谈学习科学的研究视角和内容

王建华，刘 宇

南京邮电大学:1教育科学与技术学院;2传媒与艺术学院，南京 210046

1 学习科学的诞生

学习科学(learning science)最早脱胎于认知科学。20世纪下半叶，认知科学研究者开始意识到认知科学传统的基于实验室的心理测验方法研究认知的局限，认为认知科学研究中存在太多“纯净”(neat)成分，而缺少“芜杂”(scruffy)的观点;过多关注于人脑中的认知机制，而忽略了现实世界的复杂性，以至于忘记了人的推理与学习是通过与环境交互和社会的交往进行的［1］。此外，传统的学习研究者通常只将学习看作是学生个人头脑中的一个内部过程，忽略了学习的社会文化境脉，也忽略了真实世界里种种复杂因素对于人脑发展的影响。

基于此，研究者们开始从不同的学科视角对人的学习进行多层面、全方位的研究，并在此基础上催生了一个新的研究领域—学习科学。它既从个体本身寻求行为和心理、生理机能变化的学习解释，也从社会文化、现实生活去揭示人的行为与心理变化规律。1991年，美国西北大学开风气之先，率先成立了世界上第一个学习科学专业，承办了第一届学习科学的国际会议，并随着第一份学习科学的专业刊物—《学习科学》的创刊，学习科学作为一个独特的专门研究领域开始正式登上了历史和时代的舞台。

2 学习科学的研究视角和内容

学习科学作为一个多学科交叉的研究领域，其研究视角从对学习基本机制的揭示到学习环境的创建、学习技术的研发、学习的社会文化背景分析等，各不相同。事实上，学习科学的宗旨是通过在脑、心智和教育之间建立桥梁，将脑科学的最新成果(从基因到行为)应用于学习和教育过程，以使人们的学习变得更为科学。

因此，学习科学对学习的研究可以整合为以下三方面的内容:一是脑科学关于人学习所依赖的神经生物机理研究;二是教育学(主要指教学设计、课程与教学论、教育心理学等)关于教学过程、教材资源和学习心理的研究;三是教育技术学关于如何创造、使用、管理适当的技术性的过程和资源以促进学习和提高绩效的研究。脑科学、教育学与教育技术学可以作为学习科学研究的三个基本侧面，其中脑科学是学习科学研究的基础和前提，教育学是学习科学研究的核心，而教育技术学是学习科学研究的关键。

2.1 脑科学-学习科学研究的前提

基于近年来获得的科学发现:人类逐渐认识到我们不是用心学习，而是用脑学习。人类之所以可以进行学习就是因为我们独一无二的大脑的存在。先天的遗传和后天的环境决定了每个人的脑，脑是“自我”的器官，每个人的脑都与众不同。1989年，美国率先推出全国性的脑科学计划，并把20世纪的最后10年命名为“脑的10年”。随着研究方法和技术的不断更新，以及跨学科科学家的通力合作，对于大脑的高级认知机能的认识不断取得了进展，脑科学的研究成果在教育领域中的应用，为我们理解人类的学习和进行学习的革命提供了重要依据。

2.1.1 左右脑 脑科学家们已经发现:左脑加工信息的方式是言语的、系列的、数字的、理性的和逻辑的，其主要功能有时间、逻辑记忆、言语、数字计算、排列、分类、书写等;右脑加工信息的方式是视觉的、平行的、整体的和模拟的，其主要功能有空间、形象记忆、直觉、情感、身体协调、美术、舞蹈、想象等。所以，左脑是理智的一半，是现代脑，被称为雄辩家、科学家。而右脑是直觉的一半，是祖先脑，被称为艺术家。人要注意开发右脑，因为它是现代社会强烈要求的创新能力的源泉，要使其发挥作用并与左脑较好的配合，就能够不断涌现创新思维。人的两脑分工的发现，有利于教育者因材施教、以学生的优势带动其不足，以促进他们的全面发展。

