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学习科学与教学设计思维导图
一篇关于学习科学与教学设计的思维导图，介绍详细、描述全面、希望能对感兴趣的小伙伴学习提供帮助。
编辑于2023-11-28 15:06:16- 教育技术学
- 学习科学
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- 大纲
学习科学与教学设计
导论
教学设计
强调有组织的设计和规划 不等于讲授
教学设计的基本假设
以帮助学习过程而不是教学过程为目的
学习是一个受许多变量影响的复杂过程，卡罗尔认为的影响学习的变量
学生的毅力
允许学习的时间
教学质量
学生的能力倾向
学生的学习能力
教学设计模型可以在多种水平上应用
设计是一个反复的过程，只能使教学设计趋于完美
教学设计本身是一个过程
不同类型的学习结果需要不同类型的教学
学习原理
接近
刺激情境必须与预期的反应同时出现
重复
需要重复练习刺激和反应
强化
激励会使行为的学习得到增强
学习的社会文化原理
协商
情境认知
活动理论：学习是作为活动的结果而发生的
学习的条件
学习过程
短时储存
长时记忆
控制过程
激活和调节学习时的信息流
教学与学习过程
教学是经过有意识的安排、旨在支持内部学习过程的一套外部事件
记忆的作用
从长时记忆中提取出来的，促进知识的提取
学习的种类，习得的性能
智慧技能
可允许学习者使用辨别、概念、规则和问题解决技能来执行符号控制程序
认知策略
对自身的学习过程实施监控
言语信息
储存在记忆中的事实和有组织的关于”世界的知识“
态度
影响学习者做出行为选择的内部状态
动作技能
有组织的完成有目的的行为的骨骼肌运动
教学设计理论基础
大课程项目的模型
应用学习科学
学习、教学和评估三个基本要素之间互惠互利的关系
学习科学：提出有实证依据的关于”如何学习“的理论
子主题
教学科学：有实证依据的教学原则、最有效的教学方法、应该将哪种知识教给学生
评估科学：目的是创建能描述学习者学习过程中的知识、特征和认知加工的工具
什么是应用学习科学
应用学习科学：人如何学习的知识来提高教学设计的有效性
扩展学习科学：扩展学习理论，使之能描述如何在真实的任务中开展学习
学习科学和教学科学的关系
双向：在真实的学习环境中检验学习理论，依据教学理论检验教学原则
单行线->死胡同->双向道
学习科学和教学科学的交叠关系
子主题
学习科学研究的发展演变
来自不同学科的证据和现象出现不一致，导致了更加跨学科的有关学习概念的转变
未来趋势
认识到学习是复杂的系统现象
强调过程性评价、增值性评价
支持学习的自适应技术
将人种学和民族志研究方法和定量的对话分析和实验研究结合
设计需要共同设计：研究人员和教师多协商沟通
重视社会公平公正
1. 什么是学习
人是如何学习的绪论
每个学习者都会在生命进程中发展出独一无二的知识序列和认知资源，它们由学习者的文化、社会、认知及生物等境脉的相互作用所塑造理解“人如何学习”，其核心在于理解学习者在发展、文化、境脉和历史上的多样性。
学习的类型与过程
学习是动态的
脑发展与突触修剪与神经发育有关，学习和脑发展相互作用
学习者要对不同的认知过程（储存和提取）进行协调
记忆是大多数学习的基础
知识与推理
从事比较熟悉的活动时，先前知识可以减少注意力需求，并且可以促进新的学习。然而，先前知识也可能带来偏向，导致人们注意不到新的信息并依赖现有模式来解决新问题。这些偏向只有通过有意识的努力才能被克服。
学习者通常会对他们正在积累的信息生成自己的新理解，并通过在信息片段之间建立逻辑联系来有效地扩展他们的知识。这种产生新理解的能力让学习者得以使用他们的知识来概括、分类和解决问题
有效学习策略包括这样一些方法:帮助学生提取信息、鼓励他们总结和解释正在学习的材料，以及对学习材料的呈现进行间隔安排和结构化。创建有组织的独特知识结构的有效策略是，鼓励学习者通过精制来超越显性材料本身，并通过在各种境脉中调集和应用信息来丰富他们对信息的心智表征。
学习策略的有效性受到学习者现有技能和先前知识、学习材料的性质及学习目标等境脉性因素的影响。因此，为了有效地应用这些策略，需要仔细考虑它们的特定机制如何对特定的学习者、场境和学习目标起到有利作用。
学习动机
学习动机受个体为自己构建的多重目标的影响，这些目标源自于个体的生活与学校经历及学习发生的社会文化境脉。如果学校或学习环境能让学习者感受到“归属感”，并且当环境可以提升学习者的能动性和目标感时，各个年龄段的学习者的学习动机都能得到促进。
教育者如何支持学习动机
帮助他们根据表现来设定理想的学习目标和适当的挑战性目标;
创造他们所看重的学习经验，
支持他们的控制感和自主性;
通过帮助他们认识、监控自己的学习过程并对学习过程进行策略制定来培养他们的胜任感
创建有情感支持和无威胁的学习环境，让学习者感到安全和受到重视
学校学习
有效教学取决于对于以下三组因素的交作用的理解:(1)学者的先前知识、经验、动机、兴趣、语言、认知技能;(2)教育者自身的经验和文化影响;(3)学习环境的文化、社会、认知和情感特点
如何让学习者指导自己学习:在发展元认知技能方面提供指向明确的反馈和支持，提供与学习者现有能力匹配良好的挑战机会，在确定和追求有意义的目标方面提供支持。
越来越多的研究支持采取一种教育的资产模型在这一模型中课程和教学技术支持所有的学习者，将他们的学术目标和他们的校外学习加以连接，这样，每一个学习者在多种场境中的学习经验和机会都能对其自身发挥作用
有意识地教授某些学科( 如科学、历史、数学)特定的语言和实践方法，对于帮助学生发展对这些科目的深层理解至关重要
评价对于促进和监控学生的学校学习而言是一个关键的工具。如果以清晰定义的学习模型为基础，评价信息可以用于确定并缩小学生在学习和表现上的当前水平和期望水平之间的差距
学习技术
做出使用某技术支持学习的决定应基于证据，这些证据要表明该技术在以下方面相似的情境中具有积极影响:
学习类型和学习目标;
学习者特征;
学习环境;
可能影响学习的社会和文化境脉特征;为学习者和教育者使用该技术提供支持的程度
在正式教育和培训中，有效使用技术需要仔细规划实施方案，应考虑影响学习的所有已知因素。这些因素包括技术与学习目标的一致性、为教学者和学习者提供专业发展和其他支持、技术的平等获取机会。对学生学习的持续性评价以及对实施情况的评估，对于确保技术的某种特定使用达到最佳状态以及识别所需改进十分重要。
纵贯一生的学习
人们在整个生命历程中不断学习和成长，他们的选择、动机、自我调节能力以及他们的境遇，会影响其学到多少、学得如何，也会影响其将学习向新情境迁移多少、迁移得如何。
人们通过积极投入于自己所处环境中的许多场境而不断学习;在义务教育环境之外发生的学习受学习者的动机、兴趣和机会的影响。从事工作特别是有智力和社会性要求的复杂工作 社会性参与、身体炼和充足睡眠都与终生学习和健康老龄化有关。
2.多学科交叉的学习科学
学习从猜测到科学
焦点:人、学校和学习的潜能
关注人类学习的研究（而不是动物）
重视设计正规教学环境
个体充分发挥个人潜能的研究
学习科学的发展
哲学和神学：内省法——知觉主体反思思维过程，试图对人类的意识进行精确的分析
行为主义：对心理学的研究要限制在可观察的范围内
认知科学
理解性学习
已有的知识
主动学习，元认知
教育的含义
教学的含义
教师必须抽取前拥理解并与学生带来的前拥理解打交道
教师必须深度地教授一些学科知识,提供相同的概念在其中运作的许多范例和提供事实性知识的坚实基础。
元认知技能的教学应该整合到各种学科领域的课程中
设计课堂环境
以学习者为中心
关注教什么、为什么教和掌握什么能力
形成性评价
学习受情境影响
设计框架同样适用与成人（比如教师培养）
什么是学习科学
教授主义
知识是：事实（陈述性知识）+解决问题的程序（程序性知识）
检验学校教育成功与否的方法是测试学生获得了多少陈述性知识和程序性知识。
学习的几个基本事实
更深刻理解概念的重要性
注重教，也注重学
创设学习环境
建立在学习者已有知识的上的重要性
反思的重要性
教育的目的与知识的性质
实践很重要（当学习者参与到与专家相似的的日常活动中他们就能学到深层知识）
学习科学的基础
建构主义
认知科学
表征
概念、信念、事实、模式等知识结构，大脑里如何使知识呈现模块化的结构，方便检索
专家的认知基础
丰富的表征结构;
丰富的程序性知识和计划:
即时应用计划，以及调整计划来适应情境需求的能力;
对正在发生的自我认知过程进行反省的能力。
反思
问题解决
思维
教育技术学
计算机支持学习者经历和体验深层学习行为
计算机把抽象知识用具体形象进行表征
让学习者以可视化、言语化的方式表达自己的观点
计算机支持学习者同步的表达、反思和学习
计算机支持视觉、听觉相结合的反思模式
互联网能让学习者分享、整合理解，从协作学习中受益
社会文化研究
认知行为是在一个由工具、机器、合作者、伙伴等组成的复杂环境中发生的。
分布式认知
认知心理学研究teamwork、协作、群体动力学以及认知发展中社会情境的作用
教与学：课堂中的协作
学科知识研究
科学知识包括科学研究的方法和深层知识的模型，且两者通过解释原理连接为一个整体性概念框架。科学知识使情境性的、实践性的、通过协作产生的
学习过程
学习环境
学习是如何发生的：从新手到专家的转变
专家怎么获得专业知识
促进更好的学习:脚手架
提供提示与线索来帮助学习者自己解决问题
促进更好的学习:外化和表达
怎样支持学术的表达过程，哪种表达形式对学习最有益
学习是如何发生的:原有知识的利用
促进更好的学习:反思
促进更好的学习:从具体知识到抽象知识的建构
设计科学
设计最有效的环境
民族志(源于人类学)
民俗方法学
对话分析（社会学）
社会文化心理学（发展心理学）
交互分析
录像记录现场情况，回去仔细分析
学习科学简史
学习科学是实证主义的、跨学科的、情境化的、以行动为导向的
子主题
学习科学的种子
心理学借鉴医学，实证主义
早期学习科学
跨学科，cscl
学习科学的制度化
学习科学的繁荣
群体认知理论
3.信息技术与学习变革——“创客学习、游戏化学习“
技术-潜在用途
潜在用途：扩展了我们学习与知觉性能的技术的特性或功能
经济方面
便捷搜索
社会性的
提供异步交流与合作
认知的
提供信息搜索与数据共享
情感性的
以有吸引力的方式呈现信息的多种媒体组合
计算机对人们学什么的影响
应当学什么，能学什么
能学的东西变多了，比如借助VR 。要成为更有策略性的学习者，利用互联网扩展自己的信息世界
计算机对人门如何学的影响
跨学科学习，多通道学习
计算机对人们在何处、何时学习的影响
在学校之外学习，创造更多学习机会，鼓励不同年龄相互学习
技术的挑战
学习的社会性降低（在线学习）；需要良好的教学实践和良好的教学设计；数字鸿沟
互联网的学习内容需要经过验证
长远看在线学习能够降低费用，但是需要对管理者、教学设计者和技术实施者进行培训
政府和教育部门需要跟上技术的发展
在线学习需要学校、父母、儿童和培训行业有效的合作
技术并非一切
创建以学生为中心的系统，并且能够终身学习
混合学习
数字素养
信息技术带动学习变革 ——从课堂学习到虚拟学习、移动学习再到泛在学习
传统课堂环境中的交互：知识传递
基于行为主义的课堂交互方式：“独白”与应答
分离了学与教关系。所以，课堂中“独白”与“应答”追求了知识传递，而忽视了意义的建构；关注了教学，却忽略了学生；体现了权威，却忘却了民主。
