想当一名学习工程师？需要了解这些教育与学习理论

tgcici 2016-07-22

展开全文

正如前面的推文MIT研究报告：将MOOC作为高等教育改革催化剂所述，MIT的研究者认为：在未来的线上线下学习过程中，很可能需要“学习工程师”这样一种全新的教育工种。

学习工程师的产生，缘自由混合式学习的蓬勃发展。早期的线上教学与线下学习是截然不同的两种学习形态，互相独立。随着MOOC的产生和与高校教学的融合，今天我们已经不是谈面对面教学还是线上教学，而是混合式学习。截至《报告》写作时间，仅麻省理工学院就有90门课是在Edx上的MOOC与面对面课程结合的混合式课程。

混合式教学不是简单的面对面和线上的结合，而是各种教学方式、技术、场景、学习组织的优化组合，并结合成本收益等的考量。这种优化组合需要专业人士主导，这就产生了学习工程师这一新职业。换言之，学习工程师就是把学习过程中需要的各种教学方式、技术、场景、学习组织的优化组合的专家。

学习工程师产生的另一个背景是：

学习科学的几大主要构成方面——心理学、认知科学和神经科学，并不是大多数学习者和教师的专业学习领域。学习科学本身也在不断地发展，一般的学习者和教师并不具有追踪学习科学发展的必然性。

于是，在学习科学和学习科学的大规模使用者的学习者和教师之间就需要一个中间专业人士——学习工程师。

学习工程师本身不是学习科学的研究者，却是学习科学的专业使用者。他们运用学习科学来帮助学习者和教师设计学习过程，从而使得学习科学可以通过学习工程师这一新的职业迅速地普及于学习过程。

本期推文，我们来重点关注报告中关于“学习科学”、“认知科学”、“脑神经科学（教育应用）”的一些理论——这些肯定是学习工程师必须要理解、掌握和运用的。

哪些对你比较熟悉、哪些对你比较陌生？欢迎文后留言交流！看看你有没有当一个学习工程师的潜质吧！

主动学习/发现学习

主动学习（active learning）的来源可以追溯到建构主义。发现学习也是一种主动学习，是学习者通过探索和发现构建知识。主动学习的对立面是传统的课堂教师授课的被动学习。

以技术手段支撑的主动学习在物理等科学、技术、工程和数学（STEM）的课程中越来越普遍。在线学习环境日益设计为主动学习模式，具有互动元素。

例如，可汗学院的在线视频微课推动了翻转课堂。这种学习模式是：学生先看课程视频，然后才进入课堂；在课堂里，学生参与研究问题和讨论。

建构主义

建构主义的另一种运用是项目学习（project-basd learning），在科学、技术、工程和数学课程中应用普遍。技术方案越来越使得项目学习高效而受欢迎。对建构主义的一种解释是从做（制造）中学（Learning by Making）。很多项目与设计和设计思想相联系。3D打印技术使得生产样品变得容易，这种制造者的运动导致大学创客空间的发展，进一步推动项目导向学习。

问题导向的学习

问题导向学习（Problem-Based Learning）进一步发展了主动学习方式。让学生解决严格而清晰的定义问题比那些明显是做练习的题目更能让学生为进入真实世界而准备。项目和问题导向学习鼓励学生以自我为导向的学习、同伴互学和团队学习。

这些趋势的扩展就是以学生为中心的教育，主要方法有：反思、讨论（与同伴和专家）、学科思维、自学和掌握学习。有种叫“牛津剑桥辅导”（The Oxbridge Tutor）的学习模式，让学生以小的学习团队获得教师个别辅导，鼓励同伴互学，加上少量自学。

同伴互助学习（社会性学习）

同伴互助学习在在线学习中被证明有特别的重要性。同伴在线学习显示出能改善学生的学习成就。学习在线课程的同伴们在线下面对面交流也在全世界受重视。

同伴互学大学（Peer2Peer U-niversity，简称P2PU）是个创新学习环境，学习同伴是主要的老师。MOOCs学习中也有“社区教师助理”，他们是那些学得较好和比较有经验的学习者。

这种同伴学习模式也支持了“学习的社会和背景因素”重要性理论。例如，虽然线上学习就认知角度而言是有利的，但是缺乏社会联系影响了学习动机。有研究表明，看别的同伴们互相辅导的视频比看教师讲课更有效。

注意力研究：如何不“走神”

