建构理论与技术并重的学习桥梁.doc

建構理論與技術並重的學習橋樑Building Learning Bridge between Theory and Technology游寶達* 該研究接受國科會科教處之支助，NSC89-2511-S-194-002及NSC89-2520-S-194-001。 方政楷 翁仲銘國立中正大學資訊工程研究所嘉義 民雄摘要在本論文中，學習理論、學習方法及建構技術之間將搭起一座連通的建構橋樑，以作為設計網路學習系統之參考。首先，本論文將分析學習理論及學習方法的性質及屬性，進而提出如何將教育理論及方法融入網路建置的技術之中，使得網路學習系統能夠符合先進的學習理論，並能夠配合及落實九年一貫及資訊融入各科的述求。1. 簡介學習理論的具體實現是落實教育理想的重要訴求之一。目前正在進行的九年一貫，就是以先進的學習理論，改善目前的教育缺失。在教育部所發佈的各種信息中，可以分析出其中主要的理想。九年一貫的基本理念著重在於培育學生具有人本情懷、統整能力、民主素養、鄉土與國際意識、終身學習等能力。這一些理想的落實，目前主要是以下列的課程目標來規範之：q 增進自我瞭解，發展個人潛能。q 培養欣賞、表現、審美及創作能力。q 提升生涯規劃與終身學習能力。q 培養表達、溝通和分享的知能。q 發展尊重他人、關懷社會、增進團隊合作。q 促進文化學習與國際瞭解。q 增進規劃、組織與實踐的知能。q 運用科技與資訊的能力。q 激發主動探索和研究的精神。q 培養獨立思考與解決問題的能力。上面的教學目標著重在學習者的內在思考，同時希望培育學習者進行深層思考及長期自我內在的學習能力。更進一步，再將資訊融入各科的訴求加入整體的學習環境之中，其教學目標更是強調學習者的自我處理資訊相關問題的能力。q 導引學生瞭解資訊與日常生活的關係。q 導引學生瞭解資訊與倫理及文化相關之議題。q 奠定學生使用資訊的知識與技能。q 增進學生利用各種資訊技能，進行資料的搜尋、處理、分析、展示與應用的能力。q 培養學生以資訊技能做為擴展學習與溝通研究工具的習慣。q 啟迪學生終身學習的態度。其中特別強調導引、培養、啟迪等輔導方式的概念，老師不再是以前傳道、授業、解惑權威式的象徵。老師提供學生一套學習的過程，希望學生能夠進行自我或同儕之間的深層討論及思考。九年一貫與資訊融入各科利用更先進的理論，以改善傳統的被動式教學方式。理論上，教學方式將可以主導學習者的學習模式，進而影響學習者終生的學習行為。故在整個學校教育過程中，必須不斷地豎立正確的教學方法，以確立學生終身正確的學習風範。基於上述的分析，引發本研究的動機，希望能夠從一些主流學習理論的特性中，發掘對目前學習環境的影響，進而以目前最主要的教學方式與情境，來呈現主流的學習理論。事實上，教學理論與教學方式的搭配，還無法直接建構於網路的學習環境之中，因此本論文亦將提出一些建構機制，以落實教學理論與教學方式的訴求，讓整體的教育理想可以從網路上看得到或感覺得到。主要的功能搭配以三層式的架構標示於下圖：圖1: 學習橋樑功能圖學習理論屬於較抽象的層次，提供整體的學習概念及方針，在第二節中將分析兩大學習理論：行為主義(Behaviorism)及建構主義(Constructivism)，並分析其特徵上的差異性。欲進一步落實抽象的學習理論，必須提供一套可行的施教方式或情境，目前以建構主義的理論較適合網路環境的建置，故在第三節中我們將主要集中在回顧幾種建構主義的學習方式，其中可以認識一些教材建置的概念，並可以引發後續網路環境建置的內涵概念。在第四節中，我們將結合學習理論及學習方式的研究，提出可以融合學習理論及學習方法於網路環境的建置技術，並提出一些技術性的建置理論。最後，在第五節結論中，將整理及提出適合九年一貫及資訊融入各科的施行建議，希望可以進一步落實教育理想於目前的教學環境。2. 基本學習理論好的教育就是要讓學生達到最有效的學習效果。一般而言，除了要學的快也要學的好，達到融會貫通，但是最主要還是在要求最後的學習品質。欲探究如何學習，首先必須要從了解人類如何學習、如何吸收知識、如何認識外在的環境、如何記憶事物、如何理解、如何推理等等，這一切都是屬於心理認知的層面，到目前為止，研究學者還在不斷的努力，希望找出一套完善的理論來解釋一切。