认知弹性理论的教学组织策略

认知弹性理论的教学组织策略

认知弹性理论和认知弹性理论是基于非线性和多维数的计算机学习环境的超级大国。对认知弹性理论和认知弹性超文本的研究和借鉴,将会有助于信息技术环境下的教学设计,特别是对多媒体环境下的教学组织策略有重要借鉴意义。文中将要讨论认知弹性理论中隐喻的多元表征和情境化教学的教学组织策略,并举例讨论运用此策略在实际CAI或网络课程设计中的应用方法。文中论述的认知弹性超文本的应用超越了现有网络课程中超文本的应用,它是用知识网络中概念与相关概念和案例来完善组织和链接,试图从概念间的内在关系和迁移至不同情境的来龙去脉来组织教学,真正体现了对复杂知识多元认知和多情境表征的弹性认知策略。一、认知灵活性理论以及教师培训策略的指导1.“一物二机”教学的原则按照瑞奇鲁斯的观点,有四种教学策略对于教学设计有特别重要的意义,教学组织策略就是其中之一。教学组织策略可进一步分成宏策略和微策略两类。宏策略组织教学的原则是要揭示学科知识内容中的结构性关系,也就是各个部分之间的相互作用及相互联系;微策略则强调按单一主题组织教学,其策略部件包括定义、例题和练习等。在实际教学中,宏策略用来指导对学科知识内容的组织和对知识点顺序的排列,它是从全局来考虑学科知识内容的整体性以及其中各个部分之间的相关性;微策略则为如何教特定的学科内容提供“处方”,它考虑的是一个个概念或原理的具体教学方法。认知弹性理论对教学组织策略的指导主要表现在宏策略组织教学的原则上。2.情境性学习理论斯皮若等于1990年提出的认知弹性理论的核心是复杂和结构不良领域中学习的本质问题。其重点在于以多种观点呈现信息,并利用能提供不同范例的多种研究案例。该理论还主张有效的学习应该是依靠情境的,因而相应的教学必须是非常具体的。此外,该理论强调建构知识的重要性,要求教师必须为学习者提供机会开发他们自己的信息表征,用更适宜他们的方式学习。认知弹性理论有两条重要内容,即在组织教学内容时要以多视角来呈现和表征概念以及要将概念与案例相互交叉,用多情境表征来促进迁移。3.力学中的学科基本结构认知弹性理论的原理之一是:因为从单一视角提出的每一个单独的观点虽不是虚假的或错误的,但却不是充分的。因此,促进复杂与结构不良领域中的学习的中心问题是多元认知表征,即要求从多于一个观点的角度检查某一概念。这既能增强对该概念自身的理解,同时也能增强将这一理解迁移至其他领域的能力。这种多元表征观点是布鲁纳的学科基本结构理论的必要补充。布鲁纳认为,学科内部有一套基本结构,这个基本结构是指学科的基本概念和基本原则,它们反映了事物之间的联系或规律性。掌握了学科基本结构,就能更好地掌握整个学科。我们说多元表征观点是学科基本结构理论的必要补充,是因为学科知识间除了具有“学科基本结构”这个结构良好的联系外,还具有更加复杂的、结构不良的细致联系。比方说,高中物理力学部分的学科基本结构可简单地分为:力学⎧⎩⎨⎪⎪静力学(力的种类、力的合成与分解、物体平衡的条件)运动学(直线运动、运动的合成、曲线运动、振动和波)动力学(牛顿三定律、万有引力、动量、机械能)力学{静力学(力的种类、力的合成与分解、物体平衡的条件)运动学(直线运动、运动的合成、曲线运动、振动和波)动力学(牛顿三定律、万有引力、动量、机械能)这个基本结构中,静力学的“力的种类”又可包括重力、弹力、摩擦力、引力、洛仑兹力、安培力等等,其中的洛仑兹力和安培力就将力学与电磁学知识紧密地联系了起来,而压强概念P=F/S,又将力学知识和热学知识相联系,这都形成了知识结构间跨越式的连接;在力学结构内部,加速度a将运动学和动力学相联系,速度v将动量和动能相联系,这又使力学知识结构内呈现非线性和多元的复杂结构。这就给我们教学设计的宏组织策略提出了启示:除了呈现学科的基本结构外,还要展示各个概念与其他概念间的细致复杂的多维度关系,以此完成对结构不良的知识体系的教学,从而既增强对该概念自身的理解,又增强知识结构整体的理解。4.多个概念间的链接认知弹性理论的第二个基本原理是:概念与案例构成多维度与非线性的“十字交叉”形状。“十字交叉形”这一隐喻表明,从不同方向得到一个映像或观念可同时既加强新的观念,又加强作为出发点的原有概念。通过几个具体示例加以说明,可使一个概念更易于理解、更富有意义。这条原理是承接第一条原理的,它对信息技术条件下的教学设计也很有意义。通过上面对多元表征的讨论我们已经认识到:在学科教学中每个概念都或多或少地与其他概念相联系,就仿佛从这个概念上生出几条链接,将它与那些有联系的概念联结在一起。每一条链接都表示一个概念与另一个概念的某方面的特征或本质相通,因此这个链接能够为相联结的两个概念的理解提供支援。与每个概念有多个链接相类似的,每个案例中都包含着多个概念及这些概念的链接。我们要将一个案例分解为多个概念来理解,并理清各概念间的关系,目的也就是分解案例的多个元素,并理清各元素迁移至该情境的来龙去脉。例如下面的案例:案例1:在方向水平的匀强电场中,一根不可伸长的不导电细线的一端连着一个质量为m的带电小球,另一端固定于O点。把小球拉起直至细线与场强平行,然后无初速释放。已知当小球摆动到最低点的另一侧,线与竖直方向的最大夹角为θ。求小球经过最低点时细线对小球的拉力。