認(rèn)知彈性理論的教學(xué)組織策略

認(rèn)知彈性理論的教學(xué)組織策略

認(rèn)知彈性理論和認(rèn)知彈性理論是基于非線性和多維數(shù)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)環(huán)境的超級(jí)大國(guó)。對(duì)認(rèn)知彈性理論和認(rèn)知彈性超文本的研究和借鑒,將會(huì)有助于信息技術(shù)環(huán)境下的教學(xué)設(shè)計(jì),特別是對(duì)多媒體環(huán)境下的教學(xué)組織策略有重要借鑒意義。文中將要討論認(rèn)知彈性理論中隱喻的多元表征和情境化教學(xué)的教學(xué)組織策略,并舉例討論運(yùn)用此策略在實(shí)際CAI或網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用方法。文中論述的認(rèn)知彈性超文本的應(yīng)用超越了現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)課程中超文本的應(yīng)用,它是用知識(shí)網(wǎng)絡(luò)中概念與相關(guān)概念和案例來(lái)完善組織和鏈接,試圖從概念間的內(nèi)在關(guān)系和遷移至不同情境的來(lái)龍去脈來(lái)組織教學(xué),真正體現(xiàn)了對(duì)復(fù)雜知識(shí)多元認(rèn)知和多情境表征的彈性認(rèn)知策略。一、認(rèn)知靈活性理論以及教師培訓(xùn)策略的指導(dǎo)1.“一物二機(jī)”教學(xué)的原則按照瑞奇魯斯的觀點(diǎn),有四種教學(xué)策略對(duì)于教學(xué)設(shè)計(jì)有特別重要的意義,教學(xué)組織策略就是其中之一。教學(xué)組織策略可進(jìn)一步分成宏策略和微策略兩類。宏策略組織教學(xué)的原則是要揭示學(xué)科知識(shí)內(nèi)容中的結(jié)構(gòu)性關(guān)系,也就是各個(gè)部分之間的相互作用及相互聯(lián)系;微策略則強(qiáng)調(diào)按單一主題組織教學(xué),其策略部件包括定義、例題和練習(xí)等。在實(shí)際教學(xué)中,宏策略用來(lái)指導(dǎo)對(duì)學(xué)科知識(shí)內(nèi)容的組織和對(duì)知識(shí)點(diǎn)順序的排列,它是從全局來(lái)考慮學(xué)科知識(shí)內(nèi)容的整體性以及其中各個(gè)部分之間的相關(guān)性;微策略則為如何教特定的學(xué)科內(nèi)容提供“處方”,它考慮的是一個(gè)個(gè)概念或原理的具體教學(xué)方法。認(rèn)知彈性理論對(duì)教學(xué)組織策略的指導(dǎo)主要表現(xiàn)在宏策略組織教學(xué)的原則上。2.情境性學(xué)習(xí)理論斯皮若等于1990年提出的認(rèn)知彈性理論的核心是復(fù)雜和結(jié)構(gòu)不良領(lǐng)域中學(xué)習(xí)的本質(zhì)問(wèn)題。其重點(diǎn)在于以多種觀點(diǎn)呈現(xiàn)信息,并利用能提供不同范例的多種研究案例。該理論還主張有效的學(xué)習(xí)應(yīng)該是依靠情境的,因而相應(yīng)的教學(xué)必須是非常具體的。此外,該理論強(qiáng)調(diào)建構(gòu)知識(shí)的重要性,要求教師必須為學(xué)習(xí)者提供機(jī)會(huì)開(kāi)發(fā)他們自己的信息表征,用更適宜他們的方式學(xué)習(xí)。認(rèn)知彈性理論有兩條重要內(nèi)容,即在組織教學(xué)內(nèi)容時(shí)要以多視角來(lái)呈現(xiàn)和表征概念以及要將概念與案例相互交叉,用多情境表征來(lái)促進(jìn)遷移。3.力學(xué)中的學(xué)科基本結(jié)構(gòu)認(rèn)知彈性理論的原理之一是:因?yàn)閺膯我灰暯翘岢龅拿恳粋€(gè)單獨(dú)的觀點(diǎn)雖不是虛假的或錯(cuò)誤的,但卻不是充分的。因此,促進(jìn)復(fù)雜與結(jié)構(gòu)不良領(lǐng)域中的學(xué)習(xí)的中心問(wèn)題是多元認(rèn)知表征,即要求從多于一個(gè)觀點(diǎn)的角度檢查某一概念。這既能增強(qiáng)對(duì)該概念自身的理解,同時(shí)也能增強(qiáng)將這一理解遷移至其他領(lǐng)域的能力。這種多元表征觀點(diǎn)是布魯納的學(xué)科基本結(jié)構(gòu)理論的必要補(bǔ)充。布魯納認(rèn)為,學(xué)科內(nèi)部有一套基本結(jié)構(gòu),這個(gè)基本結(jié)構(gòu)是指學(xué)科的基本概念和基本原則,它們反映了事物之間的聯(lián)系或規(guī)律性。