基于學習科學的教學設計研究

摘 要：學習科學是一個研究教與學的跨學科領域，其重點解決兩個問題：一是“人是怎么學習的”，二是“怎樣才能促進有效學習”。理解了學習的內外部機制，就找到了促進學習的可行路徑。學習科學為教學設計理論的創新提供了新的給養。對學習者精準分析、激發學習動機和提供交互支撐，是基于學習科學的教學設計的主要著力點。

關鍵詞：學習科學；教學設計；學習方式；學習生態

本文系江蘇省教育科學“十四五”規劃課題“普通高中新學習生態建構的實踐研究”（批準號：D/2021/02/31）的階段性研究成果。

作為一個跨學科領域，學習科學研究各種情境下的學習——不僅包括發生在學校課堂里的正式學習，也包括發生在家里、工作期間、公共場館以及同伴之間的非正式學習。這一研究首先是為了更好地理解認知過程，即理解學習是如何發生的，其次是為了用學習科學的知識來重新設計已有的課堂及其他學習環境，從而促使學習者能夠更有效和深入地進行學習?！?sup>［1］簡言之，學習科學研究的是“人是怎么學習的”以及“怎樣才能促進有效學習”這兩大關鍵問題，其研究對象是以學生為代表的“人”。隨著教育形勢的不斷發展變化，學習科學已然成為推動育人方式變革的重要理論，基于學習科學的教學設計也已成為高品質學科教學的關鍵路徑。

一、 學習科學的研究重點

隨著學習科學研究的不斷深入，學界對學習內涵做了不同的闡釋。北京師范大學馮忠良等人認為，學習就是個體以心理變化適應環境變化的過程，即個體經驗的獲得和累積或心理結構的構建過程。^［2］哈佛大學丹尼爾·夏克特等人將學習定義為：“從經驗中獲得了新知識、新技能或反應導致了學習者狀態的相對持久的變化?！?sup>［3］學者梅耶則認為，“學習是指由經驗引起的學習者知識的變化”^［4］。美國威斯康星大學麥迪遜分校的科拉·巴格利·馬雷特等人認為，學習是人做的事，而不是發生在人身上的事。人不是學習的被動接受者。相反，通過在這個世界上的行動，人們會遇到各種情境、問題和想法；通過處理這些情境、問題和想法，他們擁有社會的、情感的、認知的和身體的經驗，并適應下來。^［5］《反思教育：向“全球共同利益”的理念轉變？》中則把學習定義為“獲得這種知識（指經驗）的過程”，“學習是由環境決定的多方面的現實存在。獲取何種知識以及為什么，在何時、何地、如何使用這些知識，是個人成長和社會發展的基本問題”^［6］。

上述研究對學習的表述不同，但內涵基本一致。即學習是由學習者經驗引起的變化，是人的身體、智力和情感協調互動、共同作用的過程，是對事物認知和把握的過程，是學習主體與周邊的人、物、環境等在交互中進行自我建構的過程。

一方面，學習首先在個體內部發生，是個體在明確的學習動機下提升認知；另一方面，只有人才會學習，而人是生活在社會中的，這就決定了學習不是孤立的過程，它需要學習者與周圍環境發生關系。

基于上述對學習本質的分析研究，我們發現，學習一般包含兩個過程：一個是個體內部的知識獲得過程，一個是個體與其所處環境的互動過程。其中，個體內部的知識獲得依賴學習內容和學習動機兩大要素。學習內容要素主要涉及知識、理解和技能；學習動機要素主要指向學習動力、學習情緒和學習意志。而個體與其所得環境的互動則主要包括學習者個體與群體的社會交互，學習者個體對其他學習資源和物品的感知和交互。

