（课程与教学论专业论文）面向问题解决能力的计算机学习环境设计研究.pdf

摘要 新课程“倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手，培养学生搜集和处理信息的能力、 获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力”。这也是改变传统教 学种种弊端的切入点。尤其随着信息化进程的加速，社会对人才的问题解决能力提出了更 高的要求。如何在多媒体计算机、网络等数字化环境中培养学习者的问题解决能力就显得 尤为重要。 本文首先解读了问题、问题解决能力和学习环境的内涵，以及总结了相关的理论基础， 对问题解决和学刊环境方面的研究现状加以综述，论证了计算机、网络等数字学刊环境对 于培养学习者的问题解决能力具有重要作用。并依据问题解决的信息加工机制和一般问题 解决模式，提出了面向问题解决能力的计算机学习环境设计的基本原则、构建了该学习环 境的结构模型和设计过程模式，强调了学习者的心理环境的营造问题。进而精选了两个国 外基于问题解决的数字学习环境设计与开发的成功案例，以进一步把握在计算机学习环境 中培养学习者问题解决能力的重要意义和具体应用。 论文的最后对面向问题解决能力的计算机学习环境设计作了总结，并指出了不足之 处，和以后的研究方向。 关键词： 问题解决能力学习环境学习资源问题情境 a b s t r a c t t h er e f o 眦o fn e wc o u r s ei nc h j n aa d v o c a t e st h a tt e a c h e r ss h o u l de n c o u r a g es t u d e n t se n g a 百n ga c t i v e l e a m i n g ，t o s t e rt h e i ri n t e r e s t s i n i n q u i r ea n dd o i n gm o r e ，a n ds h o u l dc u l t u r es t u d e n t s a b i l i t yt oc 0 1 1 e c t i n f b r n l a t i o n ，p r o c e s si n f b m a t i o n ，a 1 1 a l y z ea 1 1 ds o l v ep r o b l e m s ，a i l dc o m m u i l i c a t ew i t ho t h e r s t h j si d e ai sa w a yt oe l j m i n a t ev a r i e t yp m b l 哪si nt r a d i t i o n a le d u c a t i o n e s p e c i a l l y ，t h em o d e ms o c i e 哪n e e d st h et a l e m st h a t h a v eh i g hl e v e la b i l i t yt os o l v ep r o b l e m si nt h es p e e d i n gp m c e s so fe d u c a t i o n a li n 如n n i z a l i o ns oi ti s i m p o r 咖th o wt ot r a i nl e a r n e rt o o b t a i np r o b l e m - s o l v i n gc o m p e t e n c e nt i l em u l t i m e d i ac o m p u t e r _ b a s e d ， w e b _ b a s e dl e a m i n ge n “m n m e n t s f i r s t ，t h ed i s s e n a t i o ni d e n t m e st h em e a n i n go fp r o b l e m ，p r o b l e m s 0 1 v 访ga b i l h ya n d1 e a m i n g e n v i r o 岫e n t s ，s u m m a r i e st h em e o r e t i cf o 咖d 撕o nr e l 砒e dt l l ei s s u eo ff o s t e r i n g 曲i l i t yt os o l v ep r o b l e m si n d i g i t a l l e a m i n ge n v 的呦e m s a n dt 1 1 e nid e s c r i b et h ec u r r e n tr e s e a r c h e si nt h ef i e l d so fp m b l 哪- s o l v i n ga 1 1 d l e a m i n ge n v i r o n m e n t s ，d e m o n s 姐t e 1 ee 行b c t i v e n e s so fc r e 8 t i n ga p p r o p f i a t ed i g i 协l