基于ICAP理論的教師在線學習認知投入研究

[摘" "要] 學習投入是影響學習者學習績效的關鍵因素。為提高教師專業學習的質量，探尋教師在線學習中認知投入的特征及其與學習績效之間的關系，文章以參加了在線專題課程學習的80名小學教師為研究對象，基于ICAP理論進行內容分析和認知網絡分析，通過相關分析和T檢驗探討了教師的認知投入與學習績效之間的關系。研究發現：教師在線學習認知投入主要集中在主動型投入和建構型投入，呈現出以“總結—闡述”為核心、與“闡述”相關的連接逐漸增強的網絡結構，對短期學習績效及長期行為績效均有重要影響。教師認知投入的特征與認知網絡的演變規律可以為提升教師在線學習質量，進而推動課堂教學創新實踐提供參考。

[關鍵詞] 學習投入； 認知投入； 在線學習； 教師學習； ICAP學習方式分類學

[中圖分類號] G434" " " " " " [文獻標志碼] A

一、引" "言

在教育數字化轉型背景下，在線學習已成為促進教師學習與專業發展的一種重要的學習方式，不僅體現在有組織的教師研修項目中，如近年來教育部在每年寒暑假利用國家智慧教育公共服務平臺開展的系列在線研修項目，而且還出現在教師的自主學習中。在線學習為教師提供了時空便利、緩解了工學矛盾、增加了學習機會，但教師是被動學習還是主動學習，在線學習能否對課堂教學實踐真正產生作用？這些關于教師在線學習效果的問題值得深入探究。研究表明，學習質量很大程度上取決于學習者的學習投入[1]。本研究將從靠譜COP項目（The Teacher's Online Communities Of Practice，簡稱“靠譜COP”）中的一個在線專題課程學習入手，探索教師的在線學習認知投入情況及其與學習績效之間的關系，以期為教師在線學習提供借鑒。

二、文獻綜述

（一）學習投入研究

學習投入是教育領域的一個重要研究議題。學習投入是學習者在學習過程中所付出的精力和努力程度，是衡量學習者學習過程質量的重要指標，可以通過學習者的行為、認知、情感、社會交互等指標觀察測量[2-3]。近十年，國外關于學習投入領域的研究主要集中在概念框架、指標體系、測量方法、影響因素等方面[4]，國內許多研究者也在積極探索學習投入的特征水平、影響因素、結構模型、提升策略等。

在由行為投入、認知投入、情感維度和社交投入組成的學習投入中，認知投入是學習者有意義學習的先決條件，是聯結另外三個維度的中介變量，對學習質量的影響較大，也是學習者學習由外部支持到實際行動的內部轉化過程[5]，因此，受到研究者的重點關注。認知投入指學習者經過深度思考后的認知表現，強調學習者的自我調節、深度學習[4]。Lin等從學習策略應用出發，將認知投入分為無關型、情感型、直白型、解釋型、總結型、評判型、反思型、指導型等8種類型，并采用內容分析法分析學習者在線學習認知投入情況[6]；郭利明等基于這種分析框架實現了利用人工智能算法自動識別認知投入情況，進而探索動態認知投入及其對知識建構的影響[7]；劉繁華等基于布魯姆教育目標分類理論，按照從簡單到復雜的認知過程，將認知投入分為記憶、理解、應用、分析、評價、創造[8]；Atapattu等人利用ICAP框架和神經詞嵌入技術進行認知投入的自動分析[9]。研究表明，認知投入與學習績效具有顯著的正相關關系，深層認知投入更有助于提高學習績效[10-11]。因此，研究認知投入有助于為學習者提供針對性的教學干預和過程性的學習支持，進而提高學習質量。

