行为主义与认知主义
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第二节教育技术的心理学基础：行为主义与认知主义 本节知识点: 一、行为主义学习理论 1．行为主义学习原理 2．行为主义设计原则 二、认知主义学习理论 1．认知主义学习理论的兴起 2．认知学习理论的基本概念 3．认知主义的教学设计原则 在现代教育技术的理论体系中，学习理论是处于核心地位的。学习包括知识、技能的学习和个性品质的形成，是教育心理学研究最多的问题。许多心理学家从不同角度，运用不同的方法对学习问题进行了大量的实验研究，提出了各种学说、原理，旨在揭示人类学习过程的心理、生理机制和规律。教育技术必须根据科学的学习理论进行学习过程和学习资源的设计、开发、利用、管理，帮助学生进行有效的学习。纵观关于教育技术的理论的发展，行为主义的学习理论、认知主义的学习理论以及正在兴起的建构主义学习理论为教育技术的形成和发展奠定了坚实的基础。 一、行为主义学习理论 在过去的几十年间，学习理论/心理学经历了重大的变革。前半个世纪，占主导地位的关于学习的概念是以行为主义原则为基础的，学习被看作是明显的行为改变的结果，是能够由选择性强化形成的。因此，在行为主义者看来，环境和条件，如刺激和影响行为的强化，是学习的两个重要的因素，学习等同于行为的结果。 1．行为主义学习原理 教学设计运动是以行为主义为先导的。早在二十年代，美国心理学家普莱西(S. Pressey)就提出了利用机器进行教学的想法，他还在1924年自行设计了一台自动教学机器。运用这台教学机器，可以向学生提供多重选择题形式的练习材料，并能跟踪学生的应答。可惜受当时科学条件的限制，加之没有找到合适的理论指导，这台教学机器未能在教学中得到应用，因而也就没有能引起人们的重视。但是，这台机器的诞生却表明了机器辅助教学的思想已经开始萌芽。 作为程序教学的代表人物，美国行为主义心理学派的重要代表人物斯金纳(B.F. Skinner) 是与计算机辅助教学的研究与应用紧密联系在一起的。在斯金纳看来，行为是人类生活的一个基本方面。因而他一直以行为作为自己的研究对象。他认为，通过对行为的研究，可以获得对各种环境刺激的功能进行分析的方法，从而可以影响和预测有机体(包括人和动物)的行为。 按经典的条件作用学说，让一个中性刺激伴随着另一个已知会产生某一反应的刺激连续重复呈现，直至单凭那个中性刺激就能诱发这种反应，新的刺激－反应（S-R）联结就形成了。也就是说，新刺激替代了原刺激，例如，在著名的巴普洛夫实验中，铃声替代了肉丸引起狗流口水。刺激替代现象在人身上也时有发生，例如在课堂讲课时，当教师转向黑板时，学生就会拿起笔来准备作笔记，虽然“转身”动作本身并非引起“做笔记”这一反应的原始刺激。然而，在经典的条件作用下建立的联结属随意性的学习行为，这种学习模式对于人类学习没有多大帮助，反而往往造成误会。 比较有实际意义的是斯金纳创立的操作性条件作用学说和强化理论。 斯金纳在用白鼠和鸽子作为被试进行研究后认为，机体并不一定需要接受明显的刺激才能形成反应。他把机体由于刺激而被动引发的反应称为“应激性反应”，机体自身主动发出的反应称为“操作性反应”。操作性反应可以用来解释基于操作性行为的学习，如人们读书或写字的行为。为了促进操作性行为的发生，必须有步骤地给予一定的条件作用，这是一种“强化类的条件作用”，强化包括正强化和负强化两种类型，正强化可以理解为机体希望增加的刺激，负强化则是机体力图避开的刺激。增加正强化物或减少负强化物都能促进机体行为反应的概率增加。这一发现被提炼为“刺激-反应-强化”理论。这一理论可以用来指导教学工作：在学习过程中，当给予学习者一定的教学信息——“刺激”后，学习者可能会产生许多种反应(包括应激性反应和操作性反应)。