l e a m i n ge h v i m n m e n t st o p r o b l e m s o l v i n ga b i l i t yip r o m o t eg e n e r a lp r i n c i p a l so fd e s i g n i n gc o m p u t e r - b a s e dl e a r n i n ge n v i m n m e n t si n t e 丌i lo fi n f o 丌1 1 a t i o np r o c e s s i n gm e c h a n i s m 锄dt h eg e n e r a lm o d e lo fp r o b l e m s 0 1 v i n c o n s t m c taf h m e w o r k a n dad e s i g n i n gp f o c e s sm o d e lo fd l g i t a ll e 锄i n ge n “r o l l i n e n t sf b rp r o b l e m s o l v i n ga b j l i t yt h ef 犯t o r so f a 廿b c t i n gm e n t a le n v i m n m e n t so fl e a m e r sa r ee m p h a s i z e di nc h a p t e r5 t h e r ea r et 、v os u c c e s s f u lc a s e so ft h e d e s i g na i l dd e v e l o p m e mo fl e a m i n ge n v i m 砌e n t si nt h ec h a p t e r6 ， 锄dt h e s ec 髂e sc o u l dp r o v i d eu sm a l l y s i g n i f i c a n te x p 酣e n c e s 1 ( e v w o r d s ： p r o b l e m s 0 1 v i n ga b i l i t y l e a h l i n ge n v i r o n m e n tl e 啪j n gr e s o u r c e p m b l e mc o n t e x t i l 第一章引言 1 1 论文的研究意义 第一章引言 本论文的研究意义在于突破原有的教育教学观念，从一昧重视教师的教，改进教法转 向重视学生的学，改进并支持学生的学习；从当前学习理论的最新发展带来的学与教的观 念转变这一新的视角出发，通过分析、研究国内外运用信息技术创设培养学生问题解决能 力的学习环境方面的研究与实践，探寻对技术支持的学习环境的新认识，提出面向问题解 决的学习环境的设计原则和过程模式，促进学与教的新理念在教学改革中的应用，提高教 学效果，培养学生的问题解决能力以及协同意识和能力。 传统的教学观认为，教学过程包括教师、学生和教材。学习内容蕴含在教材，教师的 责任就是把教材中的内容教给学生。教可以被解释为把学习内容从教材灌输的学生的头脑 中，以此可以使学生在考试中回想起相关的信息。在该教学模型中，改进教学的方式就是 提高教师的知识和能力( 如，要求教师掌握更多的知识、学习更多的向学生传递教学内容 的方法) 。 认知心理学的新分支建构主义，在很多方面都有所扩展，使人们对于学习的认识 产生了很大的改变。其核心思想是：学习是个性化产物，由每个学习者通过将新信息与已 有的知识和经验结合而产生。当个体对其所处的社会、文化、物质和精神的世界构建了新 的解释时，就表明学习发生了。因为建构主义的学习观与个人体验有很大的关系，所以教 师的主要作用就是要创建适当的学习环境，有时候叫做问题情景，学习者的学习体验就是 在这样的环境下进行实际操作。 当前的教育受到来自多方面的批评，教育者也在努力寻求教、学以及课程改革的途径。 许多人认为学校所教的内容和应用产生很大脱节，这严重影响了教育系统( h i e b c n ，1 9 9 6 ) 。 学生常常只是记住了许多事实和生搬硬套一些程序，而这些往往又很少和相关情境以及只 是如何运用相联系。问题解决就成为学习环境中联系知识与应用的桥梁，获取基本的问题 解决技能途径。 目前我国基础教育中，传统的教学观仍占主导地位。重教师的教、轻学生的学，使学 生长期处于被动接受、负担过重、学习积极性不高的问题；教学方式多以教师讲授为主， 。w a l t e r d l o u c a r e y ，j 锄e s o c 盯e y ( 2 0 0 2 ) 【m 】h i g h e re d u c a t i o np u b l i s h e r ，b e u h 培p 2 - 3 t h es y s t e m a t i cd e s i g i lo f i n s t n j c t i o n ( t h ef i 胁e d i t i o n ) 1 第一章引言 学生动手实践较少，使得学生难以使用学得的知识和技能解决学习、生活中遇到的相关问 题。即运用所学的知识、技能、方法与过程进行问题解决的能力较差。 进入新世纪，我国逐步推行新一轮课程改革。