“有效性失败”：深度学习的支架

●刘登珲 洪 敏

一、拥抱“有效性失败”的“深度学习”

（一）“教育性失败”及其有效性

“失败”在教育中的地位伴随着知识观、学习观、儿童观的转换而转换。在苏格拉底那里，“失败”被认为是一种必要的学习条件，他的产婆术——“讥讽—助产—归纳—概括”的第一条便是不断地提问使对方经历失败，从而发现自己认识上的矛盾和无知，提出要创造失败并引导学习者在失败中主动形成新知。自然主义者卢梭在“消极主义”的概念框架下重申“失败”的教育价值，认为要避免成人对儿童“自以为是”的干预，应按照“后果教育法”的原则让儿童自然经历失败并承担失败带来的后果，唤醒儿童心中的“内在自然”禀赋和主动精神，认为“失败”是一种自然学习行为。杜威则把失败理解为经验改造的过程，他所提出的“感受困难、提出问题、解决问题、联想推理、得出结论”的思维五步法正是在失败中展开的。随着教育科学化运动，“失败”在教育中的“命运”几经反转，其内涵也逐渐丰盈。行为主义者认为，知识是客观的，学习就是把外在知识内化到心灵白板的“试误”过程，教学就是让学生在单位时间经历更少的失败以获得更多的东西，在“刺激”与“反应”之间建立最佳的联结，教师应通过惩罚消灭错误行为。到了认知主义那里，强调人心里内在的认知结构的重要性，“失败”被视作唤起认知冲突、形成知识缺口的重要条件。及至建构主义，学习才开始真正的拥抱“失败”，失败的价值得到全方位的肯定。在建构主义者看来，知识不是客观的外在实体，而是在自我否定中不断更新发展的，学习是能动化的主体在特定学习引导下“发现”知识的过程，这个过程充满了冒险的迭代。人本主义则把追求成功视作人发展的一种内驱力，教育要激发学习者内在动力经历失败不断自我超越，“成功”是一种可以促进自我持续发展的内在情感动力，而“失败”可以通过“成功”驾驭，是需要克服的。对学习者而言，“取得成功”比“规避失败”的动机更持久。可以说，承认“失败”、利用并转化“失败”是教育学发展的主流，这跟教育学理论资源中“经验主义”“建构主义”逐渐取代“先验主义”成为主流有关，而拒斥“失败”的“成功主义”则是行为主义和极端人本主义合流的产物。“失败”在情境塑造、动机唤起、认知加工、知识获得方面有重要的教育价值。

（二）“正确文化”对“深度学习”的消解

然而，长期以来，在我国中小学课堂中笼罩着一种根深蒂固的拒斥失败的“正确文化”。教学被精心排演，教师害怕“犯错”，学生担心“失败”，课堂“一团和气”，探究历程被压缩，教学成为从“结果”到“结果”的简单联结，“失败”被有意无意地忽略，学生如同牵线木偶总是表现得恰到好处。在“正确文化”规训下，“失败”对学生来说被认为是不认真、没禀赋，对教师而言则是不专业、少准备。这种“正确文化”正把学习异化为一种浅层次的、表演性的“验证性”活动，学生可以得到知识但无法创造，可以考很高的分数但无法解决问题，获得了暂短的成就却抑制了持续投入的热情。“正确文化”的本质是一种简单重复的、非反思性的、从结果到结果的效率主义，是“行为主义”“偏激的赏识主义”以及长期以来“溺爱”文化合流的产物，前者否定失败、消除失败，后两者容忍失败、漠视失败。它正在鼓励杜威所反对的那种“省略了过程”的浅层教育。而在现代建构主义看来，“失败”既是一种学习条件，又是必不可少的学习资源，同时“直面并挑战失败”的“复原力”还是学习目标。“失败”可以提升任务的挑战性，激发学生的投入度；“失败”可以强化学生的内省认知，重构知识框架；“失败”可以刺激多元交往，促进方法性知识和非认知能力的获得；“失败”可以丰富学生探究经历，活化学科知识，引导学生“像学科专家一样思考”。拒绝了“失败”也就拒绝了走向思维纵深的机会，如果我们把学习理解成探究而非接受，把学习的目的认定为素养而非知识获得的话，深度学习不可能规避失败，且深度学习的深度超不过“有效性失败”设计的高度。

