基于知識圖譜的國際學習科學研究*

鄧國民 張麗萍

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基于知識圖譜的國際學習科學研究*

鄧國民1張麗萍2

（1．貴陽學院 教育科學學院，貴州貴陽 550005；2．貴陽學院 體育學院，貴州貴陽 550005）

文章使用CiteSpace軟件，對Web of Science核心數據庫中收錄的2352條學習科學研究文獻數據進行了知識圖譜分析，發現目前國際學習科學研究的熱門主題主要集中于教師&學生、學習過程、學習內容、認知心理、技術環境、學習結果和學習科學等七個維度，并呈現了這七個維度的主要研究成果。此外，文章還探討了國際學習科學研究的發展趨勢及其對中國教育改革與發展的啟示，以期為促進信息化環境下學習理論的建構、應用和研究等提供參考。

學習科學；知識圖譜；核心素養；教育信息化2.0；熱門主題

本研究旨在繪制系統全面的國際學習科學研究知識圖譜，制定檢索策略為：SO=(“Journal of the Learning Sciences” OR “Cognition and Instruction” OR “Instructional Science”) OR TS=(“Science of Learning” OR “Learning Sciences”)，檢索時間設為1998年1月至2017年12月，最終從Web of Science核心數據庫中檢索到學習科學研究的相關文獻共計2352條，將這些文獻數據按“全記錄與引用的參考文獻”方式導出以用于后續分析。本研究使用Citespace v5.1軟件，創建了從“知識基礎”向“理論前沿”映射的理論模型，將前沿文獻定義為研究領域的發展現狀，它們的引用文獻構成了領域的知識基礎[1]，因此所有被引文獻共同構成2352篇學習科學研究前沿文獻的知識基礎。基于此，本研究對學習科學研究文獻數據進行了知識圖譜分析，揭示了國際學習科學研究的熱門主題與發展趨勢，并討論了其對中國教育改革與發展的啟示。

一 國際學習科學研究的熱門主題

主題詞（Term）和關鍵詞（Keyword）是文獻研究內容的高度概括。本研究對學習科學研究文獻數據進行了主題詞和關鍵詞共現分析，繪制出國際學習科學研究熱點知識圖譜，如圖1所示。在該圖譜中，圓形結點表示關鍵詞，方形結點表示主題詞。

圖1 國際學習科學研究熱點知識圖譜

圖2 學習科學研究文獻分析框架

圖1顯示，國際學習科學研究主要涉及七個維度——

①教師&學生（A）維度：重點關注教師和學生等因素，討論了新的學習環境對他們的能力、素質提出了哪些新的要求；主要研究主題包括教師、學生、兒童和身份等。

②學習過程（B）維度：強調在學習過程中為學生提供工具支持和認知支架，以促進學生主動參與學習；主要研究主題有參與式設計、教學設計、學習策略、任務、思考、協作學習、投入和探究等。

③學習內容（C）維度：包括學生需要學習的知識和學習資源的表征方式，強調利用最新的認知學習理論和現代技術手段，實現對教學內容的表征，以更好地幫助學生建構知識、掌握技能；主要研究主題包括信息、先行知識、新知識、課程、知識、表征、文本和案例等。

④認知心理（D）維度：是學習科學研究的重要理論基礎，主要涉及學習心理學研究的認知、動機、元認知和記憶等；具體研究主題包括記憶、元認知、動機、信念、認知、認知負荷、認知負荷理論、認知技能、專業反轉效應、心理努力、感知、回憶和自我解釋等。

⑤技術環境（E）維度：涉及學習環境、教學系統、技術、課堂和學校等研究主題；重點關注利用先進的技術手段構建學習環境，以更好地支持學習的內在認知過程并提供外在的支持工具，進而提升學習效果。

⑥學習結果（F）維度：主要強調對學習效果的研究，具體包括學習能力、成就、獲取、理解、概念轉變、概念理解、建構、發現、解釋和技能等研究主題，研究重點是評估理論和技術在教學中的應用效果。