2 0 0 1 年教育部颁布的基础教育课程改 革纲要( 试行) 在课程改革的具体目标中明确提出要“倡导学生主动参与、乐于探究、 勤于动手，培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知t 的能力、分析和解决问题的能力 以及交流与合作的能力”。“改变课程过于注重知识传授的倾向，强调形成积极主动的学习 态度，使获得基础知识与基本技能的过程同时成为学会学习和形成正确价值观的过程”。 总之，新课程改革不仅把知识、技能作为培养目标，而且过程与方法、情感态度和价值观 同样作为重要的培养目标，使学生具备解决将来学习、工作、生活中遇到的能力，成为对 社会有用的人才。 另一方面，虽然我们可以看到很多地方已经开始着手进行新课程、新理念的培训，花 大力气对教师进行“洗脑”，但是由于缺乏较成功操作方法与模式，加之此类培训的组织 形式本身就是基于传统的、落后的教育教学观，所以培训效果不理想，使先进的理论难以 付诸于教学实践。 本研究正是基于目前基础教育中存在的这些问题，跟踪国内外关于学习理论、学习环 境方面最新研究，力争在理论上有一定创新，并对面向问题解决能力的学习环境，特别是 基于计算机的学习环境设计的原则、方法进行探索。因此本研究有一定的理论参考价值和 实践指导意义。 1 2 论文的研究方法 在论文研究中，主要综合运用了如下一些研究方法：文献资料分析法、案例分析法、 比较研究法等等。 文献分析法是通过分析文献资料进行理论研究的一种方法，它主要包括资料的搜集、 整理、加工、归纳、比较等具体环节。论文研究中，这种方法的运用是最为普遍的，特别 是在本论文的概念界定、理论基础部分，针对论文研究的不同视点，在对多渠道收集的各 种研究资料( 如，通过图书馆、互联网、出版物、实地考察等) 进行客观的分类、整理、比 较、深入分析的基础上，归纳总结出我们的观点或结论；案例分析法是在对个案进行考察 与分析的基础上总括与提升出其蕴含的一般原理与观念的研究方法。在论文的第四章中对 几个学习环境研究方面的案例进行了比较、分析，对已有的研究与实践及本文的主旨进行 第二章问题解决与学习环境的定义 更为深刻、清晰的认识，从而希望能对当前我国的学习环境创设提供一定借鉴。 第二章问题解决与学习环境的定义 我们已经进入一个快速发展的时代，信息瞬息万变、知识更新令人眼花缭乱，同刚人 们面临的新问题又层出不穷。因此，学会解决问题是每一个人不可或缺的能力。正因为如 此，在学校教育教学中，培养学生的问题解决能力，并促进其崽维的发展，已成为各圈教 育改革中备受关注的重大问题，而帮助学生成为比较有效的、成功的问题解决者，则成为 教育的一个主要目标。依据现代学习理论的观点，创设恰当的学习环境将对于学习者的学 习起到至关重要的作用。因此，我们有必要在本章对“问题解决”、“学习环境”的概念加 以讨论。 2 1 问题健决 人在生活和工作中总要面对许多问题。问题解决足一种重要的思维活动，它在人们的 实际生活中占有特殊的地位。与概念形成、推理等思维活动相比，问题解决显得更加宽阔， 甚至可以将它看作思维活动的一个最普遍的形式，因为概念形成和推理等都直接或间接地 具有问题解决的形式，并且它又突出地表明人的思维活动的智慧性和创造性，而与人的智 力有密切关系。 2 1 1 什么是“问题”? 在直觉的水平上，每个人都知道什么是问题。我们大家都经常需要解决问题。例如： 医生要诊断出患者的疾病：建筑师要设计一座大楼；学生要解答一道应用题；教师要帮助 差生提高成绩等等。在现实生活中，问题是多种多样的，内容和形式都千差万别。但是， 一般来说，当人们面临一项任务而义没有直接手段去完成时，于是就有了问题。一哩找到 了完成任务的手段或方法，问题就可以得到解决。 早在1 9 4 5 年， 尔翳克尔( k a r ld u n k e r ) 就曾提出有关问题的定义：“问题产生于 当某一生物具有一个目标，但不知如何达到这一目标之时”。美国哲学家杜威也指出，问 题存在于人们遇到困难时。美国心理学家纽厄尔与西蒙提出的：问题是这样一种情境，个 体想做某件事，但不能即可知道做这件事所需采取的一系列行动。西蒙( s i m o n 1 9 7 8 ) 体想做某件事，但不能即可知道做这件事所需采取的一系列行动。西蒙( s i m o n 1 9 7 8 ) 第二章问题解决与学习环境的定义 曾通俗地指出，当一个人接受一项任务，但又不知道如何去完成它时，他所面临的就是一 个问题。现代认知心理学的研究表明，一个问题包括一个既定的状态( 即，对现存情境的 描述) 和一套运算子( 即，从一种状态移动到另一种状态的规则或程序) 。当情境处于某 一种状态而问题解决者希望情境能进入另一种状态，而这时又存在某些阻碍时，问题就发 生了。 大多数心理学家都认为，问题都含有3 个基本的成分： ( 1 ) 给定：一组已知的关于问题条件的描述，即问题的起始状态。 ( 2 ) 目标：关于构成问题结论的描述，即问题要求的答案或目标状态。 ( 3 ) 障碍：正确的解决办法不是直接显而易见的，必须问接通过一定的思维活动才 能找到答案，达到目标状态。 任何一个真正的“问题”都是有着3 个成分组成的，它们有机地结合在一起。问题的 条件和目标之间有着内在的联系，但是把握这种联系，由起始状态达到目标状态都不是简 单地通过直觉或回忆而能实现的，其间存在着障碍，需要进行思维活动。