理解了學習的內外部機制，也就找到了促進學習的可行路徑，即激發內在學習動機，提供外部學習環境。相應地，學習科學也為教學設計理論的創新提供了新的給養。

二、 學習科學與教學設計的聯姻

從學習科學角度看，系統化、規范化的教學設計是促進學習的重要途徑。

何為教學設計？教學設計是指運用系統方法，將學習理論與教學理論的原理轉換成對教學目標、教學條件、教學方法、教學評價等教學環節進行具體計劃的系統化過程?；趯W習科學的教學設計需要從以下幾個方面著力：

（一） 對學生精準分析

基于學習科學的教學設計中，對學生的精準分析是教學設計的邏輯起點。教學設計的要素包括學習需要分析、學習內容分析、學生分析、學習目標的闡明、教學策略的制訂、教學媒體的選擇和運用以及教學設計成果的評價等。其中，學生分析既包括對學生知識基礎、認知能力、認知結構等智力因素的分析，也包括對學生學習動機、意志、態度、情緒、個性等非智力因素的分析。我們需要深入了解每位學生，以便為其提供更加個性化的學習體驗。學生既有共性特征，也有個性特征。教學設計既要分析學生的共性特征，以開展集體化教學，也要分析學生的個性特征，以實施差異化教學。

從教學設計的實踐來看，精準分析學生難度很大。隨著數字化教育時代來臨，特別是人工智能、大數據技術的發展和成熟，學習分析逐漸成為學生特征分析的重要方法和技術。如數據驅動下的學生分析有利于教師準確定位學習起點、科學判斷學習風格、理性思考學習需要，助力教師對學生進行全面分析，合理制訂教學設計方案，促進學生身心和諧發展。

1. 精準定位學生的學習起點

我們經常講“以學定教”，這里的“學”指的就是學生的學習起點。定位學習起點是學生分析的關鍵。它要求教師站在學生立場，掌握學生知識水平和認知發展情況后，確定其初始學習能力。教師可通過信息技術實時采集學生信息，精準把握學生的知識短板，綜合其學習情況，精準定位其學習起點；同時，利用信息技術的儲存功能，為學生建立學習檔案，綜合學生以往的學習樣態、知識體系和認知發展程度進行分析，為學生精準“畫像”，提升教學設計的精準性，從而實現高品質的課堂教學。

2. 科學確定學生的學習風格

學習風格不同，學生感知教學內容的程度和對知識獲取的速度也不同。傳統教學即強調“因材施教”。當下，根據學生的學習風格進行大規模個性化指導顯得尤為重要。

重視并分析學生學習風格是學生個性化發展的必由之路。教學中，教師可借助信息技術，全方位追蹤學生的學習過程。如在課前，結合后臺詳細記載的學生對知識點的思考速度、反應時間、接受程度等，初步判斷學生的學習風格；在課中，借助信息技術工具記錄學生參與課堂的程度、師生互動情況、回答頻次及準確率等，準確掌握學生的學習風格；在課后，通過課堂教學回放，形成相關數據分布圖，進一步深入觀察和反思學生學習風格，為后期教學設計中的學生分析積累經驗。

3. 理性研判學生的學習需要

學習需要分析是對學生本身、學習資源、學習內容等進行分析，目的是盡可能地為教學設計提供學生“差距”資料，指導教學設計全過程。傳統教學設計中，教師對學生“差距”資料的收集與分析多憑經驗判斷，耗時且不精準。數據技術背景下的學習需要分析，可以較為準確地找到學生“最近發展區”，著眼于學生現有水平，挖掘學生潛力，提升其學習能力。數據的協助有利于教師理性思考學生學習需要，直觀且全面地了解學生的“差距”，利用儲存的數據資源理性研判學生的學習需要，合理進行教學目標設置、教學內容分析以及教學媒體和策略的選擇等，從而以學為中心，優化教學設計。

在對學生進行精準分析后，教學設計還需要通過任務促進學生的深度理解，實現類似主題情境的遷移（同化）、較廣相關情境的遷移（順應）和在相關的情境中自由建立聯系（轉換）的個體經驗獲得。