（三）“有效性失败”让“深度学习”更易发生

“正确文化”受行为主义影响，其本质是“先教后学”，围绕正确的结论直接学习，通过减少失败快速获得成功；“有效性失败”受建构主义制约，其本质是“先学后教”，经历失败发现学习。“深度学习”强调自主探究、思维迭代，追求认知结构转变和思维方法转向的特质，与“有效性失败”有内在一致性，都是建构主义在教学实践中的反映。只不过前者描述的是思维的过程，后者描述的是活动的进程，就像明暗交织的两条线彼此呼应构架起建构学习的骨架。而浅层学习强调行为与目标的快速联结，追求知识扩容，其认知结构和思维方式本身未发生变化。“先教后学”追求学得更快，“先学后教”追求学得更好。前者不接受失败，即便产生失败也是“教”的失败，是突出知识复现的低层次失败，后者拥抱失败，是在学习中产生的，同时引向更深层学习的高阶失败。最早对“深度学习”与“有效性失败”进行系统关注的是新加坡南洋理工大学摩奴·卡普尔教授，他通过对比实验研究，发现“先学后教”让学生经历失败比“先教后学”能获得更丰富的概念框架，更能顺利实现知识迁移，获得更多非认知能力。简言之，“有效性失败”让学生更愿意学、更会学而且学得更好。现实中，“深度学习”之所以流于形式且处于难为之困的境地，很大程度上在于对为何以及如何开展“先学后教”的问题难以达成共识，导致学生缺乏完整而持续的“有效性失败”经历。“有效性失败”正是通过“先学后教”，持续变换教师的指导方式与角色，引导学生在对失败的认知和解决中优化认识结构、提升思维品质获得的（如图1 所示）。“有效性失败”为我们更好地理解、更科学地转化“深度学习”以及摆脱根深蒂固的“正确文化”提供了一套有效的思维工具。

图1 促进深度学习的有效性失败设计机制

二、借助“有效性失败”走向“深度学习”

“有效性失败”强调“先学后教”，通过学生尝试解决问题、形成认知冲突，教师指导对比方案、学生关注概念深层特征，学生形成知识结构、达到迁移运用，最终实现深度学习的真实发生。每一阶段学习者认知投入、教师角色、知识形态都不尽相同，三者相互作用勾勒出思维进阶的完整历程。

（一）学生尝试解决问题，形成认知冲突

1.激发和分化与目标概念有关的先前知识

有效性失败活动开始于教师抛出复杂且真实的问题，学生尽可能地唤起先前的知识和经验，并运用这些先前知识和经验去理解和尝试解决新问题，形成解决方案。学生所激活的先前知识是多种多样的，在尝试解决新问题时会经历“失败”，当一种解决方案失败后，就会“唤起”已有知识结构中的其他知识去寻求可能的方案。生成的解决方案越多，其先前知识被激活和分化的程度就越高，也更有利于后续的学习迁移。

当学生“学”先于教师的“教”时，教师的角色就从最初的技能“示范者”转化成学生意义建构的“促进者”。该阶段，教师担任着“观察者”的角色，主要任务是搜集学生学习的多类型证据，对学生的学情做出推断并尝试找出思维的生长点，在颁布学习任务后主要关注学生解决问题的过程，不做任何直接指导。此时，学生的思维会处于回忆的认知层级。但与机械回忆不同，这里的回忆是关联目标同时也是多点发散的。学生通过尽可能地回忆先前知识、经验——正式的和直觉的，选择能应用于解决当下问题的内容，并对具体内容重新加工重新组织，生成方案越多，关联知识被激活的程度越高，后续思维进阶就越顺利。

由图1～图5可知：本文设计的航向控制器使无人艇能够很好地沿着给定的航向航行，跟踪误差几乎为零。但是，仅采用动态面技术所设计的控制器，对环境扰动引起的不确定项处理效果不理想(如图5所示)。因此，引入RBF神经网络逼近器，对系统不确定项进行全局逼近处理。采用单一的在线神经网络逼近不确定项，不仅解决不确定项的逼近问题，在航向控制过程中有良好的效果，也简化了动态面控制器结构，减小计算负担。

2.初次经历失败，形成认知冲突

当学生用先前知识和经验生成的各种解决方案仍不能解决问题时，便会引发反思，形成认知冲突。冲突暴露得越充分、越持久，经验和先前知识在思维层面表现得越活跃。此时，课堂似乎会陷入一种乱糟糟的“混沌”之中。教师要做的是等待和观察，而不是“约束”这种混乱。卡普尔将来自印度七所高中的11年级学生三个一组随机分配，去解决结构不良或良好的问题，结构不良小组的讨论比结构良好的对照组更加复杂、发散，这导致了较差的小组表现［1］。即使这种复杂、发散的讨论看上去会导致失败，但在后续概念知识的习得和迁移运用知识的表现上，有认知冲突与重建的小组学生却表现得更好。