基于认知主义的课堂交互方式：程序性 交互
单向性表现在知识的传递由教师以一对多或一对一的线性方式传授给学生；工具 性表现在教学过程中，教师不仅把交互作为传递知识的工具，而且还是约束学生行为的工具；真实性表现在交互发生在真实的课堂场域中，教师和学生处在一种面对面的情景之中；目的性表现在所有的交互是为了达到自身的目的
虚拟学习环境中的交互：知识建构
e-learning
web2.0 技术 以学习者为中心，可以安于学习的架构，可重用、可聚合微学习内容
交互关系是动态的、双向的
子主基于建构主义的e-Learning 交互方式：数 字符号化交互题
首先，它是一种以图文符号为主要载体、计算机网络技术为中介工具的人际交流活动；其次，它体现了人与人之间以一种平等的、协调的、和谐的方式进行沟通与交流，其交互主体是人，而非与物之间；再次，交互关系是一种动态的、双向的形式，而不是静态的、单向的形式；最后，它是一种构建知识和协作意义共同生成的过程。
移动学习环境中的交互：情境认知
移动学习
增强了移动学习内容的管理和自适应性，把移动设备视为认知工具来支持、改进和扩展学习者的心智模型和思维过程，积极的知识建构。比如流媒体技术，学习者可以选择学习内容进行点播，有一定的内容互动性，不用被动接受学习内容
情境学习：学习发生在情境实践中，非孤立的学习方式，实时双向交流
泛在学习中的交互：日常交互、随时随地
泛在学习
技术为学习者提供了数字化的学习资源以及灵活的学习方式，促进终生学习，学习者根据自己的需求和所处环境，利用计算机获取有效信息和资源进行学习
学习者可以随时从任何地方获取他们所需的文档资料、数据、视频和音频
学习者在任何地方都能立即得到任何信息。可以迅速解决发现的问题or 记录当前的问题在事后寻找答案
可以和专家、教师或同伴以同步or异步的方式进行交流
学习是镶嵌在日常生活中的，问题Or 知识通过自然有效的方式被呈现出来，有助于学习迁移
未来学习方式的畅想
基于自然方式和具有环境意识的、更加符合人性、本能和情感体验的日常交互形成
学习无缝地容忍和在信息空间和物理空间之中，任何学习者可以随时随地地获得学习支持，并在正确的实践、以正确的方式、来做正确的事情。--高嵌入性和可移动性
透过学习者所在的位置、所处的环境信息、学习者的情形以及任务需求来提供最有效的学习环境，学习者不受时空限制地获取资源
创客教育: 信息技术使能的 创新教育实践场
创客教育
概念：学生提出问题；并且利用自己的创造力解决问题
深度参与，在实践中学习
以特定的学习任务为中心
培养学生的创新意识、创新思维、创新能力
信息技术在教育中的作用：使不能变为可能，由小能变为大能
信息技术提供了便捷的搭建环境：提供硬件和资源搜索的条件
信息技术为创客小组成员间的交流提供了便利条件，能够开展课堂外的远程协作
信息技术提供了社会化的评估平台
理论基础
体验教育，项目教学法，创新教育等、DIY(Do It Yourself)理念
创客运动和学习
创客运动是指通过模拟和数字实践,如木工、焊接、烹任、编程、绘画或手工制作等，“越来越多的人在日常生活中从事人工制品的创造性生产,并且找到物理和数字论坛与他人分享过程和产品”
跟学习科学相关的三个主题
创客运动通过将建构主义的观点和学习科学中的其他观点结合（分布式认知，具身认知，新唯物主义，新素养）
创客空间为学习环境的设计提供了机遇,尤其是重新思考校内和校外学习之间的脱节。
概念化谁是制造者促使我们思考公平和多样化的问题,关注教育中有意义的内容和过程的文化、历史物质和社会运用之间的深层联系
关于创客空间的研究
跨年龄学习是常见的
支持多个同步目标
参与者可能在空间一起探索不同的目标
人们如何学习制作
学习过程是设计过程;
作品的创造和分享对学习至关重要
学习需要关注作为参与结果的过程和产品
人们通过制作学习什么
修修补补：核心是发展个人有意义的想法,在实际实现这个想法的某些方面陷人困境,但在这个过程中坚持不懈,并在找到解决问题的办法时经历突破的生成过程
将制作纳入传统的学习环境中,可以更有效地将学生与学科内容联系起来,否则他们会感到困难。但是，“学科”的制作也意味着承认,像修修补补这样的做法并不能很好地与传统学校教育的标准化结果与结构相融合
4.计算机支持的协作学习
集体知识建构
集体知识建构：
人们协作创造新知识和新内容的过程
利用技术和共享的数字作品促进他们的互动与协作，共享内容形成共同体。知识建构式突现的过程，残生一个新的集体产品，而这个产品是无法虫已有知识种得出的
相互补充、借鉴、讨论。提出自己的知识、观点及视角，并考虑他人的知识、观点和视角
知识建构的组织层面：隐形知识和显性知识之间的连续转换。将所有人的时间结合在一起，体现集体能力的新水平
集体知识建构研究的发展历程
认知方法
强调个体，知识是在个体的头脑种产生的。知识被概念化为人们对世界的内在心理表征
社会文化方法
最新进展
学习科学中的集体知识建构
脚本程序和支架工具作为集体知识构建的催化剂，提供指引并支持学习者互动
三元学习方法：参与者创造与知识相关的作品，并发展与知识相关的实践。协作不仅通过对话产生，而且通过共同开发共享作品或实践实现，作品以物化的方式呈现知识，独立于创造者存在
社会学方法
知识的突现指的是在系统的更高层次上出现的现象或结构的表现，如果孤立地考虑其较低层次要元素的特质，是无法完全理解的
社会学理论分为客观主义取向
强调结构，忽略个体能动性
主观主义取向
侧重行为，忽视社会框架条件
吉登斯：结构而重新
社会结构既是活动的手段，也是活动的结果
批判现实主义
将文化、社会结构和个体能动性联系起来。能动性是个体的突现因果力量。组织环境为个人提供了社会结构，允许知识点转移和内化
思维是一个自我参照的过程。个体感知的意义是由它与其他心理表征的关系发展而来的，意义来自于这些关系如何使一个系统能够u代表外部师姐的问题。在这个系统里如何再现和维持与其他概念的关系
认知系统与社会系统的共同进化
每个个体和社会系统在其知识建构的过程中都是独一无二的，因此每个系统都可能产生完全不同的结果。即使系统是封闭的，选择元素和操作是开放的。
研究方法
认知心理学：随机控制实验
主要涉及认知系统内的过程
社会文化方法：人种学方法和话语分析法
考察个人和群体的日常活动
协作学习研究
研究协作的目标
作为透视思维窗口的协作
应用协作情境更好理解个体的认知
比如口头报告，互动本身被看作附属现象，与学习结果没有因果关系。社会互动仅仅是一种建议的个体用语言表达思维以使其可以被编码的方式
缺点：学习者相互回应的方式既关系到学习过程，也关系到学习结果
小组认知：成员的作品、话语和互动在协作中开始变成一个互相参照的网络。意义的突现源于观点的相互作用。巴赫金用不同的个体声音来描述知识构建过程，认为这些声音会共同创造出一个旋律，即使有不和谐的声音
表征和分析作为透视思维窗口的协作的方法
关注对话内容，而不是对话的交互过程。应用认为情境来时社会影响最小话，如临床访谈
难以获得感兴趣的主体内容或者行为表现
为了远期目标的协作
特定类型的协作如何促进或者阻碍个体产生积极或消极的学习结果
协作被作为一种情境，情境促进或阻碍可观察的不同类型的行为和思维方式。不同类型的协作可以被识别，与不同水平的个体学习结果相联系，在即时的交互情境之外被识别出来
转述：以学生谈话开始，教室转述学生内容，学生同意or 不同意教师的转述。促进学生对学习的投入和对学科的人体相联系。创建了有效参与的框架，转述提高了学生解释的清晰程度，扩展推理能力，促使学生寻找证据支持观点
探究性对话：具有广泛参与性；可解释对话：挑战观点并为挑战提供理论依据；知识建构话语：以文化为特质，这种文化促使每个个体对共享的知识基础做贡献-->导致对内容更好的理解、更高的阅读分数和词汇量的增长
更宽泛的角度：促进Or阻碍有效互动的社会规范，规范是师生进行合适的活动和互动的期望
改变师生的关系，建立民主参与的结构加深学生对科学概念的探究深度，如直接改变课堂的参与框架（权力、角色和责任）导致学生参与和投入课堂科学内容方式改变
将对话的顺序和规范与远期学习目标联系起来
过程-产品（学习目标）协作过程（比如IRE，可解释性对话，规范）->发现个更多的特定的对话类型与学校功能之间的关系。挑战or证实一种观点，需要被编码为可解释对话。
分解式假设：把交互看成一系列个体连续的贡献，个体的贡献可以被单独编码和分析，基于的是协作效应可以被分离出来的精细假设
研究可以是质性、归纳、演绎、聚类、量化
为了近期结果的协作
把协作过程与交互自身带来的学习结果联系起来
聚焦交互自身，目标是解释协作过程如何直接作用学习
集体理解的过程：集体的近期对话的学习结果+个体远期的学习结果。分析协作过程的集体分析单元与用以分析概念转变的个体分析单元整合。这两种协作过程：迭代的话轮循环以及组件提高的证据表征。作为对要求、挑战和评估的回应，提高的框架、精细加工和澄清过程是有益于概念转变
子主题
使用基于交互自身达到近期学习结果的证据表征和分析协作会话的方法。话语分析研究完整记录交互细节：话轮开始和停止的界限；言语的韵律；特定词语音调高低的变化
作为学习的协作
聚焦协作过程和结果本身
研究集体单元。组内成员的个体关系会导致问题解决结果的不同，不能被简化为个体能力的测量，成员的交互质量与问题解决结果相关。小组作为集体的表现，不是单独为了个体学习结果，当集体被简化为个体单独的贡献、能力和表现的时候，集体的能力和成就就会丧失
目前主导方法把协作作为一种理解和提升个体远期学习结果的手段，学校教育只认为个体的表现很重要，所以学习科学家也采用了学校教育的分析单元和制度化心理学
计算机支持的协作学习
以计算机和互联网设备作为中介，并在其支持下开展的协作学习。
教育领域中的CSCL
计算机与教育
同步/异步
聊天室：学习者实时互动
电子邮件交流
空间
远程数字化学习（e-learning）
利用非常少的教师资源和其他资源，将数字化教学资源传递给大量学习者： 幻灯片、文本、视频等教学内容发挥作用需要一个更具有激励性与互动性的社会情境。 教师不仅需要准备与制作计算机上使用的材料，还需要通过持续互动以及社会临场感的营造来激励和引导学生。 学习很大程度发生于学生间的互动过程，学生不能仅仅各自孤立地对发布的教学资源做出回应。 计箕机支持的这种协作在数字化学习中是CSCL的关键。 激发并维待学生的互动是很难的， 它需要巧妙的规划， 协调， 以及课程、 教学方法及各种技术的实施。
面对面学习
计算机对学习的支持并非只有提供在线交流媒介一种形式， 它同样也可以通过构建对科学模型的计箕机模拟、 提供交互式的共享表征等形式发挥作用。 在这种情况下， 协作的重点在于模拟或表征的构建与探索上。 学生小组可以使用计算机来访问互联网上的信息， 也可以协作讨论、 辩论、 汇集或是呈现研究发现。
正式教育/非正式学习
初衷
破除学生作为孤立个体开展学习的教育软件形态
动力
互联网以创新方式联系不同用户
挑战
如何设计、分发以及有效利用创新的教育软件
学校、教学、学生自身的变化呼唤学习概念的变化
小组中的合作学习
学习科学从仅仅关注单一的个体学习转移到同时关注个体与小组学习的阶段
合作学习
学习是由不同个体分立完成， 最终再将各自结果 聚而为一， 并作为小组成果进行展示的。
协作学习
学习发生于协作建构知识的社会过程中，个体以小组成员的身份参与其中，诸如协商、 共享之类的群组互动。这一协同会话和小组意义（group meaning）的社会化共享现象是协作的核心。