人類的思考模式是相當的複雜，其中涉及到心理學、生理學、生物學、醫學等領域。在此篇論文中，主要以心理學的角度來嘗試瞭解學習的過程。解釋如何學習就是學習理論 (Learning Theory)的基本精神，本論文將分析兩種許多教育改革者主要所依循的學習理論行為主義及建構主義，以瞭解學習者的學習是如何被看待成一種概念，然後依此概念，作為後續網路學習環境建置之依據。2.1 行為主義行為主義的理論是以觀察動物的行為當出發點，認為學習是刺激和反應的結果，不強調以認知的技巧達成高階的學習，將動物的內心比作黑盒子，研究外界的刺激和反應的關連，自成一套理論。認為只要給予適當的刺激，並加以訓練就會有良好的行為表現，所以根據行為主義的定義：所謂學習就是在外在刺激的影響下，所呈現較持久的行為表現。這套理論主要強調外在的環境是如何影響行為的表現。行為主義認為學習是被動的，但會自發性的對周遭的環境作出反應，所以教導者必需營造一個適當的環境，給予學生適當的刺激，並留意學生的反應，對的行為要加以獎勵，不對的行為要加以勸阻。因此，調整學生的行為表現就是老師最重要的責任，有刺激才有學習，這是行為主義的基石。在技術層面，老師必須懂得如何調節學生的行為，亦即所謂的調教，不同的學習目標有不同的調節方式，良好的行為調節(Conditioning)，加上有規劃的課程和考試刺激，才算是完整的教學方式。在教學方面，老師要強調課程的重點，不斷的加深學生的印象，並要經常準備練習題和考試，從中得知學生是否有正確的反應。若反應不當，可以處罰學生或考慮重新調整教學方法、改變刺激方式，直到學生的反應行為是讓人接受的。有刺激就有反應，這就是學習;而教學就是不斷地刺激學生，加上調整學生的行為反應。這套理論的演進注重連續性的概念(Contiguity)，主要是說明任何的刺激和反應在時間或空間上，一定會有所關連，這給了後來行為實驗的研究很大的啟示和理論的基礎。調整學習者的行為分做二類：反應性調節(Respondent Conditioning )和操作性調節(Operant Conditioning)。 反應性調節：此法是Pavlov所提出，可以訓練學習者記住某種訊號或物品的內涵。例如狗+鈴+食物的實驗，當每次給狗食物之時，同時搖鈴，經過一陣子的訓練之後，僅搖鈴，狗就會流口水，其中就是調節狗對某種刺激的反應。其中亦顯示出學習是被動且自發性的，只要合適的刺激和調節就可達到學習事物的目的。因此，此種調節的方式是一種學習的模式，舊的反應可以藉助新的刺激而產生，同時隨時間的久遠之後，刺激與反應之間的強度會隨之減弱。 操作調節：此法是Skinner所提出，有些時候表現出某種行為，卻立即的引發某種報償或後果，所引發的後果往往會影響下回刺激發生時所誘發的行為，例如：叫一隻狗坐下，若他聽話坐下後，你給他一些餅乾吃，則下次你再叫它坐下，它多半會聽話;但若狗坐下時你一點獎勵都沒有，則下次你在叫他坐下，狗可能就沒反應。由此可知控制行為發生所產生的後果，能夠調節學習者的行為。最早的動物實驗就是用這個想法去教導動物使用某些器具，一當動物表現出正確的行為就可獲得食物，這也是為什麼叫操作調節的原因，其整個情境可以由下面的式子體會：刺激(Stimulus) 反應(Respond) 獎賞(Consequence) 刺激(Stimulus)通常要根據學習的目標為何，才決定使用何種調節方式，也可以混用。要小心的觀察學生的反應是否有預期的效果。美國的知名心理及教育學家Skinner (1904 1990)曾提出：利用刺激反應的技術，人類是能被訓練的。因此，行為主義的學派強調學習是基於刺激與反應之間的建構模式。2.2 建構主義這套理論不以動物實驗來解釋人類的學習行為，而是觀察嬰兒到少年的學習過程所得到的心得，發現小孩子主動去體驗這個世界，不斷吸納知識自我學習，學習是以舊有知識為基礎逐漸的吸納，層層的建構，遇到新舊知識相衝突時，會反覆的測試舊知識，並比較新舊的差別，最終將自我調適原有的認知，將新舊作融合，達到學習的效果。學習過程中，小孩子會選擇想要接受的觀念或想法，並會很自然的將所接受的知識納入已經建立的知識系統中。根據這套理論，學習是主動且依賴舊有的知識(這和行為主義有相當的差別，行為主義認為學習是被動的，且不去強調學習的過程)，大師Piaget說過 “To understand is to invent”，也就是說真正的理解就是自我的發現。