在该阶段，学生发表哪些观点，遇到哪些问题，形成何种认知冲突，教师不能完全预测，且依旧是作为观察者角色发挥作用。教师应该关注学生正在思考什么（学生的认识），而不仅仅看学生正在做什么（学生的行为）。［2］这会使得原本固定模式的课堂变得具有不确定性，学生由“接受者”变成“思考者”并进入深度学习的第二个认知层次——反思。当运用先前知识与经验解决新问题，问题仍不能得到解决时，学生就会反思自身的知识缺口，形成批判性思维，并持续追问解决方案。教师引导学生从旧知向新知过渡，关注概念工具和学科方法对摆脱思维困境的价值。

3.关注目标概念的核心特征

在形成新旧知识的认知冲突后，通过阐述、自评或学生互评解决方案，学习者能从已有认知的限制中脱离出来，关注目标问题核心概念的所属领域，明晰自己在后期学习中的关注重点，这能够为解决方案的重建提供隐含的反馈。相比于教师直接讲授核心概念知识，经历了失败而体悟到学科价值的概念知识更能得以“活化”，并被关联到学生的认知结构和意义结构中，诱发学生持续、全面而深层地投入。

此时，教师由传统教学模式中对概念定义和理解的“揭示者”转化为要求学生自己去发现的“旁观者”，教师仍没有任何对学生的直接指导。这看似弱化了教师的地位，实质上对教师提出了更高的要求，包括对课堂环节的精确把握，任务设计的充分准备。此刻，学生会进入思维发展的第三个认知层次——分析，即拆分解析：一是将目标概念拆分为两部分，一部分是能通过先前知识与目标知识建立起联系的概念，另一部分是学生未知的概念；二是试着解析每一部分，并将这两部分建立起联系，在已知和未知之间架起“桥梁”。学生需根据自身的知识缺口，分析出应关注的目标概念知识，从概念“接受者”变成概念“发现者”。

（二）教师指导对比方案，学生关注深层特征

1.打开知识缺口，形成深层认知冲突

由于先前知识和经验的不足，学生在尝试解决新问题时会遭遇失败，从而意识到知识缺口，形成认知冲突，但那时所察觉的知识缺口是笼统而概括的，是浅层次的认知冲突。而在指导期，教师明确的指导能帮助学生形成完整的认知重建。学生尝试生成各种解决方案后，教师会将学生错误的解决方案与标准化的解决方案进行对比，使学生明确解决方案及其思维方式的误区，明确知识缺口的位置。［3］经历了有效性失败的学生能意识到更多的知识缺口，当他们接触新概念时会产生强烈的认知冲突，并尝试组装目标概念，持续进行探索。

该阶段，教师指导学生将典型的错误解决方案与标准方案进行对比，教师应该在学生生成解决方案并达到一定程度的理解后再进行指导。因此，教师的指导应在学生思维触发的联结点上，起到疏通、点化的作用。通过对比不同问题解决方案，学生进入深度学习的第四个认知层次——矛盾，即对错误概念的转变与对新概念的组装加工，矛盾持续激励着学习者去探寻并弥补他们的知识空缺。

2.关注概念本质，形成完整的概念理解

在学生解决问题的第一阶段，学生关注到目标概念的核心特征，但由于没有教师的直接指导，学生关注到的核心特征只是碎片的、孤立的、不完整的，而在第二阶段，教师将会对学生进行更详细的直接指导，“见树木又见森林”，关注到目标概念的核心特征，形成对目标核心概念完整的、深层次的、关联性的理解，引导学生像专家一样思考。专家和新手的区别就在于专家的知识不仅仅是对相关领域的事实和公式的罗列，而是围绕核心概念或“大观念”组织的。这些概念和观点减轻了认知负荷并能更顺利地迁移到复杂情境中。

此时，教师需要对学生进行更具体的直接指导，使他们关注到目标概念的核心特征，实现精准教学。在学生所缺失的典型核心概念的讲解上，教师应花更多的时间和精力。相应的，学生进入深度学习的第五个认知层次——理解，概念真正变成了学生“解题”的工具，获得了对真实问题的概念性理解以及抽象概念的现实性转化。经历了理解加工的概念能够与学生原有的认知结构关联并使其得到扩充。