CSCL的历史演变
起源
自然形式英语教学（ENFI）
对话式
计算机支持的有意义学习环境（CSILE）
重构课堂知识建构共同体的技术和教学法，学生联合撰写文字
《第五维度》 游戏（5thD）
经验更丰富的同伴提供支持
为学习者的意义构建过程提供支持
计算机与信息技术作为资源
教学中有组织的社会活动
从学术会议到全球研究共同体
从人工智能协作支持
从关注个体认知的心智模型到对小组协作进行支持
科施曼
计算机辅助教学
学习是知识的记忆 领域知识被打散为零散的组块，学生以计算机化的练习与实践按特定的逻辑顺序对组块进行学习
行为主义
智能导师系统
创建关于学生理解的计算机模型，并能依据学生的心智模型，分析学生的典型错误进而对其操作进行反馈
认知主义
希望计算机具有在传统上需要人类教师花时间进行干预的教学和指导功能
虚拟探索系统
提供一个让学生来探索与发现推理力量的虚拟环境
建构主义
CSCL
社会建构主义和对话理论
计算机提供沟通媒介和促进学校互动的脚手架
从个体到互助小组
理论倾向
社会交互是个体感活动的背景
实证研究
协作学习是否对个体独立学习更加有效，以及在何种情境下更有效
从心理表征到 交互意义建构
主体
情境学习/协同知识建构
小组分析 共同体
能力
独立/协作学习区别
维果斯基“最近发展区”
协作
共享意义建构的过程（一种交互的结果）
从定量比较到微观个案研究
参与者
在协作环境中将学习作为协作过程的一部分加以呈现
协作的必要条件（有效协作）：参与者彼此展示对正在建构的意义的理解。
研究者
每隔一小段时间就要对小组互动活动开展观察
协作意义建构的案例研究
基于民族志方法的话语分析和视频分析
CSCL中学习和技术的交互作用
关于学习的传统观点
桑代克（行为主义）
学习都可以测量，所有的教育创新都可以通过实验来评估
CSCL支持情景化的学习观点
学习存在于社会世界中进行的意义协商
设计支持学习者意义建构的技术
CSCL设计的目的
创建用于改进小组意义建构实践的人工制品、活动和环境
与实践中意义如何建构的分析同时进行
意义是个体对过往经验的反映，同时也可以不断进行重新评估或协调改进。
共享认知
主体间性（intersubjectivity）
哲学：对话理性、交往理性取代主体中心理性
理解学习如何在互动中发生
学习可以看成是协商不同观点的行为
教学是促进这种协商的社会与物质安排
CSCL研究
分析
观察互动，不干预或评价
设计
改进实践
协作学习的分析
科施曼
CSCL的中心议题是意义建构
意义建构在集体活动的情境中开展
活动的开展以专门设计的人工制品作为媒介
主体间性学习/群体认知
学习在同伴互动的过程中共同建构的
斯塔尔
研究主体间的意义建构最有效的分析单位是小组
小组介乎个人与共同体的边界。 小组中发生的知识建构“被它的成员内化成为个人学习，同时得到认可的知识外化在共同体中”
对计算机支持的分析
计算机对主体间意义建构的支持
社会性技术的设计与研究
技术作为媒介鼓励社会性行动，以构成小组学习，并引领个体学习
信息技术的独特性
信息技术成为沟通渠道
沟通实体化
适应性媒介
分析工作空间的状态与互动次序，自行重新调整或给出提示
CSCL的多学科性
实验法
通过一个或多个变量对干预组和控制组进行比较/编码与计数
影响合作行为系数的变量
描述法
只注重小组成员如何实现有效学习，忽略大量失败例子
研究学习者和其他共同体成员的视频或转录文本来探索小组成员完成学习的方法
意义构建中重要的共同活动的规律
“技术方法论”
实验法记录差异的显著性
记录新技术如何作为媒介对协作互动产生不同影响
迭代设计法
设计取向的研究者将理论与非正式观察辩证统一/“介入性”
新技术的潜能不断被创造性地挖掘
未来的CSCL研究
学习隐喻
知识获取隐喻
学习就是学习者相互交换存在于脑中的知识的过程
参与隐喻
个人是通过不断深入参与社区的实践而学习的
知识创造隐喻
新知识或社会实践是通过协作创造的
（计算机支持的)协作学习中的支架和脚本
为什么（计算机支持的）协作学习需要支架
与个体学习相比，协作学习对学业成就、学习态度和迁移等变量都具有积极影响
搭便车效应
小组成员之间个体学习结果存在巨大差异
定义术语
支架
不同类型的支持，旨在帮助个人或群体在问题解决的情境中有效地学习
维果斯基最近发展区
实际发展水平
独立解决问题的能力
潜在发展水平
通过成人指导下或与能力更强的同伴协作解决问题
内容
提出一个具体问题，展示解决问题的所有必要步骤，并向学习者提供最终的解决方案
内容方案
概念图
学习过程
元认知
脚本
指定和排序协作阶段、角色和学习活动，并将其分配给学习小组成员
面向协作过程
研究框架
支架提供者
小组内部成员
教师或正在做同样任务的其他学生
技术作品
支架接受者
整体小组
基于问题的学习
小组个体成员
扮演角色轮换
支持互补
面向的学习活动
论证
提出并交换论点和反论点，并用证据支持
同伴反馈
评估准则
反馈模板
联合调节
自我调节：计划、监控、反思
个体在协调过程对自己学习进行调节
（共同调节）协作者对同伴的学习进行调节
（共享调节）小组就如何调节学习进行协商
学习目标
小组层面
个人层面
特定领域知识
“跨领域”技能（协作或论证）
指导脚本理论（SToG）
学习者内部协调脚本
剧本
向学习者展示协作需要经历的一定顺序的阶段来组织学习
场景
构成特定场景的不同活动提供支持
脚本小程序
帮助学习者执行组成小脚本的认知操作
角色
引导学习者参与属于他们角色的活动
支持协作的自我调节
自适应脚本
可调节脚本
5.技术支持的项目化学习
在工作中学习：社会实践与分析单元
自动化引起焦虑，导致密集型工作备受关注，这需要不断掌握新的能力
在工作中学习的不同立场
为人类活动和学习而实践
经典研究：个体行为与（学习和知识建构过程中）社会环境的的相互作用
社会实践
知识密集型工作中追踪学习（知识密集型工作：在专业领域系统地使用形成化知识） 横向专业知识：参与者群里解决的问题； 纵向专业知识：个体发展，这种能力是微观生成过程和协作努力中所获得的能力
行动、活动和拓展性学习
合法边缘参与和实践共同体的核心概念为透明度和获取性等概念开辟了道路,并将分析单元从个人转移到环境、活动以及共同体参与。
构建新对象-例证一
在这个微观生成过程中，不同的筛查工具被重新概念化,用来构建对象，即新的抽样程序。问题空间也随之发生了变化，新的抽样程序通过新工具得到了稳定。新工具支持了一个新对象的构建:流感住院儿童的数量。其结果是改善了对患者群体的概览。研究团队成员的个体发展被视为抽样程序重新概念化的一部分。
知识密集型工作中的认知实践与对象
认知对象：实践中的对象是构成问题的知识物质和符号资源的复杂组会，比学习中更复杂，不是抽象的知识符合,也包括附着的场景。
认知实践关注的是在一种制定的文化中，知识被接触、发展和共享的方式。认知实践的事实对于意义建构至关重要，它们是建立联系、转化知识和意义、在专家的工作中产生和维持给定对象的表征性手段
建筑设计中的知识形式的发展和整合一例证二
视觉表征在这方面具有转换功能,它有时可以作为探究的对象,有时也可以作为探索和协商其他问题的中介。当各种贡献结合在一起时,就需要参与者进行新的共同探索。在这个阶段，参与者在新建筑的实际场地和设计过程中形成的图纸和其他表征形式之间移动。视觉表征融合了团队中不同专家的贡献,并将整体设计理念作为一个展开对象,保持变动
社会实践是真正意义上的协作实践
结论
当我们将社会实践作为分析单元时,这意味着参与者的行为、活动与工具一起被包括在内。我们采取的立场是,参与者的学习是嵌入在任务和工具的使用中的,学习要考虑通过协作在工作的微观结构中实现的劳动分工,以及所涉及的规范价值和证明机制。
研究历史和情境的突发事件意味着相关视角的放大和缩小 。当我们想了解参与者如何从新任务中学习并与他人协作时,放大实践中的细节非常重要。视角的放大强调的是微观生成过程以及个体如何展示他们的能力。
通过社会互动，知识资源才得以被调用、理解、探索和进一步发展
我们建议工作组织应该关注为参与者提供的实践类型,与这些实相关的知识组织以及为参与者提供的有利于学习的任务和调节工具的方式
在专业实践中可能会出现探究学习、实践学习(熟练的表现)和创造学习
工作中的学习和PBL 是双向奔赴 学生学的东西 应该是什么样的模拟项目，工作中的学习是终生学习发展，在工作中要应用知识，但是时代发展迅速，需要通过学习才能解决项目问题，成人的学习应该是怎样的学习？成人的学学习是问题导向，问题驱动，查找资料，学习资料的，搞组织学习的人转向于在工作中成人发生学习的视角。是从教育和学科中去借鉴相关的理论去学习。
基于案例的推理Case-Based Reasoning, CBR
CBR简要回顾
脚本是指在记忆中储存的知识结构，它可以表征日常的情景、事件的顺序和特点以及与某些特定经验的相关的物件
案例应该是科学的权威知识和场景交叠形成的脚本。CBR 理论认为人们的头脑中储存着成上万的“案例”，有的是具体的事件，有的则是概括性的。这些案例有着类似脚本一样的结构，贮存着日常事件的一般顺序。人们能够识别新情景的重要特征并且从巨大的记忆库中搜案与当前情景最吻合的案例，智能行为就是基于人的这种能力
CBR 到基于案例的学习
新概念
索引问题
知识应用
预测失败
适应
基于案例的学习理论的内容
在努力完成感兴趣的目标的情境下，学习效果最好
学习者需要解释自身经历，以便将经历变成叙述良好的案例贮存到记忆中
应用记忆中案例的经验可以促进进一步的学习
学习者可以从自身及他人的案例中学习
如果可以提供及时的反馈让学习者有机会认识到自己的错误或预测失败并且能解释错误或预测失败的原因、寻找另外的解决方式，那么学习者从错误及预测失败中能获得更好的学习效果。
应用CBR促进教育
应用在基于目标的情境中 GBS
GBS要求学个含有目标的、真实而复杂的情境在中应对一个真实挑战。
CBR 的原则在教育环境中的应用主要表现
根据 CBR 的整套原则设计出了新的教学方法。
根据学习者可以通过他人经验中学习的原则，设计了案例库。案例库成为新的学习资源，并被整合到各种学习活动中。
CBR 认为阐述经验可以促成富有成效的学习，据此产生了案例编写工具帮助学习者就问题解决和项目学习中获得的成功经验进行反思与表达。
促进学习的新教学方法: 从设计中学LBD
采用基于项目的探究方法
CBR 理论认为最好的学习经历来自于提供清晰及时的反馈，设计、组建和测试设计作品就提供了这种反馈。组装实体物件的学习活动激发了学习的动机，启发学生发现未知世界，教会学生科学地思考，提供检验所学概念的机会，使学生发现知识与能力间的差距。设计挑战活动为学生提供了参与并学习复杂认知技能、社会技能和交流技能的机会。LBD 学习单元的对象主要是初中学生 (六至八年级，12-14 岁)
LBD的活动及序列
LBD与CBR的关系
LBD 系列活动的最终目的是为学生的深入思考提供脚手架，这种思考将引起学生认识并调整他们的理解、技能和操作。
一个LBD 方案的流程
理解挑战
调查与探究
回到设计挑战:设计计划
制作与测验;分析与解析;流动展示
再设计:反复改进和完成
基于项目的学习
子主题
基于问题的学习
探究性学习与技术的机遇
6.基于学习支架理论的正式学习环境
学习支架--脚手架
概念
采用建筑施工中脚手架的隐喻
建筑工地脚手架是保障工程顺利进行的一种辅助性工具，当工程结束后，这个脚手架便会被拆除。