在这些反应中，只有与教学信息相关的反应才是操作性反应，在学习者作出了操作性反应后，要及时给予强化，如学生答对时告诉他“好”或“正确”，答错时告诉他“不对”或“错了”，这样在下次出现同样刺激时作错误反应的可能性就会大为减小，从而促进学习者在教学信息与自身反应之间形成联结，完成对教学信息的学习。 当一个刺激被重复呈现，且都能引起适当的反应时，则称该反应是受刺激控制的。建立刺激控制取决于二个条件：（1）积极练习，多次练习作正确反应；（2）跟随强化，练习后紧接着给反应以强化。刺激控制可以在四个技能习得水平上建立： 辨别：学习从若干并列刺激中确定一特定刺激； 泛化：学习对属于同一类的任何刺激作反应； 联结：学习使一个适当的反应与一个或一类刺激相联系； 链接：学习将多个S-R联结组合成一个完整的链，形成执行复杂任务的能力。 在把操作性条件作用学说和强化理论应用于人类学习研究的基础上，斯金纳提出了程序教学的概念，并且总结了一系列的教学原则，如小步调教学原则、强化学习原则、及时反馈原则等，形成了程序教学理论。五十年代后期，斯金纳积极倡导程序教学运动，他自己设计了教学机器，并在军队训练实践中运用程序教学的思想。斯金纳提出了直线式程序教学的模式。他首先把教学内容分成一组连续的小单元，在学生进入一个新的单元学习前，必须先回答一些关于前一个单元的问题。如果回答错了，程序或者向学生提供一些暗示，或者直接告知正确答案，只有经历了这一关，且学生直正了解了与前一单元相关的问题的正确答案后，才可能进入新的学习单元。程序教学作为组织和提供信息的一种特殊方法，在操作中将预先安排的教材分成许多小的单元，并按照严格的逻辑顺序编制程序，将教学信息转换成一系列的问题与答案，从面引导学生一步一步地达到预期的目标。图2-5显示程序教学的基本过程。程序教学可借助多种不同的媒体来实现，从电动教学机，程序式课本，到电子计算机。 图2-5 程序教学的基本过程 2．行为主义设计原则 以行为主义理论为基础的程序教学在大量实践的基础上形成了一系列设计原则，这些原则成为早期计算机辅助教学（CAI）设计的理论依据，并且在当今的教学设计中仍然起着重要作用。我们在此对这些原则作简要介绍： （1）规定目标：将教学期望明确表示为学生所能显现的行为，保证行为主义心理学的基本方面—可观测的反应； （2）经常检查：在课程的学习过程中经常复习和修正，以便保证能够适当地形成预期的行为； （3）小步子和低错误率：将学习材料设计成一系列小单元，使单元间的难度变化比较小，达到较低的错误率； （4）自定步调：允许学生自己控制学习速度； （5）显式反应与即时反馈：课程中通常包含频繁的交互活动，尽多地要求学生作出明显反应；当学生作出反应时应立即给予反馈； 格鲁帕（G. Groper，1983）对行为主义的教学设计原理作了系统性的总结。他将教学过程分为初期练习、中期练习和终期练习三个阶段，并且确定了用于支持教学过程的六种“工具”（tools）：提示量，学习单元长度，刺激与反应模式，练习任务种类，内容类型以及练习频度。这些工具实际上是学习系统的调控变量，适当改变这些变量就能设计出满足许多不同要求的教学程序。表2-3是格鲁帕建议的教学程序设计规则。 表2-3 格鲁帕的程序教学设计规则 学习类型 初期练习 中期练习 终期练习 学习事实 告诉事实； 提供暗示强调事实； 要求做少量练习。 让学生运用并叙述事实； 减退初期练习中的暗示； 增加练习量。 让学生运用所有事实，但不作叙述； 消除所有暗示； 按全部标准做练习。 定义概念 定义概念并要学生叙述； 用提示来区别正例与反例； 让学生作实例分类。 继续提供正例与反例，增加区分难度； 让学生提供实例； 让学生叙述定义； 实例渐趋抽象。 让学生叙述定义，分类或提供实例而不予暗示； 做抽象的，言语的或符号的练习。 