知识整合框架在地理教学中的运用与启示

萧思航 苏小兵

（华东师范大学 教师教育学院, 上海 200062）

一、知识整合的由来

知识整合（Knowledge Integration，KI）是指通过精心设计的学习活动，学生找到自己的已有观念、科学概念和科学事实之间的联系，在它们之间建立联结，进而拓展并重构自己的观念库，使其更具一致性的动态过程。[1]

知识整合框架是Linn等人在比较其开发设计的两种教学方案的基础上提出的。第一种教学方案始于19世纪80年代的计算机学习伙伴项目（Computer as Learning Partner Project，CLP），第二种教学方案是为了提高加州大学伯克利分校本科计算机科学课程的教学效果而设计的。[2]两者的主题不同，但都有助于培养学生对科学概念的一致性理解（“一致性理解”又称为“整合性理解”，即学生能够将自己头脑中关于某一科学主题的观念和想法整合起来，建立一致性联系；利用这种联系，学生不仅能够对科学现象进行解释，还能够运用这些概念解决问题、做出决策，建构自己对这个世界的理解）。[3][4]通过对这两种方案进行对比、提炼，Linn等人确定了有效教学材料的共同元素，这些共同元素成为知识整合的基本原则。[5]

二、知识整合的原则

Linn等人通过对成功教学中的设计经验进行归纳和整理，形成了知识整合的一系列模式和原则。Linn与His将这些原则详细阐述为四个主要设计目标：使所有学生可触及科学（Making Science Accessible to All Students）、让思维看得见（Making Thinking Visible）、帮助学生向他人学习（Helping Students Learn from Each Other）、促进自治以利于终身的科学学习（Promoting Autonomy for Lifelong Science Learning）。[6][7]

1.使所有学生可触及科学

“使所有学生可触及科学”原则，就是使科学通俗易懂，[8]要求课程通过介绍广泛的、相关的、熟悉的情境拓宽学生的科学视野，从而使科学容易被学生理解。[9]

如何实现这一目标呢？将教材嵌入学生熟悉的情境中是实现这个目标的一种方法。[10]此外，课程的科学探究主题、课程为学生提供的科学证据及探究支持应易于理解，课程的设计应关注学生的兴趣等，都有助于实现这一目标。[11]

2.让思维看得见

“让思维看得见”原则，是指在课程中任何可能的地方促进思维可视化，必须让学生向自己和教师展示观点。[12]此外，教师和课程材料有机会也要向学生展示新观点。[13]

在传统教育中，教师一般通过课堂提问、课外作业等方法来了解学生对知识的掌握情况，但这些方式要么效率低，要么存在滞后性。在知识整合框架指导下，Linn团队开发了技术增强在线科学探究学习平台（Web-based Inquiry Science Environment，WISE），在技术增强的学习环境中，利用嵌入式评价为教师提供了更多了解学生观点的机会，比如要求学生写反思笔记或参与网上讨论，要求学生预测一项调查结果或写调查反思，都可以促进思维可视化。[14]此外还可以借助电脑提供的模型、模拟和交互可视化传递新观点。[15]

3.帮助学生向他人学习

“帮助学生向他人学习”原则，涉及学生如何相互学习。[16]同伴相互学习可以提高学生对复杂科学的理解。[17]

如何帮助学生向他人学习呢？线上和线下讨论、头脑风暴、同行评议等有助于这一目标的实现。[18]

4.促进自治以利于终身的科学学习

“促进自治以利于终身的科学学习”原则，关注那些促使学生终身参与整合、区分和整理他们观点的活动。[19]促进自治包括帮助学习者评估其的观点，确定新的观点是否有效，当矛盾或不确定性出现时寻找新的观点，以及制定区分不同观点的标准。[20]其中包括整理观点形成一个基于证据的更加连贯或具有说服力的论据。[21]“促进自治”是Linn团队非常重视的一项原则。有研究表明，自发地进行自我解释的学生比那些不进行“自我解释”的学生学的知识多。[22]

三、知识整合模式

知识整合的原则对于改进教学很有帮助，但上述原则并没有说明应该如何协调和组织学习者的活动。[23]因此Linn团队提出了知识整合的模式，知识整合模式给出了学生整合其观念所需要的各种过程的组合方式。[24]知识整合模式包括四个基本过程：析出观念（Elicit the Repertoire of Ideas）、添加观念（Add New Normative Ideas）、辨分观念（Distinguish among Ideas Using Scientific Evidence）、反思观念（Encourage Reflection）。[[25]