脚手架，最早由美国著名的心理学家和教育学家布鲁纳从建筑行业借用的一个术语，用来说明在教育活动中，学生可以在父母、教师、同伴这些比他们更有知识、能帮助他们解决问题的人的支持下，完成他们不能独自完成的任务。这种辅助就像是建筑竣工后的脚手架，会被逐渐撤离。
维果茨基-最近发展区
儿童有两种发展水平，一是现有水平，是儿童能够独立完成任务的水平；二是可能达到的发展水平。最近发展区是儿童在有指导的情况下，借助帮助所能达到的解决问题的水平与其独自解决问题的现有水平之间的差距。这实际上是两个邻近发展阶段间的过渡状态。
脚手架要在学习者的最近发展区搭建，这是创设有效学习环境的关键。脚手架理论有助于教师辨别学生的“最近发展区”，教师应该保证学习者在他们的最近发展区中学习。通过积极地全程参与这些更复杂的任务，学习者可以从经验中学习，最终跨越“最近发展区”而达到新的发展水平。
奥苏贝尔-先行组织者
是先于学习任务本身呈现的一种引导性材料，它的目的是要在新的学习任务和旧知识之间搭建一座桥梁，为新的学习任务提供观念上的固着点，以促进学习的迁移。
建构主义者认为，学习者在先前知识与新经验的互动的基础上积极建构他们自己的知识。 （学习科学中脚手架的含义与更广泛的建构主义视角中脚手架的含义具有一致性）
传统学徒制研究
知识经验较少的学习者在老师的指导下参与某种有形的、具体的活动，从而获得与该活动有关的知识技能
在学徒制环境中，当具有不同程度专门知识的人参与完成真实任务时，学习就发生了
如何促进学习
脚手架的核心思想
学习者与更有知识的其他人或者教学代理共同完成工作。
脚手架不仅能使学习者完成自己独立不能完成的更复杂的任务，而且也能帮助学习者从这些经验中学习。
脚手架帮助学习者在他们当前知识水平与更复杂的实践之间、在获取知识和技能方面搭建桥梁
学习者也许不能完整定义问题、清晰界定目标，相关的技能体系还不够完善，不懂得采取什么行动以及如何采取行动
因此，学习者需要利用脚手架，通过参与活动来获得一系列的相关行为，并熟练掌握这些行为
教师根据学生的需要在适当的时机为学生提供脚手架，在学生解决当下问题并逐渐内化指导帮助后撤去脚手架，将学习主动权逐步转移给学生。
预叙机制--一种解释脚手架如何使学习得以发生的机制
通过不断地重复互动，学习者模仿示范的行为并把它们与指导建议以及特定任务联系起来
脚手架与传统教学法的区别
传统教学法把复杂的技能和任务分解成尽可能小的组成部分，通过设计小规模的任务，发展特定的次级技能；不利于反映学习情境之外的真实任务
脚手架支持情境化教学，将新技能的学习置于更复杂的任务中，在真实情境中促进学习者发展次级技能和必要的知识
传统教学中，学习者将特定技能本身及特定技能中包含的子技能作为学习目标，不学习这个知识和其他知识的相关性，也不学习如何应用这个知识，容易导致惰性知识的产生
脚手架是情景化的、综合性的，它能促进迁移，帮助活性知识的产生
惰性知识
曾被接触学习并被记住，但无法应用于真实情境，无法有效解决问题
活性知识
学习后可以灵活应用于真实情境，并可以与已有知识建立联系
脚手架聚焦于如何转变学习任务，从而使得学习目标更容易达成、更加富有成效
如何转变学习任务/如何设计有效的脚手架
搭建意义建构脚手架
帮助学习者理解问题或数据
搭建表达与反思脚手架
帮助学习者在解决问题的过程中表达他们的思想，并对有效学习方法进行反思
搭建管理探究与问题解决过程脚手架
帮助学习者选择策略并执行任务从而解决问题
在转变学习任务方面，脚手架的功能
简化任务要素，以便学生学会所学内容
学习更轻松
管理过程，以便学习者在真实问题情境中投入对学科知识要素的学习
提供策略方面的帮助，让问题解决保持在正确的轨道上
减少挫败感和风险，使学习者保持学习兴趣
情感方面有益，帮助建构专业知识和自信心
使学习者的注意力聚焦于问题中他们容易想当然的部分
帮助学习者投入到他们容易忽视的问题的重要方面
促进学习者解释和反思
使得情景化的做中学成为可能
情景化教学 更能把所学与真实情境建立联系，增进学习者对学科价值和学科认识论的理解
如何将其嵌入学习环境中（脚手架的应用）
将脚手架嵌入教与学的交互过程中
教师可以通过示范、建议和提问等方式为学生搭建脚手架，帮助学习者注意到教学中最重要的但是学习者通常却认为是次要的方面，促进学习者学习
学生和教师一起搭建脚手架--学习者具有不同的知识和技能水平，存在多种最近发展区，教师可以鼓励学生展示自己的策略，并与其他学习者分享，为其他学习者搭建脚手架
教师通过课堂对话搭建脚手架能培育一种学科学习的文化氛围，培养学生学科实践的规范和价值观，将学习的情境与真实世界中的实践联系起来，鼓励学习者得出一个更具有文化价值的答案
将脚手架嵌入活动和人工制品的结构中
eg. 设计反映学科实践的活动结构
来源于学科实践中的认知策略可以用于活动结构的设计，从而鉴别活动的不同阶段，使策略更加明确；经过设计的活动结构可以标记策略和进行示范
交互教学
活动的每个阶段都标记着一些理解策略，从而支持学习者学习
教师通过给学习者分配清晰的角色来支持脚手架策略的实施，通过课堂对话、嵌入人工制品来介绍那些组织和支持学科活动的清晰角色
人工制品嵌入活动结构的例子--协作脚本
将分配给团队的任务或工具组织起来，使学习者之间产生有效交互的可能性最大化 设计合作的步骤，为不同的学习者分配不同的角色，例如写代码/写文档
将脚手架嵌入计算工具中
嵌入软件工具中的脚手架，也被称为软件实现的脚手架
比如说软件中菜单的选项，能够减少对学习无效的操作（帮助学习者从与任务无关的交互转到与任务紧密相关的交互中），使得问题解决的步骤具有可选择性，提供策略指导，支持表达和反思。 比如搜索引擎“百度”能成为信息搜索的软件支持，支持特定学科的实践（数据查询/讨论）
应用提示
可以把句子的主干或者问题作为提示，嵌入软件交互页面中，提示此时扮演着更有知识的人的角色，为学习者在恰当时机提供支持与帮助，学生可以吸收这些提示并逐步内化它们，从而引导学习者后续的独立活动
分布式脚手架
差异化脚手架
对于不同的任务提供不同的脚手架，为不同的需要提供最好的支持，以便达到最好的学习效果
冗余脚手架
一些学习者在完成任务过程中可能错过脚手架支持，而且不同的学习者需要不同类型的支持
对于相同的任务提供不同的脚手架，提供多种类型的提示与帮助，最大限度减小错过脚手架支持的风险。让不适应单一脚手架的学习者也能获益，和需要更多帮助的学习者获得更多的帮助。
页面提示/教师的口头提示
协同脚手架
对相同的任务同时提供不同的支持
教师/同伴
在课堂情境中应用脚手架的挑战
在课堂情境中，脚手架学习过程的模糊本质可能会构成学习的障碍，有可能导致对成果而不是过程的过分重视。
课堂活动可能与当前的学校文化相冲突
课堂活动鼓励学生自主探究，通过线索和提示自己解决问题获得答案，但是当前学校文化更重视从权威那里获得答案
很难提供适当程度的支持，和以恰当的速度逐步减少这种支持。
目前，很难设计能有效与学习者的当前能力保持一致，并能动态挑战软件表征使其与学习者实时变化的能力相适应的工具，也还没有开发出脚手架如何撤离的清晰模型，因此，在软件实现的脚手架中，很难实现个性化的支持和撤离
不能对学习者独立的学习表现进行准确的评估，并提供超越他们当前需要的支持，这会限制学习者能力的拓展。这在课堂情境中会加剧---因为在课堂上很难实施定制的脚手架搭建和撤离
过度媒介化或过度脚本化
软件工具众多，学习中过度依赖电子媒介
不利于学生理性精神的培养，进一步弱化学生的主体性；同时教师的主导性降低，由教学活动主体之一逐渐成为一个边缘化的角色
过度媒介化导致过度信息化，学习者虽然每时每刻都在接收大量的信息，但是可能被一些碎片化的、重复的、无用的信息大量充斥，获得有用的信息实则很少
应用过程注意事项
搭建的脚手架不能太高也不能太低，太高--学生达不到目标丧失学习信心；太低--学生达不到教师预期目标。
教师在上课前应通过前测等方式，先充分了解学生的现有水平，从而更合理地搭建脚手架
教师在为学习者提供脚手架后，还必须帮助学习者建构对脚手架的理解，为其示范相关行为或者帮助他们实施这些行为
对于学生而言，脚手架教学法需要学生有较强的自律和自我控制力，从而实现有效的自主学习。教师应积极培养学生的元认知能力，引导学习者对自己的学习过程进行监控和调节
在学习过程中不断地反馈学生的学习进度和成果，并及时给出指导和建议，帮助学生纠正错误和偏差，提高学习效率。
在脚手架的应用过程中应采用多种不同的评价方法，例如个性化评价、持续性评价，同时经常给予学生及时的反馈 ，并根据学生的实际情况和学习进度，不断地调整教学策略和方法，以达到更好的教学效果
脚手架必须能够识别学习中的障碍，重构学习任务，应用谈话、活动结构或者技术使得做中学更有效，同时不能抹杀任务的复杂性和文化的相关性
脚手架的根本目标是让学习者自主完成最近发展区内的实践任务，根据学习者不同的实际情况提供不同程度的支持与帮助，但最终目的都是要逐渐撤掉脚手架，不要让脚手架成为义肢，导致终身的“认知残疾”
未来展望
对脚手架的定义不能太严苛也不能太宽泛，在脚手架观念中，协调的行动和文化相关是核心
如何在应用脚手架的学习情境中培育学科文化以便学习者识别和接受这些活动的目标
如何更好地给予适当的支持并恰当地撤离
课堂编排
编排的概念
将编排定义为多重约束条件下多平面场景的实时管理
多重约束
教育设计受到学习的认知机制、人脑的局限性、各领域的认识论等因素的制约，同时还受到正式教育产生的一些学习外在约束的影响（限制学习时间/空间）
多重平面
学习者的学习场景是多样化的而非单一的平面，这能很好地应对学习者重要性，丰富教学情境
相关概念--计算机支持的协作学习（CSCL）
协作脚本 促进学习者之间更有效的互动
微脚本
管理团队中（言语）互动的顺序，促进学习者内化脚本。微脚本是对一个活动的内部顺序进行编排
宏脚本
宏脚本以一种间接的方式促进有效互动，是一种教学场景，学习者应该遵循它而不是将其内化。宏脚本的编排涉及多个活动之间的转换
宏脚本需要教师的干预来开展活动，一般将活动分为三个层次：个体活动（Π1）、团队活动（Π2）、班级活动（Π3）
研究寻找最有效的方式组织课堂活动，以便最大化学习机会
研究1：教师赋权（Π2/Π3）
分析团队活动（Π2）的日志发现，学习效果较好的团队更多地进行讨论、反思他们的操作结果 在这里技术鼓励学习者偶尔脱离，去反思他们所获得的结果，或尝试预测他们将获得什么
双面纸卡--一种简单的编排工具
鼓励学生思考，当他们能较好地表达假设并预测结果时，教师再允许他们进行模拟
让学习者比较不同团队开发的仓库布局，鼓励学生反思；添加醒目的的编排卡，使教师在适当时候获得所有学习者的注意
课堂可用性（Π3）
将编排的概念与人机交互（HCI）的可用性概念集合起来，提出HCI方法
HCI通过表达设计原则捕捉良好的设计 提出关于编排的设计原则
赋权：将课堂掌控权交给教师
感知学习者的状态（物理方式）
灵活性：随时转换教学场景的能力
极简性：学习仪表盘
集成性：跨平面和活动传输数据的工作流
使用情境探究方法扩大设计范围，揭示与正规教育背景相关的外在约束
学习时间：学习必须发生在课程中设定的预算时间内
课堂纪律：课堂不能完全安静，需要有同伴之间的讨论与交流；但同时也不能陷入混乱，造成教学无法展开
学习空间：会对课堂编排造成影响（有坡度的阶梯教室活动平面较难转换）
教师精力：教师的精力有限，需要长时间准备的活动无法持续
研究2：编排负荷（Π1/Π2/Π3）
认知负荷
