基于学习科学的教学设计研究

摘 要：学习科学是一个研究教与学的跨学科领域，其重点解决两个问题：一是“人是怎么学习的”，二是“怎样才能促进有效学习”。理解了学习的内外部机制，就找到了促进学习的可行路径。学习科学为教学设计理论的创新提供了新的给养。对学习者精准分析、激发学习动机和提供交互支撑，是基于学习科学的教学设计的主要着力点。

关键词：学习科学；教学设计；学习方式；学习生态

本文系江苏省教育科学“十四五”规划课题“普通高中新学习生态建构的实践研究”（批准号：D/2021/02/31）的阶段性研究成果。

作为一个跨学科领域，学习科学研究各种情境下的学习——不仅包括发生在学校课堂里的正式学习，也包括发生在家里、工作期间、公共场馆以及同伴之间的非正式学习。这一研究首先是为了更好地理解认知过程，即理解学习是如何发生的，其次是为了用学习科学的知识来重新设计已有的课堂及其他学习环境，从而促使学习者能够更有效和深入地进行学习。”^［1］简言之，学习科学研究的是“人是怎么学习的”以及“怎样才能促进有效学习”这两大关键问题，其研究对象是以学生为代表的“人”。随着教育形势的不断发展变化，学习科学已然成为推动育人方式变革的重要理论，基于学习科学的教学设计也已成为高品质学科教学的关键路径。

一、 学习科学的研究重点

随着学习科学研究的不断深入，学界对学习内涵做了不同的阐释。北京师范大学冯忠良等人认为，学习就是个体以心理变化适应环境变化的过程，即个体经验的获得和累积或心理结构的构建过程。^［2］哈佛大学丹尼尔·夏克特等人将学习定义为：“从经验中获得了新知识、新技能或反应导致了学习者状态的相对持久的变化。”^［3］学者梅耶则认为，“学习是指由经验引起的学习者知识的变化”^［4］。美国威斯康星大学麦迪逊分校的科拉·巴格利·马雷特等人认为，学习是人做的事，而不是发生在人身上的事。人不是学习的被动接受者。相反，通过在这个世界上的行动，人们会遇到各种情境、问题和想法；通過处理这些情境、问题和想法，他们拥有社会的、情感的、认知的和身体的经验，并适应下来。^［5］《反思教育：向“全球共同利益”的理念转变？》中则把学习定义为“获得这种知识（指经验）的过程”，“学习是由环境决定的多方面的现实存在。获取何种知识以及为什么，在何时、何地、如何使用这些知识，是个人成长和社会发展的基本问题”^［6］。

上述研究对学习的表述不同，但内涵基本一致。即学习是由学习者经验引起的变化，是人的身体、智力和情感协调互动、共同作用的过程，是对事物认知和把握的过程，是学习主体与周边的人、物、环境等在交互中进行自我建构的过程。

一方面，学习首先在个体内部发生，是个体在明确的学习动机下提升认知；另一方面，只有人才会学习，而人是生活在社会中的，这就决定了学习不是孤立的过程，它需要学习者与周围环境发生关系。

基于上述对学习本质的分析研究，我们发现，学习一般包含两个过程：一个是个体内部的知识获得过程，一个是个体与其所处环境的互动过程。其中，个体内部的知识获得依赖学习内容和学习动机两大要素。学习内容要素主要涉及知识、理解和技能；学习动机要素主要指向学习动力、学习情绪和学习意志。而个体与其所得环境的互动则主要包括学习者个体与群体的社会交互，学习者个体对其他学习资源和物品的感知和交互。

理解了学习的内外部机制，也就找到了促进学习的可行路径，即激发内在学习动机，提供外部学习环境。相应地，学习科学也为教学设计理论的创新提供了新的给养。

二、 学习科学与教学设计的联姻

从学习科学角度看，系统化、规范化的教学设计是促进学习的重要途径。

何为教学设计？教学设计是指运用系统方法，将学习理论与教学理论的原理转换成对教学目标、教学条件、教学方法、教学评价等教学环节进行具体计划的系统化过程。基于学习科学的教学设计需要从以下几个方面着力：

（一） 对学生精准分析

基于学习科学的教学设计中，对学生的精准分析是教学设计的逻辑起点。教学设计的要素包括学习需要分析、学习内容分析、学生分析、学习目标的阐明、教学策略的制订、教学媒体的选择和运用以及教学设计成果的评价等。其中，学生分析既包括对学生知识基础、认知能力、认知结构等智力因素的分析，也包括对学生学习动机、意志、态度、情绪、个性等非智力因素的分析。我们需要深入了解每位学生，以便为其提供更加个性化的学习体验。学生既有共性特征，也有个性特征。教学设计既要分析学生的共性特征，以开展集体化教学，也要分析学生的个性特征，以实施差异化教学。

从教学设计的实践来看，精准分析学生难度很大。随着数字化教育时代来临，特别是人工智能、大数据技术的发展和成熟，学习分析逐渐成为学生特征分析的重要方法和技术。如数据驱动下的学生分析有利于教师准确定位学习起点、科学判断学习风格、理性思考学习需要，助力教师对学生进行全面分析，合理制订教学设计方案，促进学生身心和谐发展。