在复杂的问题中， 在达到正确的结论之前，可能出现错误和曲折，要有许多中介的步骤，达到目标常常需要 时间，至少几秒钟、几小时，甚至几年。 现实生活中的问题是各式各样的。g r e c n o ( 1 9 7 8 ) 区分出3 种重要的问题类型： ( 1 ) 归纳结构类型：给予几个成分，而问题解决者必须发现隐含在这些成分中的结 构形式。属于这类问题的有类似问题，像a 对b 犹如c 对? ；还有系列延续问题，如 1 2 8 3 4 6 5 6 7 等等。 ( 2 ) 转换问题：给予一个最初的状念，而问题解决者必须发现一系列达到目标状态 的操作。属于这一类的有著名的河内塔问题( 图2 1 ) 。 图2 1 河内塔问题 ( 说明：在上图中，有三根柱子a ，b ，c ，在柱子a 上有自下而上大小渐增的3 个恻盘( 数目可 视研究需要而增加) ，构成塔状。要求将柱a 上的全部圆盘移动到柱c 上去，仍需保持原来的放置的大 小顺序，每次只能移动一个圆盘，且大盘不能放到小盘上去，在移动时可利用2 柱。) ( 3 ) 排列问题：给予所需的成分，而问题解决者必须以一定的方式排列它们，以达到 。转引自：高文( 2 0 0 2 ) 教学模式论上海教育出版社上海2 2 1 2 2 2 4 第二章问题解决与学习环境的定义 规定的目标状态。像著名的密码算题就属此类。例如，下列加法算式中，有1 0 个不同的 字母，每个字母分别代表o 到9 的一个数码，现知d = 5 ，要求找出每个字母所代表的一个 数码，在用数码代替字母后，运用通常的加法规则进行计算，应使该算式得以成立。 donald +gerald rob ert 这些问题类型的区分可以揭示出一些问题的结构。然而，正如g r e e n o 所指出的，并不 是所有的问题都能简单地归入这3 类中的某一类。还有许多问题不包含在这些类别之中， 有些问题则是这3 类问题的混合。 r e i n n a l l ( 1 9 6 4 ) 从另外一个角度，即根据问题是怎样被规定的，而将问题分为两大类： 一类是清楚规定的问题，此类问题对给定的条件和目标均有清楚地说明，如代数问题；另 一类是含糊规定的问题，此类问题对给定的条件或目标没有清楚地说明，如“设计一套培 养学生创新能力的教学方案”。 j o n a s s e n ，d h ( 2 0 0 4 ) 在他的新著l e 锄i t l gt 0s 0 1 v ep r o b l e m s ：a ni n s t r u c t i o n a ld e s i g n g u i d e 中谈了他对问题的看法。他指出问题有两个重要属性。首先，问题是某种情境下的一 个未知事物( 目标状态和当前状态之间存在的差距) 。其次，对未知事物的探寻或解决必 须持有社会的、文化的或智力的价值观。也就是说这个未知事物应该具备探寻和解决的价 值。 通过对以上有关问题的论述，笔者给出本论文要讨论的问题的定义： 在日常学习、生活或工作中，个体在一个对自身、他人或社会有意义的目标驱动下， 需要从当前状态转移到期望状态时常常会遇到的差距或阻碍，这种困难情境就称作问题。 为了克服该困难情境，个体往往需要努力，通过一定的算法或过程才能达到期望状态。在 这个过程中的个体被称为问题解决者( d r o b l e ms o l v e r ) 。 2 1 2 问题解决 问题解决常发生在一个问题解决者参与旨在克服某一问题的认知活动中。问题解决是 一种重要的思维活动，它在人们的实际生活、学习、工作中占有特殊地位。 问题解决早就得到心理学的重视和研究，曾经提出过不同的学说。卡尔登克尔( k a r l 。于畦，汪安圣( 1 9 9 2 ) 认知心理学北京大学出版社北京2 7 6 2 7 7 5 第二：章问题解决与学习环境的定义 d u n k e r ，1 9 4 5 ) 这样解释道：“当一个人不能简单地通过行动从一既定的情境进入所求的 情境时，就不得不进行思考”，而且“这种思考的任务是设想出某些能成为现有情境与所 求情境之间中介的行动”。波利亚( p 0 1 y a ，1 9 8 1 ) 将问题解决定义为“发现一种摆脱困难 的途径，一种绕过障碍物的途径，已达到无法在瞬间达到的目标”。在开发计算机模拟的 问题解决时，纽厄尔与西蒙( 1 9 7 2 ) 将问题解决定义为寻求某一问题的既定状态与目标状 念之间的路径。梅耶( m a y e r ，1 9 9 0 ，1 9 9 2 ) 则总结了问题解决定义的三个方面： _ 问题解决是认知性的，因为它发生在问题解决者的认知系统内部； _ 问题解决是一个过程，因为它包含问题解决者对知识的操作与应用； 一问题解决是可以指导的，因为问题解决者尝试去达到若干目标。 作为认知心理学家和人工智能创始人之一的美国著名心理学家和计算机科学教授，西 蒙则将问题解决看作人类认知的三类基本信息加工过程( 再认、问题解决和学习) 之一。 他认为，一旦某人按照某种方法完成了某项任务，就意味着它解决了这个问题。 j o n a s s e n ( 2 0 0 4 ) 认为，如果一个问题值得解决，那么问题解决就是指引探寻未知事 物的以目标为导向的认知操作序列。这些认知操作有两个重要属性。