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1、2011年7月于银川北京师范大学教育技术学院,认知工具与建构性学习,余 胜 泉 教授http:/,当代教育的价值取向,知识传递,认知建构,学生,学生,学生,学生,学生,从知识传递到认知建构,教育范式发生转移:“老师教什么?”转变成“学生学什么?”为主的观念老师从知识传授者变成依学生个人特质作知识提供及辅助者的角色学生也由被动接受知识转为以主动、积极的态度来进行自主性的学习。,一、理解建构性学习,建构主义基本要点,学习是通过“同化”和“顺应”建构内在心理表征的过程。学习者并不是把知识从外界搬到记忆中,而是以已有的经验为基础通过与外界的相互作用来构建新的理解。学习是学习者基于一定的社会文化情境,在
2、与学习环境的互动中自我建构意义、共享和参与社会认知网络的过程,强调外部学习环境对学习的重要影响和作用。主张从促成能动的知识建构为目标来设计适合“知识建构”的学习环境,认为知识是个体建构的,它内在于人的心灵之中,重视学习者内在的知识建构过程。,建构性学习,From Jonasson,情景(Contexual):建构性学习环境下的问题应是在一定情景下的真实任务,并与学生的日常生活相关、有可能被他们解决的问题。复杂(Complex):建构性学习环境下的问题必须是有一定的复杂程度,至少没有浅显明确的答案。这样有助于激励学生从多角度、多层面来思考解决该问题的途径。积极(Active):在建构性学习环境中
3、,学生必须是学习活动的积极参与者,而不是知识的被动接收者。意识(Intentional):建构性学习环境下学生的学习必须是有意识、有目的的。学生自身必须了解我要做什么,如何做,最终达到什么目标等(这和上面提到的教学设计不需要预设目标没有冲突)。,建构(Constructive):新的信息与学生原有的经验或知识之间必将产生不一致,这种不一致将促使学生在原有经验的基础上建构出新的知识。合作(Collaborative):建构性学习环境下的问题往往是真实的。这种任务的解决离不开与其他同学、教师或专家的合作。交流(Conversational):学生需要与其他人进行交谈和讨论。这将有助于在建构性学习环
4、境下问题的解决。思考(Reflective):在建构性学习环境下需要学生不断地思考问题,反思所做的事情,以便找出最合理的解决方案。,多面体欧拉公式的发现,对数函数,安塞要鼓,岳阳楼记,浅层认知,深层认知,达成高层次的教学目标,知识:对先前学习过的知识材料的回忆,包括具体事实、方法、过程、理论等的回忆。心理过程主要是记忆。领会:把握知识材料意义的能力。包括转换(用自己的话或方式来表达)、解释(对一项信息如图表、数据等加以说明或概述)、推断(预测发展的趋势)。运用:把学到的知识应用于新的情境。它包括概念、原理、方法和理论的应用。运用的能力以知道和领会为基础,是较高水平的理解。分析:把复杂的知识整体
5、分解为组成部分并理解各部分之间联系的能力。它包括部分的鉴别、部分之间关系的分析和认识其中的组织结构。例如,能区分因果关系,能识别史料中作者的观点或倾向等。既要理解知识材料的内容,又要理解其结构。综合:将所学知识的各部分重新组合,形成一个新的知识整体。包括发表一篇内容独特的演说或文章,拟定一项操作计划或概括出一套抽象关系。它所强调的是创造能力,即形成新的模式或结构的能力。评价:对材料(如论文、观点、研究报告等)作价值判断的能力。它包括对材料的内在标准(如组织结构)或外在的标准(如某种学术观点)进行价值判断。例如,判断实验结论是否有充分的数据支持,或评价某篇文章的水平与价值。这是最高水平的认知学习