（三）学生形成知识结构，实现迁移运用

1.组装深层特征至目标概念

在学生关注到目标概念的深层特征后，需组装深层特征，达到习得目标概念的目的，形成关于目标概念知识的完整体系。组装知识并不是知识的简单堆砌，而是根据知识的内在逻辑，探寻适合自身思维方式的理解与组装，这意味着知识习得的收尾。深度学习的目的不是单纯、被动地记忆和理解所学知识，而是能够将新旧知识、不同知识有效地联系起来。［4］如果不能给予足够的时间或设置合适的环节进行知识组织，学生只能获得肤浅的、流于表面的知识。这些知识无法帮助他们应对现实世界更为复杂的挑战。

此时，教师需要对目标概念核心知识和其他细节知识点进行完整的直接讲解，还要设置相应的环节，给予必要的时间，鼓励学生进行信息的加工与整合，营造适合探究及思维进阶的氛围。整体来说，经历了有效试错，在学生思维进阶节点上的教师指导效果会更好。此时，学生进入深度学习的第六个认知层次——习得。学生在教师系统的指导下习得目标概念知识，使之形成一个联系紧密、组织完整的知识体系。这里的习得并不是知识的简单应用，而是一种深度理解的结果表现，可以看成是一种“顺畅提取”，即只要很少的意识参与就能从记忆中提取出有用的知识来解决问题的过程，学习者将会有更多的时间和精力关注到任务的其他方面，这也是解决复杂问题必备的思维过程。

2.创设情境，促进高通路迁移

在习得目标概念后，为巩固所学知识，教师会为学习者提供真实的、有趣的、与实际生活相联系的情境，使学习者将知识和生活相联系，促进教学任务的完成和知识的迁移。教师不仅要为学生迁移运用知识提供机遇，而且要在不失专业实践可靠性的前提下为学生提供适合其年龄阶段的学习环境。［5］这里的情境可以类似于、也可以不同于初始问题情境，最终都是为学生在深度学习中获得以大概念为中心的，经过系统化、联结化的知识结构。在此阶段，学生进入深度学习的第七个认知层次——应用。成功的迁移应用不是单一的记忆粘贴，还涉及对已学知识的掌握程度及理解性学习的程度，是对知识结构把握的全局意识和动态的迁移运用过程。学习者应努力尝试用学科专家的思维和处理问题方式达到对所学知识的迁移应用。

三、“有效性失败”的设计

通过“先学后教”让学生不断经历“失败”，在新旧经验之间建立联结，形成对目标概念的深度理解，进而形成可供迁移的知识结构，学生完整经历了深度学习的历程。没有经历“有效性失败”深度学习就难以真正发生。为使学生在课堂中经历有效性失败，需要以迭代性的学习大任务让学生经历“失败”，以“低利害”的文化氛围与高效的课堂互动规则鼓励学生敢于“失败”，并通过持续提升探究意识与教学机智让教师接纳、利用并转化“失败”，最终促进深度学习的真实发生。

（一）创设迭代性的学习大任务，让学生经历“失败”

有效性失败的学习任务由驱动问题、学习支架、真实情境三个要素构成。首先，有效性失败中的驱动问题要有一定复杂性，且能够激发学生对问题表征方式与解决方案进行多样化探究。当学习者处理复杂问题时，会经历预测或生成假设的思维历程，这能促使他们进行积极的意义建构；当学习者生成多种解决方案时，必定经历了多次“失败”后的反思与认知冲突，这能促成其批判性思维的形成，养成处理与解决复杂问题的能力。同时，在构建复杂的驱动问题时应坚持“适度”原则，一要考虑到学习者的认知层次，问题或任务布置的先后顺序应遵循由易到难的逻辑，越往后需要的技能和策略越广泛多样；二要根据学习者的身心发展程度、学习目标、专业能力来设计问题，是能够被学习者解决的、适度非良构的问题。否则，他们会因任务难度太大而丧失积极性甚至放弃。其次，创设真实且统摄探索历程的问题情境，让学生在一种联系日常生活的问题情境中学习知识、解决问题。问题情境的设置要和学生内部动机紧密联系，能够充分调动学生的探究欲望。莱珀和格林认为创建合适的学习环境非常重要，这些环境可以让学生因内在动机而不是外部原因——如取得好成绩或是取悦教师——去解决问题，［6］使学生因寻求自身内在发展而去探索问题与解决问题。再次，在问题中通过设置提示、工具、自评量规、条件等为学生提供认知支架，尤其在学习的开始阶段，如果没有适切的问题为认知支架，那么将难以达到预定的学习效果。遵循“最近发展区”原则，既立足于依赖学生原有的学习经验和知识基础，又鼓励学生接受未知领域的挑战，激发学生对多种问题解决方案进行探究的积极性。

