正、改进已有的教学方法、教学活动、教学评价等教学对策。因此,本研究所采取的设计研究法,试图在理论探究与实践设计之间构筑联系的桥梁,使得设计、理论、问题以及真实自然情境等要素在彼此交易的过程中,获得开放的、动态的融合与完善[13]。

2.研究设计――案例学校选择与研究方案构作

本研究选择了上海市两所普通初级中学的各一个初一班级作为案例研究对象,这两个学校在全上海市处于中游水平,而所选班级在各自所在学校也处于中等水平。因此,所选的案例班级学生能够代表一般学生的基本能力状态。

本研究以“对称”作为案例班级学生学习的内容主题,原因在于该主题不但饶有趣味,能调动学生的学习兴趣,而且以数学知识为核心,同时包容科学、艺术、生活等多方面的文化内涵,并兼具美学、辨证法等思想意韵。因此,丰富的文化弹性与内涵张力使得该主题是一个颇具探究与学习价值的概念主题。目的是分析学生在对称概念学习过程中的理解之特征,同时在实践过程中,不断反思、修正、提炼促进学生理解的教学设计策略。因此,采取的是一种扎根式的研究(grounded research),即深入研究现场提取一手的研究素材展开分析,并将分析的结果再次返回并影响教育实践。

在与案例班级教师的多次研讨之后,研究者设计了一个有关对称概念学习的四阶段进程设计,即,准备及初步介入阶段、主题导入阶段、主题深入理解阶段与主题拓展理解阶段,力图使学生呈现出一种对“对称”概念的延展性、动态性、辐射性的理解过程。在教学方法上,我们力图让案例班级的教师领会理解性学习的实作观的基本思想,鼓励教师多采取让学生动手操作的教学方法,通过实作和讲解的结合,促进学生的理解不断发展。每次教学课结束之后,研究者与案例班级的教师立即进行课后研讨,分析课程内容设计及教学方法上的优劣特征,并在对学生的理解进行深入分析之后,重新思考与设计后继的教学方案。总之,研究力图贯彻设计研究的精髓――反思、分析与设计的互动与融合。

3.数据资料的搜集方法

设计研究法是一种对研究进行设计的基本方法,而不是具体的数据资料的搜集方法,因此,设计研究的展开还需要通过多种具体的数据搜集方法来给予支撑。在研究中,笔者采取了如下三种数据资料的搜集方法:第一是观察法,主要是对课堂教学的真实现场进行实际观察,并作田野笔记(field notes);第二是访谈法,即对相关的学生、教师进行访谈,以了解访谈对象的理解状况、观念感受等;第三是作业分析法,即对学生的工作单(课堂上边做边学习概念,即“worksheet”)、课后作业(学生回家后完成的作业)等进行研究者小组的集体分析,以洞察学生的理解状况与特征机制。

四、研究结果与分析

本研究历时一年半,获得了较为丰富的一手实证性素材,限于篇幅,笔者试就主要的研究结果(即从理解性学习的机制特征与教学设计的策略等相互融合的两个方面)进行呈现与分析。

1.学生理解发展的阶段性(EFSC模型)及教学设计策略

研究表明,学生的概念理解经历了从低到高的四个发展阶段,即:经验性理解(experiential understanding)、形式化理解(formal understanding)、结构化理解(structural understanding)与文化性理解(cultural understanding)。学生最初获得的理解就是经验性理解,这种理解生长于学生大量的已有经验基础之上,因此最牢固、最易达到且最具个体性。但是,经验性理解虽然是理解发展的基础,但由于打上了个人经验的烙印,因此也具有易错性特征。这可通过如下的事例表现出来,即,在实验初期的导入课上,大部分学生都不认为“三叶吊扇”、“正五角星”等具有对称性(实际上具有旋转对称性),而只相信具有左右对称性的物体才是对称的。这正是经验性理解的经验易错性之反映。形式化理解是指对单个概念的形式化表达背后的本质内涵之把握。对比性的实验也证实,让学生一边进行“旋转变换”这一概念的操作性练习(如以点O为旋转中心,对点A作旋转变换60度,做出旋转后的点A’,且教师不断给予各种脚手架支持),一边学习概念的形式化表述,其达到的理解效果要比纯语言表述好得多。这其实也说明,形式化理解是建立在充分的经验性理解的基础上的,结构化理解是对几个形式化概念之间关系的实质性把握。

实验表明,大部分学生很难达到结构化理解阶段。这是因为,结构化理解达成的先决条件是学生要对构成结构的单个概念达到形式化理解,且需要在更高的抽象度上对概念间的关系进行思维运作。比如,要准确且深刻地理解反射对称与旋转对称之间的关系,其实就要深刻把握对称、反射对称、旋转对称、反射变换、旋转变换等多个概念的本质。而正是在这些复杂关系结构的把握上,学生常常会出现思维上的混淆与错误。文化性理解是最高层次的理解,但其实也内蕴于前述的三个阶段之中。一方面,当学习者能超越结构性理解,从多个学科、多个视角审视对称的内涵与意义时,文化性理解其实就逐渐发生了。而另一方面,知识与理解本身就是人类文化的反映,因此,当学习者经历各种理解的阶段,不断达到理解状态的丰满时,其文化性理解也在获得逐步的达成。