1.析出观念

第一个知识整合过程是析出观念，即通过鼓励学生清楚地表达他们在多种常见境脉中产生的观念，来析出他们带入科学课堂的各种观念。[26]学生不是空着脑袋进入教室的，学习新课时，由于学生各自的经历不同，对于某一概念或某种现象会持有丰富的、个性化的观点。析出观念的过程很重要，因为当教学不能够引出学生所持有的一定范围的观念时，学习者通常会摒弃学校传授的观念而保留自己在日常情境中持有的观念。[27]因此，一个促进知识整合的有效教学序列必须包括让参与者提出大量观点这一过程。只有这样，学生才有可能将他们已有的观点与教学主题联系起来，进而对比、区分这些想法。析出观念可以从提问学生生活中的科学现象开始，做到“使科学可触及”。[28]为了让学生析出观念，WISE在每一个课程开始时，都会提一些问题。例如WISE课程单元“调查行星运动和季节”步骤1.2，让学生结合自己的生活经验思考季节的成因。[29]

2.添加观念

第二个知识整合过程是添加观念，即增加规范且能够与已有观念整合的新观念。[30]学生虽说不是空着脑袋走进教室，但所了解的问题毕竟有限。如果学生知道所有问题的答案，也就不需要教师了。教师的一个重要任务是“传道授业”。在传统课堂中，很多教师经常会用“照本宣科”的方式来“传道授业”。虽然这种方式“效率很高”，但效果并不一定好。学生往往一踏出学校便将教师所“传授”的都“还给教师了”。如何为学生提供与其先前知识相联系的新观点，促进学生理解和运用，并不是一件容易的事，需要教师精心设计。WISE中的许多可视化工具有助于添加观念。例如WISE课程单元“板块构造：地震、火山和山脉是如何形成的？”步骤2.6，以动画的形式向学生展示了大陆板块与大陆板块相撞、大陆板块与海洋板块相撞的过程。[31]

3.辨分观念

第三个知识整合过程是激励学生辨分各种观念。[32]随着科学技术特别是信息技术的发展，学生可以通过许多途径接触各种观点。其中不乏一些披着科学外衣或打着权威幌子，而大行其道的虚假观点。例如，2020年2月27日，美国疾控中心（CDC）发推特，称目前不建议人们戴口罩来预防感染新冠病毒。[33]实际上，医用防护口罩、N95口罩具有防范新冠病毒的作用。[34]后来，美国传染病专家福奇博士解释美国政府一开始没有建议公众戴口罩的原因是担心口罩会不够用。[35]不管背后真实的目的是什么，但原先的建议无疑会对人们产生误导，即口罩对于防范感染新冠病毒没用。对于同一个现象或事物，当不同的观点进入学生大脑时，学生需要科学证据帮助其判断哪个观点更有效、更合理。收集科学证据，建立判断标准，有助于学生辨分观念。在WISE的课程单元“全球气候变化：气候行动计划”步骤4.5，通过设置活动，引导学生探究“增加或减少森林砍伐会影响全球温度吗？”这个问题。[36]回答这个问题之前，学生需要从前面所学知识中筛选出判断标准。学生做出判断后，接着要求学生对其进行解释，以确保学生所做的判断是来源于对前面所学知识的正确辨分。接着通过模型来寻找证据，帮助判断其选择是否正确。

4.反思观念

第四个知识整合过程是鼓励反思，即激发学生对自己学习进程的监控以及对自己的观念进行整理的活动。[37]科学教育常常忽略了整理观点这一过程，简单地认为科学课堂上呈现的观点已经替代了学生特殊的、个人的想法。[38]大量研究表明，虽然学生确实考虑了科学课堂上提供的新观点，但他们没有简单地接受这些观点和处理其他的理解；相反，学生倾向于保持他们原有的不规范的观点，这些观点并没有和科学课堂上获得的观点整合起来，因为科学教育没有做出任何努力来帮助学生整理观点的异同和形成连贯的理解。[39]为了使学生能够整理他们的观点，科学教育必须为学生提供适当的活动和时间，让学生对比、对照、思考和重新考虑他们的观点，帮助学生形成对科学现象更为一致的解释。[40]例如，在上一个例子中，学生在运行模型之后，紧跟着被要求重新回答“增加或减少森林砍伐会影响全球温度吗？”这个问题。[41]