（二）ICAP學習方式分類學理論

“ICAP學習方式分類學”（簡稱“ICAP理論”）是由美國亞利桑那州立大學的季清華教授等人經過一系列猜想、概念論證和實證研究后提出的一種帶有行為特征的認知參與理論[12]。近年來，ICAP理論受到越來越多的關注，研究者將其用于課堂學習活動設計、任務設計、翻轉課堂、教學模式變革、課堂診斷等，以期促進學習方式轉變。ICAP理論根據學習者在學習中呈現出的外顯行為，將學習方式分為被動學習（Passive）、主動學習（Active）、建構學習（Constructive）和交互學習（Interactive），對應的知識變化過程分別是儲存、整合、推斷、協同推斷，產生的知識變化結果分別是記憶、應用、遷移、共創，四種學習方式產生的學習效果依次遞增[12-13]。ICAP理論從可操作性角度對認知參與活動進行了明確界定，能夠將學習者的內部認知心理過程與可被直接觀察到的外顯行為結合起來，區分學習者在學習過程中的認知投入程度，因此，為研究教師在線學習的認知投入提供了重要的理論基礎。

（三）研究縫隙

現有關于學習投入或認知投入的研究，基本是以全日制大學生為研究對象，而很少對中小學教師的認知投入進行研究。與大學生的學習不同的是，教師的學習是一種面向實踐的學習，學習的結果也會體現在其教育教學實踐中。對大學生的學習投入研究得到的結論是否適用于中小學教師，教師的認知投入有哪些特點，認知投入各維度之間具有怎樣的關系，教師的認知投入對課堂教學有沒有影響？這些問題尚未解決，還存在較為明顯的研究縫隙，需要進一步開展實證研究。為此，本文確定的核心研究問題是：教師在線學習中認知投入的特征及其與學習績效之間的關系。

三、數據收集方法與分析方法

（一）研究對象與樣本

2024年1月，北京市某地區靠譜COP項目教師以在線方式參加了筆者所在團隊開發的《問題化教學方法與策略》專題課程學習，共8節課，每節課的視頻時長為30～40分鐘，包括問題化教學的原理、方法、策略、工具及案例等內容。學習期間，教師需要每天自主學習一節視頻課程，并發表學習觀點，與同伴、專家交流研討；教師需要完成2份課程作業，專家團隊對作業進行評價反饋；教師在參加專題課程學習前和學習后需要分別提交一節常態課教學實錄視頻，以反映其課堂教學改進情況。

本研究的研究對象需同時滿足以下三個條件：第一，在規定時間內完成了8個視頻課程學習，并參與過在線交流研討；第二，提交了2023年9—12月執教的一節常態課教學實錄視頻；第三，提交了2024年3—6月執教的一節常態課教學實錄視頻。本研究將滿足上述三個條件的80名教師作為研究對象與樣本。其中，女教師67人，男教師13人；教齡小于5年的新手教師31人，教齡為5～10年的勝任教師21人，教齡大于10年的成熟教師28人；語文教師13人，數學教師28人，英語教師19人，科學教師20人；學段全部為小學。

（二）數據收集與分析方法

1. 教師的認知投入數據

基于ICAP理論對教師在學習期間發表的397條有效的觀點文本進行內容分析、編碼，得到認知投入數據，并采用描述性統計和認知網絡分析方法進行相應的數據分析。對兩位編碼人員的編碼結果進行一致性檢驗，Kappa系數為0.885（Kappagt;0.6），有較高的一致性。

2. 教師的短期學習績效數據

教師的短期學習績效數據，即教師在學習期間的作業得分數據。由參與專題課程開發、具有豐富的中小學教學改進指導經驗的6名專家根據評分標準分別對教師的2份作業進行評價，得到作業得分數據。

3. 教師的長期行為績效數據

教師的長期行為績效數據，即教師通過學習后發生的與課堂提問直接相關的教學行為改進數據。課堂教學實錄視頻主要采取線上收集的方法，由教師自行將教學實錄視頻上傳到靠譜COP平臺，通過AI自動分析技術與人工核驗相結合的方式，采用記號體系分析方法將課堂教學視頻這類非結構化數據轉化為結構化數據，獲得課堂教學行為變量。其中與課堂提問直接相關的教學行為包括教師提出的問題類型和教師采取的回應方式[14-15]，見表1。

（三）認知投入分析編碼框架

ICAP理論適用于學習過程聚焦在學習者如何利用材料進行學習的情境，有利于研究者更好地判斷和評價學習者針對學習材料的認知投入情況，因此，本研究采用ICAP理論作為認知投入分析編碼框架，將認知投入分為被動型投入、主動型投入、建構型投入和交互型投入，見表2。由于研究對象全部都進行了被動學習，因此，不再對被動學習進行編碼。