从教学设计的角度而言,本研究在探究学生理解发展的阶段性特征的同时,也在试图构建与提炼有效的教学设计策略。主要的结论有两个方面:

一是概念学习的整体课程设计应体现认知发展的阶段深入性。本实验的课程设计思路是,从导入课开始(强调激发学生的已有经验),进入到各个对称概念的学习(先学习反射对称,而后学习旋转对称,旨在达到单个概念的形式化理解),随后进入深入理解阶段(强调概念间的综合,以对称性质的综合性学习来整合多个概念之间的联系,旨在推动学生达到概念间的结构化理解),最后是主题拓展性理解阶段(引入各种研究性学习主题,如建筑与对称、分形与对称、艺术与对称、对称与运动等,使学生在已有理解的基础上,领悟对称所内蕴的文化内涵,达到文化性理解)。

二是强调具体课程推进过程中的往复性课程设计。课程与教学的设计是在对学习与教学的实践进行分析的基础上所展开的校准性设计( aligned design),这体现了设计研究法的精神实质。例如,在课程推进的第二阶段(单个对称概念的形式化理解阶段),研究者发现,很多学生在先期的经验性理解基础上,还是无法清晰准确地理解“对称本质上是作为图形本身所拥有的性质”。经过工作单分析、作业分析和访谈分析,研究者探明,学生是因为在“作为一种动作的变换和作为一种属性的对称”上产生了观念上的混淆。

由此可知,对称概念不是一个简单的形式化理解的概念,而是建立在变换概念基础上的较为复杂的形式化概念。所以,在实验过程中,研究者根据这一分析的结果临时调整了课程进程,加入了“变换概念”(包括反射变换、旋转变换、平移变换)的形式化学习,这样基于分析、调整及改进的往复性课程设计,对于推动学生的知识理解起到了较好的支持性效果。

2.学生知识理解的多维度表征及教学设计策略

从横向的维度特征来看,学生对概念或知识的理解是建立在多重表征类型之上的。根据实验结果的分析,我们认为,学生的表征类型主要有五种(见图1),它们既反映了某一知识在学生头脑内部的表达形式,也反映了内部表征的外化――外部表征。学生的内外部表征之间是相互联系、彼此支撑的(见图2)。所以,多重外部表征形式的教学对于学生内部表征的建构具有重要的促进意义。特别地,就对称概念的学习而言,学生对这一概念的表征并非仅仅是相应的形式定义(即书面符号表征),而是一种由多成分组成且相互关联的具有个体差异性的复合物。

实验研究表明,如果学生思维中不存在有关对称概念的丰富的、稳定的实物、图像、日常语言、操作等相关表征成分,就不可能去理解对称的书面符号定义;特别是在实验中,学生就“正五角星”等旋转对称性图形所生成的辩难与理解错误[14],表明学生在日常生活中所积累的实物操作、图形、相关情境等表征,以及由此而产生的日常语言表征,都与旋转对称的外部书面符号表征及其内部的数学本质产生彼此的抵触与矛盾,使得五种表征形式之间不能产生自恰关联的表征联结,从而影响了正确理解的达成。

根据学生理解的多维度表征特征,我们设计的教学策略主要有两点:①为学生提供具有丰富表征形式的学习机遇,使学生建立多重表征形式之间的相互支持与彼此联系,帮助学生建构具有较高联结强度的概念理解。如在对称概念的学习中,我们鼓励学生采用如辩论赛、形体表示、剪纸、图案设计、动手画变换图形、计算机支持下的对称图案识别等各种活动形式来完成对称的学习任务,公开展示成果,让所有学生彼此共享各种表征与意义,促进学生理解的生成和完善。②通过班级讨论、提示、脚手架支持等各种教学方式,促使学生建立各种表征形式之间的正确的、符合概念本质的自恰性联系。如上述的学生关于旋转对称的错误理解,其实反映了学生的各种已有表征形式与书面符号表征之间的非自恰性联系,所以,引导学生之间的讨论以及教师适时地教学介入,都可以有效地帮助学生修正与完善已有的表征内涵与联结,达到推动学生理解的效果。

3.学生错误理解的两种类型及教学设计策略

本研究还从学生错误理解的类型分析上来探究理解性学习的基本特征。通过研究,发现学生在知识理解中通常会发生两种类型的错误:一是单一概念的错误理解,二是概念联系的缺失所导致的错误理解。单一概念的错误理解通常源于学习者内部不同心智表征的联系上的强度不足或自恰性不够。因此,需要采用的教学设计策略就是,教师通过各种教学方式(如动作演示、话语提示、阶梯性问题设计、展示交流)促使学生对概念的内在心智表征不断进行深度加工,并逐渐建构对概念本质的理解。比如,对于旋转变换的概念学习,我们先采取让学生借助透明纸、大头针等实物工具,通过把透明纸覆盖在图形上,利用大头针固定旋转点的方法,让学生旋转图形并描绘图形,使学生更加直观地感受并建构对旋转变换的理解。但很多学生通过这样的实作活动,只是表层地建立了各种表征形式之间的联系,而并没有从深刻的概念本质去建立旋转变换的特征化内涵。