所以完善的學習過程應該是要有一個環境，讓學習者不斷發現新的想法，且新舊知識之間會產生衝突的機會，讓學習者能夠自然的化解歧異，並選擇選擇需要的知識，達到學習的效果。因此，知識的了解就是一步步的主動發掘和發展。老師要先設定學習的目標，讓學生有很多機會主動學習，並觀察學生挖掘知識的過程，適時的引導學生一些方向，提供大量的參考資料，並能參與學習，向學生提出新穎或另類的思考方式。有的時候可以採用較原始的資料教材，搭配具有互動性的多媒體輔助，幫助學生跨越新舊觀念、新舊知識的鴻溝。另外一個教學的方式是提供一個中立的學習環境，沒有任何先入為主的真理，且學生之間可以彼此互相交換意見，互相討論，不斷檢驗自己所學和他人的異同，憑藉經驗和他人溝通，建構屬於自己的知識。老師的角色是從旁觀察，觀察他們演進的過程，有意無意的引導。因此，建構主義有下列的基本特色： 學生自治和自我學習是能被接受的。 老師常問些思考性的問題，並不要求立即反應，給予依段時間思考在反應。 鼓勵高階思考，推導和邏輯。 老師和學生要能溝通並能交換意見。 鼓勵討論並常常挑戰假設。 教學引用原始的資料，並提供許多參考資料和互動性的輔助教材。2.3 特性之比較我們抽出行為主義及建構主義的幾個特徵加以比較一番。在下表的對比之下，將更易於瞭解兩者之間的差異：行為主義建構主義學習活動 (learning activity)學生被動的學生主動的老師主動的掌控學習活動老師輔導式的導引學習活動深層思考不重視學生的深層思考重視學生的深層思考學習過程刺激與反應的反覆行為在舊有的知識與新的經驗之間取得平衡，以建立學習內涵，進而修正舊有的知識。社群學習不明顯新的經驗之獲得，有大部分是從同儕之間的討論與互動而來。表 13. 學習方法為了展現上述兩種重要的學習理論，出現了多種的學習方法。目前的學習理論大都集中在建構主義的研究，因此下面僅簡要的討論一下有關行為主意的學習方法。本節大部分的內容，將專注於研究建構主義的學習方法。基於行為主義的理論，美國的心理及教育學家Gagne提出下述教學步驟，以落實行為主義式的學習模式(當然整體學習的進行，是以老師為主角)(1) 首先引起注意，以獲取學習者的接受。(2) 傳遞學習者有關欲學習的目標或目的，以引起學習者的期待。(3) 引發學生的回顧，進行預習。(4) 展示學習刺激，正式進行正面的學習。(5) 提供學習的導引，主導學習者的學習。(6) 引發學習成效。(7) 提供回饋或鼓勵。(8) 評估學習成效。(9) 進行牢靠的記憶及類推動作。接下來，分析幾種常被提及的建構主義式的學習方法：定錨理論(Anchored Instruction)、微世界法(Micro Worlds)、資訊銀行法(Information Bank)、符號盤法(Symbol Pads)、建構工具及模擬法(Construction Kits/Simulations)、全語言法(Whole Language)等。定錨理論這類型的學習方法主要是在學生有興趣的領域中，建立一個有誘導性目標的學習環境，而希望能讓學生在這類的學習環境裡，發展出有效率的思考態度以及培養主動參與學習的精神，來有效的解決問題。以下有幾點定錨理論的基本原則：n 整個的教學活動應該不脫離原先所設計好的目標及方向，一般所設計的目標大多是一段故事、生活經歷、或是一個討論，並且每個目標都應包含了數個學生有興趣的問題等待解決。n 教學的材料應該包含豐富的資源，使得學生能多方嘗試去解決問題（例如：互動式教學軟體）。因此，將學習環境定錨於有趣的論題之中，是本理論最佳的寫照。微世界法微世界法是讓學生進入一個模擬的電腦世界當中學習。這個小世界可能是一個模擬的大教室，但也可能是只有一個學生的電腦學習環境。例如，讓孩童們建構一個虛擬真實世界，在此微世界中，他們可以有各種不同的呈現，意見或事件概念。舉例來說，電腦可以模擬出一個特定文化的環境，然後讓遊戲者扮演不同的角色，像是工人、法官或統治者。資訊銀行法資訊銀行是資訊來源或博物館。傳統的資訊銀行可能是參考書、教師、百科全書、字典、錄影帶、錄音帶.等。由於科技的進步使得各種大量資訊更容易取得或近用。