（二） 激發學習動機

教育的本質在于教會人思考。如何促進學生進行深度思考，是教育的重點和難點，而學習動機正是其中不可或缺的因素。

學習動機促使學生以有意義的方式來獲得知識和技能。面對一個新的學習任務，學生首先會觀察任務的特點和它所處的教育環境，然后會激活相關領域的知識和相應的元認知策略，最后會激活關鍵要素——動機信念和管理策略。通過加強動機信念，改善動機管理策略和學習環境，實現學生的自我管理。激發學習動機可以從兩方面入手。

一是教學內容。教學內容是根據教學目標，有目的地選擇的一系列直接經驗和間接經驗的綜合，是從人類的經驗體系中選擇出來的，按照一定的邏輯序列組織編排而成的知識體系和經驗體系。^［7］教師需要基于課程、教材的要求，結合學生分析，借助特定的學習環境，重新設計教學內容，使學習動機驅動的自主學習變得可行。重新設計教學內容一般要結合學科知識的內在邏輯順序和學生心理發展、思維發展特點，從整體到部分，從一般到個別，從已知到未知，遵循事物發展規律，注意學習內容的橫向聯系。

二是教學方法。這是影響學習動機的重要因素。當學生探討現實生活中的“問題”或“項目”時，學生的興趣和價值期待感，有助于學生發揮更高的動機作用。如為學生提供充足的時間與指導的準備。在傳統的課堂教學中，教師不必為學生的準備花費太多時間，因為是對所有的學生均以同樣的目標、同樣的過程目標群、同樣的預設資源與預設時間。而在基于學習科學的教學設計中，教師必須花費必要的時間和精力，在教學計劃編制階段，制定旨在完成課題的計劃，同時設定學生的課題目標與過程目標，以及界定學習資源與策劃方略。^［8］當然，設計時還需要扎實地實施持續的評價，為學生提供自主學習的榜樣等。

（三） 提供交互支撐

如前所述，人的學習不只限于個體內部，更多是置于一定的情境和社會文化交往之中。因此，基于學習科學的教學設計還要特別關注個體與群體以及社會情境的交互。

1. 提供真實的學習情境

情境蘊含著認知，折射著體驗，情境會為人類提供特定時空下的體驗。學習應該與情境化的社會實踐活動結合起來，在合作學習中體驗，在體驗中合作學習。如此，才能從深層次激發學習興趣和動機，進而實現深度學習。

基于學習科學的教學設計需要為學生提供真實的學習情境?！镀胀ǜ咧姓Z文課程標準（2017年版2020年修訂）》提出，真實、富有意義的語文實踐活動情境是學生語文學科核心素養形成、發展和表現的載體。它主要包括個人體驗情境、社會生活情境和學科認知情境等。這些情境能在具體生活場域中，為學生參與具體的社會生活、開展學科實踐活動、探究學科本體相關的問題、發展學科認知能力提供召喚力場景。真實學習情境是學生學科核心素養形成、發展和表現的載體。

學習任務是情境的核心內容，學習情境或隱或顯地呈現任務，每一項具體任務都可成為學生進入真實學習狀態的驅動劑。因而，真實的學習情境的設計須以“學習任務”為根基。任務必須反映課程精神，體現教材意圖，突出教學核心價值，遵循教育教學規律和學生身心發展規律，貼近學生的學習、生活實際，充分反映學生的成長需要。

如果學習情境缺少了任務，就缺少了內核，學習就缺少了靈魂。情境中的學習任務需要預設，更需要生成，但情境必須加強召喚力，任務必須具有啟發性。這一方面是為了讓學生知道學習目標是什么，具體任務是什么，完成任務的關鍵在哪里，在一步步完成任務的過程中，明確“我怎樣去那里”；另一方面，是為了讓學生不僅能在情境的召喚下追求主動參與，完成任務，而且通過情境互動，在完成任務的過程中發現任務、完善任務，從而不斷學會學習。