提供解说 向学生提供说明并要求叙述； 提供特别暗示（如流程图并演示），帮助学生建立概念间的联系； 提供正例与反例。 继续提供正例与反例，逐渐增加难度； 要求学生作标准解说，还要用自己的语言产生解说； 逐渐减退暗示。 让学生以自己的语言叙述解说而不予暗示； 要求学生不仅作解说，还要使用所解说的概念。 仿效过程 提供过程的构成步骤或演示过程； 要求学生按步骤练习该过程； 将长的或难的过程分解为若干小单元，并按单元练习。 继续按步骤练习； 加长过程链或提高过程难度。 要求学生连贯地练习全过程。 解决问题 告诉学生解题规则； 要求学生区别解答的正确与错误； 将长的或难的问题分解为若干小单元，并按单元练习。 给学生一个解答错误的问题，要求其纠错； 要求学生提出自己的解题规则。 要求学生自行解题而不寻求帮助； 在可能情况下（若非唯一解法问题），要求学生产生自己的解法。 行为主义学习理论在研究中不考虑人们的意识问题，只是强调行为。把人的所有思维都看作是由“刺激-反应”间的联结形成的。这就引起了认知主义理论学派的不满，从而导致了认知主义学习理论的发展。 返回页首 二、认知主义学习理论 1957年，乔姆斯基（Chomsky）对斯金纳的《言语学习》（Verbal Learning)提出了尖锐的批评，之后，学习心理学经历了一场科学的变革。学习理论从运用行为主义原则，转移到运用认知科学的学习理论和模型。认知理论不仅认识到了大脑的作用，而且研究了大脑的功能及其过程。 1．认知主义学习理论的兴起 一般认为，认知主义学习理论的真正形成是以美国心理学家奈塞尔(U. Neisser)1967年发表的《认知心理学》为标志。人的认知过程是认知主义理论的主要研究对象，其研究目标是要说明和解释人在完成认知活动时是如何进行信息加工的，包括信息的获取、存储、加工和转换等方面。 在认知主义学习理论学派看来，学习个体本身作用于环境，人的大脑的活动过程可以转化为具体的信息加工过程。生活在世界上的人既然要生存，必然要与所处的环境进行信息交换；人作为认知主体，相互之间也会不断交换信息。人总是以信息的寻求者，传递者，甚至信息的形成者的身份出现，人们的认知过程实际上就是一个信息加工过程。人们在对信息进行处理时，也象通讯中的编码与解码一样，必须根据自身的需要进行转换和加工。 随着计算机技术的发展，以西蒙(H.A. Simon)为代表的一些学者开始研究运用计算机模拟的方法来模拟人类的解决问题的过程，也就是借助计算机及计算机语言来描述人类信息加工的过程。他们认为计算机硬件类似于人的生理活动过程(包括中枢神经系统、神经元、脑的活动)，运用计算机语言可以模拟人对信息的初级加工过程，而通过编写计算机程序则可以模拟人类的思维活动。 西蒙与纽厄尔(Newell)设计了一个被称为“逻辑理论家”的程序。此程序可以用来证明形式逻辑中的各种定理，成功地模拟了人类的思维过程。后来他们又设计了一个称之为“通用问题解决者”的程序，这个程序中大量运用了人类解决问题时所运用的策略，使得其涉及面更为广泛。 2．认知学习理论的基本概念 或许是从计算机的工作原理中得到启发，大多数认知理论采取大脑信息加工的理论假设，由此形成一系列基本概念。 （一）短时记忆与长时记忆 如图2-6所示，人的记忆系统由三个存储器组成：感觉登录器，短时记忆和长时记忆。来自环境的刺激经过过滤首先进入感觉寄存器，通过选择性知觉，信息被临时存入短时记忆 (STM)。STM是一个过渡性的记忆缓冲器，其容量有限，只能记录7± 2个信息组块，且只能保持大约15~ 30秒钟。STM中的信息经过复述和编码过程转化为长时记忆 (LTM)），长时记忆是一个相当持久的容量极大的信息库。 图2-6 记忆信息加工模型 （二）知识表征 假定LTM中的信息有多种知识表征方式： 命题：是最小的信息单位，用于表示概念之类的陈述性知识。 产生式：类似于计算机语言中if-then语句，用于表示过程性知识。