剑桥学习科学手册-方法论课件

第二部分方法论CambridgeTheCambridgeHandbookoftheLearningSciencesR.KeithSawyer剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)Contents目录01020304以学习者为中心的设计作为方法论的设计研究的发展基于设计的研究指导基于探究的数学学习0506协作会话分析评估深层理解剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)人们没有很好地理解怎样整合技术才能满足学习者的需要人们没有清楚认识到技术该如何有效地与教育情境结合才能真正支持学习者活动和达到学习目标为什么技术没有成功地支持学习？剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)

因此，要使计算机对学习产生积极的影响，教育软件应该围绕学习者的目标、需求、活动和教育情境来设计。以学习者为中心的设计（LCD）Learner-CenteredDesign剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)八、以学习者为中心的设计Learner-CenteredDesign剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)312形成以学习者为中心的设计方法的设计框架以学习者为中心的设计：关注学习者的特殊需求搭建脚手架帮助学习者跨越专业鸿沟剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)在软件用户非常熟悉使用软件来完成的任务（选择合适的软件即可）的前提下，软件设计者努力使软件易于使用。以用户为中心的设计:UCD指软件是为学习者而设计的，就软件而言学习者是新手，这时设计者就应考虑很多关键的问题，而不仅是软件的可用性。以学习者为中心的设计:LCD以学习者为中心的设计：关注学习者的特殊需求1剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)以用户为中心的设计以学习者为中心的设计在任务领域中专业水准较高在任务领域中专业水准较低用户的层次比较统一，水平相当用户层次多样，水平不一致对他们参与的任务有很强的动机对他们参与的任务动机不强用户很少发生变化学习者会不断地发展、成长、学习工具的设计应主要强调用户与工具之间的鸿沟(如，实施与专业的鸿沟)工具的设计应主要强调他们的知识与该任务领域专家知识之间的鸿沟以学习者为中心的设计：关注学习者的特殊需求1剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)以学习者为中心的设计：关注学习者的特殊需求101专业的层次02均匀度03动机04技巧的增长05专业鸿沟剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)以学习者为中心的设计：关注学习者的特殊需求101专业的层次02均匀度03动机04技巧的增长05专业鸿沟UCDLCD以用户为中心的设计中，软件用户在特定领域或者在使用软件的练习和活动中，已经掌握一些专业技巧，他们需要的只是一种参与实践的工具学习者并没有同样的专业经验，因此，学习者需要的工具还要关注他们欠缺的专业经验，并帮助他们理解特定领域的知识剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)以学习者为中心的设计：关注学习者的特殊需求101专业的层次02均匀度03动机04技巧的增长05专业鸿沟学习者不一定都有特定的专业技能和文化，他们的水平是多层次的，所以在设计时必须要考虑学习者背景、发展情况和学习风格等的多样性LCDUCD专业用户在了解特定内容领域的活动、工具和练习后，他们在很多方面大多都是类似的，因此在设计时应特别注重让理想用户执行的一系列任务，而较少关注用户间的个体差异剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)以学习者为中心的设计：关注学习者的特殊需求101专业的层次02均匀度03动机04技巧的增长05专业鸿沟UCDLCD学习者并非总有强烈的动机去参与活动，且易受打击。因此，以学习者为中心的设计要不断激发学习者的动机，使学习者克服新环境中的困难专业用户对自己的活动有强烈的内部动机与外部动机，在设计时就不用考虑提供额外的激励因素剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)以学习者为中心的设计：关注学习者的特殊需求101专业的层次02均匀度03动机04技巧的增长05专业鸿沟UCD因为软件用户的起点较高，在使用软件后他们的知识可能并没有明显的增长，所以无需改变软件工具去适应用户的成长LCD学习者的目标是产生新的理解，软件需要随学习者的改变而改变，使他们产生更深入的理解剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)以学习者为中心的设计：关注学习者的特殊需求101专业的层次02均匀度03动机04技巧的增长05专业鸿沟UCD实施鸿沟:用户目标、用户意图与工具的可操作之间的不同之处评价鸿沟：用户说明物理工具情况所需付出的努力设计者需要了解人们是如何参与任务、如何理解信息的，从而设计出可缩小实施鸿沟和评估鸿沟的可用软件LCD实施鸿沟评价鸿沟专业鸿沟：新手和有经验专家之间的鸿沟开发为学习者提供脚手架的软件PHOTOPHOTO剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)搭建脚手架帮助学习者跨越专业鸿沟2软件中搭建脚手架的新方法2传统脚手架与基于软件的脚手架的对比1软件中脚手架的拆除32.1脚手架拥有更多经验的成人或者同伴可以给新手提供协助。