首先，问题解决需要 对问题及其情境做出心理表征( 或心智模型) 。即，问题解决者建构一个被称为问题空间 ( p r o b l e ms p a c e ) 的问题心理表征( m e n t a lr e p r c s e i 慨i o n ) 。关于心智模型问题空间的含义， 尽管还没有完全达成一致，但是，研究人员普遍认为问题的内部心智模型( i n t e m a l m e n t a l m o d e l ) ( 相对于社会或小组心智模型而言) 是由结构性知识、程序性知识、反思性知识、 明喻隐喻系统、执行或策略性知识构成的多重表征。也就是说心智模型是由关于问题结构 的知识、如何进行检验或其他问题解决活动的知识、问题环境及组成部分、何时及如何使 用程序的知识组成。心智模型可以整合多种不同类型的知识，它是问题空问的心理建构形 式。而问题空间对于问题解决是至关重要的。 第二，成功的问题解决需要学习者主动使用并检验他们的心智模型。思维是内部心理 活动，尤其是在问题解决的时候。所以，问题解决者的知识与其外在行为活动是互补的， 相互依赖的过程。问题解决者不仅要知道做什么，而且还要脚踏实地地去做需要做的事情。 成功的问题解决要求学习者在物质世界进行尝试之前，先制定并检验他们头脑中( 心智模 型或问题空间) 的解决方案。 高文( 2 0 0 2 ) 认为，问题解决就是所面对的问题得到解决的认知过程，也是问题解决 者与任务环境相互作用的过程。 。高文( 1 9 9 9 ) 一般的问题解决模式外国教育资料1 9 2 4 6 第二章问题解决与学习环境的定义 通过对以上有关问题解决的论述和定义的学习和理解，本论文中的问题解决可以界定 为：学习者在为达到预期状态而陷入困境时，主动运用已有知识、技能的内部心理操作过 程和支配外部行为操作过程。内部过程和外部过程是彼此依赖、相互作用的，缺一不可。 问题解决能力就是指学习者在这个问题求解的过程中所表现出来的认知操作技能和对问 题的成功解决有重要意义的意志品质。 2 2 学习环境 什么是学习环境，至今尚未达成共识。影响较大的有以下几种观点。 2 2 1 学习环境是一种场所 在教学论中，教学环境、学习环境这两个术语可以互相取代。教学环境往往被定为 “由学校和家庭的各种物质因素构成的学习场所”或“课堂内各种因素的集合”( 田慧生， 1 9 9 6 ) ，主要内容是家庭、学校、课堂中的物质因素。 2 0 世纪3 0 年代中期，心理学家勒温和托马斯魏德的有关研究拉开了教学环境研究的 序幕。此后长达半个多世纪的时间里，西方学者们从不同的角度和层次对教学环境问题进 行了广泛研究，并取得了大量研究成果。在关于教学环境概念的诸多定义中，比较有影响 的主要有以下几种。 ( 1 ) 教学环境主要指由学校和家庭的各种物质因素构成的学习场所。 这种观点以美国教育技术学家k n i r k f g 为代表，他曾明确提出，教学环境是由“学 校建筑、课堂、图书馆、实验室、操场以及家庭中的学习区域所组成的学习场所”。 ( 2 ) 教学环境是课堂内各种因素的集合。 著名的教学环境问题专家、澳大利皿学者弗雷泽( b a r r yj f r a s e r ) 是这种观点的代表 人物。他认为，教学环境是由课堂空间、课堂师生人际关系、课堂生活质量和课堂社会气 氛等因素构成的课堂生活情境。 ( 3 ) 教学环境就是学校气氛或班级气氛。 这一观点是由心理学家霍利( h a w l e y ) 提出的，他认为，教学环境“就是一种能够激 发学生的创造性思维的温暖而安全的班级气氛”。 ( 4 ) 教学环境是由学校环境、家庭环境和社会环境共同构成的学习场所。 这一观点是由国际教育成就评价协会( i e a ) 在一项大规模的国际性教学环境研究项 目中提出的，该项目在非常广义的层次上运用了“教学环境”这一概念，使教学环境涉及 第一二章问题解决与学习环境的定义 的各种变量达1 5 类之多。 ( 5 ) 教学环境主要指学校教育环境。 这一观点最早由美国学者r l 辛克莱( r l s i n c l a i r ) 提出，他认为，教学环境“就 是那些能够促进学生身心发展的条件、力量和各种外部刺激因素”。 ( 6 ) 学习环境是现实物质场所和技术支持的虚拟场所的总和。 这种观点也将学习环境视为一种场所，但其含义已与最初对学习环境的理解有实质性 的不同。美国科罗拉多大学教育技术系教授、a e c t 理论与研究部主任威尔森( b r e m g w i l s o n ，1 9 9 5 ) 将学习环境界定为学习者在追求学习目标和问题解决的活动中，可以使用 多样的工具和信息资源并相互合作和支持的场所。在建构主义学习环境：教学设计的案 例一书中，威尔森归纳了三种学习环境：计算机微观世界。是以计算机为基础的学习 环境，它们可以是更大的教室环境，也可以是独立的；教室基础的学习环境。指教室是 主要的学习环境，不同的技术作为工具来支持课堂学习活动；开放的、虚拟的学习环境。 这种计算机基础的学习环境是开放的系统，允许学习者与其他参与者、资源和表征相互作 用。 从以上各种定义的陈述中不难看出，由于研究者们所持的学科立场和研究角度不同， 因而对教学环境所下的定义也不尽相同。所有这些定义都在不同程度上触及和揭示了教学 环境的基本含义，但同时又都不够全面、完整和准确。