多个产生式可以联结成为产生式系统，是推理系统的基础。 心象：是知觉的信息表征。 图式：是先验知识组成的网络。 （三）编码与提取 大多数认知心理学家认为，信息一旦被编码并存入LTM就不会丢失。接着的问题是如何从LTM成功提取（检索）信息，这取决于信息编码的质量和检索方法的好坏。对编码和检索起关键作用的认知过程有细化 (elaboration)，组建 (organization) 和活性扩散 (spread of activation)。 细化过程将已存于STM中的知识加强、扩充或修正STM中的新信息，或将它转化为LTM； 组建过程将LTM中的信息作有意塑造，形成有意义的部件，在网络结点间添加路径； 活性扩散：拓展和组建过程都作用于信息的初始编码存储阶段，而活性扩散过程则是在信息检索时在LTM中有关的命题之间建立联系线索。因为检索是依靠为数不多的特别提示或暗示进行的，为使活性扩散，必须在命题间建立直接联系。 （四）认知负担 认知负担是学习时学生必须加工的信息量，它取决于学生的STM容量、先验知识和课程内容的涵意，也与课程的教学步调、编码要求以及学生对课程内容的熟悉程度有关。当待学内容比较熟悉时，认知负担就轻。 （五）元认知 元认知 (metacognition，或译作“超认知”)是学习者对自己认知过程的自觉意识，是通过对自己所用认知加工策略效验的不断监测来选择、评价与修正认知策略的能力。这种能力允许学习者检出那些无效策略，评估特定任务的认知加工要求，以及修正当前策略，甚至产生全新的策略。 （六）知识状态 认知学者力图使学习达到可持久、可迁移和自我调控，促成从生手向专家的转变。在这一转变过程中要经历增生 (accretion)、重建 (restructuring)和调整 (tuning)三种知识状态，学习活动的安排应尽可能与学习者的知识状态相符。 增生本质上属事实和新知识的积累阶段； 重建是将新获得的事实进行蓄意组构，从而沟通新信息和先验知识之间的联系； 在调整阶段，学习者提高提炼他们的知识储备，基本达到反应自动化的程度。 3．认知主义的教学设计原则 有人对于行为主义教学设计思想与认知主义教学设计思想之间的差别作了简单的概括：认知主义致力于寻求教学事件与学习结果二者之间的关系，而认知主义则力图寻求教学事件、记忆结构和学习结果三者之间的关系。认知主义教学理论的结构主义特征可用图2-7加以刻划。 认知主义学习理论在形成之初就从与行为主义不同的角度来探讨学习。在他们看来，环境的刺激是否受到注意或被加工，主要取决于学习者的内部的心理结构。个体在以各种方式进行学习的过程中，总是在不断地修正自已的内部结构。认知主义学习理论促进了CAI向智能教学系统的转化，人们通过对人类的思维过程和特征的研究，可以建立起人类认知思维活动的模型，使得计算机在一定程度上完成了人类教学专家的工作。 图2-7 认知教学理论的模型 以认知主义学习理论为依据，专家们提出了一系列指导教学设计的原则，我们将它们归并如下： 用直观的形式向学习者显示学科内容结构，应该让学习者了解教学内容中涉及的各类知识元之间的相互关系； 学习材料的呈示应适合于学习者认知发展水平，按照由简到繁的原则来组织教学内容。这儿所说的由简到繁是指由简化的整体到复杂的整体； 学习以求理解才能有助于知识的持久和可迁移； 向学生提供认知反馈可以确认他们的正确知识和纠正他们的错误学习。虽然行为主义教学理论也强调反馈的重要性，但认知主义教学理论一般将反馈看作为一种假设检验； 学习者自定目标是学习的重要促动因素； 学习材料既要以归纳序列提供，又要以演译序列提供； 学习材料应体现辩证冲突，适当的矛盾有助于引发学习者的高水平思维。 |
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