四．知识整合原则与知识整合模式

知识整合的四项原则是设计知识整合过程的学习环境和课程单元的指导纲领和最终目标。知识整合模式是使这四项原则体现在具体单元活动设计中的操作指南，WISE及WISE课程单元就是两者与技术结合以后诞生的产品。知识整合原则与知识整合模式之间的对应关系（见表1）。

表1 KI框架下学习环境及课程单元的设计原则与模式[42]

五、知识整合与地理教学

Linn等人提出的知识整合的可行性与有效性，已被许多研究所证明，对于地理教学也有很大的参考价值。

1．重视学生日常生活经验

在进行地理教学时，教师应该引入与学生生活息息相关的案例或情境，通过问题引导每一位学生积极思考，“析出”学生原有的观念。例如，在进行“大气受热过程”的教学时，教师可以通过“高处不胜寒”“人间四月芳菲尽，山寺桃花始盛开”“早穿棉袄午穿纱”等学生非常熟悉的案例，引导学生思考其背后的原因。这些现象，有的学生亲身体会过，有的只是听说过，但不管是哪种情况，学生或多或少都有所了解。因此，在学习“大气受热过程”之前，引导学生思考这些现象的成因，不仅可以激发学生的学习兴趣，还可以判断学生原有的认知水平，为教学目标的设定提供参考。

2．运用技术提升教学效果

讲授法具有易操作、成本低、效率高等优点，在地理教学中经常被使用。然而讲授法也存在局限性，例如通过讲授法教授复杂的地理概念时，效果较差。这种情况下，如果能借助技术辅助，则可以帮助学生理解，起到事半功倍的效果。例如，在进行“等高线”的教学时，教师可以使用软件来演示地形与等高线的关系，如果有条件还可以指导学生自己动手操作以加深理解。现在的中学生是互联网时代的“原住民”，他们从小就接触各种各样的电子产品和网络信息资源，对新事物的适应能力强。而且中学生普遍讨厌“照本宣科”的教学方式，希望在教学中教师能更多使用视频、图片、软件、模型等。时代在不断进步，地理教师也必须不断学习和使用新的技术，以提高教学效果。地理教师可以通过阅读书籍、参加培训、同行交流、互联网搜索等途径获取新技术。特别是互联网，如今已成为地理教师获取教学资源、学习新技术的重要途径。

3．在合作学习中整合知识

沟通、尊重他人、欣赏协作者的作用等这些协作技能都是21世纪工作场所中需要的核心技能。[43]普通高中地理课程标准（2017年版2020年修订）中也指出：“引导学生通过自主、合作、探究等学习方式，在自然、社会等真实情境中开展丰富多样的地理实践活动。”[44]我国当前的地理教学，也会组织学生进行“合作学习”，但一般形式简单，“合作”程度较低，时间也比较短，如要求学生5分钟时间，以小组为单位讨论全球变暖的原因，待时间结束后，教师会抽查组员回答然后进行评价。这种“合作学习教学方式”，有利于培养学生的思辨能力、表达能力、向他人学习、尊重他人等能力和素养，但还远远不够。地理教师应该设计更多的合作活动，如辩论、创意设计、研学旅行等，充分培养学生的合作能力；在合作过程中，让学生整合所学知识，增强对所学知识的理解、运用。此外，合作学习应该贯穿于整个教学过程中，而不仅仅是一节课的一个“片段”。

六、基于知识整合的教学过程——以“澳大利亚的气候”为例（见表2）

表2 “澳大利亚的气候”教学过程

七、结语

当前人类面临的人口、资源、环境、发展等问题越来越突出，这给包括地理教师在内的地理工作者带来了更多展现才能的机会，同时也提出了更高的要求。作为地理教育工作者，我们应该教给学生什么内容，才能帮助学生更好地适应这个不确定性与日俱增的时代？我们应该如何将这些内容教给学生，才能让学生真正学有所获？这些问题需要我们每一位地理教育工作者去思考、去探索、去发现。Linn等人提出的知识整合框架给我们提供了一个新的视角。我们可以借助知识整合原则指导教学，参考知识整合模式设计教学，借鉴WISE课例优化教学，帮助学生形成对地理概念的一致性理解，把地理课堂上的所学所获应用到生活中去，进而促进学生的终身学习。