概念：人类执行某项任务所需的脑力劳动
认知负荷可以通过主观测量（口头询问），也可以用直接或者间接的生理测量（设备测量）
HCI研究的通常是在相对较短和简单的个体任务（Π1）中的认知负荷
教师在设计编排时要考虑到涉及多个交互平面的多个任务，对该情况下的编排负荷进行操作化的测量
使用便携式眼动仪记录教师对于真实课堂情况的编排，教室环境是嘈杂、混乱的，且允许教师在课堂上自由移动。 研究证实了几类模式：
与小组与个人相比，全班范围的编排（Π3）更频繁出现在“高负荷”类别中
看学生的脸也经常出现在“高负荷”类别中
看技术演示经常出现在“低负荷”类别中
研究3：提取编排图（Π2/Π3）
一个正式的编排模型--编排图
一个教学场景由一张图描述，图中的顶点表示社交层面的活动，而边缘包含活动之间的条件关系和操作关系。 条件关系捕获第一个活动成功之后第二个活动成功的概率；操作关系处理将一个活动的输出转换为下一个活动的输入数据操作。
实验：使用多个可穿戴传感器记录教师的编排行为，探究能否通过计算模型从传感器数据中自动提取课程的课堂事件（编排图）
计算模型能根据相对简单的传感器数据特征，预测在课程中发生了什么，编排图相似度高
教师活动的准确率较低，但是社交层面的互动准确率较高（接近90%）
实验说明使用计算机模型能在一定程度上支持编排。 如果它们能被开发成研究工具，那么教师能更好地进行课堂编排
研究4：层面转换（Π1/Π2）
研究在一个智能辅导系统（ITS）中展开，ITS能支持学生的个人练习和活动选择，通过追踪学生的技能来支持掌握学习
当在ITS中结合个人活动和小组活动时（Π1+Π2），系统需要额外的支持进行活动层面的转换（Π1-->Π2）
首先，学习者模型需要考虑包括编排层面转换在内的学习情境
学生单独学习时可能出现的不同个人学习率 导师帮助下或者观察、帮助同伴时可能出现的额外学习
当协作和个体ITS的使用从实验室环境扩展到真实的课堂时，在层面转换的时间点上就会出现矛盾（学习者A已完成学习，而学习者B尚未完成，此时需要二者在学习基础上进行下一个活动）
个体的步调是掌握学习和需要同步性协作活动的基础；对于改变和优化活动的时机编排是很重要的；引导学习者在有限的时间环境中找到完成任务和学习之间的平衡
总结
编排的概念最初是在设计具有较高“课堂可用性”的技术背景下被研究的
教师角色逐渐发生转变--从信息传授者变为学习促进者。但是如果教师“旁观的成分太多，学习就不会发生”，因此也需要教师发挥驱动力和能动性，积极对学生做出引导。
在正规教育中要有效地使用以学生为中心的技术，但同时也必须以教师为中心
学习环境
正式学习环境
学校教室、培训课程、讲座
非正式学习环境
科技馆、博物馆
学习环境中的动机与认知投入
如果学习环境是建立在学习科学原则（如项目、问题和设计方法）的基础上，就能激发学生的动机
学习科学原则包含真实性、探究、协作与技术
讨论假设：动机与认知投入的关系
动机具有个体差异，但课堂背景与教学实践能够影响学生的简单参与以及投入学习的理解和意愿
动机彼此相互影响，改善动机的某一个方面去改革课堂的一个特征，可能对课堂的其他特征产生影响
动机是循环的，兴趣可以使学生更深入投入到材料中，从而增加掌握的知识与技能；知识技能的增加能够进一步激发兴趣，并能够维持认知投入
动机的四个决定性因素
价值
内在价值※
学生的学习兴趣及从事任务时体验到的快乐
短期的情景兴趣
提高任务的多样性、新奇性、活泼性和挑战性
持久的个人兴趣
持续性兴趣和较多的投入促使更具深度的认知投入
但强制提高兴趣可能会引起反作用
注意力偏离重要概念
工具价值
学生认识到学习内容与日常生活、未来目标相联系
邀请专家作报告等，使学习内容与生活实际联系
实现价值
完成任务时确立的个体重要性（个人意义）
能力（效能感）
学生能够在某个课堂或任务中获得成功，它能鼓励学生坚持努力学习、持续使用高层次学习策略并选择有挑战性的学习任务
依据脚手架分解任务
鼓励学生的进步
关联性
与周围事物的关联性和归属感
同伴协作
积极交互
自主性
对力量感的感知，当学生有机会选择或在自我指导中发挥重要作用时就会产生
教师实践活动要支持学生的自主性
挑战（如何保证学习的成果？）
高质量的投入很难实现。即使学生的认知投入在最初得到激发，学习环境的某些特征也可能会影响认知投人的质量。
适应新型师生关系，学会自我调控
学会协作，加强共同体意识
学生态度差异
评价仍以评定分数为主，局限于结果，导致学生不愿参加高挑战性项目
可能缺乏达到更好理解而需要的技能
先验知识
归划能力
控制能力
协作交流能力
鉴于挑战，我们就要考虑，有意义的学习任务、协作学习和技术究竞是否有利于学生的认知投入?这些特征是否只能“引起”而不能“保持”学生的兴趣。如何保持学习者的学习动机呢？
学习环境对动机和认知投入的影响
真实性
什么是真实性？
把真实知识、日常生活与学科实践联系起来，通过知识的转化来实现
学习者在学习过程中才能学会思考、学会处理问题，并掌握相关的技能。
有意义的问题为学生创造“需要知道的情境”去学习具体的观念与概念,并提供一个线索让学生去理解这些观念与概念。让知识与实际生活相联系
挑战
如何确定学生认为有意义的学习任务？
如何设计出既有意义又能反映课外世界的问题？
有趣的驱动问题不能消耗学生的认知投入
措施
学生自己选择驱动问题
不总是有效，可能不符合课程标准
允许学生提出子问题
允许学生调查大问题框架下的具体问题
创造”第三空间“
将学习内容与日常生活问题相联系（基于一定的知识基础）
进行“再设计”
探究
高水平的学习策略和自我调节能力
挑战
复杂性与困难
任务有多重步骤，完成任务的过程中有认知挑战（要求学生理解内容知识与过程、运用多种技能、归纳和解决问题等也涉及元认知技能）
中等水平的挑战
价值与投入不匹配
过于复杂难以完成
学习过程受挫气馁
更关注任务的完成
学生仅关注感兴趣的部分。对问题的表面特征而非深度内容感兴趣
缺乏技能无法完成知识转化
具备技能但不能适当使用
哪些技能
不能同时处理
时间过长
措施
任务分解
及时反馈
搭建脚手架
明确任务意义
协作
协作包括与他人在课内外的协作、获取信息、分享并讨论观点、交换数据与解释、获得.工作中的反馈等方面。交互为协作提供机会
作用
加强动机
减少不自信
促进认知投入
挑战
小组成员特征
文化背景
语言环境
学生对协作的看法态度
社会惰性
社会惰化 ，是指个人与群体其他成员一起完成某种事情时，个人所付出的努力比单独时偏少，不如单干时出力多，个人的活动积极性与效率下降的现象，也称之为社会惰化作用，另也叫社会致弱、社会逍遥、 社会懈怠 。
学生是否具备需要的技能
策略
采用有帮助的程序，做好角色分配
挑战小组的参与结构
竞赛模式
技术
技术可能帮助学生维持兴趣，促进其认知投入。便利地使用资源学生的兴趣就会提高。另外，多种技术的使用也能提高学生的兴趣，他们可以用多种方法去建构和展示知识（例如使用可视化技术和多媒体)，同时，由于学生有更多的机会去选择学习的任务、探索任务的方式、呈现自身理解的途径，他们的自主感和认知投入会大大增加。
简化任务
分解任务
帮助学生组织
提供提示
挑战
既要学习技术，又要学会使用技术促进学习
学校要提供稳定便利的技术
学生要有计算机基础，这需要花费时间学
软件操作可能浪费认知投入，降低学生成就感
技术可能不能广泛应用，对技术认可度会降低
学生的原有知识会影响技术对认知投入的影响
总结
环境如何支持学习
环境如何维持活动
教师如何预见学习者困难
教师如何创造积极氛围
教会学生学习策略和元认知策略
划分任务
学生自主学习
教学设计与学习科学环境下的4C/ID模型
4C/ID（四要素教学设计）模型是一种面向复杂认知技能的整体性的教学设计模型。
4C/ID模型与传统教学设计的区别 传统教学设计一般把复杂的任务分解为简单的成分，关注的是某个特定的学习领域，如认知、动作技能或情感领域,它们分别对应于知识、技能的学习，这种划分在职业和专业教育领域没有产生预期的效果，而4C/ID把学习任务看作一个“整体性任务"，子技能应该以整合的方式加以训练，训练的重点应是复杂技能的整体性应用。 在运用该模型进行实践探索中，应与系统化教学设计思想相结合，以便更好、更有效、更全面地指导实践，为实践服务。
4C/ID模型更符合当前教育发展趋势
关注复杂技能或专业能力的培养
更强调将在学校所学的知识迁移到包括工作场所在内的新情境中
发展自我指导和自我调节的学习技能及信息素养技能
发展背景
20世纪80年代末发展起来（应用教育科学）
荷兰
教学设计、教育技术、学习科学等相关领域的过去与现在并没有明显区别
美国
教学设计被视为独立学科，教学设计与学习科学的差异与共性引发争论
欧洲
教学设计是不被视为独立的学科，而是一个分散的科学与实践领域
80年代末90年代处（激烈讨论）
呼吁范式转变
学习科学推动下，客观主义→建构主义
客观主义：知识不是依赖人脑而独立存在的，知识完全迁移到大脑后，并进入人内心活动世界，人才能获得对知识的理解
建构主义：知识是在与环境交互中自行建构的，不是灌输的
占支配地位的客观主义方法,即识知和学习被看作是代表和反映现实的过程,必须被社会建构主义方法所取代。
在这种转变中,识知和学习被看作是积极解释和建构知识表征的过程——通常存在于与他人协作的情境中。
教学设计推动下，目标驱动模型→目标整合模型
传统的原子论方法,即把复杂的内容和任务缩减为较简单的元素,直至可以将单一的元素具体化为“目标”,并通过演示和/或实践传递给学习者,必须被―种整体的方式所取代。
在这种转变中,复杂的内容和任务会通过从简单到复杂的整体进行教学,以保留各要素之间的关系。
4C/ID强调以有意义的、整体的学习任务作为学习的动力
"整体任务法"取代"部分--任务法"
这种模型不是强调从部分任务到整体任务,而是强调用整体任务的简单到复杂的版本来建立完整的教育项目。
认知学徒制
基于目标的情景
第一教学原则
梅瑞尔(M. David Merrill)认为许多当前教学模式都强调有效的学习是根植于问题的，并在学习中使学生涉及到四阶段的学习过程中:(1）激活先前经验，(2）演练技能，(3)应用技能，（4）将经验整合到真实活动中。
建构主义特征
根据4C/ID模型,学习者是通过从具体的学习任务中归纳学习，并将新信息与记忆中已有的知识连接起来对新信息进行阐述,从而构建图式的。在这个过程中，它们积极地构建意义和/或新的认知图式,从而实现深度理解和复杂的任务表现
客观主义特征
在规则形成的过程中,这一模型会为学习任务的常规方面提供指导和纠正反馈,
4C/ID模型介绍
四个要素
学习任务（核心）
整体任务，基于真实生活的任务
学习任务可以是学习者所做的案例、项目.专业任务、问题或作业等
模拟的任务环境和/或真实的任务环境(如工作场所)中完成（任务环境保真度可低可高）
学习任务最好是基于一个人未来职业或日常生活中需要的知识、技能和态度的整体任务
任务既需要执行非常规技能,如解决问题、推理和决策,也需要执行常规技能,
归纳学习：学生面对具体的经验，边做边学
可变性
当学习任务具有可变性时，学习者才有可能进行有效的归纳学习。
学习任务必须在各个维度上有所不同,学生才有可能建构出那些从具体经验中概括出来的认知图式;这种图式对于实现学习迁移至关重要
越来越复杂的层次
防止认知负荷，学习任务会从简单到复杂
减少对每个复杂级别的支持和指导
完成学习任务时，往往会有支持和指导（支架呈锯齿状）
支持性信息