——维果茨基剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)搭建脚手架帮助学习者跨越专业鸿沟22.2案例—交响乐一个提供脚手架支持建构学习的环境，它为中学生而开发，利用一系列不同的科学工具，包括空气污染数据库和进行探究空气质量问题的可视化工具。这项工程的目标是给学生提供一个支持性软件环境，帮助学生在复杂的环境中进行真实的科学探究实践。交响乐Symphony剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)搭建脚手架帮助学习者跨越专业鸿沟22.2案例—交响乐要求学习者在进行下一步学习之前必须使用“计划工作区”，完成计划的制定1利用过程图展示给学生一些主要调查活动，使无序的任务分解为具体的调查过程2脚手架剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)搭建脚手架帮助学习者跨越专业鸿沟22.2案例—交响乐以“交响乐”为例总结以学习者为中心的设计过程123描述和体现学习者受众、他们参与的活动和学习目标的特征辨认哪些是学习者需要获得支持的，以便学习者参与特定的实践练习活动描述脚手架的搭建方法，并在软件中实施剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)形成以学习者为中心的设计方法的设计框架30301学以致用的框架脚手架知识整合框架02脚手架设计框架使科学更易于理解，激发学习兴趣和动机使对学习者而言相对内隐的知识可视化通过软件使自身的想法可视化帮助学习者学会向他人学习1234提高自主学习和终身学习能力剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)形成以学习者为中心的设计方法的设计框架30102脚手架知识整合框架脚手架设计框架03学以致用的框架（一）意义建构中的脚手架帮助学习者将表征与理解联系起来根据学科学习的策略和术语组织工具和人工制品，清晰展示任务给学习者提供观察和操作的学科表征（如图表），帮助学习者理解其属性（二）过程安排中搭建脚手架建立复杂的任务，并使用任务分解方法向学习者描述复杂的任务，使用软件功能模型约束学习者在规定的时间都可参与的活动空间提供实践指导，让学习者能参与其中设计出自动处理分散学习者注意力的、不明显且常见的问题的脚手架（三）反思和表达中搭建脚手架给那些习惯回避或者不理解反思工作重要性的人提供脚手架，如设计出帮助学习者计划和组织任务的软件，使学习者反思他们的工作，对未来工作进行追踪，确保高效工作剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)形成以学习者为中心的设计方法的设计框架30203脚手架设计框架学以致用的框架01脚手架知识整合框架学习动机知识建构知识提炼学习者需要对这些知识进行反思和应用，以便将来回顾和使用学习者可以通过直接经验和与他人交流的间接经验进行知识建构使学习者看到自已现有理解的局限来激发学习者帮助学习者了解实现目标所需要的知识、哪里能整合新知识剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)九、作为方法论的设计研究的发展Design-BasedResearchMethods剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)设计实验的发展1设计实验的最新发展和理论的作用2设计研究是否科学？探讨其成立的依据3建立特定的学习方式并在支撑它们的情境中系统地研究这些学习方式设计研究设计研究、设计实验、基于设计的研究方法剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)概念是如何出现和改变的如何通过研究学生作业、录像和课堂评价来完成课堂教学设计研究学生完成任务课程的时候，运用了哪些资源和先前知识记录和镌刻是如何创造的学生和教师之间是如何交互的剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)设计实验的发展11.1皮亚杰、维果茨基、杜威的理论2维果茨基3杜威ABC儿童的观点与成人的观点是不一致的儿童经历一系列的任务，他们的理解通过认知重构、同化、顺应而逐渐深化儿童必须通过图式建构和反身抽象的过程来衡量想法的可行性、可用性和持久性1皮亚杰剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)图式：意义建构中对事物的性质、规律以及该事物与其他事物之间的内在联系达到较深刻的理解，这种理解在大脑中的长期存储形式就是图式。反身抽象：把顺序、关系从动作中分离出来，把形式从内容中分离出来，继而发展为对纯符号的抽象。剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)设计实验的发展11.1皮亚杰、维果茨基、杜威的理论1皮亚杰2维果茨基3杜威ABC注重在实验中选择合适的分析单元系统推理，先从科学概念入手，然后将自己的结构组织转移到自发性概念中，并在此基础上进行重构研究教——“更有知识的他者”在学习中扮演的角色的重要性剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)设计实验的发展11.1皮亚杰、维果茨基、杜威的理论1皮亚杰2维果茨基3杜威通过探究对实践中的假设进行转换最开始需要将存在的问题转换为假设通过一系列的探究活动，假设被转换为确定的情况，还产生一系列知识主张这种知识主张需要经过实践检验，被证明在多数情况下都是有效的剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)设计实验的发展11.2从建构主义和社会文化理论到教学实验史黛妃、莱什、凯莉递归性：学生建构学科知识教师要建构学生建构学科知识的知识研究者则要建构前两者的知识西蒙、科布将研究置于教师与研究者交互的情境中，认识到“促进教师发展”的重要地位康弗里、拉钱斯教学实验应该研究猜想而非假设123剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)假设：那些等待被证明或者被否决的主张猜想：可以将无意义的或令人困惑的新事物变成让人接受的信条。猜想像一个庞大的蓝图。从不同观点出发，使各个观点相互融合，就生成了猜想。剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)设计实验的发展11.3设计实验的早期发展0105对新方法进行比较结合系统的变化0206给予客观的评价经常进行修正0307选择有前景的新方法使用多种标准评价成功04081992年，艾伦·柯林斯首次使用了“设计实验”这一术语参与教师作为合作研究者专注于多种学科的专业知识剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)设计实验的最新发展和理论的作用2设计研究的首要贡献是阐明了概念通道为特定领域的学习内容提供了指导方法。设计实验的目标是表述两个相关的概念：概念通道和概念轨迹康弗里设计研究的目的是“开发一系列关于学习过程和支持学习的方法的理论，这种学习可以是个体学生、课堂共同体、专业教学共同体、学校或学区所进行的学习”科布评价了“设计实验”的历史，总结了方法论如何演化成一种创造设计科学的方法，以研究在真实世界里的学习现象柯林斯剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)概念通道是一种理论架构，描述了引导学生成功学习概念内容的可能通道。在一个设计实验中，学生通过特定的概念通道全面理解特定的概念轨迹。剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)设计研究是否科学？探讨其成立的证据3给出不同层次的细节和详细的说明设计研究不是把小型研究按比例地扩大到更为一般性的实践中去，相反，他们常常提供方法信息，帮助教师将已有经验运用到实践中关注研究团队的活动日志和讨论记录，为识别、理解，检测不同的假设提供了重要的动态资源设计者应该找出确定的和不确定的事件，使建构过程中的阐释无论在何时何地、面向何人都可以清晰表达成立的证据研究工作中重复研究的可能设计研究的可推广性因果关系或机制的证据问题剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)设计研究是否科学？探讨其成立的证据3在复杂的课堂情境中，理解、阐释和获得预测不是为了找到普遍的、不变的法则，而是为了通过理论、材料和教学方法，创建类似脚手架的模式，以通向成功的教学成立的证据关注探究、建模以及两者如何更好地促进学习的支架，是这些工作的基础剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)十、基于设计的研究剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)基于设计的研究（design-basedresearch,DBR）主要研究特定环境中的学习过程。研究者设计特定的环境，并系统地对环境做出改变；其目的是对一个简单的学习环境进行细致深入的研究；通常发生在真实的情境中，经过多次迭代，以发展新理论、产品和可以在其他学校或班级推广的实践；检验系统的变化是如何影响学习和实践的。基于设计的研究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应用的考虑

否是寻求总体理解是纯基础研究由应用引起的基础研究否

纯应用研究不考虑应用，只考虑扩展知识的纯基础研究既寻求扩展认识的边界，又受到应用目的的影响纯应用的研究，不扩展这些应用现象蕴含的理论知识剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)定义基于设计的研究1