⑦學習科學（G）維度：作為一個整體的研究維度，主要從宏觀上探討學習科學將為教育帶來何種影響，并對其未來的研究趨勢進行預測。

綜上所述，近20年來（1998～2017年），國際學習科學研究幾乎涵蓋了學習的輸入（新的技術環境和認知心理理論的引入）、過程（教師與學生、學習內容和學習過程）以及輸出（學習結果）的全過程，且對此過程產生了重要影響。基于此，本研究提出了學習科學研究文獻分析框架（如圖2所示），揭示了此過程各階段的構成元素以及它們之間的相互關系。

二 國際學習科學研究文獻數據的共被引分析

本研究利用CiteSpace v5.1軟件，對近20年來國際學習科學研究文獻數據進行了共被引分析（Cited Reference），將時間切片長度設置為2年，從每個時間切片中選擇被引頻次在前1.4%的文獻，生成國際學習科學研究文獻共被引圖譜，如圖3所示。在該共被引圖譜中，圓圈表示文獻結點，結點的大小表示文獻被引次數的多少，結點較大說明該文獻具有較大的學術影響力；紫色圓圈包圍的文獻結點表示中介中心性較高，說明這些文獻在學習科學研究知識的交流過程中起著較為重要的作用；中心紅色填充的文獻結點表示突發性較強，即引用量在某一時間段內突然增加或減少，反映了研究主題的重要轉向。在如圖2所示的學習科學研究文獻分析框架的基礎上，本研究對國際學習科學領域的重要文獻（包括高被引文獻、高中介中心性文獻和高突發性文獻）進行了內容分析，呈現了國際學習科學七個維度的主要研究成果。

1 教師&學生（A）維度的分析

教師&學生維度重點討論了教師和學生的個體變量對于他們使用技術增強學習環境、教與學效果的影響，以及對他們的能力素質提出了哪些新的要求，從而為教學環境的設計與合理應用提供參考依據。如Clarebout等[2]、Del Valle等[3]和Lawless等[4]分別討論了元認知技能、目標定向、教學概念、學習策略、先行知識、自我效能和學習興趣等學生個體變量如何影響他們對技術工具的使用和學習過程；而Koh等[5]使用結構方程模型的方法，對信息化環境下教師知識結構的構成及其關系進行了調查和統計分析，為信息化環境下教師的專業發展設計提供了依據。

圖3 國際學習科學研究文獻共被引圖譜

圖4 “核心素養”導向的學習科學研究框架

2 學習過程（B）維度的分析

學習過程維度強調從系統的整體視角，基于學習科學研究成果和學習技術發展現狀，對學習資源、學習過程和學習策略等進行系統化的設計與開發，以更好地幫助學生參與到學習過程中去。如Cobb等[6]較早介紹了教育研究中的設計實驗方法；White等[7]探討了利用探究支架、反思和歸納過程發展學生的元認知知識和技能的重要作用；Engle等[8]對學生爭論形成和保持的過程規律進行了解釋，認為爭論是一種有效的學科參與方式；Hmelo-Silver等[9]認為基于問題的學習和探究式學習并沒有違背指導性教學原則，它們廣泛利用支架以降低認知負荷，使學生能在復雜領域中學習，幫助實現內容知識、認識實踐、協作學習和自主學習等重要的教育目標。

3 學習內容（C）維度的分析

學習內容維度強調在現代學習理論的基礎上，利用先進的技術手段優化學習資源和知識的表征方式，幫助學生更好地理解學習內容和建構知識。如美國的《國家科學教育標準》[10]和《學校數學教育原則與標準》[11]分別對科學、數學等具體學科內容教學的標準和原則進行了闡述與說明；Chi[12]對概念理解過程中容易產生誤解的過程與原因進行了分析，為教師幫助學生理解概念提供了依據；Ainsworth等[13]在整合學習研究、表征認知科學和建構主義理論的基礎上，提出了設計—功能—任務（Design-Functions-Tasks）多重表征學習框架，可以更好地理解多重表征的有效性，如確定影響學習的眾多因素、協調不一致的實驗發現、揭示新的領域和學習設計多重表征的潛在啟發性。

4 認知心理（D）維度的分析

認知心理學是學習科學研究的重要理論基礎，主要探討了學習發生的認知過程、記憶結構、心理影響等因素的特點及規律。如Kalyuga等[14][15]對學習過程中的專業反轉效應進行了探討，指出學生已有的專業知識和經驗可能會對新的學習產生干擾甚至負面效應，這對多媒體學習及教學系統的設計與開發均具有啟示意義；Mayer[16]基于認知心理學和信息處理認知模型等，經過10年多媒體學習實證研究及歸納總結，提出了多媒體學習的基本理論和實踐原則；Sweller等[17]指出認知負荷理論乃建立在人類的認知結構與功能特點——工作記憶容量有限、視聽覺信息處理雙通道以及長時記憶無限等的基礎上，為教學信息呈現和教學設計提供了理論依據。