提供字生已经知道的知识(即他们的先验知识)和他们需要知道的知识之间的联系,以完成学习任务的非常规方面。支持性信息呈现的教学方法有助于精细化认知图谱
提供认知反馈。促使学习者将自己的心智模型和认知策略与他人(包括专家、教师和同伴学习者)进行批判性比较。
作用：可以帮助学生完成学习任务中待解决问题、推理、和/或决策的非常规部分。也就是“理论”。描述了任务域是如何组织的,以及如何以系统的方式处理该任务域中的问题。
组织方式由学习者在认知图式(称为心智模型)中表现出来的
程序性信息（即时信息）
帮助完成学习任务的常规方面,即总是以相同的方式支持任务执行的信息。最好在执行任务时提供给学生，做到准确性指导和纠正性反馈
规定在最低能力的学习者能够理解的基础水平上。帮助规则形成
部分任务实践
旨在通过大量的重复性练习来强化认知规律。强化是一个基本的学习过程,最终会促成完全自动化的认知图式
部分任务实践最好是与学习任务混合在一起[混合式训练）从而产生高度混合的知识库。
10个步骤
1、设计学习任务
2．开发评估工具
3．排序学习任务
4．设计支持性信息
5．分析认知策略
6.分析心智模型
7.设计程序性信息
8.分析认知规则
9.分析前提知识
10．设计部分任务实践
应用案例
荷兰、比利时、德国
教学设计模式
加纳
初级高级职业技术培训
印度尼西亚
跨专业培训项目
巴西
开发学习数据库管理的在线教育项目
美国
增加学习迁移
澳大利亚
海军训练指导模拟
未来发展
适应性教育
学习环境设计
如何更好的利用学习过程中的情感体验
7. 数字化支撑的非正式学习环境
非正式学习环境下的教与学
学
知识
内容知识式学科知识，包括概念、理论、实践技能
过程知识指学习和参与持续终身学习所需要的技能
个人知识强调个人能动性在学习过程中的作用
发现式、探究式学习
在玩中学
标识
影响互动
图书馆在学生参与和成功方面发挥着重要作用
图书馆的全天候开放满足了学习者的多样化和个性化学习模式，能够让学习者在需要的时间、地点获取知识和信息
图书馆支持和开发学习平台（学习管理系统、输在评估工具、剽窃识别工具）的建设，提供正版、开放的教育资源，保证学习者获得更多的资源
利用馆员的跨学科为学生提供咨询
咨询日历
在线学习模块
留住学生、提高学生成绩
与图书馆资源有关
支持学生过渡，为学生提供全方位的学习方法
为学生提供了一个理想的场所，让学生获得广泛的节能，为毕业后做好准备
学术旅途中灵活的学生工作模式，为学生提供了宝贵的体验式学习
地理位置好，取得了有偿就业和学业之间的平衡
让学生在学业和职业理想之间建立联系
发展项目管理、交接、沟通、主动参加、同伴支持问题解决等多方面的能力
理解和翻译学术社区的语言和价值观，超越学生支持中的权力失衡，通过同伴支持形成共同的理解？？？？？？？？？
场景设计
个性化参观路径、促进者角色、技术水平提供支持
平衡好学习的节奏、水平和家庭成员数量，会促进学习，参观本身带来的价值也会更高
家庭成员参观博物馆是有多方面的目的，并且家庭成员间的学习动机也会有很大差异
设计首先要支持家庭成员之间的协作与互动，其次对有效学习进行研究
教
以教师为中心的说教式教学方法转变为以技术为中介的积极、个性化和社会化的学习方式 自主学习法、同伴互助学习法
以教师为中心的说教式教学方法转变为以技术为中介的积极、个性化和社会化的学习方式
图书馆馆员
学术交流馆员、研究馆员、数据馆员
参与新课程的商业案例开发和课程设计过程，讲图书馆功能与学术和大学的学术和流程更加清晰的结合起来
通过教师与馆员的合作，能将结构化的信息素养纳入课程，并为被老师认定为有需求的小组提供针对性的支持
父母（有时监看、有时参与其中）
扮演教练、向导和解说员的角色
引领学生、阅读标识、推荐参观路线、回答疑难，帮助儿童在展览中更广泛、更深入地探索空间的可能性
在学生的最近发展区为其提供解释，为儿童提供脚手架
父母参与艺术学科的相关对话，将家庭成员在博物馆之外形成的共同经验与艺术建立个性化联系
当儿童在参观展览时听到成人提供的自发的解释，会更容易从本质、概念层面理解展览
教师
激发教学潜能
参观前在课堂上准备工作、参观时提供指导教学、回学校后回顾参观
工作表
定义
列举学生在参观展览过程中要完成的任务和问题表单
作用
精心设计的工作表能够引发更多的与课程相关的对话
设计
任务的复杂性、信息资源的类型与位置、向导与自由游览之间的平衡、然所博物馆独有价值的机会
非正式学习环境中的对话
分析重点
指导式的参观对话，形成问题、促进深入描述、介绍学科概念和知识的教学策略，推动对话和行动的互补
通过对话要帮助学生进行课程概念的构建
介绍高深的知识或提供明确的导向信息
强调对知识的自我陈述
全盘接受所有的知识
没有通过对话建立起自己的概念或新知识处于学生的最近发展区之外
信息素养
定义
信息素养是对我们发现和使用的任何信息进行批判思考、判断的能力。它让我们拥有作为公民的知情权，并积极参与社会
框架？？？？？？？？？？？？？？？？？？？
信息素养的培养
开放知识时代+虚假信息
培养学生以批判和合乎道德的态度来对待信息
信息获取
网络信息是双刃剑
信息获取民主化
对信息评估要求高
图书馆可以按需提供资源，并可以灵活的调整课程。（混合学习和数字资源提供了多种获取资源的方式，可以实现包容性和无障碍地学习（学习群体的多样性））
将信息素养融入教学
将信息素养的学习和教学纳入课程，
分享该领域的专业知识，包括学生行为研究、任务设计研究、学术交流、信息框架、课程开发
馆员如何参与信息素养课程
学习过程评估
加入专业学习计划
与其他教师联合教学
开发在线辅导团队，帮助学生提高信息技能
馆员作用：将学生毕业具备的信息技能与学习的内容结合起来。教师和馆员之间进行合作可以将一次性的信息素养指导方法转变为有凝聚力的实践模式。同时馆员能够很好的利用他们的专业知识引导跨学科对话
研究
数字化转型为图书馆管理和传播创造了新的机会
新的管理、保存和归档数据的方式，促进了学术交流，改变了传统的资料共享方式
数字出版
开放获取材料
在线开放出版论坛
图书馆在工作流程分析、引文分析以及学者获取数据和信息
提供信息
档案和文物中心
未来展望
图书馆
图书馆有潜力成为大学价值的中心，来促进社区参与和终身学习，为学生和公民提供丰富的资源
为包容性社会的基础设施做贡献，让人人享有权力
博物馆
价值
引发长远的学习产出
提升学习的兴趣、提升探索技能、掌握观察的方法、学会讨论科学、艺术或历史主题
连续性、间进行的参观“系列展览”
正式学习环境和非正式学习环境相结合
激发学生学习兴趣、促进学生知识迁移
吸引成人游客
设计成人学习的个体环境
城镇广场、文化俱乐部等
利用社交媒体
鼓励游客共享知识以及对展品的观点
将博物馆作为对话的同伴
跨界交流的空间
专家和公众齐聚一堂，参与关于数据、发展、文明和社会问题的共同对话
技术整合方向
通过增加网络新功能的可见性增强现有生态系统服务（现有的学习实践）
不断发展现有的生态系统服务，更有利的利用现有的网络可见性？？？？？？？？
增加全新的生态系统服务，容纳新的学习活动
技术
博物馆
博物馆中的学习技术
博物馆中的家庭学习
基于探究思想的学习技术
能对不同家庭成员提供个性化的参观路径、促进者角色、技能水平提供支持
以学校为单位组织的博物馆学习
移动社交媒体、智能手机以及泛在互联网接入技术
将任务与手机、社交媒体进行整合设计，以支持实地的参观中的学习
学习小组有自己独立的博客空间，其中包括博物馆教育者提供的任务和资源
博物馆中的展品设计
自然博物馆
定制信息传递以支持知识建构
数字标签
通过情境感知进行信息传递
移动解释系统
数字化引导系统
......
视线跟踪、来自社交媒体的参观者信息来源，通过用户生成的分类法
个性化
激发参观者发现展品传递的信息
数字化干预
目的是为了激发参观者对展品的内在兴趣
采用的形式是游戏化学习，激发参与者的外生性的动机，从而根据不同对象之间的相似之处产生内生动机
科学馆
支持现象学的探索
模拟
数字现象学的展品可以使参观者监控彼此的活动，这样，有困难的参观者可以效仿更成功的参观者
一种方法是提供自动化指导，通过监控学习者的探索模式，将参观者推向“看不见的领域”
另一种方法是使用增强现实（AR），参观者可以在不牺牲真实性的情况下获得抽象的现象
学术图书馆
图书馆的作用
促进学术交流，管理和传播学术活动
开放出版材料和在线开放出版论坛
提供信息；档案和遗产中心
英国哈德斯菲尔德大学：档案服务转型——利用遗产彩票基金（HLF）创建了新的空间来展示档案材料，包括为当前和未来的观众展示和探索数字化和数字材料的创新技术
知识生命周期模型
预训练语言模型训练中表示：知识的获取、表示、探测、编辑与应用
材料共享方式的转变：数字出版物
数字出版包括研究数据集、交互式研究项目和通过社交媒体进行的复杂的基于网络的对话
开启了图书馆在许可和版权流程管理以及开放获取材料和在线开放出版论坛方面的发展的影响力
使用系统和人工智能技术（如聊天机器人）为用户提供持续性的服务/机器人图书分类器和信息检索系统
VR/AR在北美图书馆中的应用
入职培训或员工发展和培训工具
课堂教学：图书馆员利用其专业知识开发资源嵌入课程
游戏和寓教于乐的学习：通过虚拟教室利用 VR 和 AR 进行研究、协作学习、模拟和共享项目
学习共享空间
学生可以在正式与非正式的空间、社交区域和共事学习空间之间移动
创客空间，配有3D打印机、iPad、平板电脑和电子阅读器等技术支持大学和社区内的学习
新的互动研究方式
爱尔兰的社交媒体meme：使用模因或创建自己的模因来教授信息素养并让学生参与有关数字公民的讨论(meme是一个网络流行语。指在同一个文化氛围中，人与人之间传播的思想、行为或者风格;一个常见的meme应当是根据一些有意思的图片来配上文字，以达到令人意想不到却发现图文完全契合的效果（所以meme也被翻译为“梗图”）。这种基于图片的形式保留了巨大的创作空间，让每个人都可以做出属于自己的meme。)
档案服务转型
提供信息；档案和遗产中心
英国哈德斯菲尔德大学：档案服务转型——利用遗产彩票基金（HLF）创建了新的空间来展示档案材料，包括为当前和未来的观众展示和探索数字化和数字材料的创新技术
图书馆的作用之一
时代背景
19世纪
教育工作者把博物馆学习视为人类学习的场所
20世纪
web1.0时代（20世纪末）：新媒体出现，改变了传统的基本的读、写、算的学习方式
21世纪：知识时代、消费主义的概念及影响
web2.0时代（21世纪初）：博客出现、学习圈形成——学习者学习性质发生改变、学生群体多样性开始增加
web2.0与非正式学习
web2.0重参与的启示：个体不仅仅是知识的消费者，同时也是知识产生过程中的参与者和贡献者；学习不应该仅仅是消耗知识内容的过程，也应该是体验、交流、创造的过程
大学：更加重视对学生的的响应；政府政策影响-高等教育机构:指标驱动的影响力展示、学生竞争、研究经费和消费化；图书馆战略、空间结构、伙伴关系和身份、展示物有所值（高等教育消费主义）
高等教育变革
知识经济：新的数字化教学方法-以教师为中心转移到以技术为媒介的主动、个性化和社交的学习方法
自我调节学习、同伴辅助学习教学法逐步取代20世纪的教学法
概要
20世纪和21世纪：博物馆主要向游客提供针对特定教育功能的参观体验、非正式stem机构（ISI）通过不同的展品设计实现学习实践
非正式学习
始于联合国教科文组织20世纪40年代末“非正式教育”
相对正规学校教育或继续教育而言的
移动学习
泛在学习
混合学习
......