基于设计的研究心理实验研究地点真实世界的学习环境实验室变量复杂度多种独立变量几个独立变量变量处理不是所有的变量都预先知道，有一些是在研究中突现的预先选择了几个变量，研究中继续使用这些变量程序演变研究中程序是灵活的，在研究中不断发展使用固定的程序社会交互协作和分享伴有复杂的社会交互个体是孤立的结果汇报在实践中描述设计的过程汇报假设是否得到支持参与者角色实验执行者和参与者是主动积极的，并影响研究中的设计实验执行者并不影响主体，主体也不影响设计表10.1基于设计的研究与心理实验的不同之处剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)定义基于设计的研究101基于设计的研究的核心要素:设计、理论、问题、自然情境，这些要素之间是相互影响的0203设计基于理论，而理论的作用和设计如何解决问题是相关的04理论、设计、问题与自然情境是有交互的，融合在一起，不可分离多重迭代:即不断修正，每一次迭代都是对整体设计的一次精炼,刺激了理论的演变与进化剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)定义基于设计的研究1010203实验、调查已经过充分的执行和分析相关的观点是已得到证实的、有活力的，与数据、理论密切相关，并为人们所理解观点与教育实践之间的相关性必须是明确和可行的剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)实践中的基于设计的研究22.1案例—探究学习论坛最初的目的是建立一个网站，支持数学和科学教师创建、分享和发展基于探究的教学实践的虚拟共同体使用5个月后发现，教师的参与率非常低，他们需要的是对教学实践有直接帮助的教学内容研究团队每周都会开会商量对策，讨论观察到的现象，提出修正建议，这就是基于设计的研究的过程剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)实践中的基于设计的研究22.1案例—探究学习论坛ABC只有所有个体为了同样的目标和实践聚集起来，共同体才可以建立起来，才会得到大家的承认探究学习论坛还包括处理人、技术、资源和人员数量之间关系的事务，是人机交互模式向人人交互模式的转换应该努力支持教师之间的相互批判(创建私人论坛)剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)实践中的基于设计的研究22.2案例—探索阿特兰蒂斯初衷:设计出一个综合教育、娱乐与义务三维的多用户环境，让9-12岁的学生沉浸到完成教育任务的过程中0102第一版：设计包含了教育、娱乐和义务三个因素学生很少参与人生义务相关的活动学生感兴趣的是华丽的在线学习环境，而对活动、学习的参与较少03第二版：将人生义务作为项目的一个研究问题结果：学生能够更好地获得知识，深化理解剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)实践中的基于设计的研究22.2案例—探索阿特兰蒂斯01学生要获取花瓣，需要浏览页面，更好地理解七项人生义务02花瓣会根据花瓣获得者所付出的努力而发出不同的光芒03个人主导感、环保意识、社会责任、健康共同体、富有同情心的智慧、创意表达、果断肯定剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)基于设计的研究的步骤3123456基于现有的工作，清晰地建立假设和理论基础收集与正在形成的理论相关的数据资料有责任向大家呈现多种说明结构。（包括学生或教师提出不喜欢某一设计方面的说明；当地政府人员或其他人员对项目作出批评的正式会议。）收集大量相关的、不同类型的理论数据应该多听他人对理论、对整个设计的批评和建议辩证地看待理论、设计和现有的文献剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)十一、指导基于探究的数学学习剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)工具运用教学任务课堂会话初始的评估批判性地考察课程课堂活动的组织最后的评估剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)批判性地考察课程1工具运用教学任务课堂会话最后的评估初始的评估批判性地考察课程课堂活动的组织01学生需要学会像统计员一样工作02学生需要掌握统计学，因为统计学在日常生活、与工作相关的活动中都很重要03随着计算机的普及，统计学推理的使用价值日益增大，这对公共政策的讨论中如何应用数学产生了巨大影响，统计学赋予学生参与民主社会的能力剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)工具运用教学任务课堂会话最后的评估初始的评估批判性地考察课程课堂活动的组织实验发现学生们并不是有意图地分析数据，而是简单地以一种程序化的方式处理数字如：根据两个篮球运动员的比赛得分，不能仅仅通过计算平均分为一次重要比赛挑选一个运动员，平均分相对低一点的运动员可能更加稳定些，而教练也许会更加重视运动员的稳定性。我们的目的是让学生带着解决有意义问题的目标开始分析真实的数据。即数据对日常生活有什么意义呢？初始的评估2剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)工具运用教学任务课堂会话最后的评估初始的评估批判性地考察课程课堂活动的组织研究有关两种艾滋病治疗方案的相对有效性的实验初始评估与学生在经过为期10周的实验之后分析数据的方式形成了鲜明对比9个月后，我们从这些学生中又挑选了部分学生做了一个后继设计实验，这些学生的统计推理能力并没有倒退。