5 技術環境（E）維度的分析

技術環境強調在學習理論的基礎上，利用先進的技術手段構建學習環境，為學習提供更合適的內在認知支架和外在支持工具。如Brown等[18]將學習社區引入教學計劃，鼓勵并引導學生在學習社區中發現、利用和分享專業知識，以建立和維持學習共同體；Derry等[19]指出在復雜的學習環境中收集、使用視頻記錄進行研究，仍面臨著元素選擇決策、分析框架和實踐、視頻處理及管理技術、產權及隱私保護的倫理等挑戰；Quintana等[20]提出了一個支架設計框架，以指導科學探究支架工具的設計，為開放教育支持理論提供基礎，通過指導設計、提供啟發與方法案例幫助學生解決問題。

6 學習結果（F）維度的分析

學習結果是學習科學研究的訴求，重點考慮提供外在的學習環境和內在的認知支架，能否優化學習過程、學習內容的呈現與表征方式，以更有效地促進學習效果。如Kirschner等[21]從人類的認知結構和功能特點的理論視角，對指導性教學和非指導性教學的效果進行了解釋與比較，認為只有符合認知理論的教學才是有效的；Kapur等[22]探討了有效失敗對長期教學效果的重要性，指出教師應該致力于追求長期的教學效果；Van等[23]從概念特征、外顯策略和有效性等支架的三個方面進行了討論，指出目前缺少一個廣泛認同的、可靠的、有效的測量工具。

7 學習科學（G）維度的分析

學習科學維度主要從宏觀整體上探討學習科學將為教育帶來何種影響，以及其未來的發展趨勢如何。如Kelly等[24]系統介紹了教育領域中設計研究的最新觀點和案例，為教育領域實施設計研究提供了規定性的說明和詳細的操作指南，內容涉及設計研究的含義、特點、學生模型、教師模型、利益相關者模型和不同層級研究的反思。

綜上所述，國際學習科學研究的發展主要源自兩個方面：①工作記憶、認知負荷和雙重編碼等認知理論的發展，有助于教育工作者更好地理解學習的認知過程，能夠為教學設計提供指導；②信息網絡技術和多媒體技術的發展，使計算機支持的協作學習得到飛速發展，出現了學習社區等新的合作學習環境。因此，國際學習科學研究強調在更好地理解學習發生的認知過程和社會化過程的基礎上，設計更好的學習環境、資源、工具和支架，幫助學生更有效地學習，這是一個教學方法、軟件和材料等原型應用的創新設計、實踐應用、評價和修改的迭代過程。

三 國際學習科學研究的發展趨勢及啟示

1 國際學習科學研究的發展趨勢

（1）加強對認知科學的研究與應用

認知科學的研究成果，加深了教育工作者對學習的認知過程和心理變化之本質及規律的了解。認知神經科學、高階認知過程和集體記憶等研究的不斷深入，使關于學習的認知過程研究從原來的“黑盒”測試轉變為“白盒”測試。學習科學未來的研究需要整合不同的認知過程、考慮不同的心理因素和不同的學生群體，發展新的關于學習的概念和理論基礎，實現從不同的理論視角揭示不同學生學習時的內在認知心理過程、發展影響因素，為學習環境的設計、開發與實踐應用打下理論基礎。

（2）加強理論與技術之間的整合

學習過程不僅涉及外在的信息交流與傳遞，而且是一種內在的心理過程：一方面，技術環境的設計、開發和應用，需要充分利用認知心理學的理論研究成果，在提高教學信息傳播和交流效率的同時，為學習提供認知支架，以降低認知負荷、促進深度學習；另一方面，新技術的發展擴寬了認知理論的研究領域和方法，使其研究對象從人的內在心理擴展至外在的技術環境。因此，教育工作者需基于對學習發生的內在心理過程和外部環境因素的理解，為學生設計合適的學習資源與呈現方式，加強學習理論與教育技術之間的整合。