知识管理
隐性知识与显性知识的转换
8.具身认知与元宇宙学习环境设计
具身认知学习环境设计： 特征、要素、应用及发展趋势
具身认知理论与学习环境
在认知加工过程中，人的身体发挥着关键作用，认知主要是通过身体各种 感官在环境中的交互体验及其活动形式而形成的
认知、身体和环境之间是相互嵌套、不可分离的；认知存在于大脑中，大脑存在于身体中，认知附着于身体的各种感官所产生的经验，而身体是融入在不同的物理、生理和文化环境中
学习环境是促进学习者学习的一切 因素的总和
物的因素
人的因素
技术因素
传统的离身认知学习环境， 无法持续有效地促进学习者进行有意 义的建构性学习。
具身认知学习环境
概念：基于具身认知理论的身心融合、 主客一体下建立起来的一种心智 嵌入大脑、大脑嵌入身体、身体嵌入环境的多种内嵌性的学习环境
路易斯（R. Lewis）和门德尔松（P. Mendelsohn） 认为，人类的所有认知活动都包括两种形式的加工过程： 一是依赖外在环境刺激的由外到内的加工，这是人类对外部刺激进行适应、调节的过程； 二是依赖人类自身的主体意识由内到外的加工，这是人类对知识的主动解释、构造的过程，这两种加工过程都不是独立存在的，而是相互作用、互利共生的关系。
组成：
外在的认知加工
资源支持环境
意义学习的支架与桥梁，主要包括学习资料、相关的学习策略、多媒 体、各种认知工具、虚拟技术和支持教学的具身技术等要素；
物理环境
学习者顺利实施学习活动的前提和保障，其主要由教学开展的场所，场所中的 基本设施，场所的温度、色彩、采光和隔音等组成
内在认知加工
情感心理环境
学习者之间的关系、教学中的学习氛围和交流对话等要素
社会文化环境
学习者、教师的信仰、思维模式和学习习惯等要素
学习者身体的行为化、技术化、社会化和交互内涵
行为化是指结合课程的具体内容，能够通过身体的感官感知，将获得的知 识点整理出来，并在教学实践过程中，将学习者的身体行为最大化的融入到环境中， 使得具体的知识点能够和身体的认知体验之间建立连接
技术化是指借助具身技术、认知工具等，将身体各感知器官的功能放大化， 促进学习者进行具身化的学习；
社会化是指强调学习者、 教师将各自的学习习惯、观念、思维模式等融入在具体的教学实践活动中，切身体验不同科目的学习过程
交互主要是强调学习者之间在所营造的不同的学习氛围中， 通过交流互动、角色扮演、具身体验等方式，将其学习到的知识借助技术，用可视化的方式表示出来。
概要
具身认知学习环境之特征
开放性
开放的学习资源
任务情境没有固定的解决方案
指结合具体的内容，提前设计没有固定解决方案的任务，并引导学生多角度思考、发现与课程或学习内容相关的问题本质、 深入有效地探究问题，并提出尽可能多的解答思路
从不同的视角、不同的层次去思考问题，并通过充分与各种学习资源、认知工具、具身技术、教师、其他学生等进行交流互动、亲身体验等，来寻找解决问题的方法，使得学生的学习由单纯的脑力认知过程，变成身体、心理与外部环境共同协作交互，并持续进行的一个动态过程。
复杂性
环境要素的复杂性
除了包含桌椅、多媒体和投影等硬件设施外，还包括共享互联网、虚拟现实、随时下载的资料、交流工具和软件程序等具身技术支持性资源， 以及学习者之间的亲密度、信任度、心理活动和学习内在需求等情感要素
各要素之间的关系的复杂性
各要素会随着教学活动的开展而发生动态变化，这些变化不是线性的、固定的和清晰可辨的，很难被显性描述出来的，如，情感变化、交流对话以及人际关系等方面的变化。 环境中各要素之间也发生着复杂作用，如，学生在与其他学习者讨论问题时，也同时与学习资料、认知工具、学习态度以及物理设施等并行发生作用
信息非线性呈现
它满足了创新性思维的连动性和灵活性的需要。 学习者在与学习资源、教师、认知工具和具身技术等其他要素交互时， 可以随着感官知觉和想象力，对知识进行深层次的加工，体现学习者的主体性，有利于学生多视角思考问题
适应性
教学方案、教学流程和教学内容的呈现方式随着教学活动的变化而做出相应的改变
考虑学习者各个感官器官的优势和劣势，来选择和设计更有利于学习者学习的照明设备、墙壁颜色、音乐、教学工具等
需要根据不同学习者的认知特征、学习风格、学习需求、思考问题的变化对活动流程，学习工具的选择、资料的呈现进行调整
让学习者在面对情境性、开放性的问题时，多角度思考问题给出解决方案，独立思考问题，提高学习者归纳能力、提问能力、演绎能力和辨别能力
具体体现灵活性
灵活调整教学策略：多样化的辅助性教学工具
灵活的支持教学情境的重构：可移动的桌椅、可变换的学习空间
满足不同学习方式：自主探究性学习的学习资源、协作讨论式学习沟通工具、混合学习情境
传递不同学习内容的静脉支持，促进学习者对不同知识点进行有意义的认知加工
生成性
学习环境是动态生成的 不是一成不变的
学习者和学习环境是相互影响、耦合发展的关系，学习环境会根据教学策略和学术的认知进行调整
师生、生生互动过程产生的想法和与认知工具、交流工具、体感技术等作用时产生的想法、思路灵感都可以改变学习环境
具身认知学习环境要素及相关技术之演进
具身认知学习环境构成要素
具身认知学习境脉
具身技术
根据技术与身体部位的嵌入点不同对具身技术进行分类
新技术
智能技术的应用，可以提高学生的身体参与度。 即在具身认知学习环境中，教师通过学生的面部神态、音调的高低及学生的眼动情况， 可以了解学生的学习状态及学习情感，并据此给出解决问题的方案
人脸表情识别
学生上课时的举手、练习、听课、发言等课堂状态和面部情绪变化，生成专属每 一个学生的学习报告的智能辅助教学系统
语音识别技术
判别学生的读音音调是否准确，进而进行纠正
情感技术技术
分析学生学习过程中的情绪波动及专心程度，进而及时给予提醒，
机器人
作为学生的智能学习伙伴或智能导师， 一方面可以减少学生在合作学习过程中的情感焦虑， 另一方面可帮助教师了解每位学生的学习状态并实时调整学习方式，
技术的演变与进化
技术不仅是获取外在信息的工具，也是学习者内在信息外显化的通道，从而产生更多动态数据
智能时代具身认知学习环境之构建路径
使身体各感官更多地、多方位地融入到环境中
使学术的思维显性化，用身体动作展现自己的思维模式
借助技术、交流工具，将抽象的材料以显性的方式呈现出来，使学术感官具体可知：3D打印技术打印教学工具 or 学习工具
学术感知之后，用具身技术将自己的思维、理解显性化的展示、阐述出来，方便老师专家了解学生的思维过程：3DMAX展示
子主题
兼容各要素交互时发生的变化，做出灵活的调整
满足教学活动的动态生成
容纳不可预知的改变， 并且可以巧妙地采用环境中的一些要素，将这些“意外事件”或对象融入真实的教学活动中，以提高学生对知识的认知、建构能力。
基于VR技术的体验式学习环境 设计策略与案例实现
体验式学习环境的相关概念
体验式学习包括具体经验、观察与烦死、抽象的概念化、主动检验，这四个阶段以螺旋上升的方式作用于学习过程中；重视学习者的主动性、参与性和直观感受和体验，通过具体的体验和反思活动来掌握知识和技能
根据学习目标分类
认知体验式学习
情感体验式学习
行为体验式学习
基于VR 的体验式学习环境
虚拟的空间和场所，用头戴式显示器、3D眼镜进入该环境并能与其中的对象进行交互
优势和教育意义
学习环境更加逼真、自然，让学习者具有高度的沉浸感，可以通过观察、操作等学习行为获得具体的经验
提供丰富的自然交互方式和功能，通过传感器与虚拟环境的任何物体以最自然的方式进行交互，如运用声音、体感、注视、表情等交互，能够对学习者提供及时的学习反馈和指导，有利于学习者的反思及抽象概念的形成，也有利于学习者能够主动检验知识和技能的掌握情况。
给学习者带来轻松、愉悦、感兴趣等积极情绪，能够激发其学习的内部动机，利用体验式学习环境中的化身(Avatar)功能让学习者实现角色扮演(Role Playing)，更好地增强学习体验，实现情境学习和知识迁移
能够克服传统教学环境的限制，有利于形成虚实融合的课堂教学环境
基于VR的体验式学习环境设计策略
指导思想
体验式学习理论
建构主义学习理论
情境，协作，会话，意义建构 ，四大要素，强调以学习者为中心，实际情景中展开教学，协作学习，学习环境提供充分的学习资源满足学习者的意义建构
情境学习理论
知识具有情境性、生成性、分布性和默会性，学习应当根植于情境之中，通过社会协商达到一种文化适应和知识创新，是一种合法的边缘性参与
基于VR的体验式学习环境首先应当能够提供一种真实的学习情境，激发学生的学习动机。学习者能够在该情境下根据一定的学习目的进行具体体验、自主探究学习，通过体验、探究活动和操作获得具体的经验。该学习情境应该提供丰富的交互功能和合适的协作会话机制，以利于学习者与学习环境以及学习者之间的交流，并通过交流和反思活动形成抽象的概念，从而完成对知识意义的建构。评价应当以学生的自我评价为主，在学习结束后对学习过程和学习结果进行总结和反思。它还应当提供检验学习者所获得知识的机会，以便对学习结果进行验证
设计原则
真实性原则
真实性不仅指创建的环境及其包含的物体具有较高的真实感，还意味着创设的问题来自于生活实际，具有真实意义
易于导航原则
如果导航设计不合理，就容易给学习者带来很大的困扰，学习者不知道如何在虚拟空间中导航操作、场景切换，从而迷失掉自己，影响其学习的兴趣和积极性，也会增加外部认知负荷
导航设计要易于识别和操作，导航文字和图标要醒目，采用语音提示、箭头指示、文字提示等多样化导航方式
内容适度原则
体验、观察和操作等学习活动难度要适中，难度太高容易引起学习者的焦虑和担忧，太低容易引起学习者的无趣反应 学习内容不宜太多和过于复杂，否则会给学习者带来较大的心理负担
反思性原则
给予学习者学习反思的机会，让其通过反思明白在做什么，为什么这么做，学习了哪些知识和技能、掌握了哪些概念等，通过反思可以使学习者对学习过程和结果有更深刻的理解。 设计一些场景和会话机制，让学习者回答问题、操作练习等
设计要素
设计情境
体验的情境
用于实际体验，可以采用模拟、演示、实地考察等方式让学习者获得具体的经 验
反思的情境
采用讨论、问答等形式促进反思
形成概念的情境
重知识分享活动的设计，在分享过程中归纳和总结知识，利于抽象概念的形成。
验证的情境
在新的情境中测试所获得的概念，运用知识做出决策和解决问题，检验获得的知识和技能。可以设计成常规的题目，或设计成操作活动
设计活动与交互
设计学生活动
体验的情境
采用第一人称视角，此时学生看到场景与化身看到的场景一致，这种视角代入感好，能够产生较强的身临其境的心理体验。也可以采用第三人称视角，此时学生不仅能看到场景，也可以看到其化身。
“反思的情境”和“形成概念的情 境”
学生活动以反思、观察、讨论、分享、对话、操作和练习为主，可以将学生的活动设计成竞赛、娱乐等形式，比如，学生如果回答问题正确，可以在虚拟空间中出现一些表扬的文字或声音，也可以用虚拟物品进行奖励
验证的情境
学生的活动表现为解决类似的问题，通过测验、操作、决策、试误等活动，检验获得的知识，巩固学到的概念。
设计教师活动
协助学习者体验情境、适时引导与交流、帮助学习者进行反思与总结，尽量弱化教师的角色，突出学生的学习主体性
设计交互