2.1.2 脑的可塑性与关键期 脑的可塑性是指在外部环境刺激改变时，或是在脑的内部本身产生某些缺失时，神经系统产生的某种调整［2］。也就是说，脑具有适应能力，可以在结构和功能上修改自身以适应改变了的现实。大脑是学习的生理前提，它也在一定程度上限制了人的学习能力，但是由于大脑具有可塑性，人们能够在可能的空间内利用大脑，改善大脑，促进有效学习和深度学习，创造更高的价值。脑的可塑性在人的一生中都会存在，但是会因年龄段的不同而不同，从出生到青春期结束以前的这段时期，是人脑可塑性最好的时期，特别是儿童发育的早期［2］。这一成果为研究婴幼儿早教，成年人教育提供了重要线索。

此外，在大脑发育的过程中还存在着关键期，在这一时期儿童最易学会和掌握某种知识技能、行为动作。在关键期对孩子进行及时的教育，孩子学起来容易，学得也快，能够收到事半功倍的效果，但如果错过关键期再去学，就要花费很多的精力和时间，事倍功半。和“关键期”相似，大脑发育的过程中还存在着敏感期和机会窗。前者指的是因为特别容易受到某种环境经历的影响，所以提供这些经历是理想的时间;后者指的是要使学习和发展进行下去，在一些时间段应当向儿童提供相关的这些经历［3］。

2.2 教育学-学习科学研究的核心

学习与教育从来都不可能孤立起来谈论。学习是教育的目的，教育是学习的手段，两者相辅相成，浑然一体。学习科学十分注重科学研究与现实实践的紧密结合，在探索学习的本质与基本规律的同时，力求把对学习科学的研究成果应用于学校教育系统和非正式学习环境，推进教育创新。比如:学习科学家发现当学生外化并表达自己正在形成的知识时，学习效果会更好，这启示了教师在日常教学中要组织学生进行协作和对话。学习科学的研究方法也可适用于教育中，如将民族志法移植于网络课程中，对学生的行为进行观察记录，有助于对学生进行真实客观的评价。

同时，学习科学也给教育学带来了全新的理念，引领了学校教育系统改革的方向。《剑桥学习科学手册》的主编科斯·索耶博士指出，当学校教学过渡到基于学习科学的设计中时，就会不断地出现创造和协作。他建议:学习应该是定制化的(customized)，要满足每一位学生的需要，要优化他们的学习(而不是像今天一样实行标准化的教学与考试);学习应该发生在知识的整合与联系之中(而不是彼此分割的);学习应该是协作的和基于小组的(而不是独立的个体学习和考试);学习应该是开放的和基于项目的(而不是像今天具有严密的组织和结构的)［4］。学习科学家们创建了很多技术支持学习变革学校教育的优秀案例，以及由此提出的抛锚式教学、认知学徒制、基于案例的推理等教学模式，对学校信息化教育变革起到了示范和促进作用［5］。裴新宁指出，学习科学深刻影响了一些发达国家和地区课程开发的步伐和走向，基于学习科学的国际课程呈现出“以学生为中心”、“追求理解”、“促进个体道德性、社会学和智力性全面发展”等发展趋势，学习科学当之无愧地成为具有历史意义的课程发展以及新型课程创生的主轴。

学习科学与教育学有着千丝万缕的联系(这里的教育学主要包括教学设计、课程与教学论、教育心理学等)，学习科学虽然是一门新兴的学科，但人们对学习和教育的研究已有上千年的宝贵经验，所以学习科学势必要站在巨人的肩膀上，秉承科学服务于教育的信条，从新的视角用新的方法来研究学习的过程、规律、方法等以及促进人们学习的教育系统。

