變構學習模型與指導性學習環境的設計

在科學教育發展的近十年當中，瑞士日內瓦大學科學認識論與教學實驗室證實，教育的中心應介于學習者的概念和學習環境之間的相互作用。從醫學知識中變化而來的這種新的模型，被稱為“變構學習模型”。這個模型提供了一種新的方式理解學習。

一、什么是變構學習模型

以生物學家和科學教育專家Andre Giordan教授帶領的LDES團隊的研究取向在解釋復雜學習上非常實用，提出了學習發生機理很像化學上“變構蛋白質”的結構與功能的學習理論，這種學習的理論命名為“變構學習模型”。

“變構學習模型”有兩點相互關聯隱喻，第一，變構蛋白質特定的功能跟氨基酸序列無關，而是由位于氨基酸序列上起決定作用的活性位點之間的關聯決定。由此引出，學習的發生，即學習者的思想(概念系統)重構，不是記錄觀念并按順序排列，而是學習者主動對這些觀念建立關聯，并使這樣的關聯活化的過程。第二，變構蛋白質的形態和功能可以被外部環境改變，且可以通過人為操作實現。由此，學校教師及其他教育者不可能直接地滲入學習者個體的思維，但可通過操作教學環境來干擾學習者的概念系統，從而促進學習者的學習。

二、變構學習模型對學習發生機理的解釋

1 概念是一種思考方式，它不是通過從教師到學生的直接傳遞而得到的

變構學習理論認為，學習者要想從成功的教學中學會學習，其前提和關鍵是學習者必須擁有適當的概念并形成可持續發展的概念系統。

學習者的思維過程不是被動的記錄系統。在教師呈現某一話題之前，學習者頭腦里已經擁有了跟這一話題相關的不同的問題、想法、參照和習慣。換句話說，他們已經擁有一個特定的解釋系統——概念系統。這一概念系統不僅包括學習者源自先前生活情境的關于世界的心智圖景(如自然的和地理的、家庭的和情感的、文化習俗的，甚至社會經濟等方面的經驗感知)，還包括他們進行判斷和行動時所運用的推理方式。兩方面的結合，使個體可以從其周圍的世界中獲得意義。知識的建構依賴于學習者所運用的概念系統，概念系統包括了所有學習者重構信息的方式。

2 獲得知識是由學習者所擁有的概念系統轉換過程所致

獲得知識必須經過一個叫做“概念精制”的活動。所謂概念精制，是指學習者借以把新信息同所調用的知識進行對照，產生出對解答他們的問題更為適當的新意義，從而實現概念系統轉換的手段。這就是說，每當學習者真正理解一個模式或能夠運用某個概念的時候，他的心智結構實際上要進行全面的重組。所以說，學習并不是簡單的從教師到學生單向傳遞的結果。

3 概念系統轉換須借助多參數的交互配合

對學習者來說，概念系統轉換從來都不是簡單的過程。它是一個復雜函數，可以用數學公式把概念系統轉換機理表示如下：CONCEPTION=f(P，R，M，N，S)，即概念系統轉換是P、R、M、N、s等幾個參數交互作用的結果。其中：P(problem，問題)，是學習者體驗到的對自己原有概念系統的威脅或挑戰，是引發智力活動的驅動力；R(set of references，可參照知識的狀態，或稱作參照系)，主要是指學習者生成新概念時所依靠的他們已掌握的其他概念；M(mental process-es，心智處理)，指學習者對自己參照系中的元素建立聯系，進行區分，并生成和運用概念的一系列處理；N(semantic network／grid，語義網絡或語義網格)，指在已有概念和心智處理中，存在的一系列特定的相互作用和聯系；S(signifiers，意義符)，指產生和解釋概念所必須的一系列的觀念、符號和標記。

三、變構學習模型的應用

LDES的研究指出，概念系統轉換的實現是經由學習者自主發生的8個正向過程的交互而完成的，即①主動提取知識意義；②對抗自我；③感觸困惑；④相信自己，大膽發表；⑤善于想象，勇于探索；⑥調用自己的知識；⑦按照自己的知識思考或實施；⑧善用思維助手。為了確保上述學習過程的有效發生，教師必須提供相應的指導性學習環境。指導性學習環境的設計要素包括以下六個方面：

1 激發學習者，引起主動學習

學習者受到激發，產生學習的欲望，才會主動對正在處理的知識提取意義。教師要找到學習者的興趣點并獲知其背景信息，然后據此對學習內容建立適當的情境，并在學生可以達到的范圍內提出問題。

2 誘發概念系統失衡

“困惑”或“擾亂”狀態是產生學習渴望和發生學習的最佳時機。概念系統是學習者理解其周圍世界的工具，我們需要利用創設學習環境將學習者置于一個特定情境中，讓他們發現自己的推理是有限的，或與新情境是矛盾的，于是他們的概念系統開始“動搖”，處在不穩定的“失衡”狀態，從而產生轉換舊的概念系統，形成新的、更能解決問題的概念系統的需求。

3 引領學習者勇于探索

在學習中，當學習者發現困難過大感到信心不足、心理過度緊張時，這樣的問題就會阻礙學習。因此，教師需要發展一種信任的、安全的氛圍，讓學習者敢于往前探索，在基于課堂的指導性學習環境中，教師不是“知識的經銷商”，而是作為學習條件的組織者來介入學習活動的，給學生建立適當的信心，支持其前行，鼓勵其探索。

4 制造想象與創新機會

想象可以幫助學習者拉近真實世界與科學世界的距離，從而更好地理解兩個世界。想象可以讓學習者嘗試著形成理論化思維，而且有可能跳出已有知識的藩籬，找到當下尚不明晰的問題解決方式，從而可能形成一些原創性的想法。有了想象，學習者就可以超越已知而探索未知。因此，在學習環境中要特意設計一些“想象”任務或專欄，制造機會讓學習者檢驗自己的大膽假設，這樣可以縮短通達正確理解的進程。

5 引導學習者對元認知的學習

在學習環境中，應有意引導學習者對知識的全面理解，形成良好的思維方式。為此，設計中不能僅停留于讓學習者獲得具體的知識，還要引導他們掌握一定的思維技能(比如分析的方法、系統的實驗方法)，引發在識知過程中思考和想象，幫助他們逐步養成良好思維狀態(邏輯推理、批判性思維、好奇、自信等)。這樣學習者會逐漸領悟到，具體知識、識知、技能和行為，都是知識的不同類型，它們四者是相互依賴、不可分離的，只能把它們作為一個整體共同發展時，才能形成一套符合自己思維習慣的推理思考方式。

6 幫助學習者啟用思維助手

所謂“思維助手”是指為了實現一定的學習，教師所必須提供的各種信息媒介和方法。思維助手可以是任何干預情境，比如為了學習某一科學原理所利用的講座或實驗方法、小組學習、參觀博物館、專家的介入、研究性信息、某個項目、自編的表演、游戲、模擬、設計概念地圖、隱喻、故事等，這些都可以用來給學習者提供最好的機會，讓他們能親自“觸及”到知識，從而實現跟知識的互動與概念系統的轉換。

以上所有學習環境參數必須相互作用，才能形成對學習者自主學習的強大支撐。在這樣的學習環境中，學習者從事著發生學習所必需的每一個過程，他們將意義置于其中，不斷地付出投入并把各個過程聯結起來，一點一點地建構自己的知識。