資訊銀行的形式更隨時代不斷改變而改變，早期以文字為主，網路興盛之後，則有線上資料庫，另外，專家（包括教師）、影碟（例如國家美術館影碟）或是博物館也是資訊銀行的一種。在建構式的學習環境當中，資訊銀行法和其他的教學法都不同，因為，資訊銀行的整個教材和資源是完全融合在一起的。在建構教學教材時，資訊銀行法特別有用，因為學生能夠主動建構發展出學習的議題、問題與主題。符號盤法符號盤是一個以符號和語言為主的操作面板。常見的有學生的筆記簿、索引卡、文書處理機、繪圖程式以及資料庫程式語言等。傳統的符號盤包括筆記簿和黑板。在現代多媒體電腦教室中，雖然有的教室已經裝有較先進的超媒體系統，但一般的標準符號盤仍是文書處理程式。建構工具及模擬法Perkins (1993)界定phenomenaria為一種區域，可以讓學生呈現、觀察以及實驗各種現象（例如水族箱、物理實驗室等）。因此，延續這個概念，可以定義出一種學習方法：建構工具及模擬法，此方法為建立一個環境，讓學生可以藉由探索與檢驗來發現世界的各種面向，並發展出一套應對的方法。其中，建構工具和phenomenaria意思近似，除了建構工具法並不完全與自然現象有關。另外，建構工具法將各種內容元素蒐集組合而成，並可操作，但是不像phenomenaria，其內容可能是真實世界不存在的事物。建構工具常見的例子包括商標、學習儀表、數學操作軟體像是Geometric Supposer，或編輯工具軟體如HyperStudio。全語言法建構主義者認為教室便是學生建構他們自己知識的一個環境。這並不是說，學生可以自己學習或者他們未從學習課程中學到任何東西。相反的，即使是身邊事物的小細節，也是具有很多可以投入和學習的地方，例如合作團隊試著解決問題，並且這種解決問題的過程，對學生來說十分具有意義。簡而言之，運用此種方法教導的原則是強調從已知事物中去學習和開發新事物。全語言法便是這種原則所運用的學習方法，其基本的原則是假設聽說讀寫的能力，都是從口語開始。孩童在學習語言時，是先從說話開始，然後再學習識字與寫字，這是一個漸進過程，無法同步展開。全語言法強調學習更甚於教學。但是先學習才閱讀，或從閱讀中再開始去學習，這兩者之間並無明顯界限。全語言法也強調讓孩童寫作表達那些他們已經可以認識並會用口語解釋的事物。例如，一開始的寫作練習可以先讓孩童以口語描述他/她的鄰居，然後由教師在大張紙上寫下孩童說的話。由上述各種方法中，可以看出建構主義的精神，就是儘量提供學生一套完善的學習環境，關心學生的學習過程，但不干預學生的學習內涵。所謂學習內涵就是學生自我的內在思考(inside thinking)、問題自我的解決能力(the capability of problem solving)等深層的自發行為。因此，老師重視提供教學環境，而不干預學生的學習。學生重視如何自我及同儕之間的學習。因此，以電腦網路無弗國界的特性，將可以提供一個很不錯的學習環境，但要符合建構主義的要求，當然必須要有一套完善的建構技術，這也就是下一節的主要內容。4. 學習系統之建構技術在使用網路學習系統的對象中，至少可以分為兩種對象領域：老師群及學生群。這一些使用對象之間的行為(behavior)如何明確的定義呢？如果以行為主義的方式來加以定義，可以使用下圖表示之：圖2: 行為關連圖造成老師的行為之刺激可能來至老師之間，也可能來至學生。老師的反映，可能變成學生的刺激，也可能變成老師們的刺激。同理，造成學生的行為之刺激可能來至同儕之間，也可能來至老師。學生的反映，可能變成老師的刺激，也可能變成學生們的刺激。所以，網路上的行為拓樸(behavior topology)可以建立於下：Step 1: 建立刺激的分類，如下表所示：刺激總類老師刺激類 TS學生刺激類 SSTS1TS2 TSnSS1SS2SSm決定所欲設計網路系統之各類刺激，以形成數種分類，其中TSi代表老師可能的刺激，SSi代表學生可能的刺激，TS是老師所有的刺激所成之集合，SS是學生所有的刺激所成之集合。同理，建立反應的分類，如下表所示：反應總類老師反應類 TR學生反應類 SRTR1TR2 TRnSR1SR2SRmStep 2: 建立刺激與反應之間的關係，如下圖所示：行為的拓樸圖利用集合論的關係(relation)理論，規範整體之行為拓樸。因此，網路上有關行為的資料結構就已經有一套具體可行的方案(如上圖)。行為拓