6、结果。,从学习的目标来看,建构性的学习和教学旨在使学习者形成对知识的深刻的理解。知识获得是学习的重要目标,而知识获得有不同的水平,学习者可能只是记住了一些概念、原理,但并没有真正理解它的含义,或者只是有一些字面的理解,只能应付课本上的典型习题等(看见东西),对知识形成深刻的理解,学习者所获得的知识是结构化的、整合的(integrated),而不是零碎的、只言片语的。学习者结合自己原有的经验体系来学习探索新知识,将所学知识的不同部分联系起来,将新知识与原有的知识经验联系起来,例:深刻理解知识的内在联系,许多知识之间有着千丝万缕的联系,甚至是密切的联系。每一位优秀的教师都在努力地揭示这种内在的联系
7、,图形计算器在这方面也起到积极的作用。,函数与方程的关系,用函数图象去理解方程组的解.比如说二元一次方程组就可以看作是两条直线,方程组的解就是直线的交点.,学习者所建构是灵活的知识,而不是惰性的、死的知识。学习者不应满足于对概念、原理等的教条式的掌握,而应使这种理解进一步深化。教学应把要学习的知识置于多种、具有一定复杂性的问题情境中,分别着眼于不同的侧面,使学习者对知识形成多角度的、丰富的理解,从而使他们在面对各种问题时,能更容易地激活这种知识,灵活地利用它们解释新现象,形成解决问题的程序。,冰的融化情境:一条棉被包裹着一块冰,一张锡纸包裹着同样大小的冰问题:哪一块冰先融化?一些学生认为被棉被
8、包裹着的冰先融化,因为棉被使冰温暖。观察结果:被锡纸包裹的冰先融化了。进入问题讨论“为什么”热力学问题:棉被的功能防止能量交换。,学习者所建构的是属于他们自己的知识经验,而不是别人的知识,学习者是在建构他们自己对各种问题的观点和见解,建构自己所坚持的判断和信念,而不仅仅是记住别人研究出来、等待他们去占有的结论。学习者会对知识表现出更深的卷入和更高的批判性,知识的对与错会牵动他们的神经,而不是让他们感到无所谓、无动于衷。对知识的深刻的、真正的理解有助于提高学习者的思维和探究能力。通过学习中不断的思考探索,基于他们事例的、结构化的、灵活的、属于他们自己的知识经验体系,他们的思维和探究能力可以得到更
9、好的发展。,学习的内部过程:高水平思维,在传统教学中,学生学习时的主要任务是对各种事实性信息及概念、原理的记忆、复述和简单应用,建构主义的学习和教学则要求学生通过高级思维活动来学习,学习者要不断地思考,不断地对各种信息和观念进行加工转换,基于新经验与旧经验进行综合和概括,解释有关的现象,形成新的假设和推论,并通过一定的方式对此作出检验。,师生充分的沟通、合作和支持,在建构性的教学中,学生学生之间也将会进行更充分的沟通和合作。建构主义认为,每个学习都有自己的经验世界,不同的学习者可以对某种问题形成不同的假设和推论。通过合作解决问题、小组讨论、意见交流、游戏、辩论等形式,教师可以促进学习者之间的沟
10、通互动,而面对各种没的观点,学习者要学会理清、表达自己的见解,学会聆听、理解他人的想法,学会相互接纳、赞赏、争辩、互助,他们要不断对自己和别人的看法进行反思和主羊。通过这种合作和沟通,学习者可以看到问题的不同侧面和解决途径,从而对知识产生新的洞察。建构性的学习和教学强调学习者的主动探索,但并不轻视教师的作用,教师的引导和帮助对于学生的思考和知识建构来说是极为重要的。教师在开始先保留自己的看法,提出一些能激发思考的问题,引导学生形成自己的看法,而教师会耐心地聆听他们的发言,并洞察他们的想法的由来,看到其合理性和局限,而后再提供相应的引导,引导学生看到与其观点相矛盾的观点和事实,或者组织持不同见解
11、的学生进行讨论,或者从学习者的见解出发进一步进行提炼和概括。,多样的、情境性的信息,建构主义者反对过于简单化地处理学习内容,希望把学习置于真实的、复杂的情境之中,从而使学习能适应不同的问题情境,在实际生活中能有更广泛的迁移。,案例分析 日常饮食中的数学(来自美国的案例),现代社会人们的生活节奏不断加快,从饮食文化角度看,人们越来越依赖快餐、休闲食品或甜食,而没有意识到食用健康食品的重要性。为缓解这种现象,美国科学发展协会在起草科学素养国家标准过程中,专门强调健康与日常饮食的重要性,要求学生学会阅读食品上的标签,从健康角度选择食品。这也促使学生通过基于问题的活动探讨健康问题,探讨健康与数学的关联