例如，第一种观点只强调教学环境 的物质因素，忽略了心理环境因素的存在。第二种观点将教学环境等同于课堂环境，理解 过于狭隘。第三种观点又走向了另一个极端，即只强调环境的心理因素而忽略了物质因素。 第四种观点将教学环境的外延无限扩大，混淆了教学环境与其他环境的界限。第五种观点 相对而言较为全面，但不够准确和具体。第六种观点比较新，包括了技术支持的虚拟环境， 但是没有考虑环境心理因素。 正因为人们对教学环境的概念有不同的理解，因而对教学环境的分类自然就存在相当 分歧。弗雷泽主张将教学环境分为学校环境和班级环境两种类型，而r l 辛克莱则认为， 教学环境包括社会的、物理的和智力的三种类型。还有人认为教学环境不宜分类。在教学 环境分类方面，国际教学与师范教育百科全书表达了一种较为全面的看法。这本书虽 没有及明确提出教学环境的分类问题，但它明显地倾向于将教学环境氛围物理环境和心理 环境两种类型，并以此为依据收录了研究这两类环境的数篇有代表性的论文。 随着计算机多媒体技术、网络通信技术为核心的信息技术在教育教学领域的普及应 用，学习资源越来越丰富，并且可以数字化的形式统一处理，它为各种教学思想、教学策 第二章问题解决与学习环境的定义 略的实施提供了得天独厚的土壤。特别是在基于i m e m e t 的网络教育环境下，学习者既可 以进行个别化学习，又可以进行协作式学习，还可以将二者结合起来，教学模式变得多种 多样，可以按照个人的需要进行选择。除此之外，学习内容、学习时问、学习方式甚至指 导教师都可以按照学习者自己的意愿或需要进行选择。学习者既可以在学校里学习，又可 以在家里、办公室甚至在旅途学习，场所在学习环境中的作用越来越小，于是有人对学习 环境提出了新的理解。 2 2 2 学习环境是学习资源和人际关系的组合 这一观点认为学习环境不再是简单物理意义上的场所，而是学习资源和人际关系的组 合。其中既有丰富的学习资源，又有人际互动的因素。学习资源包括学习材料( 即信息) 、 帮助学习者学习的认知工具( 获取、加工、保存信息的工具) 、学习空间( 如：教师或虚 拟网上学校) 等等。人际关系包括学生之间的人际交往和师生间的充分的人际交往，学生 不仅能得到教师的帮助与支持，而且学生之间也可以相互协作和支持。 2 2 3 任务情境是建构主义学习环境的核心国 这种观点将建构主义学习环境概括为是一种支持学习者进行建构性学习的各种学习 资源的组合。其中学习资源不仅包括信息资源、认知工具、人类教师等物理资源，还包括 任务情境等资源。任务情境在学习环境中起着集成其他各种学习资源的作用。一种学习环 境是否是建构主义的，关键看任务情境的性质。因此任务情境是建构主义学习环境的核心。 而所谓的任务情境是指呈现给学习者的问题解决情境。任务情境蕴含着等待学生学习的知 识和智力操作。建构主义学习环境的学习任务真实性的任务。学习任务的真实性是指任务 情境与知识、技能被应用的实际情境相联系的程度。 2 2 4 学习环境是学习活动展开的过程中赖以持续的情况和条件 这种观点认为环境是相对某项中心事物而言的，环境意味着中心事物在其特定活动展 开的过程中赖以持续的情况和条件。由此推及学习环境，它当然是学习活动展开的过程中 赖以持续的情况和条件。由于学习活动的主体是学习者，因而也可以把学习环境说成学习 者在学习过程中进行学习活动的情况和条件。学习环境中的“情况”是学习活动的起点和 。杨开城( 2 0 0 0 ) 建构主义学习环境设计原则中国电化教育2 0 0 0 ( 4 ) 。武法提( 2 0 0 0 ) 基于w e b 的学习环境设计电化教育研究2 0 0 0 ( 5 ) 9 第二章问题解决与学习环境的定义 某一时刻的状态，而“条件”则是学习活动继续进行的保证。学习环境中的“条件”包括 物质条件和非物质条件，物质条件主要指学习资源；非物质条件包括我们常说的学习氛围、 学习者的动机状态、人际关系，此外还包括系统采用的教学模式和教学策略，因此学习环 境是一个动态概念，学习环境与学习活动进程是共存共生的，随着学习活动进程的展开， 学习环境中的情况和条件也不断变化，如：当学习者遇到困难时，教学系统通过诊断来调 整教学策略和学习内容，或者通过协作学习活动来支持学习者。因此，学习环境和动态的 学习进程是紧紧联系在一起的，把二者割裂开来就会导致静态的学习环境观。也只有把学 习环境放到动态的学习进程中去考察，才能设计出有效的教学系统或学习系统，也才能把 握住学习环境的本质。 通过对以上有关学习环境的论述，笔者比较倾向于何克抗等( 2 0 0 2 ) 给出的学习环境 定义：学习环境是学习资源和人际关系的一种动态的组合。其中既有丰富的学习资源，又 有人际互动的因素。学习资源包括学习材料( 即信息) 、帮助学习者学习的认知工具( 获 取、加工、保存信息的工具) 、学习空间( 如：教师或虚拟网上学校) 等等。人际关系包 括学生之间的人际交往和师生间的充分的人际交往。 2 3 面向问题解决能力的计算机学习环境 面向问题解决能力的学习环境除了应该具备学习环境的一般特征，如应该包括学习资 源( 学习材料、认知工具) 、学习空间等，还应该具备专门培养学习者问题解决能力的策 略、工具和资源。