最后的评估3剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)工具运用教学任务课堂会话最后的评估初始的评估批判性地考察课程课堂活动的组织而传统课堂中的学生常常忘记他们曾经熟记下来用于解决那些小范围任务的程序确保学生的课堂活动设计真实数据分析的调查研究精神A利用学生撰写的实验报告开展课堂讨论，在教师指导的同时把内容教给全班学生C确保学生学到了重要的统计学观点B教学任务4剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)工具运用教学任务课堂会话最后的评估初始的评估批判性地考察课程课堂活动的组织1对数据生成过程进行一次全班讨论2进行一次个别或小组活动，学生一般是在计算机上分析数据3进行一次对学生所做分析的全班讨论课堂活动的组织5剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)工具运用教学任务课堂会话最后的评估初始的评估批判性地考察课程课堂活动的组织计算机工具应该与学生的推理能力相适应学生应该逐渐使用越来越复杂精密的方法来推理分析数据工具运用6剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)哪种类型的小汽车更加安全？（1）一个小组计算每个类型的小汽车在刹车后的滑行距离的平均数，另一个小组则对比了这两种类型的小汽车在刹车后滑行距离的相对一致性（2）第一组认为双门厢式小客车更加安全；第二组认为厢式小轿车安全（因为刹车后他们全都在不到68.9英尺的地方停了下来，双门厢式小客车中有三辆滑行了更长的距离）剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)工具运用教学任务课堂会话最后的评估初始的评估批判性地考察课程课堂活动的组织课堂会话：以具有重要意义的问题作为话题的讨论要想一个论点被别人接受，就必须说出正确合理的理由来证明用于组织数据的方法与正研究的问题是相关的课堂会话7剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)第四块镜片聚焦于学习环境以知识为中心的程度即仔细分析教学的结果，在教学之后我们想要人们知道什么、能做什么聚焦于学习环境以学习者为中心的程度考察的是学习环境在多大程度上建立在学习者的优点、兴趣以及先前想法的基础上聚焦于学习环境以评估为中心的程度学生的思维在多大程度是明显可见或可觉察的，以便教师能够调整教学使其适应学生聚焦于学习环境以共同体为中心的程度考察的是课堂在多大程度上是一个学生能学会合作学习的环境第一块镜片第三块镜片第二块镜片布兰斯福德，布朗和科金为了检验学习环境，提出了一个由四个重叠镜片组成的框架：剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)十二、协作会话分析剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)会话分析者关注会话的微秒动态。他们创新了转录的方法，用以捕捉并记录文字所不能提供的信息，如谈话过程中的停顿、叹气、中断以及重叠性的话语等现象所隐含的信息识别出说话者的每一个话轮02把课堂会话分割成话轮转换，或者他们借用国际象棋中的“棋步”01教学周期，即那些经常发生的棋步的程序序列04为每一棋步的交互功能进行分类03教师以问题的形式发出的请求性棋步学生针对教师的提问作出的应答性棋步教师对学生的回答作出的一个可选的评价性反应协作会话1剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)阿里并没有对着居尔说话，即他几乎没有说过期待居尔做出反应的话语对箭头指向的那句话的反应反应箭头：垂直指向、向后或向上的斜线指向表示箭头始发的这句话是对箭头指向的那句话的反应前摄箭头:垂直指向、向前或向下的斜线指向，表示箭头始发的这句话期待能引起反应，而箭头指向的那句话就是所期待的反应期待引起反应交互分析案例2剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)见解浮现的时刻3当学生低头看笔记的时候，反馈通路就比较少。反馈通路：当说话者继续说话的时候，听话者所进行的语言和非语言的交流当学生低头看笔记本的时候，重叠性话语就比较少当学生低头看笔记本的时候，学生在话轮之间停顿的时间更长剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)对一个主题的讨论，基本上是以学生们检查自己的笔记本开始当小组成员抬头，用自己的语言复述材料，并在材料内容与个人经历或者其他材料之间建立起联系，谈话开始逐渐加入了越来越多面对面的会话整个小组都是照着笔记本读的方式开始对每个主题的讨论一个主题单元以所有学生都抬头看而结束，之后再进入下一个主题见解浮现的时刻3剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)十三、评估深层理解剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)02Sampletitle01Sampletitle03Sampletitle010203策略性的评估设计运用层级研究法评估在复杂环境中评估的认知基础剑桥学习科学手册—方法论(钟文婷)首先要有清晰的学习目标A

明确规定深层学习的关键特征