掌握了學(xué)科基本結(jié)構(gòu),就能更好地掌握整個(gè)學(xué)科。我們說(shuō)多元表征觀點(diǎn)是學(xué)科基本結(jié)構(gòu)理論的必要補(bǔ)充,是因?yàn)閷W(xué)科知識(shí)間除了具有“學(xué)科基本結(jié)構(gòu)”這個(gè)結(jié)構(gòu)良好的聯(lián)系外,還具有更加復(fù)雜的、結(jié)構(gòu)不良的細(xì)致聯(lián)系。比方說(shuō),高中物理力學(xué)部分的學(xué)科基本結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)單地分為:力學(xué)?????靜力學(xué)(力的種類、力的合成與分解、物體平衡的條件)運(yùn)動(dòng)學(xué)(直線運(yùn)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)的合成、曲線運(yùn)動(dòng)、振動(dòng)和波)動(dòng)力學(xué)(牛頓三定律、萬(wàn)有引力、動(dòng)量、機(jī)械能)力學(xué){靜力學(xué)(力的種類、力的合成與分解、物體平衡的條件)運(yùn)動(dòng)學(xué)(直線運(yùn)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)的合成、曲線運(yùn)動(dòng)、振動(dòng)和波)動(dòng)力學(xué)(牛頓三定律、萬(wàn)有引力、動(dòng)量、機(jī)械能)這個(gè)基本結(jié)構(gòu)中,靜力學(xué)的“力的種類”又可包括重力、彈力、摩擦力、引力、洛侖茲力、安培力等等,其中的洛侖茲力和安培力就將力學(xué)與電磁學(xué)知識(shí)緊密地聯(lián)系了起來(lái),而壓強(qiáng)概念P=F/S,又將力學(xué)知識(shí)和熱學(xué)知識(shí)相聯(lián)系,這都形成了知識(shí)結(jié)構(gòu)間跨越式的連接;在力學(xué)結(jié)構(gòu)內(nèi)部,加速度a將運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)相聯(lián)系,速度v將動(dòng)量和動(dòng)能相聯(lián)系,這又使力學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)內(nèi)呈現(xiàn)非線性和多元的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。這就給我們教學(xué)設(shè)計(jì)的宏組織策略提出了啟示:除了呈現(xiàn)學(xué)科的基本結(jié)構(gòu)外,還要展示各個(gè)概念與其他概念間的細(xì)致復(fù)雜的多維度關(guān)系,以此完成對(duì)結(jié)構(gòu)不良的知識(shí)體系的教學(xué),從而既增強(qiáng)對(duì)該概念自身的理解,又增強(qiáng)知識(shí)結(jié)構(gòu)整體的理解。4.多個(gè)概念間的鏈接認(rèn)知彈性理論的第二個(gè)基本原理是:概念與案例構(gòu)成多維度與非線性的“十字交叉”形狀。“十字交叉形”這一隱喻表明,從不同方向得到一個(gè)映像或觀念可同時(shí)既加強(qiáng)新的觀念,又加強(qiáng)作為出發(fā)點(diǎn)的原有概念。通過(guò)幾個(gè)具體示例加以說(shuō)明,可使一個(gè)概念更易于理解、更富有意義。這條原理是承接第一條原理的,它對(duì)信息技術(shù)條件下的教學(xué)設(shè)計(jì)也很有意義。通過(guò)上面對(duì)多元表征的討論我們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到:在學(xué)科教學(xué)中每個(gè)概念都或多或少地與其他概念相聯(lián)系,就仿佛從這個(gè)概念上生出幾條鏈接,將它與那些有聯(lián)系的概念聯(lián)結(jié)在一起。每一條鏈接都表示一個(gè)概念與另一個(gè)概念的某方面的特征或本質(zhì)相通,因此這個(gè)鏈接能夠?yàn)橄嗦?lián)結(jié)的兩個(gè)概念的理解提供支援。與每個(gè)概念有多個(gè)鏈接相類似的,每個(gè)案例中都包含著多個(gè)概念及這些概念的鏈接。我們要將一個(gè)案例分解為多個(gè)概念來(lái)理解,并理清各概念間的關(guān)系,目的也就是分解案例的多個(gè)元素,并理清各元素遷移至該情境的來(lái)龍去脈。