（二）建立“低利害”文化氛围与高效互动规则，鼓励学生敢于“失败”

在“正确文化”的规训下，学习者学习过程中的失败一直处于被遮蔽的状态。为鼓励学生敢于“失败”，积极地参与“失败”，教师可以营造一种主动探索、自由民主的“低利害”文化氛围，让学生有一种“放松的警觉”。这种兴奋感与安全感能让学生在增强容忍模糊性、不确定性以及延迟满足能力的同时，去探索新的思想和联系，［7］去探寻“失败”，以“失败”促进深度学习。师生要平等对话，教师需以学生的自我体验、自我信息加工作为课堂的主要生成性资源，还要善待学生的“越轨思维”，有意识地引导学生持续进行主动探索。在此过程中，或以直接性的话语引导，如“问题答案是有技巧的，不要拘泥于一种解决方案，要多尝试，即使失败也没关系”；或提供元认知［8］支架、情感支架以及有意义交互角色扮演［9］支架等，从而防止学生因失败结果而产生无意义的“失败”心理。但鼓励“失败”并不等于放任自流。在有效性失败中，面对富有挑战性的学习任务，每个人都可能“失败”。当“你一言我一语”地阐述失败的解决方案时，可能会造成课堂混乱，导致低效学习。为此，教师需要有效规划“失败”。抛出适切问题后，可采用小组协作“失败”的方式，每个人贡献智慧，小组其他成员检验“智慧成果”，共同商讨出几种可能“失败”的解决预案。再对多种解决预案进行区分，小组成员根据其擅长领域，高效分工合作完成任务。而在阐释“失败”环节时，必定会有诸多意料之外的问题与想法。这要求教师拥有广泛的知识、高度的警觉性与活力，积极与学生互动。要营造“润泽”［10］的课堂互动氛围，让学生在“失败”中感受到来自教师和同学的信任与支持，更好地迎接“失败”。总之，教师要在尊重学生的基础上对课堂探讨主题做必要的把握与适时的调整，使学生的“失败”成为有意义的学习经历。［11］

（三）引导教师树立正确的“失败观”并提升探究教学素养，有效转化“失败”

为使深度学习落到实处，需改变教师所崇尚的“普遍正确”的教学理念，破除“正确文化”的桎梏，超越“普遍正确”的行为主义教学文化范式，树立正确的失败观。而“失败”观的重建不仅包括教师自身知识观念、学生观、学习观的内部变革，还要通过在“建构主义”的理念下重构物质文化、制度文化、符号文化进而塑造外在文化来获得，并在校本研修、专业发展、制度设计、平台建设上予以回应。“观念向左，行为向右”式的缺乏系统思维的教学变革往往会沦为形式主义。此外，观念的转型要通过技术掌握来落实，观念解决“我要做”的问题，技术解决“我会做”，只有愿意投入且具有投入能力才能真正实现教学转型。有效性失败的本质是探究学习，它描述的是探究思维的直观历程。这就要求教师掌握基本的探究教学技术，包括方案设计、活动开展、评价实施、课堂管理等，尤其当涉及自身的学科时，应抓住不同学科探究教学的典型样态和有效策略，避免“一刀切”。同时规避“假探究”“虚探究”，如用探究的方式教学科知识点，脱离学科本质来探究学科，此类探究生成的失败很可能是缺乏思维含量的“无效失败”。

先让学生利用先前知识尝试解决问题，开始会导向“失败”，但从长远来看，这种“失败”是富有成效的。基于此，学校教育要重新定义失败，使失败不再是一种“障碍”或“威胁”，而成为一种促成学生高阶思维发展的学习资源。“有效性失败”不是一个线性过程，它不断在迭代中臻于至善。有效性失败设计为深度学习的真实发生提供了一个有效的实践“抓手”，以问题为导向，以失败为契机，根据学习者的认知能力和水平进行教学设计，使“以学习者为中心”的教学理念“有形又有实”，为教育者和学习者提供了促进深度学习真实发生的新路径。持续检验有效性失败的设计点，并反复修正和细化有效性失败设计，包括更详细的内在机制、实施路径等，使其在促进深度学习的发生方面更具效用。这将会是进一步研究的重点。