因此,实验表明,当要求学生不借助实物,而直接用尺规对长方形ABCD进行60度旋转时,大多数学生显得不知所措。由此,教师需进一步帮助学生提炼并明确旋转变换的概念本质(旋转中心、旋转半径、旋转角度三大本质要素),并可通过如下的阶梯性问题来为学生理解的进一步精致提供脚手架支持,如,①以点O为旋转中心,对点A作60度的旋转变换;②以O为旋转中心,对线段AB做60度的旋转变换;③以O为旋转中心,对更加复杂的图形作旋转变换。实验表明,通过这样一种对学生错误的分析及其进一步的教学设计,大多数学生都建构了正确的理解。

第二种类型是概念联系的缺失。研究发现,学生概念理解上的很多错误,并非是单一概念的表征上的错误,而更可能是在概念与概念之间、概念与其他概念群之间、概念与概念的使用情境之间出现了联系上的缺失。图3表明了对称概念与变换概念之间的结构关系。两个概念都蕴涵了“图形的某种不变属性”这一关键内涵,而差别就在于对称研究的是图形的三种静态不变属性,变换研究的是图形的三种变换关系,对称恰恰就是图形在某种类型的变换下所具有的不变属性。实验表明,因为缺乏这一知识结构的脉络化认识,学生自然会出现如下的认识错误(通过分析学生的话语和工作单得出:①对称就是指左右两边完全一样的图形;②对称就是变换,变换就是对称,两者是一回事;③正方形的对称轴有8条(把正方形的四条边也算在内,混淆了变换与对称间的区别;④英文字母“S”是上下对称的;⑤变换和对称的区别是:变换后有两个图形,对称只有1个图形……

根据学生的这一理解特征,本次实验中的课程设计的主要策略就是试图使学生建立一个良好的知识结构,并以此推动学生对概念本质的真正深度建构。这也正如图3所表明的,真正的理解必须建基于“透过对称看变换,基于变换理解对称”的动态辨证的认知过程之上。这一思想成为了贯穿本次实验始终的重要教学设计原则,其效用不断得到证实。

五、反思与启示

探究人类知识理解的机制与特点,一直是哲学与心理学共同关注的主题,前者沿袭了诠释学的思想传统,后者体现了认知心理学的理论主张,但两者丰富的研究结果对改进教育实践却始终收效甚微。随着学习科学研究的兴起,把理解返回到学习活动中去,在人类学习与教学的真实复杂境脉中去研究理解的机制特征及其教学改进策略,实现理论研究与教学实践的同时推进,正成为今天学习科学研究中的极其前沿与热点的主题。

本研究正是循着这一基本思路,站在国外已有研究的肩膀上,基于中国的本土教育实践现场,对人类学习活动中的“理解”展开分析与探索,并以此不断精致我们对教学本身的认识与把握。笔者相信,随着哲学、心理学以及脑科学研究的飞速发展,以人类学习为研究对象的学习科学也将在对人类理解的机制及特征的探究上获得理论的深化与实践的完善。

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[13]吕林海.论基于设计的研究的主旨、特征及案例简析[J].教育科学,2007,(5):19-22.

[14]吕林海.错误分析与数学理解:基于心智表征的分析[J].全球教育展望,2004,(11).

[作者简介]

吕林海,南京大学教育研究院副教授,硕士生导师。主要研究方向:学习科学研究,教学设计理论与模型研究(lvlinhai@nju.省略)。

Learning and Instructional Design for Understanding

――Positive Research in Chinese Situation Based on Design-Based Research Method

LvLinhai

(Nanjing University, Nanjing Jiangsu 210093)

【Abstract】 Researching on human understanding has not been stopped in the history of human thoughts. But with the development of psychology and education, it became an hot issue in last century. In 1990’s, performance view and representative view are two opposite views about the nature of understanding in learning. In this paper, we try to integrate these two viewpoints, and use the positive research method to analyze the more detailed nature of understanding, at the same time, we also want to acquire the correspondent instructional design strategies.

【Keywords】 Understanding; Learning science; Representative view; Performance view; Design-based research

本文责编:陶 侃

注:

①注:哈佛认知学派的诞生最早可溯源于20世纪的60年代,并由于哈佛大学教育研究院教育认知心理学家布鲁纳所领导的美国课程与教学改革而举世闻名,其影响至今余绪未绝。该学派秉承的宗旨就是,把认知心理学的思想与教育改革及实践紧密地结合起来。LTFU项目就是哈佛认知学派所领导的大型教育改革项目“零点计划”(Project Zero)的子项目,LTFU的负责人是哈佛大学教育研究院著名的教育学家加德纳、柏金斯等,前者以创建“基于多元智能的人类理解理论”而受世人关注与赞誉。他们的整体研究路径沿袭了布鲁纳以来的探究风格和思想传统,彰显出哈佛大学教育研究院认知学派的独有气韵。