12、。此活动项目适合美国7年级学生,重点是建立学生经验、兴趣和社会文化背景之间的联系。涉及的数学概念包括:比率,分数,统计,图像等。,活动1:从分析学生爱好的食物入手 激发探究激情,导入项目要求,为了激发学生从日常饮食探究数学的激情,该案例首先组织学生介绍自己爱好的食品,并将介绍方案展示在教室四周,同时教师播放介绍食品中的脂肪、热量、微量元素等内容的录像,通过主动以及被动的参与,学生热烈讨论食物金字塔模式。,活动2:利用学生提供的有关食物成分的数据,如一个学生介绍他经常吃的汉堡包,一个3盎司的汉堡包含21克脂肪,也即每盎司的汉堡包就有7克脂肪。学生利用图像计数器找出食物中由脂肪产生的热量、蛋白质、
13、碳水化合物等成分的关系,通过图像的直观展示,学生认识到食物中热量与食物重量之间关系的线性发展。借助这种表征,学生就能预测自己所吃食物中脂肪的含量。,在这个活动中非常注重学生利用自己熟悉的表征方式表示食物的各种成分的关系。例如有些学生获得关于自己吃的热狗的脂肪含量与热量关系,他们或者用函数符号表示:y=9x,或者用表格表示,或者用函数图像表示。,活动3:学生从自己喜欢的食物入手,以自己熟悉的表征方式表示了食物与所含成分的关系,从而直观了解某食物的成分含量,便于调整自己的食物结构。随着这方面体验的增加,学生主动探索、分析学生早餐的营养成分。他们以批判的眼光审视早餐成分的合理性问题。他们深刻体会到如
14、何使用数学工具理解早餐所含的营养成分,并用图像表示食物中脂肪与胆固醇的含量关系,学生据此认识到,“吃的脂肪越多,获得的胆固醇就越多”。,血液胆固醇与脂肪卡路里,脂肪中的卡路里百分比,血液中胆固醇总量(克/每百毫升),紧接着学生投入到调研早餐套餐的活动中,以标准早餐为例:一盒牛奶以及两片面包,学生探究如何计算脂肪、碳水化合物、蛋白质中的热量。,建构性学习的转变,教学重心由教向学转变,以学生主体性、探究性学习为主线,变革课堂教与学方式,为学生发展服务。,教学过程由简单的知识传授过程向教师引导学生获取知识的特殊认识过程转变,关注师生情感共融,共同探究新知,共同创造,共同成长,共同体验生命的价值。教学
15、活动由教师传道、授业、解惑向师生互动、教学对话转变,引导学生提出问题、分析问题、解决问题,形成个性化、差异化思维,增强创新的活力。教学方式由执行教案向展示教学智慧转变,打破格式化教学方式,关注“动态生成”,培养“质疑精神”和“批判精神”,使课堂教学成为充满创意与激情、共同建构知识与人生的过程。,教学手段由单一“黑板”、多媒体展示向利用技术进行探究发现、解决实际问题转变,既变革知识的呈现方式,也变革知识获得的方式,“化信息为知识,化知识为智慧,化智慧为德性”。教学资源由单一的教材、教辅材料向文本、音像、教具挂图、实验设施、实物、场景等多元化转变,为学生提供内容极为丰富的多元综合性学习资源,促进学
16、生全面而有个性的发展。教学形态由单一的班级授课向班级授课与研究性学习相结合转变,倡导自主探究、合作学习、亲身实践,综合运用已有的知识和经验来解决问题,学会学习。教学质量效益由单一衡量传授知识技能的多少向衡量学生发展水平的高低转变,面向全体学生,分类指导,分层提高,支持每位学生达到最近最佳发展区域。,二、认知工具促进建构性学习,知识,应用,A,B,D,C,教师讲授,提升课堂深度,学生思考,学生思考&行动,学生行动,技术的认知工具观,认知工具是支持、指引扩充学习者思维过程的心智模式与设备,问题/任务表征工具,Google/Baidu/Yahoo/Sina,BBS、CHAT、OICQ,实时测验与分析