这个案例中主要包含电势能、重力势能、动能、能量守恒定律、向心力等概念及受力分析的知识点。这些概念之间的关系为:从释放点到左侧最高点,重力势能的减少等于电势能的增加;小球运动到最低点时的动能等于重力势能与电势能变化的和;最低点处小球不受洛仑兹力等等。一个案例可以包含多个概念及概念间的链接,但是即使两个案例包含有相同的概念,这些概念间的链接可能并不相同。这是由于各个不同的案例代表不同的情境,包含不同的条件,所以概念间也就包含不同的关系。因此,一个案例实际上就是多个概念在此特定的情境中发生特定的联系,解析一个案例的过程就是将多个概念迁移至此情境的过程。由此一个概念通过链接与其他多个概念相连,以相互加强概念本质的多元表征;一个案例中包含多个概念,概念间由于情境的不同而呈现出不同的关系。我们在组织教学内容时,要将概念和案例相互交叉,即对一个概念的表征要用多个与之相连的概念来展示该概念的不同侧面,再用多个代表不同情境的案例来加强概念的理解和迁移;同时由于每个案例中包含有多个核心概念,所以每个案例可以支援多个概念的表征。这样用丰富的情境和多角度的表征,就构成了结构复杂的知识体系。二、学科组织设计由上面的分析我们看到:在组织结构复杂的教学时,必须对概念进行多元表征和多情境教学,才有可能真正改善对复杂概念的掌握和迁移。而具有非线性特征的超文本正是适用于这种教学组织策略的理想学习与教学媒介,它可用于系统化地开发计算机支持的非线性与多维度的学习环境。我们这里的认知弹性超文本不同于现有网络课程中超文本的应用,它的作用是将概念的不同侧面集中展现,将知识网络中概念与相关概念相连接,以被分解案例的元素为依据将概念与案例相连接,从而建立概念和案例的完善组织和链接。它试图从概念间的内在关系和迁移至不同情境的来龙去脉来组织教学,用以体现对复杂知识多元认知和多情境表征的弹性认知策略。在多媒体环境下的教学组织设计中,我们要呈现给学习者的学科结构是这样的:首先要呈现学科的基本结构,将学科基本结构充分展开细化至知识点,形成学科基本结构图;然后在学科基本结构图之上,对基本结构中的概念进行多元表征,要对每个重要的知识点细化和表征,形成从单个概念出发的多个相关概念组成的知识群;再解析典型案例中的重要概念,并用案例及其特定的情境来支援这些概念的表征。要完成这种教学内容组织,认知弹性超文本的运用是非常关键的。在学科基本结构图上建立单个概念的多元表征,就要运用超文本的非线性,形成对结构图中概念的展开。反过来说,与某个概念相关联的多个概念和案例被组织在一起,共同连接在该概念的结构图中,这样既能用上位概念和同级概念固定知识点在结构图中的位置,又能将它展开进行多元表征,从而建立起整个知识体系的网络状结构图,实现对复杂结构的知识体系的全面建构。下面笔者就以高中物理课程设计中的教学组织为例,来介绍运用认知弹性理论设计信息技术环境下(网络课程或计算机辅助学习)的课程页面的具体过程和方法。1.基本结构图页面的设计具体到实际设计中,我们可以用单独的页面呈现学科基本结构图,如将高中物理概念“机械能”用单独的页面展开(如图1)。2.根据速度的概念来进行“度”的明确然后在学科基本结构图之上,将其中的重要概念设置为超级链接,用以对单个概念展开。点击某个链接,就弹出此概念的多元表征页面,在页面内将呈现出表征此概念的相关概念的页面链接和案例页面的链接。例如概念“速度”的多元表征页面可以如图2所示。此处设计“速度”的多元表征页面的依据正是:将概念的不同侧面集中展现,将知识网络中概念与相关概念相连接,以被分解案例的元素为依据将概念与案例相连接。因为要很好地理解速度v这个概念,就一定要把握好加速度、位移、动量、动能等概念。这些概念有的是提速度的原因,有的是它的功能,还有的是它不同情境下的特征。因此必须掌握v=vo+at,S=vot+1/2at2(匀变速位移),动量定理Ft=mv2-mv1,动量守恒定律m1v1+m2v2=恒量,动能Ek=1/2mv2,机械能守恒定律等知识,我们才能对速度有一个比较全面的了解,也只有建立了这种较全面的了解,才有可能通过它将那些与之相连的多个概念联系在一起,使知识的运用更加通畅,增强知识迁移至其他领域的能力。页面中的“典型案例”是与“速度”相关的主要案例,“更多链接”则是与它相关性较小的案例。3.接和本案例的类型简介我们还要将典型案例展开细化,确定其中的核心概念和主要概念,分析此情境中特定的概念间的链接和本案例的类型简介,并用单独的页面呈现展开的案例。如下面的案例页面(见图3):页面中显示出本案例的核心概念是速度,比较重要的是动量守恒、机械能守恒和受力分析,将“速度”、“动量守恒”、“机械能守恒”和“受力分析”分别设置成超级链接,指向各自的概念移元表征页面。4.添加一个重要概念的案例然后我们依据案例分析中的核心概念,向此概念的多元表征页面中加入该案例的链接,并标示出该案例的类别简介。由此就为概念的多元表征加入了一个类别明确的应用案例。还可以依据案例中较重要的概念,在这些概念的多元表征页面中“更多链接”栏下添加该案例的链接,以使案例中的重要概念的构建有更多的应用实例支持。同时我们还可以为案例中相关的概念提供链接,指向这些概念的多元表征页面,使学习者可以在疑惑时查询,填补原有的知识