1. 精准定位学生的学习起点

我们经常讲“以学定教”，这里的“学”指的就是学生的学习起点。定位学习起点是学生分析的关键。它要求教师站在学生立场，掌握学生知识水平和认知发展情况后，确定其初始学习能力。教师可通过信息技术实时采集学生信息，精准把握学生的知识短板，综合其学习情况，精准定位其学习起点；同时，利用信息技术的储存功能，为学生建立学习档案，综合学生以往的学习样态、知识体系和认知发展程度进行分析，为学生精准“画像”，提升教学设计的精准性，从而实现高品质的课堂教学。

2. 科学确定学生的学习风格

学习风格不同，学生感知教学内容的程度和对知识获取的速度也不同。传统教学即强调“因材施教”。当下，根据学生的学习风格进行大规模个性化指导显得尤为重要。

重视并分析学生学习风格是学生个性化发展的必由之路。教学中，教师可借助信息技术，全方位追踪学生的学习过程。如在课前，结合后台详细记载的学生对知识点的思考速度、反应时间、接受程度等，初步判断学生的学习风格；在课中，借助信息技术工具记录学生参与课堂的程度、师生互动情况、回答频次及准确率等，准确掌握学生的学习风格；在课后，通过课堂教学回放，形成相关数据分布图，进一步深入观察和反思学生学习风格，为后期教学设计中的学生分析积累经验。

3. 理性研判学生的学习需要

学习需要分析是对学生本身、学习资源、学习内容等进行分析，目的是尽可能地为教学设计提供学生“差距”资料，指导教学设计全过程。传统教学设计中，教师对学生“差距”资料的收集与分析多凭经验判断，耗时且不精准。数据技术背景下的学习需要分析，可以较为准确地找到学生“最近发展区”，着眼于学生现有水平，挖掘学生潜力，提升其学习能力。数据的协助有利于教师理性思考学生学习需要，直观且全面地了解学生的“差距”，利用储存的数据资源理性研判学生的学习需要，合理进行教学目标设置、教学内容分析以及教学媒体和策略的选择等，从而以学为中心，优化教学设计。

在对学生进行精准分析后，教学设计还需要通过任务促进学生的深度理解，实现类似主题情境的迁移（同化）、较广相关情境的迁移（顺应）和在相关的情境中自由建立联系（转换）的个体经验获得。

（二） 激发学习动机

教育的本质在于教会人思考。如何促进学生进行深度思考，是教育的重点和难点，而学习动机正是其中不可或缺的因素。

学习动机促使学生以有意義的方式来获得知识和技能。面对一个新的学习任务，学生首先会观察任务的特点和它所处的教育环境，然后会激活相关领域的知识和相应的元认知策略，最后会激活关键要素——动机信念和管理策略。通过加强动机信念，改善动机管理策略和学习环境，实现学生的自我管理。激发学习动机可以从两方面入手。

一是教学内容。教学内容是根据教学目标，有目的地选择的一系列直接经验和间接经验的综合，是从人类的经验体系中选择出来的，按照一定的逻辑序列组织编排而成的知识体系和经验体系。^［7］教师需要基于课程、教材的要求，结合学生分析，借助特定的学习环境，重新设计教学内容，使学习动机驱动的自主学习变得可行。重新设计教学内容一般要结合学科知识的内在逻辑顺序和学生心理发展、思维发展特点，从整体到部分，从一般到个别，从已知到未知，遵循事物发展规律，注意学习内容的横向联系。

二是教学方法。这是影响学习动机的重要因素。当学生探讨现实生活中的“问题”或“项目”时，学生的兴趣和价值期待感，有助于学生发挥更高的动机作用。如为学生提供充足的时间与指导的准备。在传统的课堂教学中，教师不必为学生的准备花费太多时间，因为是对所有的学生均以同样的目标、同样的过程目标群、同样的预设资源与预设时间。而在基于学习科学的教学设计中，教师必须花费必要的时间和精力，在教学计划编制阶段，制定旨在完成课题的计划，同时设定学生的课题目标与过程目标，以及界定学习资源与策划方略。^［8］当然，设计时还需要扎实地实施持续的评价，为学生提供自主学习的榜样等。

（三） 提供交互支撑

如前所述，人的学习不只限于个体内部，更多是置于一定的情境和社会文化交往之中。因此，基于学习科学的教学设计还要特别关注个体与群体以及社会情境的交互。

1. 提供真实的学习情境

情境蕴含着认知，折射着体验，情境会为人类提供特定时空下的体验。学习应该与情境化的社会实践活动结合起来，在合作学习中体验，在体验中合作学习。如此，才能从深层次激发学习兴趣和动机，进而实现深度学习。