知识的复杂性、社会性、情境性、建构性和默会性使得对学习的研究变得复杂不可控。基于传统实验室的学习研究远远无法解释自然情境之中的学习现象。因此，学习科学对教育的研究采用了一种全新的研究方法—基于设计的研究，它关注真实世界的学习现象，指向于自然化情境脉络中的学习，不限制变量的多样性，成为研究学习的新范式。在研究的过程中，研究者设计并通过历时性地、循环往复地、系统地改变学习环境，使之尽量符合学习的复杂性特质。也就是说，研究者根据学习理论的某个具体观点，对学习环境进行设计并逐步实施改变，不断验证和提炼在理论上自治、在实践中有效的观点和方案［6］。基于设计的研究打破了理论研究和教育实践间的藩篱，使研究者与教育工作者在真实情境中一起探索教学问题、验证假设，加速了研究者与教育工作者理论与实践的结合。

2.3 教育技术学-学习科学研究的关键

学习科学从其诞生之日起就与技术密切关联，尽管技术从未作为学习科学领域名称的一部分。学习科学的研究者非常重视以智能技术作为研究的工具与支撑，也注重学习技术与平台的研发。通过技术改善人类学习绩效，是学习科学的重要关注点。为了实现这一目标，需要对技术进行详细的设计。不仅要考虑到学生的需求和他们生活的整个社会环境，也要探讨如何将技术很好地集成到学习环境中去。在这一方面，教育技术历经百年为学习科学提供了丰富的实践经验。

学习科学与教育技术相结合的案例不胜枚举，比如:学习科学研究了多种情境下的不同方式的学习，发现了建构主义学习、基于项目的学习、基于设计的学习和计算机支持的协作学习，并利用教育技术，设计了支持和促进协作知识建构的有效学习环境，典型的有中学科学教育可视化协作项目(CoVis项目)、数学论坛、基于网络的探究性学习、CSILE/知识论坛以及探索阿特莱蒂斯(questatlantis)［7］。学习研究者基于认知心理学开发了智能导师系统，例如美国匹兹堡学习科学研究中心，提供了算术、几何、物理、化学、法语和中文等六门由智能导师系统支持的课程，并已经成功地应用于学校情境中。中心还开发了促进教育技术发展的创作工具，如认知导师创作工具，而教育技术正日益将“社会互动”的原则和“情感互动”原则运用于智能导师系统以增进学生的学习。因为新的社会科技(如短信、社交网络和微博)满足了学生对于社会沟通的需求，人与计算机的情感交互帮助学生获得亲切感、减轻挫败感，提高了学生的学习兴趣和效率。设在加利福尼亚大学圣迭哥分校的学习的时间动力学中心(the Temporal dynamics of learning center，TDLC)主要研究时间在学习中的角色，借助于教育技术，TDLC将研究成果在各种环境下的学习实践中进行推广，有效促进了人类的学习。“学习共同体”是学习科学的一个关键词。加拿大著名教育学家Michael Fullan呼吁，把学校从一个官僚主义的机构转变为一个兴旺的学生共同体，而教育技术为实现这一构想提供了可能，利用信息技术构建基于网络的学习共同体，学生打破学校的围墙，在更大的学习和实践共同体中实现深度学习。

教育技术学同学习科学一样，也是多学科交叉的研究领域。Christopher Hoadley认为，学习科学和教育技术除了发展历史迥异之外，在研究目的、理论立场、认识论和方法论等诸多方面都有者巨大的相似性和一致性，而基于设计的研究则为两个领域的统合提供了现实的方法论框架。利用技术来更好地设计和创建学习环境是学习科学和教育技术所共同关心的主题，两者要携手合作，使学生成为学习活动的中心，技术成为学习的伙伴，成为支持知识建构的工具，成为支持做中学的情境脉络，成为支持社会性协商的媒体。

3 学习科学的主要研究共同体

学习科学作为一个多学科交叉的研究领域，其研究共同体成员来自包括认知科学、计算机与人工智能科学、语言学、科学教育、教育与发展心理学、信息科学、人类学等多学科领域，他们有着不同的研究视角和研究重点，于是就形成了不同的研究取向。