例如下面的案例:案例1:在方向水平的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,一根不可伸長(zhǎng)的不導(dǎo)電細(xì)線的一端連著一個(gè)質(zhì)量為m的帶電小球,另一端固定于O點(diǎn)。把小球拉起直至細(xì)線與場(chǎng)強(qiáng)平行,然后無(wú)初速釋放。已知當(dāng)小球擺動(dòng)到最低點(diǎn)的另一側(cè),線與豎直方向的最大夾角為θ。求小球經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)時(shí)細(xì)線對(duì)小球的拉力。這個(gè)案例中主要包含電勢(shì)能、重力勢(shì)能、動(dòng)能、能量守恒定律、向心力等概念及受力分析的知識(shí)點(diǎn)。這些概念之間的關(guān)系為:從釋放點(diǎn)到左側(cè)最高點(diǎn),重力勢(shì)能的減少等于電勢(shì)能的增加;小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能等于重力勢(shì)能與電勢(shì)能變化的和;最低點(diǎn)處小球不受洛侖茲力等等。一個(gè)案例可以包含多個(gè)概念及概念間的鏈接,但是即使兩個(gè)案例包含有相同的概念,這些概念間的鏈接可能并不相同。這是由于各個(gè)不同的案例代表不同的情境,包含不同的條件,所以概念間也就包含不同的關(guān)系。因此,一個(gè)案例實(shí)際上就是多個(gè)概念在此特定的情境中發(fā)生特定的聯(lián)系,解析一個(gè)案例的過(guò)程就是將多個(gè)概念遷移至此情境的過(guò)程。由此一個(gè)概念通過(guò)鏈接與其他多個(gè)概念相連,以相互加強(qiáng)概念本質(zhì)的多元表征;一個(gè)案例中包含多個(gè)概念,概念間由于情境的不同而呈現(xiàn)出不同的關(guān)系。我們?cè)诮M織教學(xué)內(nèi)容時(shí),要將概念和案例相互交叉,即對(duì)一個(gè)概念的表征要用多個(gè)與之相連的概念來(lái)展示該概念的不同側(cè)面,再用多個(gè)代表不同情境的案例來(lái)加強(qiáng)概念的理解和遷移;同時(shí)由于每個(gè)案例中包含有多個(gè)核心概念,所以每個(gè)案例可以支援多個(gè)概念的表征。這樣用豐富的情境和多角度的表征,就構(gòu)成了結(jié)構(gòu)復(fù)雜的知識(shí)體系。二、學(xué)科組織設(shè)計(jì)由上面的分析我們看到:在組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜的教學(xué)時(shí),必須對(duì)概念進(jìn)行多元表征和多情境教學(xué),才有可能真正改善對(duì)復(fù)雜概念的掌握和遷移。而具有非線性特征的超文本正是適用于這種教學(xué)組織策略的理想學(xué)習(xí)與教學(xué)媒介,它可用于系統(tǒng)化地開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)支持的非線性與多維度的學(xué)習(xí)環(huán)境。我們這里的認(rèn)知彈性超文本不同于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)課程中超文本的應(yīng)用,它的作用是將概念的不同側(cè)面集中展現(xiàn),將知識(shí)網(wǎng)絡(luò)中概念與相關(guān)概念相連接,以被分解案例的元素為依據(jù)將概念與案例相連接,從而建立概念和案例的完善組織和鏈接。它試圖從概念間的內(nèi)在關(guān)系和遷移至不同情境的來(lái)龍去脈來(lái)組織教學(xué),用以體現(xiàn)對(duì)復(fù)雜知識(shí)多元認(rèn)知和多情境表征的彈性認(rèn)知策略。在多媒體環(huán)境下的教學(xué)組織設(shè)計(jì)中,我們要呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者的學(xué)科結(jié)構(gòu)是這樣的:首先要呈現(xiàn)學(xué)科的基本結(jié)構(gòu),將學(xué)科基本結(jié)構(gòu)充分展開(kāi)細(xì)化至知識(shí)點(diǎn),形成學(xué)科基本結(jié)構(gòu)圖;然后在學(xué)科基本結(jié)構(gòu)圖之上,對(duì)基本結(jié)構(gòu)中的概念進(jìn)行多元表征,要對(duì)每個(gè)重要的知識(shí)點(diǎn)細(xì)化和表征,形成從單個(gè)概念出發(fā)的多個(gè)相關(guān)概念組成的知識(shí)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來(lái)支援這些概念的表征。