应该能够引导学习者去主动发现问题，遇到困难时鼓励学习者积极迎难 而上：思维堵塞时帮助学习者梳理思路以明确问题，或提供类似案例以获取相关经验；学 习者分工合作时提供交流讨论的工具，以便集思广益，获取问题的完整意义；制定问题解 决方案时提供信息收集、处理的工具，帮助学习者决策；成功完成问题解决任务时提供反 思工具，总结经验教训等等。面向问题解决的计算机学习环境则是要充分利用计算机的优 势，如大存储量、高处理速度、快捷的交互、丰富的表现力，在互联网的支持下还拥有丰 富的资源、提供迅速多样的信息交流途径等，创造一个人工的学习时空。这样可以摆脱许 多现实世界中的许多局限，如时间、场所、资金、人力等，使学习者可以按照自己的需求、 方式进行学习。另外，计算机学习环境还具有一般学习环境所不具备的优势，如丰富的学 习资源，便于学习者自由探索；便捷的交流方式，便于学习者之间协作交流；强大的处理 能力，可以减轻学习者低级的重复性劳动，集中精力进行高级思维；丰富的表现力，可以 让学习者获取更多的有用信息等等。面向问题解决的计算机学习环境以学习者为中心，可 1 0 第三章面向问题解决的学习环境的理论基础 以充分体现学习者的主体地位。它的最终目的是促进学习者的意义建构，提高他们的问题 解决能力。 第三章面向问题解决的学习环境的理论基础 面向问题解决的学习环境的理论基础包括心理学、教学理论、学习理论等相关理论和 学说。具体而言，学习理论，特别是建构主义理论，既确立了创设学习环境的重要意义、 提供了学习者能够成为问题解决者的理论佐证，又为可以在学习环境中有效培养学习者问 题解决能力建立理论支持；认知心理学揭示了人的问题解决的信息加工机制，并提出了问 题解决的一般模式，为培养学习者的问题解决能力提供了理论依据和策略；建构主义关于 学习环境的理论为学习环境提供了重要的设计原则。 3 1 建构主义学习理论 于1 9 8 0 年代后期风靡于欧美的建构主义，以惊人的速度波及到各个学科领域，尤其 对教育学科领域产生一股冲击力，深刻而迅速地改变着人们对于教与学的各种观念。 建构主义存在多种流派和范式，核心的包括：社会建构主义( s o c i a lc o n s t m c t i v i s m ) 、 激进建构主义( m d i c a lc o n s t n l c t i v i s m ) 、社会建构论( s o c i a lc o n s t r u c t i 、，i s m ) 、信息加工建构 主义( i n f o m a t i o n - p r o c e s s i n gc o n s t m c t i v i s m ) 、控制论系统观( c y b e m e t i cs y s t e m s ) 、对待中 介行为的社会文化观点( s o c i o c u l t u r a la p p r o a c h e st om e d i a t e da c t i o n ) 。尽管这六种范式在 许多问题上存在分歧，但是它们在关于知识、学习与教学方面等方面存在许多共同点，并 对当前的教育教学产生重要影响。 3 l 1 建构主义的知识观 1 知识的建构性 客观与建构是知识的一个重要维度。客观主义的假设是：知识是对外部客观世界的被 动反映，有关世界的知识是可靠的。因此，教学的目的就是使学生通过教学获得这样的现 实映像。这种知识观最大的问题在于它忽略了世界的无限复杂性以及作为认识主体的人所 具有的巨大的能动性。 ：徐斌艳教育中的建构主义译者前言华东师范大学出版社上海2 0 0 2 “杰里盖尔教育中的建构主义前言华东师范大学出版社上海2 0 0 2 l l 第三章面向问题解决的学习环境的理论基础 建构主义，尤其是激进建构主义认为知识是由认知主体积极建构的，建构是通过新旧 经验的互动实现的；认知的功能是适应，它有助于主体对经验世界的组织。由此，“学习 是知识建构”的学习隐喻才得以真正确立。所以，能提供认知工具，蕴含丰富资源，鼓励 学习者通过与环境的互动去建构个人意义的“学习环境的创设”成为与“学习是知识建构” 的学习隐喻相对应的教学隐喻。 2 知识的社会性 个人与社会是知识的又一个十分重要的维度。前者将知识看作是居于个体内部的，而 后者则认为知识内含在团队或共同体中的。知识的这一维度正是通过个人与社会之间表现 为互动、中介、转化等张力形式构建一个完整的、发展的知识观。由此，强调“学习是知 识的社会协商”的有关学习的新的隐喻正在这些理论框架中形成，相应的有关建立“学习 共同体”、“学习者共同体”的新的教学隐喻也已呈现并受到关注。 3 知识的情境性 情境理论研究重点是真实的学习活动中的情境化内容，中心问题就是创建实习场，在 这个实习场中，学生遇到的问题和进行的实践与今后校外所遇到的是一致的。所以，研究 学习的焦点就移至实践共同体中学习者社会参与的特征，从而将“实践共同体”的建构视 作教学的新隐喻。 4 知识的复杂性 长期来，人们并不区分信息与知识，因此常常混淆了稳定的、自足的、结构良好的和 客观的信息与不稳定的、结构不良的和主观的知识。与信息不同，知识总是包括认知者对 真理的质疑、对知识的渴求、对知识的建构与理解以及所有这一切发生的情境脉络。因此， 知识是主观的、不稳定的、结构不良的，是与其形成的情境脉络紧密联系的，知识难于访 取或传递给他人。知识的复杂性来源于我们所面对的世界的复杂性与普遍联系性，以及作 为认知者的每一个人的认知建构物的独特性。 