（3）加強在教學實踐中的應用

學習科學研究致力于揭示學習的本質與基本規律，并在此基礎上探討符合學習過程和規律的學習環境、學習資源和學習策略過程的設計，以實現教學效果的優化。因此，學習科學研究若想對教育產生預期的影響，就需要學習科學研究人員、教學設計人員及教學實踐人員之間進行溝通與合作，將學習科學的理論原型轉化為具體學科課程的教學設計，并由一線教師在教學實踐過程中去實施和評價，以實現學習科學影響乃至改變教育的目標；同時，通過教學實踐對學習科學的理論原型進行檢驗，推動兩者之間形成一個相互補充、不斷完善的良性循環。

2 國際學習科學研究對中國教育改革與發展的啟示

（1）對培養學生核心素養的啟示

我國教育部提出學生發展的“核心素養”包括自主發展、社會參與和文化基礎等。基于此，借鑒國際學習科學的相關研究成果，本研究提出了“核心素養”導向的學習科學研究框架（如圖4所示），以幫助理解核心素養與學習科學研究理論之間的關系，并探討如何設計合適的學習環境以支持學生核心素養的發展。具體來說，國際學習科學對“核心素養”導向的學習科學研究框架的啟示主要如下：①國際學習科學認為學生的能力是一個綜合性概念，同時涉及情感、認知、社會和動機等因素，并且具有文化屬性，因此研究框架的設計需充分考慮師生的個體變量、能力素質和需求，以更好地支持學習過程；②國際學習科學認為學生不僅需要進行深度的學科知識學習，而且要發展人際間交流與合作的能力，因此研究框架的設計需提供合適的技術增強學習環境和學習內容表征與呈現方式，以促進學生的知識建構和能力提升；③在理解學習的本質、過程及規律的基礎上，設計符合學生能力與需求的學習環境、學習資源和學習過程，以全面提高學生的能力與素質，為國家的教育改革與發展作貢獻。

（2）對實施《教育信息化2.0行動計劃》的啟示

《教育信息化2.0行動計劃》提出了“三全兩高一大”的發展目標，對我國教育信息化目標的實現具有重要意義。國際學習科學研究的理論成果和實踐經驗對實施《教育信息化2.0行動計劃》具有重要的啟示意義：①國際學習科學研究重視對人工智能、認知計算和大數據等新技術的利用，同時強調借鑒認知心理學的研究成果，使網絡教學環境為教與學提供便利的同時，提供認知、動機和元認知支架等心理因素和認知過程的支持，降低學習的認知負荷、促進高階學習成果的取得。而教學應用、學習應用和數字校園建設的全面覆蓋均屬于學習技術環境構建的范疇，故可以借鑒國際學習科學關于網絡教學環境建設方面的研究成果。②“數字資源服務普及行動”可以借鑒國際學習科學關于多媒體教學、知識表征、概念理解和轉變等方面的研究成果，完善數字教育資源的技術架構與服務體系。③研究與實踐方法方面可以借鑒國際學習科學采用基于設計的研究方法，推動學習科學的理論原型向教學設計和實踐應用方案的落地，以推動信息技術與教育的深度融合。

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Research on the International Learning Sciences based on Knowledge Map

DENG Guo-min1ZHANG Li-ping2

The paper used the CiteSpace software to analyze the knowledge map and content of 2352 learning sciences research literature data collected in the core database of Web of Science. It was found that the currently hot topics of international learning sciences research mainly focused on seven dimensions, including teacher & student, learning process, learning content, cognitive psychology, technological environment, and learning outcome and learning science. Meanwhile, the main research results in the seven dimensions were presented. In addition, the development trend of learning sciences research and its implications to China’s education reform and development were discussed, expecting to provide reference for promoting the construction, application and research of learning theory under the information environment.

learning science; knowledge map; core competency; education informatization 2.0; hot topic

G40-057

A

1009—8097（2018）07—0011—07

10.3969/j.issn.1009-8097.2018.07.002

本文為貴州省教育廳高校人文社會科學研究項目“教師采用開放教育資源之創新擴散過程研究”（項目編號：14ZC262）的階段性研究成果。

鄧國民，副教授，博士，研究方向為學習科學和教育信息化，郵箱為dam1981@126.com。

2018年5月12日

編輯：小米