要完成這種教學(xué)內(nèi)容組織,認(rèn)知彈性超文本的運(yùn)用是非常關(guān)鍵的。在學(xué)科基本結(jié)構(gòu)圖上建立單個(gè)概念的多元表征,就要運(yùn)用超文本的非線性,形成對(duì)結(jié)構(gòu)圖中概念的展開(kāi)。反過(guò)來(lái)說(shuō),與某個(gè)概念相關(guān)聯(lián)的多個(gè)概念和案例被組織在一起,共同連接在該概念的結(jié)構(gòu)圖中,這樣既能用上位概念和同級(jí)概念固定知識(shí)點(diǎn)在結(jié)構(gòu)圖中的位置,又能將它展開(kāi)進(jìn)行多元表征,從而建立起整個(gè)知識(shí)體系的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)圖,實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的知識(shí)體系的全面建構(gòu)。下面筆者就以高中物理課程設(shè)計(jì)中的教學(xué)組織為例,來(lái)介紹運(yùn)用認(rèn)知彈性理論設(shè)計(jì)信息技術(shù)環(huán)境下(網(wǎng)絡(luò)課程或計(jì)算機(jī)輔助學(xué)習(xí))的課程頁(yè)面的具體過(guò)程和方法。1.基本結(jié)構(gòu)圖頁(yè)面的設(shè)計(jì)具體到實(shí)際設(shè)計(jì)中,我們可以用單獨(dú)的頁(yè)面呈現(xiàn)學(xué)科基本結(jié)構(gòu)圖,如將高中物理概念“機(jī)械能”用單獨(dú)的頁(yè)面展開(kāi)(如圖1)。2.根據(jù)速度的概念來(lái)進(jìn)行“度”的明確然后在學(xué)科基本結(jié)構(gòu)圖之上,將其中的重要概念設(shè)置為超級(jí)鏈接,用以對(duì)單個(gè)概念展開(kāi)。點(diǎn)擊某個(gè)鏈接,就彈出此概念的多元表征頁(yè)面,在頁(yè)面內(nèi)將呈現(xiàn)出表征此概念的相關(guān)概念的頁(yè)面鏈接和案例頁(yè)面的鏈接。例如概念“速度”的多元表征頁(yè)面可以如圖2所示。此處設(shè)計(jì)“速度”的多元表征頁(yè)面的依據(jù)正是:將概念的不同側(cè)面集中展現(xiàn),將知識(shí)網(wǎng)絡(luò)中概念與相關(guān)概念相連接,以被分解案例的元素為依據(jù)將概念與案例相連接。因?yàn)橐芎玫乩斫馑俣葀這個(gè)概念,就一定要把握好加速度、位移、動(dòng)量、動(dòng)能等概念。這些概念有的是提速度的原因,有的是它的功能,還有的是它不同情境下的特征。因此必須掌握v=vo+at,S=vot+1/2at2(勻變速位移),動(dòng)量定理Ft=mv2-mv1,動(dòng)量守恒定律m1v1+m2v2=恒量,動(dòng)能Ek=1/2mv2,機(jī)械能守恒定律等知識(shí),我們才能對(duì)速度有一個(gè)比較全面的了解,也只有建立了這種較全面的了解,才有可能通過(guò)它將那些與之相連的多個(gè)概念聯(lián)系在一起,使知識(shí)的運(yùn)用更加通暢,增強(qiáng)知識(shí)遷移至其他領(lǐng)域的能力。頁(yè)面中的“典型案例”是與“速度”相關(guān)的主要案例,“更多鏈接”則是與它相關(guān)性較小的案例。3.接和本案例的類型簡(jiǎn)介我們還要將典型案例展開(kāi)細(xì)化,確定其中的核心概念和主要概念,分析此情境中特定的概念間的鏈接和本案例的類型簡(jiǎn)介,并用單獨(dú)的頁(yè)面呈現(xiàn)展開(kāi)的案例。如下面的案例頁(yè)面(見(jiàn)圖3):頁(yè)面中顯示出本案例的核心概念是速度,比較重要的是動(dòng)量守恒、機(jī)械能守恒和受力分析,將“速度”、“動(dòng)量守恒”、“機(jī)械能守恒”和“受力分析”分別設(shè)置成超級(jí)鏈接,指向各自的概念移元表征頁(yè)面。4.添加一個(gè)重要概念的案例然后我們依據(jù)案例分析中的核心概念,向此概念的多元表征頁(yè)面中加入該案例的鏈接,并標(biāo)示出該案例的類別簡(jiǎn)介。由此就為概念的多元表征加入了一個(gè)類別明確的應(yīng)用案例。還可以依據(jù)案例中較重要的概念,在這些概念的多元表征頁(yè)面中“更多鏈接”欄下添加該案例的鏈接,以使案例中的重要概念的構(gòu)建有更多的應(yīng)用實(shí)例支持。同時(shí)我們還可以為案例中相關(guān)的概念提供鏈接,指向這些概念的多元表征頁(yè)面,使學(xué)習(xí)者可以在疑惑時(shí)查詢,填補(bǔ)原有的知識(shí)