显式交互是指学习者始终能够看到交互元素，比如场景中交互元素高亮显示、突出颜色、闪烁显示、指示箭头等，以便学习者能够随时利用。 隐式交互是指在场景中交互的元素不是一直存在，只有当学习者到达一个区域时才会出现，离开这个区域交互元素会自动消失，其目的在于提供临时提示，以便能够无障碍学习。
与虚拟物体的交互能促进学习者的体验，人与人的交互能够增进学习者的反思
采用“动作捕捉”“触觉反馈”“语音交互”“眼球追踪”等交互技术实现 自然的交互，有助于增加沉浸感。
设计框架
第8章 教与学的具身认知：行动、观察和想象
具身认知的主要观点
认知过程根植于人的身体在物理世界中的行为
认知以行动为基础
三种认知对比
认知主义
将人类大脑比喻为一个信息处理系统，倾向于关注任意的符号系统和内部的心理表征是如何协调行为的，通常是在远离真实实践和情境的任务以及环境中考察行为
情境认知视角
思维发生在物理、社会和文化环境中的活动紧密相连，认知是分布在文化工机具、成型的文献和空间中的
具身认知视角
认知是人在特点的物理环境和情境中以特定的身体为目标的活动
具身认知对学习和教学的意义
行动对认知表现和学习很重要
语言理解
问题解决
数学推理
激发了涉及行动的教学方法，使用具体操作工具
观察他人的行为可以影响认知表现和行为，其影响方式与采取行动一样（原理：当人们观察一个动作时，他们会在大脑的前运动皮层中产生一个对这个运动的内部模拟）
将学习情境视为一个涉及多个参与者交互的系统的重要性，将他人观察导的行为作为学习情境中的一个关键元素
想象或模拟动作也会影响认知表现和学习
模拟动作会激活相关的的神经回路
教师的手势可能会唤起学生思维中的模拟动作，而这些模拟动作反过来又可能引起学生的手势或动作。当教师做出更多的手势时，学生也会做出更多的手势
演示和教学手势会影响学习：手势既可以表现出手势产生者的模拟动作，也可以唤起观察者的模拟动作
想象是指通过对行动的运动意向或心理模拟，对行动进行心理体验
被引导具体想象对物体采取行动的孩子比那些只阅读文本的孩子产生了更丰富的行动模拟。想象行动会给认知和推理带来与实际执行行动类似的好处
子主题
对学习科学中关键主题的影响
教学设计
考虑学生参与行动的机会的重要性，重点关注“行动——概念的一致性”
设计教学干预：让学生参与到身体行动中去，或者使其产生特定的手势
具体的操纵器及其提供的动作，扩展到数字操纵器中，触摸屏技术也提供了动作支持
描述教师在教学环境中使用的手势的方式。
评估
鉴于学习者的手势会透露出他们在言语中没有表达的信息，因此，仅考虑通过口头或书面表达的知识的评估方法，可能会不恰当得低估学习者知识的某些方面。关注学生的行动和手势也可以提高总结性评价的有效性
阻止学习者做出与任务相关的行动和手势的评估实践会损害高阶思维
教育技术
技术进步以新的方式支持概念的具身化。动作捕捉技术可以设计和实施能够引起、跟踪和响应学习者动作的干预。借鉴学生成功推理时表现的手势和动作，提示其他学生使用相关手势和计算机模拟的现象进行互动。玩家和游戏中主体动作匹配，培养玩家对形状和空间的一般属性的洞察力，这些洞察力会反过来影响他们的几何论证和证明
技术支持自下而上的过程，促进概念的生成和探索
沉浸式虚拟现实技术促进科学学习：设计、实施和评估
虚拟现实分类
增强现实（AR）
指带有摄像头的设备（如AR护目镜或智能手机）将数字内容叠加到现实世界的物体上，使用户可以看到
桌面虚拟现实（DVR）
依靠二维计算机屏幕显示，通过键盘鼠标操纵杆进行交互
沉浸式虚拟现实（IVR）
头戴式设备来屏蔽真实物理环境的视线，取而代之的是提供计算机生成的 3D 图形的立体显示，让用户沉浸在虚拟环境中。IVR 硬件可以实时跟踪用户的身体运动，使他们能够执行动作并体验后果
问题
在科学教育中 采用 IVR的基本原理是什么
在 IVR学习活动的设计、实施和评估中确定并纳入了哪些学习理论
在 IVR 研究中纳入了哪些沉浸式设计特征?
采用 IVR 的不同理由所包含的沉浸式设计功能是否不同?
如何评估 IVR 学习活动，通过 IVR 学习活动获得了哪些学习成果?
采用 IVR 的不同理由对 学习活动和取 得的学习成果 的评价是否有所不同?
特定的沉浸式设计功能能否会带来更积极的学习结果?
具有特定特征的学习者能否产出更积极的学习成果?
IVR四种沉浸式设计特征
刺激感官的
IVR可视化功能为科学教育带来优势，学习者可以身临其境地探索科学概念，降低了公式符合等抽象概念的理解难度
科学现象的三维可视化有助于发展学习者的概念和空间知识
多模态感官交互可以提高学习者学习投入度（参与度）
动态认知的
通过运动，鼓励学习者通过具身认知来学习抽象概念
虚拟身体所有权可以赋予用户个人意义（虚拟身份体验虚拟事件）
可叙事性的
良好的教学内容组织能够吸引学习者，降低学习者知识理解难度，诱发“心流”状态的发生
社会交互的
与同伴一起完成学习任务往往会提高学习者积极性和概念理解能力
学习者共同出现在虚拟环境会增加虚拟环境的归属感
为学习者与教师之间的社交互动提供一种建设性的新方式，促进学习者反思任务进展，对学习者的表现提供反馈或指导
编码
IVR基本原理的编码（采用IVR的理由）
可视化
抽象概念可视化
增强学习体验
程序性技能发展（培养实用技能）
实地考察
第一人称体验
IVR学习活动中识别和整合的学习理论编码
多媒体学习的认知理论
体验学习理论
动机理论
具身认知
社会建构主义理论
分割、连贯、冗余原则
基于游戏的学习理论（文章并没有说明这些原理在IVR中如何发挥作用的）
IVR沉浸式设计特征编码
视觉效果
编码原则：在现实世界没有接触过这些物体，还能否获得身临其境的体验
交互水平
叙事水平
原则：考虑是否鼓励学习者社交互动
IVR学习活动评估编码
IVR学习成果编码
陈述性知识
科学事实、概念理解
程序性知识
技术、过程、方法理解
态度行为变化
沉浸设计功能
感官
视觉
音频
触觉（非重点）
动作
互动性
虚拟身体（化身）
具身运动
叙事
角色
缺少可识别的角色
缺少与任务相关的情感和动机
故事情节
大多线性故事情节，无其他结局
挑战
大多以分配简单任务为主，不支持全面整合已有知识来反思和做决策
社交沉浸互动
IVR学习成果
陈述性知识（最多最好测）
选择、简答
态度行为
通过调查、访谈进行评估
程序性知识（难测，少）
9. 数据驱动的能力评价研究
10. 学习科学研究方法
复杂系统和学习科学
复杂系统
概念
复杂系统是由多种元素构成的系统，并且个元素之间以及元素与环境之间相互作用、相互影响。例子:社会性的昆虫(如蚂蚁) 就是典型的复杂系统。
特征
即使系统内所有的组成成分都是已知的也往往很难预测或是理解整个系统的行为。
涌现现象
大规模模式是如何在个体的多元互动中产生的表示复杂系统元素在微观层面的局部的交互作用是如何促进高级、宏观的模式建立的.
为何什么都不懂没有脑子的笨蚂蚁聚集在一起后却能做出如此聪明且分工明确的事呢?
计算科学推动复杂系统领域进一步的发展建立大规模的涌现现象的模型，模拟涌现现象，揭示动态模型。
关于理解复杂系统概念的认知层面的研究
学生在学习和理解现有的科学课程中与复杂系统相关的概念时面临的挑战
开放系统
复杂系统经常远离能量平衡态: 但是尽管存在这种变动，仍然可能存在稳定的模式
将化学反应达到平衡点理解为反应停止是一个误解。 在化学反应达到平衡点后，反应仍在进行，只是宏观上呈现出没有明显变化的状态.
系统演化
复杂系统是随着时间演化的动力系统，历史状态可能对当前状态有影响
非线性关系
一个小的扰动可能会引发大的效应或者一个成比例的效应或者甚至根本没有效应。涉及复杂系统的重要概念可能会与直觉相违背
集中控制和确定性关系
人们倾向于赞成集中控制和确定性之间确实存在因果关系然而，复杂系统的研究表明，集中控制并不一定能够带来确定性的结果，因为系统中存在着众多的相互作用和非线性关系
先前的观念和本体论
当儿童描述复杂系统时更偏重于结构的描述而专家则更关注复杂系统的功能、机制和相互作用
现有的教育模式与学习者理解涌现现象的不足
对于涌现现象的理解，一些研究者认为学生需要经历强大的概念改变而另一些则认为学生可以利用已有的因果模式来思考复杂系统。
传统的因果模式可能无法完全解释复杂系统中的涌现现象
教学应当重视学生对于复杂系统的认知结构和先前知识的生成性解释过程而不仅仅是教授学生现有的解释方法
关于学习复杂系统的教育学层面的研究
“确定性 - 集中化思维”：学生在呈现基于主体的观点或对宏观现象的涌现进行解释时存在的困难。
帮助学生摆脱这种思维的方法之一，就是将学生置于有关日常复杂现象的讨论中，在这种讨论中，学生不仅仅是观察员，也是真正的参与者
学生很难建立“复杂系统启发式思维“，因为学生经常回到“线性系统启发式思维”
建议学生们使用复杂系统模拟来积累一些案例，以帮助他们对复杂系统进行推理
学生需要两个基本且互补的推理形式
“基于主体”的形式，学生从单个系统元素的行为和特性方面进行推理
“聚合的形式，学生基于这种形式推理有关群体的特性和变化率以及其他宏观层面的结构
在学生中发现了一个普遍的策略，即构建一个“中层级”一个介于微观和宏观之间的新的层级。该中层级通常由系统中个体元素的小群体组成，这可能会减少对系统进行推理时所需要的信息量。中层级的认知结构能够帮助学生形成一种心智模式，这种心智模式主要使用两种方式使学生对复杂系统原理的理解更加全面。
一种方式是自下而上的方式，在这种方式中，局部交互产生了小团体。自下而上的中层级思维方式，与更好地理解复杂系统的原理一一例如平衡和随机一相关。。
第二种方式是自上而下的方式，在这一方式中整个系统被分解成小团体，这些小团体会被视为单独的主体。自上而下的中层级思维方式与对复杂系统的理解不透彻相关。
复杂系统与课程
像自组织和正向反馈之类的复杂系统的概念，可以被应用到生物系统和社会科学系统中去，如昆虫的聚居地以及本国和全球经济
围绕复杂系统的观点来组织的教学方法和课程材料，是如何帮助学生在自然科学和社会科学，如化学、生物学、心理学和经济学中，建立起传统上各自独立的学科领域间的概念联系的。此外，强大的认知上跨领域的连接可以通过设计模型和仿真工具来培育，它们可以帮助学生在不同的系统中，识别结构和功能的相似性。
复杂系统伴随着计算发展起来并严重依赖于计算
复杂系统对学习科学的启示
复杂系统的概念架构和工作原理为学习科学提出了许多重要的理论和方法论问题，促使人们重新审视学习和认知科学的研究模式以及科学信息的获取和处理方式。
复杂系统的观点可以通过学习和教育系统的计算模型来完善学习科学的理论。复杂系统的观点可以帮助解决学习本身作为一个复杂现象的问题。
在教育系统中，学习科学研究者也开始利用复杂计算建模工具，以帮助理解学习系统和学习环境。许多基于计算建模的学习科学研究方法可用于教育改革政策的建模、对教育理论的具体化、网络分析以及参与式模拟环境的数据收集。
作为方法论的设计研究的发展
作为方法论的标准
实验或研究本身经过充分的实施和分析。
相关的观点是证实过的、经得起推敲的、与数据和理论密切相关的，并不是模棱两可的。
观点与教育实践之间的关系必须是直接的和可行的。
学习科学家的视频研究方法:现状与未来方向
认知网络分析:通过大数据深描法来理解学