笔者认为，在学习科学研究共同体中有着三支中流砥柱的队伍:其一为脑科学研究者与认知神经科学研究者，他们研究与学习相关的脑的基本结构与功能，为学习科学的深入研究提供坚实的科学依据;其二为教学系统设计者和在对学习研究上有所建树的教育心理学研究者，他们研究教材的编写、教学过程的安排和学习心理的指导，为学习科学的实践提供了有力的保证;其三为教育技术学研究者和计算机专家，他们设计各种学习软件、教学软件，开发有技术支持的正式和非正式学习环境的学习系统、教育系统，为学习科学的普及和发展提供了必要的支持。

此外，在学习科学的研究共同体中还存在着一种更为核心的力量。与这三支中坚力量相比，他们称不上是正式的研究者或者专家学者，但他们在对学习科学的研究和应用中有着不可或缺的作用:使研究成果更好地付诸于实践，也为学习科学的研究提供宝贵的反馈意见。他们就是最普通又最不普通的课堂教师。学习科学的新研究范式—“基于设计的研究”的最大特征是提倡在现实世界中研究学习，其逻辑起点就是课堂中学生学习上存在的各种问题，要想在课堂上研究真实的学习，没有教师的合作，学习科学家的愿望显然会化为泡影［8］。因此，务必要把课堂中的教师纳入研究团队，作为学习科学研究共同体的一员。脑科学研究者必须进入课堂，教师也应该把他们的问题带进实验室，这样才能使脑科学、教育学与教育技术学三者之间建立动态的循环联系。笔者希望学习科学研究共同体能够打破学科之间的壁垒，彼此相互借鉴、沟通与融合，使学习科学变得统一整合。

4 学习科学成果的推广与实践

学习科学特别强调从基础研究到技术创新、再到实践应用的一体化。学习科学的研究共同体肩负着推广学习科学的使命。脑科学研究者与认知神经科学研究者们可以通过开展各种专题讲座(比如记忆的奥秘及提高记忆力的方法)，用“大众的语言”而非专业的科学术语，来普及与学习科学相关的脑的结构与功能，从而使更多的人认识到学习的生理机制。教学系统设计者和教育心理学研究者们可以组织编写关于学习科学的书籍，这些书籍可以作为学校开设学习科学相关课程的制定或参考教材，也可以为更多在非正式学习环境中学习的人提供指导。教育技术学专家和计算机专家在整个学习科学的推广过程中都起着支撑性作用。他们可以设计各种学习、教学软件来促进学生更有效地学习，如帮助他们进行自我学习管理、指导个别学习。他们能够开发有技术支持的正式和非正式学习环境的学习系统、教育系统，使得学习科学的精神理念无处不在。承接着从理论研究到实践应用的教师要先学一步，要从观念上加强对学习科学的认识和重视，掌握学习科学的基本要领，将它们渗透于各学科教学之中。教师在传授学科知识的同时，要重视培养学生的学习动机、学习态度，指导学生的学习方法，使学生在接受学科专业知识的同时无形中受到学习科学的熏陶。

学习科学的有效推广，需要学习科学研究共同体的齐心协力，任重道远，学习科学必将对21世纪人类的学习方式和教学方式带来深刻的变革。

［1］杨南昌.走向统合的学习科学与教学设计［J］.中国电化教育，2006，(4):16-21

［2］韦珏.学习科学视角下的探究式科学教育［J］.科技潮，2010，(12):38-41

［3］胡庆芳.学习科学发展的历史轨迹概论［J］.教育评论，2006，(1):27-29

［4］柴少明，赵建华，朱广艳.学习科学:从知识获取到知识创新-学习科学专家科斯·索耶博士访谈［J］.中国电化教育，2011，(5):1-6

［5］焦建利，贾义敏.真实境脉中的学习研究与教育变革-学习科学研究回顾、反思与展望［J］.开放教育研究，2011，(17):30-37

［6］赵健，郑太年，任友群，等.学习科学研究之发展综述［J］.开放教育研究，2007，(13):15-20

［7］柴少明，赵建华.面向知识经济时代学习科学的关键问题研究及对教育改革的影响［J］.远程教育杂志，2011，(2):3-10

［8］郑旭东.学习科学人物谈之总结篇:学习科学的未来趋势与挑战［J］.软件导刊，2009，(12):3-5