四、數據分析與討論

（一）教師在線學習認知投入特征分析

1. 認知投入整體特征

教師在線學習認知投入中，64.74%為主動型投入，29.72%為建構型投入，5.54%為交互型投入，各子維度的基本情況見表3。均值最大的是主動型投入中的“總結”，其次是建構型交互中的“闡述”，最小的是交互型投入中的“建立在他人之上”，沒有出現“辯護”。反映出教師的認知投入以主動型投入為主，特別是通過對材料中的內容進行選擇、重復或刪除來作總結，使得原有認知結構更加完整或得到強化。王紅梅等人的研究表明，師范生在線學習進行作業和討論時，更傾向于做總結[16]，可見，無論是職前還是職后學習者，都傾向于進行總結式主動學習。在建構型投入中，教師更傾向于通過舉例等方式闡述材料以外的建議、解釋或觀點，通過類比、演繹等在新舊知識間建立聯結，在遷移運用中產生新知識。在為數不多的交互型投入中，教師傾向于贊同其他學習者的觀點，或者在此基礎上闡述自己的觀點，在對話中整合他人的知識，但沒有出現與其他學習者辯論或爭論。

2. 不同階段的認知投入特征

根據教師在學習期間發表的觀點數量分布情況，將教師的學習分為前期和后期兩個階段：前期共發表185條有效觀點，后期共發表212條有效觀點。兩個階段的認知投入分布情況如圖1所示。

學習前期，主動型投入占比高達77.84%；到了后期，建構型投入明顯增多，占比為39.62%，交互型投入也有所增加，但占比仍然非常低。主動型投入的難度不大，大多數教師從學習一開始就可以通過重復、強調或總結材料中的觀點獲取材料中的關鍵信息，產生主動型學習；隨著學習的深入，教師對學習方式和學習內容越來越熟悉，開始通過提問、結合舉例闡述甚至創造來開展建構型學習；交互型投入也逐漸增多，部分教師能在建構學習的基礎上，開始與其他學習者進行交互，對其他學習者的觀點表示支持并發表新的觀點。因此，為教師提供在線學習的助學支持服務時，建議從學習初期就為教師提供促進建構學習和交互學習的學習支架、工具等支持，將更有利于提升教師的認知投入水平。

（二）教師在線學習認知投入的認知網絡分析

認知網絡分析可以對個體或群體的復雜認知網絡進行可視化表征，直觀地分析或對比不同的復雜認知網絡[17]。為進一步探究教師認知投入的認知網絡發展特征，以學習階段和教師為單元進行認知網絡分析，得到兩個階段的二維質心分布圖，如圖2所示。

圖2中，兩個階段教師分布投影到二維空間的散點具有明顯的差異。對兩個階段平均網絡的質心位置進行T檢驗，兩個階段的認知網絡在第一維度上存在顯著差異（前期M=-0.13；后期M=0.13；t（139.33）=-5.91；p=0.00lt;0.05；Cohen's d=0.94）；而在第二維度上沒有差異。因此，學習前期節點間的連接在橫軸負方向上更強，而學習后期節點間的連接在橫軸正方向上更強。

進一步分析兩個階段教師認知投入中各二級維度之間的關系，得到了兩個階段的認知網絡圖和疊減圖，如圖3所示。學習前期，教師認知投入的最大節點是“總結”，“總結”與“重復”“闡述”“強調”的連接性最強，連接系數分別是0.29、0.28、0.26，“總結”與“提問”的連接系數是0.15。學習前期教師的認知投入出現了以“總結”為核心，在主動型投入內部維度之間及主動型投入與建構型投入之間較強連接的認知網絡。學習后期，教師認知投入的最大節點是“總結”和“闡述”，兩者的連接性最強，連接系數也是0.28，“強調”與“總結”“闡述”的連接系數均為0.12。學習后期教師認知投入呈現出“總結”“闡述”雙核心，并在兩者的強連接基礎上，三種認知投入類型之間的連接增多。 “后期—前期疊減圖”顯示“闡述”與“提問”“創造”“支持”之間的連接明顯增強，“總結”與“強調”“重復”“提問”的連接明顯減弱。從圖2也可以看到，教師認知投入的結構從第二、三象限演化到第一、四象限，而處于第一、四象限的節點，主要為建構型投入和交互型投入。整個學習過程中，“總結”與“闡述”是教師認知投入中最主要的兩種行為，且始終保持著強連接，隨著學習的深入，與“總結”相關的連接逐漸減弱，而與“闡述”相關的連接逐漸增強，建構型投入與交互型投入之間的連接更加豐富。