3 1 2 建构主义的教学观 建构主义认为，学习不是知识由教师向学生的传递，而是学生建构自己的知识的过程， 学习者不是被动的信息吸收者，相反，他要主动地建构信息的意义，这种建构不可能由其 他人代替，在这一点上，不同倾向的建构主义是基本一致的。 学习是个体建构自己的知识的过程，这意味着学习是主动的，学习者不是被动的刺激 。高文2 1 世纪人类学习的革命译丛总序华东师范大学出版社上海2 0 0 2 t 2 第三章面向问题解决的学习环境的理论基础 接受者，他要对外部信息做主动的选择和加工，因而不是行为主义所描述的s r 过程。 而且，知识或意义也不是简单由外部信息决定的，外部信息本身没有意义，意义是学习者 通过新旧知识经验间反复的、双向的相互作用过程而建构成的，其中，每个学习者都在以 自己原有的经验系统为基础对新的信息进行编码，建构自己的理解。而且，原有知识又因 为新经验的进入而发生调整和改变，所以学习并不简单是信息的积累，它同时包含由于新、 旧经验的冲突而引发的观念转变和结构重组，学习过程并不简单是信息的输人、存储和提 取，而是新旧经验之间的双向的相互作用过程，因此，建构主义又与认知主义的信息加工 论有所不同。 当然，不同倾向的建构主义所关注的知识建构的侧面是不同的，它们或者关心个体在 与其物理环境打交道的过程中实现的知识建构，或者关心个体与社会环境的相互作用，但 它们却都把学习看成是建构过程，都以新旧知识经验的相互作用来解释知识建构的机制。 n 、 3 1 3 建构主义的学生观 “学习者是带着关于世界万物是如何运转的众多前概念走进课堂的。如果学习者不调用 他们原有的那些观念，那么他们就难以掌握老师教授的新概念和信息。否则，他们就会为 了考试而去死记硬背，而那些极有可能是错误的前概念还依然如故。”。 建构主义者强调，学习者并非是等待教师按照自己的意图任意图写的白纸。在同常生 活中，在以往的学习中，他们已经形成了丰富的经验，小到身边的衣食住行，大到宇宙、 星体的运行，从自然现象到社会生活，他们几乎都有一些自己的看法。而且，有些问题即 使他们还没有接触过，没有现成的经验，但当问题一旦呈现在面前时，他们往往也可以基 于相关的经验，依靠他们的认知能力，形成对问题的某种解释，这并不都是胡乱猜测，而 是从他们的经验背景出发而推出的合乎逻辑的假设。所以，教学不能无视学生的这些经验， 另起炉灶，从外部装进新知识，而是要把儿童现有的知识经验作为新知识的生长点，引导 儿童从原有的知识经验中“生长”出新的知识经验。教学不是知识的传递，而是知识的处 理和转换。教师不简单是知识的呈现者，他应该重视学生自己对各种现象的理解，倾听他 们现在的看法，洞察他们这些想法的由来，以此为根据，引导学生丰富或调整自己的理解。 这不是简单的“告诉”就能奏效的，而是需要与学生共同针对某些问题进行探索，并在此 。陈琦，张建伟建构主义学习观要义评析华东师范大学学报( 教育科学版) 1 9 9 8 ( 1 ) 6 1 6 8 掣m s u z a 衄ed o n o v 锄，j o h nd b r a l l s f o r d ，锄dj a r n e sw p e l l e g r i n o ，e d i t o r s ( 2 0 0 3 ) h o wp e o p l el e a h l ： b r i d g i n gr e s e a r c ha n dp r a c t i c e n a t i o n a la c a d e m yp r e s sw a s h i n g c o n ，d c 第二章面向问题解决的学习环境的理论基础 过程中相互交流和质疑，了解彼此的想法，彼此做出某些调整。由于经验背景的差异，学 习者对问韪的理解常常各异，在学习者的共同体之中，这些差异本身便构成了一种宝贵的 学习资源。当然，在个体的自我发展和外部引导两者之间，尽管建构主义着力研究的是前 者，但它并不否认后者，它并不是取消教师的影响，而是说不能径直地教。 3 。2 问题解决的信息加工机制 认知心理学从信息加工观点出发，将人看作主动的信息加工者，将问题解决看作是对 问题空间的搜索。所谓问题空间是问题解决者对一个问题所达到的全部认识状态。任何r 一 个问题总要包含给定条件和目标，即提出一定的任务领域或范围( t a s kd o m a i n ) 。人要解 决问题必须先要理解这个问题，对它进行表征，也即构成问题空间。人在解题过程中，还 要利用各种算子来改变问题的起始状态，经过各种中间状态，逐步达到目标状态，从而解 决问题。人在问题解决过程中，所达到的全部这些状态( 包括算子在内) 称为问题空间或 状态空间( s t a c es p a c e ) ，将任务领域转化为人的问题空间就实现了对问题的表征和理解， 而问题解决就是应用各种算子来改变问题的起始状态，使之转变为目标状态，换句话说， 就是对问题空间的搜索，以找到一条从问题的起始状态达到目标状态的通路。 3 3 问题解决的一般模式 3 3 1 布朗斯福特与斯特恩的问题解决模式 自1 9 5 0 年代以来，计算机科学和认知心理学家一直致力于开发可用于各种领域的问题 解决方式。其中比较有影响的有纽厄尔和西蒙在1 9 5 6 年设计的问题解决系统“一般 问题解决者”( g