基于学习科学的教学设计需要为学生提供真实的学习情境。《普通高中语文课程标准（2017年版2020年修订）》提出，真实、富有意义的语文实践活动情境是学生语文学科核心素养形成、发展和表现的载体。它主要包括个人体验情境、社会生活情境和学科认知情境等。这些情境能在具体生活场域中，为学生参与具体的社会生活、开展学科实践活动、探究学科本体相关的问题、发展学科认知能力提供召唤力场景。真实学习情境是学生学科核心素养形成、发展和表现的载体。

学习任务是情境的核心内容，学习情境或隐或显地呈现任务，每一项具体任务都可成为学生进入真实学习状态的驱动剂。因而，真实的学习情境的设计须以“学习任务”为根基。任务必须反映课程精神，体现教材意图，突出教学核心价值，遵循教育教学规律和学生身心发展规律，贴近学生的学习、生活实际，充分反映学生的成长需要。

如果学习情境缺少了任务，就缺少了内核，学习就缺少了灵魂。情境中的学习任务需要预设，更需要生成，但情境必须加强召唤力，任务必须具有启发性。这一方面是为了让学生知道学习目标是什么，具体任务是什么，完成任务的关键在哪里，在一步步完成任务的过程中，明确“我怎样去那里”；另一方面，是为了让学生不仅能在情境的召唤下追求主动参与，完成任务，而且通过情境互动，在完成任务的过程中发现任务、完善任务，从而不断学会学习。

当然，学习不仅仅是获取知识的过程，更是一种创新和探索的过程。我们应该鼓励学生主动探索、提出问题、解决问题，培养他们的批判性思维和创新能力；通过学习方式的改变，不断完善学生的思维方式和研究方式，实现学习科学提出的“学习让学习者改变”的目标。

2. 依托项目化学习

美国巴克教育研究所的研究者认为，项目化学习是一套系统的教学方法，它是对复杂、真实问题的探究过程，也是精心设计项目作品、规划和实施项目任务的过程，在这个过程中，学生能够掌握所需的知识和技能。项目化学习具有以下几个特征：一是系统性，它不是单一的学习，前后学习之间更不是割裂关系，而是将课程内容转化为系统化、开放性的项目设计，通过综合、开放、自主的学科实践活动，培养学生学科核心素养；二是情境性，如前所述，人的学习过程是个体与环境之间的交互过程，只有在具体、真实的情境中习得的知识和掌握的技能，才有可能是“学得会”“带得走”的；三是任务性，项目化学习中的任务指向问题解决，是由知识到素养再到应用的任务，具有一定的完整性和复杂性，而不是零散、片段、单项的学科学习任务；四是实践性，项目化学习立足学科实践，它以真实问题为情境，以项目任务为载体，以实践活动为主线，让学生经历体验、操作、探究、实践的过程，在实践过程中逐步形成正确价值观、必备品格和关键能力。

因为具有明显的协作性与交互性的特征，项目化学习可作为学习科学视域下教学设计的重要支撑。

项目化学习的核心在“学习”，路径在“项目”。教师要转变角色，努力成为项目的设计者，为学生完成项目提供适切必要的助学“支架”。

除了上述学习方式之外，随着学习科学的不断发展，人们还可以利用各种传统技术或现代信息技术，创设一种生态环境，在其中通过观察、模仿、互动、参与等，促使学习的发生。

随着学习内容、学习方式以及学习环境的巨大变化，教学设计的内在价值与实践应用也在不断丰富，但从未改变的是教学设计对学习绩效的不懈追求。在学习科学视域下，系统化、规范化的教学设计是提升教学水平的重要途径，也是评估教育教学实践者水平的重要准绳。在实际工作中，教师还需要结合实践案例来学习如何基于学习科学进行教和学，进而不断构建新的学习生态。

参考文献：

［1］ R.基思·索耶.剑桥学习科学手册［M］.徐晓东，等译.北京：教育科学出版社，2010：序言1.

［2］ 冯忠良，伍新春，姚梅林，等．教育心理学（第三版）［M］．北京：人民教育出版社，2015：184.

［3］ 丹尼尔·夏克特，丹尼尔·吉尔伯特，丹尼尔·韦格纳，等.心理学（第三版）［M］．傅小兰，等译.上海：华东师范大学出版社，2016：351.

［4］ 理查德·E．梅耶．应用学习科学——心理学大师给教师的建议［M］．盛群力，丁旭，钟丽佳，译.北京：中国轻工业出版社，2016：14.

［5］ 科拉·巴格利·马雷特．人是如何学习的Ⅱ：学习者、境脉与文化［M］.裴新宁，王美，郑太年，译．上海：华东师范大学出版社，2021：12.

［6］ 联合国教科文组织．反思教育：向“全球共同利益”的理念转变？［M］．联合国教科文组织总部中文科，译．北京：教育科学出版社，2017：9.

［7］ 钟启泉.课程论［M］.北京：教育科学出版社，2007：141.

［8］ 钟启泉.教学设计［M］.上海：华东师范大学出版社，2022：183.

（刘宏业，江苏省南京市宁海中学校长，特级教师，正高级教师。）