（三）教師在線學習認知投入與學習績效的關系

認知投入能夠通過學習績效來反映學習質量[8]。常用的柯氏評估模型將培訓項目的評價分為四個層次，分別是反應層、學習層、行為層和結果層[18]。本專題課程學習期間，主要通過參與度統計、滿意度調查進行反應層評價，全部學完視頻課程的教師超過80%，教師的滿意度為97.51%；將學習期間的2次作業作為學習層評價，作業得分即為短期學習績效；將教師學習前與學習后的課堂教學行為變化作為行為層評價，教學行為改進情況即為長期行為績效；結果層需要考察對教師所在學校的影響，而且通常需要經過更長的周期才能產生效果，本研究不涉及。接下來分別探討認知投入與短期學習績效、長期行為績效之間的關系。

1. 認知投入與短期學習績效的關系

采用皮爾遜相關分析，得到教師認知投入與短期學習績效的相關關系，見表4。

由表4可以看出，建構型投入與交互型投入與短期學習績效呈正相關，其中，“闡述”與短期學習績效顯著正相關。當教師在學習中能結合具體例子進行解釋或闡述觀點時，意味著其真正消化、理解了材料中的內容，能將材料中的內容與教育教學實踐進行緊密結合，并進行了深入思考，能夠在作業中真正運用所學內容，因而取得的短期學習績效相對較高。這與劉繁華等人基于本科生開展的研究結論相似，即“應用”與學習績效顯著正相關，學習者越能將所學內容應用到真實案例中，越有助于提高學習績效[8]。這也啟發我們，在為教師提供在線助學支持時，需要通過支架等方式誘發教師建立與教育教學具體實例的聯結，以促進其真正理解課程內容。

將僅達到主動型投入的教師作為淺層認知投入組，將達到建構型投入或交互型投入的教師作為深層認知投入組，經過獨立樣本T檢驗，發現在95%的置信水平上，深層認知投入組的短期學習績效顯著高于淺層認知投入組（plt;0.01）。這也進一步說明認知投入水平的高低對短期學習績效有顯著影響。

2. 認知投入與長期行為績效的關系

教師學習的內容是否能夠反映在其課堂教學行為上，學習前后的教學行為變化是檢驗學習效果的最重要指標。將學習前后兩個學期與課堂提問有關的課堂教學行為數據進行配對樣本T檢驗，發現：在專題課程學習后，課堂中教師提出的創造性問題、批判性問題、對學生進行的重復肯定、提升肯定、追問和邀請學生評價均高于專題課程學習前。其中，教師提出的創造性問題、追問、邀請學生評價均顯著高于專題課程學習前（plt;0.01），教師提出的批判性問題也顯著高于專題課程學習前（plt;0.05）；教師提出的記憶性問題、推理性問題、簡單肯定和否定均低于專題課程學習前，其中，教師提出的記憶性問題和簡單肯定均顯著低于專題課程學習前（plt;0.01）。這說明經過專題課程學習后，課堂發生了明顯的正向改變，教師提出的低階問題比例下降，提出的高階問題比例相應增多，教師能根據學生回答進行追問并邀請學生評價，促進學生的深度思考。

將教師的認知投入與課堂教學行為改進之間進行皮爾遜相關分析，發現：認知投入總量與創造性問題改進呈顯著正相關關系（r=0.233， 在0.05級別相關性顯著），其中，主動型投入中的“強調”與記憶性問題改進呈顯著正相關關系（r=0.234，在0.05級別相關性顯著）；交互型投入中的“支持”與創造性問題改進呈顯著正相關關系（r=0.285，在0.05級別相關性顯著），且與邀請學生評價增量呈顯著正相關關系（r=0.272，在0.05級別相關性顯著）。這說明教師在線學習中能夠著重關注和強調材料中的部分內容，會減少課堂中提出的記憶性問題。在交互型投入中，能支持其他學習者的觀點，表明愿意與其他學習者交流互動，這樣的學習行為會增加課堂中提出的創造性問題，并且學生回答之后，也更傾向于邀請其他學生進行評價，這也印證了“教師如何學習會反映在他如何教學上。”記憶性問題（負向）、創造性問題（正向）是高質量課堂教學的主要特征[19]，教師的認知投入水平越高，越有利于課堂教學的有效改進。