當然，學習不僅僅是獲取知識的過程，更是一種創新和探索的過程。我們應該鼓勵學生主動探索、提出問題、解決問題，培養他們的批判性思維和創新能力；通過學習方式的改變，不斷完善學生的思維方式和研究方式，實現學習科學提出的“學習讓學習者改變”的目標。

2. 依托項目化學習

美國巴克教育研究所的研究者認為，項目化學習是一套系統的教學方法，它是對復雜、真實問題的探究過程，也是精心設計項目作品、規劃和實施項目任務的過程，在這個過程中，學生能夠掌握所需的知識和技能。項目化學習具有以下幾個特征：一是系統性，它不是單一的學習，前后學習之間更不是割裂關系，而是將課程內容轉化為系統化、開放性的項目設計，通過綜合、開放、自主的學科實踐活動，培養學生學科核心素養；二是情境性，如前所述，人的學習過程是個體與環境之間的交互過程，只有在具體、真實的情境中習得的知識和掌握的技能，才有可能是“學得會”“帶得走”的；三是任務性，項目化學習中的任務指向問題解決，是由知識到素養再到應用的任務，具有一定的完整性和復雜性，而不是零散、片段、單項的學科學習任務；四是實踐性，項目化學習立足學科實踐，它以真實問題為情境，以項目任務為載體，以實踐活動為主線，讓學生經歷體驗、操作、探究、實踐的過程，在實踐過程中逐步形成正確價值觀、必備品格和關鍵能力。

因為具有明顯的協作性與交互性的特征，項目化學習可作為學習科學視域下教學設計的重要支撐。

項目化學習的核心在“學習”，路徑在“項目”。教師要轉變角色，努力成為項目的設計者，為學生完成項目提供適切必要的助學“支架”。

除了上述學習方式之外，隨著學習科學的不斷發展，人們還可以利用各種傳統技術或現代信息技術，創設一種生態環境，在其中通過觀察、模仿、互動、參與等，促使學習的發生。

隨著學習內容、學習方式以及學習環境的巨大變化，教學設計的內在價值與實踐應用也在不斷豐富，但從未改變的是教學設計對學習績效的不懈追求。在學習科學視域下，系統化、規范化的教學設計是提升教學水平的重要途徑，也是評估教育教學實踐者水平的重要準繩。在實際工作中，教師還需要結合實踐案例來學習如何基于學習科學進行教和學，進而不斷構建新的學習生態。

參考文獻：

［1］ R.基思·索耶.劍橋學習科學手冊［M］.徐曉東，等譯.北京：教育科學出版社，2010：序言1.

［2］ 馮忠良，伍新春，姚梅林，等．教育心理學（第三版）［M］．北京：人民教育出版社，2015：184.

［3］ 丹尼爾·夏克特，丹尼爾·吉爾伯特，丹尼爾·韋格納，等.心理學（第三版）［M］．傅小蘭，等譯.上海：華東師范大學出版社，2016：351.

［4］ 理查德·E．梅耶．應用學習科學——心理學大師給教師的建議［M］．盛群力，丁旭，鐘麗佳，譯.北京：中國輕工業出版社，2016：14.

［5］ 科拉·巴格利·馬雷特．人是如何學習的Ⅱ：學習者、境脈與文化［M］.裴新寧，王美，鄭太年，譯．上海：華東師范大學出版社，2021：12.

［6］ 聯合國教科文組織．反思教育：向“全球共同利益”的理念轉變？［M］．聯合國教科文組織總部中文科，譯．北京：教育科學出版社，2017：9.

［7］ 鐘啟泉.課程論［M］.北京：教育科學出版社，2007：141.

［8］ 鐘啟泉.教學設計［M］.上海：華東師范大學出版社，2022：183.

（劉宏業，江蘇省南京市寧海中學校長，特級教師，正高級教師。）