17、系统、发展性教学评估系统,Flash、几何画板、Z+Z平台,网络教学平台、学科群网站、信息平台,Word、PPTFrontpage,知识建模工具,测试/评价工具,绩效支持工具,协同工作工具,信息搜索工具,长期以来,信息化教学遵循的是“learn from IT”(从技术中学习)的技术应用观,即客观主义的技术应用观。这种方式是让技术像教师那样去“教学”,起一种替代教师的作用,学习者学习技术呈现的知识,技术的作用就是传递要教授给学习者的知识,极大地抑制和弱化了技术的认知功能。技术的真正作用在于充当学习者建构知识的工具,以拓展学习者建构知识的能力,通过使用技术工具来发展高阶能力,学习者是“learn
18、 with IT”(用技术学习),即建构主义技术应用观。,技术作为学习工具,可以有效促进认知,认知工具促进学习者高阶思维发展,有利于学习者认知技能的培育、发展和习得。有助于学习者反思所知及其过程、建构知识和促进高阶思维。可有效地用于学生的协作学习,支持意义的社会性建构,利用技术进行探索和发现,有利于学习者理解和思考现实世界,促进抽象知识与现实世界的联系,发展创新和实践能力 利用设计和分析工具,可以更好地组织观点,体验过程,用来更好地理解信息的解释信息,通过表征学习者的所知,技术为学习者提供深入理解内容的学习手段,从而促进更丰富的理解。技术可以变化知识表征形式、表达不同思考观点,有利于表征观念的
19、深层复杂性,拓展看问题的视角,为同一观念提供多种理解视角,促进学习者思维模式的发展,从而培养深层次的批判性思维能力。革新了学习者作为接受者的角色,使学习者成为生产者、创造者和发送者。它有利于学习者清晰地表达所知晓的内容(亦即表达所学知识),反思所学内容和学习过程,支持意义制定的内部协商(个体的内部思维),建构个体化的意义表征和支持有目的的、深入的思考。,例:辅助对概念的理解,对于数学概念理解的深浅,直接决定了数学学习的优劣。数学成绩不理想的学生中有相当一部分是对于数学概念的理解不够深刻。,比如对三角形内角和180度,通过拖动三角形任意一顶点改变三角形方向,我们可以很直观理解任意三角形的内角和都
20、为180度.,奇函数与偶函数是函数的重要性质。多数教师在课堂上只是讲这是一个定义。有了图形计算器,我们让学生先作y=x、y=x3、y=x5、y=x7、y=x9 的图像。再作y=x 2、y=x 4、y=x 6、y=x 8、y=x 1 0 的图像。很容易归纳出前一组图像关于原点成中心对称,后一组图像关于y 轴成轴对称;前一组函数的指数都是奇数,后一组函数的指数都是偶数;前者称为奇函数,后者称为偶函数。,技术延伸人类互动的空间,可有效地用于学生的协作学习,支持意义的社会性建构,Web 2.0扩展了每个人的参与的空间,认知负荷(cognitive load):在思维和推理过程中付出努力的水平(包括知觉
21、、记忆、言语、信息处理、检索等),这会潜在的影响高阶思维过程。信息技术应用能有效减轻、转移或分担学习者的部分认知负荷,成为促进学习者发展高阶能力的理想“支架”;使学习者集中更多的精力发展高阶思维能力。技术应用有助于发展使用者的元认知能力,能够拓展了人的智能,使人变得更聪明、更有效率;随着计算设备智能化的不断发展,人类前所未有地减轻了低阶知识/能力的负荷,学会人和技术之间的协同思考能力是人类在新时代获得价值确认的必然选择。,技术减轻/转移了学习者的认知负荷,例:使复杂问题简单化,一些比较复杂的问题,往往由于作图、运算等过程比较繁琐,经常会冲淡课堂教学的主要内容,图形计算器在此时能起到很好的助手的