学习时思想不集中、走神（mind wandering），是认知心理学家和神经科学家重视的问题。

心理学家发现，学习过程间隔测试有助于减少走神，减少学生学习累的感觉。

神经科学家发现，大脑的某些状态适合学习者学习，而另外有些状态不适合。如何才能够使学习者回到适合学习的大脑状态？有研究表明，办法是让学习者产生好奇心。

神经科学家使用大脑成像技术显示，好奇可以在大脑中产生预期活动，并与大脑海马体产生功能性连接。这或许解释了苏格拉底的名言“好奇是智慧之母”。

这些研究成果直接影响了MOOCs的设计。麻省理工学院和Edx的研究者发现，最合适的课程视频时长是10分钟。由此可见，走神问题的研究在很大程度上影响MOOC的创新设计。

测试效应

MOOC的创新设计还受到“测试效应”研究成果的影响。“测试效应”是成熟的加强学习效果的技术，它要求学生复习最近学习的内容以促进保持。这种在学习过程中不断地插入测试的方法称为插入式测试（interpolated testing）。

“测试效应”的研究成果显然也影响了MOOC的设计。有种学习方式叫分段学习法（spaced learning），它把高度浓缩的学习内容分几次重复学习，每次学习之间插入别的活动，例如10分钟的体力活动等。

一百多年来认知心理学家的研究表明，分段学习法比那种集中考试时的复习效果要好。（Willcox，Sarma，&Lippel，2016，P.9）这种学习法还有个更有趣的名称，叫测试中学（Learning by Testing，Retrieval）【Retrieval意为提取，此处是应指“提取式学习”——王珏】。

动手中学习

对于动手学（hands-on learning），认知科学和教育理论有一致的结论。教育家很早就相信，动手是学习的关键。事实上，这也是麻省理工学院的建校理念。

MOOCs的研究表明，动手活动与看讲课视频、阅读结合会产生明显的学习效果。有研究甚至表明，手写做笔记比用手提电脑做笔记好。

为什么？电脑打字做笔记引起的是大脑浅层的信息处理活动。手写做笔记需要学生解读信息后用自己的语言写下来，从而有深度的学习处理。

其实学英语也有类似体验，背记新词时要几个动作一起做效果才比较好。背新词要有声地读几遍，眼睛要看这个词，手要在纸上写出来。写这个词时，不是一个个字母按排列写，而是按音节写。这样，看起来是简单的背写单词，实际上是比较深度的思维活动，比简单地读背新词要“深度”得多。

动手是学习活动的关键，线上学习要尽可能地不要取代动手活动（Willcox，Sarma，&Lippel，2016，P.19）。

认知负荷理论（下文中译为“认知限度理论”不准确——王珏注）

认知限度理论①（cognitive load theory，简称CT）说，由于大脑工作记忆（Working Memory）限度，大脑处理信息能力有限。根据这个理论，学习新信息的关键是学习者会做出学习信息浓缩方案（Schema）【此处应翻译为“图式——王珏注】。

学习者的信息浓缩方案越成熟、越高效，学习者消化学习信息的能力越强。

为了理解学习科学的这一重要理论，我们引用一个教学文案做解说②。它是把需要记忆的信息划分为可以记忆的小段方案，例如，信用卡号码4617-1783-6782-1234，即把数字和符号划分成便于记忆的节段。

还有一种方案是把混杂的东西分类排列成有联系的组群，从而便于记忆。分段学习-复习（Spaced Repetition）法是说，学习者分段学习和复习比一下子把这些东西放在一起学习更有效。

另外一个例子是记忆一串数字，｛7，1，4，2，1，2，8，3，5，4，2，4，9，5，6，6，3，7，0｝。有经验的学习者尽可能使用分类组群方法把这组数字变化为｛7x（1to10）I7，14，21，28，35，42，49，56，63，70｝，这样一下子就记住了③。这些例子说明，学习科学运用于学习设计对于提升学生效率有多重要。

学习者生成学习内容效应

学习者生成学习内容效应（the generation effect）可以产生深度学习（deep learning）效果，或许可以解释建构主义学习理论，特别是项目学习机制。根据认知科学，做项目引发一系列学习过程。首先，做项目提供了寻找需要学习的内容机会。第二，做项目提供了复习性学习、分段学习和交错式学习的机会。第三，做项目提供了增强记忆的线索。

对于学习者生成学习内容效应，麦特卡飞（Metcclfe）和考奈尔（Komell）的研究表明，该效应的运用优化需要配合其他教学方法。例如，学生生词学习实验发现，学生生成答案有助于学习，对学生错误答案需要纠正，教师反馈对学生语言学习很重要（Metcalfe&Komell，2007）。

对于学生发言和其他活动提供反馈是教学的重要环节，而线上学习在这方面往往赶不上线下课程。一项对自学科学课程的研究（Schraw，Crippen，&Hartley，2006）显示，这种反馈不仅对学生理解学习内容是重要的，而且对学习内容的掌握也是重要的。