此外，深層認知投入組的記憶性問題、創造性問題、批判性問題、重復肯定、否定的改進情況均高于淺層認知投入組，經過獨立樣本T檢驗發現，在95%的置信水平上，創造性問題改進具有顯著差異（plt;0.05）。進一步說明認知投入水平的高低對長期行為績效有顯著影響。

五、研究結論與建議

（一）教師認知投入主要集中在主動型投入和建構型投入

教師在線學習認知投入主要集中在主動型投入和建構型投入，交互型投入較少，這與大學生的認知投入特征基本一致[16，20]。教師在線學習中最常出現的認知投入行為是“總結”和“闡述”，也經常會出現“重復”“強調”“提問”“創造”和“支持”；但是“建立在他人之上”表達自己觀點和“辯護”等交互行為出現得非常少，缺少有分歧的觀點和批判的聲音[21]，反映出教師在線學習中的認知投入仍有較大提升空間。從時間維度來看，前期以主動型投入為主；后期建構型投入明顯增多，交互型投入始終處在較低水平。主動型投入是教師在線學習的基石，強調對學習內容的加工與理解，體現了教師自我驅動、積極探索的學習態度；建構型投入強調學習者通過整合新舊知識、形成個人見解來構建知識體系，體現了教師的深度思考與知識建構；交互型投入強調與其他學習者之間的觀點交互與批判修正，體現了教師的深度學習和批判性思維。為促進教師的交互型投入，需要利用有效的引導機制增強教師的交互意愿與能力，鼓勵教師之間進行深度對話與論證建構。

（二）教師認知投入呈現出以“總結—闡述”為核心的網絡結構

“總結”與“闡述”作為教師認知投入的主要行為，緊密相連，構成了一個穩固的核心。這一核心體現了教師從學習材料中提煉關鍵信息，并結合教育教學實踐進行個性化理解的學習過程，反映出教師對知識客觀屬性的重視。知識的客觀屬性提供了理解和應用知識所必需的穩定性和確定性，是教師構建和完善自身認知結構的重要基礎。隨著學習的深入，與“總結”相關的連接逐漸減弱，而與“闡述”相關的連接逐漸增強，這一變化標志著教師學習重心的轉移。教師開始更多地通過“闡述—提問”和“闡述—支持”的連接，與其他學習者進行深度互動，共同探索知識的邊界，推動知識的網絡化發展。知識的網絡屬性在這一過程中得到充分體現，知識從精加工的符號化信息回歸到人類的全部智慧，知識的形態從靜態的線性知識演變為動態的網絡化知識[22]。教師開始充分利用在線學習的便捷性，通過尋徑、意會、辨識和創生等認知活動，與學習共同體中的其他成員進行深度交互，共同構建知識網絡，實現基于創造的知識生長[23]。認知網絡結構的行為特征及發展演變不僅揭示了教師在知識吸收與轉化過程中的關鍵行為模式，也體現了其認知結構的動態性與復雜性。

（三）教師認知投入對短期學習及長期行為績效均有重要影響

教師的認知投入對短期學習績效和長期行為績效均有顯著正向影響。建構型投入和交互型投入均與短期學習績效存在顯著正相關關系。在建構型投入中，“闡述”這一行為尤為突出，它不僅是教師將新知識內化并重新表述的過程，更是促進深度理解的關鍵環節。通過“闡述”，教師能夠更有效地整合新信息與已有知識體系，從而顯著提升短期學習績效。這一發現強調了教師作為知識建構者的角色，以及其在學習過程中的主動性與應用性。在長期行為績效方面，認知投入與創造性問題的改進之間存在顯著正相關關系。在主動型投入中，“強調”行為有利于記憶性問題的減少；在交互投入型中，“支持”行為有利于創造性問題和教師邀請學生評價行為的增多，凸顯了認知投入在促進教師知識遷移與創新方面的重要作用。可見。教師認知投入不僅直接影響短期學習成效，更在長遠意義上塑造了教師的行為績效。高認知投入的教師傾向于對課程材料進行內容甄選、評價與重新審視，他們不僅能夠有效地聯結新舊知識，還通過分享知識和觀點，以互助的方式深化知識加工，形成良性循環。這一過程不僅促進了教師個人認知結構的優化，也為課堂教學實踐的持續創新提供了源源不斷的動力。