22、作用。,杨辉三角形,例如,一公司稳定发展期,其中连续三个10年的收入如下:11.3亿,19.5亿,30.6亿,请预测下一个10年的年收入额?,实际应用问题的解决关键在于数学模型的建立,函数模型的建立步骤是:确定变量,收集数据;根据收集的数据画出散点图;根据散点图选择恰当的函数;建立函数关系式也就是对变量进行回归分析,得出回归方程,并进行相关性检验这一过程需要大量的运算,甚至无法用纸和笔来解决,使我们对问题的解决变得厌倦甚至放弃而利用计算机的函数拟合功能,使得对一些采集的实验数据进行分析,建立适当的数学模型变得轻松、容易,传统应用题由于受信息技术条件的约束,背景不丰富,远离时代,和学生的实际结合
23、得不紧密,大量数据需要人为加工,题目还常常有明显的解题途径的暗示,所以学生难以通过解这些题,提高自己数学建模的能力,领会问题解决的思想由于有计算机工具,就使得运算繁杂、作图困难、数据处理难度大的问题,特别是一些具有真实背景的实际问题的解决成为可能借助计算机,将实验、尝试、模拟、猜想、检验、调控、运算、推理、证明等作为数学学习的重要方式,更加重视学生的亲身实践活动,促进高层次数学思维,提高数学思考力度让学生“看到”他们以往只能想象的数学,“做”他们以往不可能做的数学,使学生感受到实实在在的数学,例:问题情境化,技术进入课堂改变了什么?,基础知识与基本能力的培养是基础教育中永恒的主题,关键是获取知
24、识的方式!,信息技术拓展课堂,提高效率,拓展了课堂的广度,拓展了课堂的深度,拓展了课堂的参与度,Remembering bullet pointing,highlighting,bookmarking,social networking/bookmarking,favouriting/local bookmarking,searching,googlingUnderstanding advanced/boolean searches,blog journaling,categorizing,tagging,commenting,annotating,subscribing Applying r
25、unning,loading,playing,operating,hacking,uploading sharing editingAnalyzing mashing,linking,validating reverse-engineering,crackingEvaluating blog/vlog,commenting,reviewing,posting,moderating,collaborating,networking,refactoring,(Alpha/Bata)testing Creating programming,filming,animating,blogging,vlo
26、gging,remixing,wikiing,publishing,videocasting,podcasting,directing/producing,封闭式的、以知识为中心的课程整合,演示工具,交流传播,个别辅导,资源环境,信息加工,研发工具,情境探究,协作工具,教学评估,教学内容变革,教学目标变革,教学组织架构改革,信息技术与课程整合的发展层次,技术应用于教学的关键阶段,Learning about IT:将信息技术作为学习的对象;Learning from IT:把信息技术作为教师教授活动主要媒体,传递需要教授的知识;Learning with IT:将信息技术成为学生认知工具而进行的学习,促进以学生为主体的知识加工;Learning in IT:将信息技术的教育文化环境开发,使学生生活在信息文化环境中实现潜移默化地学习,李克东,If we teach today as we taught yesterday,then we rob our children of tomorrow.John Dewey,请多提宝贵意见,电子邮件:个人网址:http:/,