（四）提升教師認知投入的策略建議

1.設計指向高階思維發展的學習任務以促進教師的建構型投入

設計“構建開放型概念圖”學習任務，讓教師基于課程學習材料，圍繞課程或專家團隊提出的焦點問題，建構性地生成新信息，將所學知識從整合發展到推斷，實現知識的遷移[24-25]。

2.提供交互支架和交互示范以促進教師的交互型投入

設計需要多人協作方能完成的學習任務或設置具有挑戰性的辯論議題，通過提供交互支架和交互示范等支持，引發教師的智慧觀點或社會認知沖突，引導教師在對課程知識理解的基礎上進行深入的創造性思考和批判性思考，與學習伙伴協同推斷，實現知識共創。

3.利用認知投入中的關鍵行為以提升教師的學習績效

在認知投入的諸多二級維度中，“強調”“闡述”與“支持”這三個關鍵行為與教師的學習績效顯著相關，因此，要充分利用這三種關鍵行為。在開展助學支持時，通過向教師提問、給教師做示范、邀請教師參與互動等方式加強對教師學習過程的指導與支持，特別是利用關鍵行為之間的連接關系設計相應對話支架，促使教師深入理解學習內容，與教育教學實踐案例建立聯結，并積極在學習組織中進行觀點表達，讓教師在深度參與中得到發展，提高績效。

六、結 束 語

教師在線學習認知投入不僅關乎教師個人的學習成效，更是推動教育創新、提升教師專業學習質量的關鍵因素。教師在線學習中交互型投入不足，可能會導致教師缺乏持續學習的動力，無法從社交支持中獲得更多的學習機會，制約了教師發展的創新性和批判性思維，因此，很難真正在其課堂中培養學生的創新性和批判性思維。提高教師在線學習的投入特別是交互型投入是教育數字化轉型中教師專業學習提質增效的重要一環。未來，還需要對教師更長周期、融合多種學習方式的在線學習認知投入進行動態分析，也需要納入教師的行為投入、情感投入和社交投入等進行綜合考量，以探尋改善教師在線學習投入的方法路徑，為豐富教師在線學習課程開發、提升在線助學支持服務、促進學習社區養成等提供更充分的依據，真正提升教師教育質量。

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Research on Teachers' Cognitive Engagement in Online Learning Based on"ICAP Theory

ZHANG Minxia1，" ZHANG Yan2

（1.College of Education， Capital Normal University， Beijing 100048;

2.Beijing Fangshan Teachers Training School， Beijing 102401）

[Abstract] Learning engagement is a key factor that affects learners' learning performance. In order to improve the quality of teachers' professional learning， and to explore the characteristics of teachers' cognitive engagement in online learning and its relationship with learning performance， the study took 80 primary school teachers who participated in online thematic courses as the research objects， conducted" content analysis and cognitive network analysis based on ICAP theory， and" explored the relationship between teachers' cognitive engagement and learning performance through correlation analysis and T-test. It is found that teachers' cognitive engagement in online learning mainly focuses on active and constructive engagement， which presents a network structure with \"summary-elaboration\" as the core and gradually strengthened connections related to \"elaboration\"， and has significant impacts on both short-term learning performance and long-term behavioral performance. The characteristics of teachers' cognitive engagement and the evolution law of teachers' cognitive networks can provide a reference for improving the quality of teachers' online learning and promoting the innovative practice of classroom" teaching.

[Keywords] Learning Engagement; Cognitive Engagement; Online Learning; Teacher Learning; ICAP" Learning Style Taxonomy

[作者簡介] 張敏霞（1980—），女，山西晉城人。高級實驗師，博士，主要從事教師專業發展與智能學習支持環境研究。E-mail：zhangminxia01@163.com。