第餐剂 0n教有凭之 24 学习科学与科学教育的共同演进 一与国际学习科学学会前主席马西娅·林教授对话 本刊特约记者裴新宁 [摘要】马百短·林（山由CLm是关国加州伯克利大学教有所生院 ,曾任美国科学促选 a器 网络的科学探究环境(W5E)。20102017年间，地多次到访华东师范大学，就如何 将学习科学理论与科学教有实践相结合及利用技术促进儿童的科学理解，与华有 师范大学学习科学研究中心开展合作。期间，笔者与马西娅·林就学习科学的 生与发展、与科学教育及其变革的关系等进行了交流。我们交流的共识让笔者深 信，技术时代的科学教育需以学习科学为基础。学习科学因教育实践而生、为数育 实线而菜，并扎很实战，服务于教南变率， 毫无疑问.学校的成功变革需要基于学习的本质。伦敦举办的2018国际学习 科学会议(1CS2018)将主题定为“重新思考数字时代的学习—赋子学习科学重 "Rethinking learning in the digital age:making the Learing Sciences count). 重申了学习科学的不可替代性·会议强调，面对工作场所及教育中的人工智能与自动化，我们必须重新思考学 生究竟需要学什么、教师究竞该如何教。会议号召，科学家、教有研究者和实践者晏通过跨学科的方式联合探东 真实世限中的学习问题，理解究意怎样可以促进学习。会议明确，重视学习科学是为了给教有技术商业化以切 实引导，确保其在教育中的良好发展。本文整理出部分对话与读者分享，期望对我国教育变苹研究与实践有所 启发。文章的主要观点是：学习科学与科学教有是共同演透的。学习科学的溪生和研究推选很大程度缘起于科 学教有发展的需要：美国科学数育发展的百年历程显示了学习研究的范式转型：利用系统化的技术设计增强科 学学习，是促进深度学习和提升科学教有质量的重要途径。面对教有创新的种种问题，我们应重视学习科学，特 别是要侵进教有拉术的息好应用」 [关键词】学习科学：科学教育：教育技术：教育创 [中图分类号】G442 [文献标识码】A [文章编号】1007-2179(2018)04-0004-09 记者：林教授，您作为认知与发展研究专家和 人认为您是科学教育研究的领军者。在您看来， 国际学习科学学会前主席，领导开展了众多科学 科学教有和学习科学是怎样的关系？ 教育创新项目，在全美乃至全球产生了重要影响 您本人也获得了“科学教育终身成就奖”等。许多 林教授：很多人问过类似的问题。比如，你是研 究学习科学的，还是研究科学教育的？学习科学作 收稿日期]20180414 [作者简介】最新宁，教授，博士生乎师，华东师范大学教师教有学院，华东师范大学学习科学研完中心共同主任，研究方向 F设计(xnpei kex. 欧a要女士天氧市速田件出大型 ·4. (C)1994-2023 China Academie Joural Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.enki.net
书 学习科学与科学教育的共同演进 ———与国际学习科学学会前主席马西娅·林教授对话 本刊特约记者 裴新宁 ［摘要］ 马西娅·林( Marcia C． Linn) 是美国加州伯克利大学教育研究生院 教授、美国教育科学院院士，曾任美国科学促进会教育分会主席、国际学习科学学 会主席。她提出了知识整合理论并领导开发了技术增强的学习环境平台———基于 网络的科学探究环境( WISE) 。2010-2017 年间，她多次到访华东师范大学，就如何 将学习科学理论与科学教育实践相结合及利用技术促进儿童的科学理解，与华东 师范大学学习科学研究中心开展合作。期间，笔者与马西娅·林就学习科学的诞 生与发展、与科学教育及其变革的关系等进行了交流。我们交流的共识让笔者深 信，技术时代的科学教育需以学习科学为基础。学习科学因教育实践而生、为教育 实践而荣，并扎根实践，服务于教育变革。 毫无疑问，学校的成功变革需要基于学习的本质。伦敦举办的 2018 国际学习 科学会议( ICLS2018) 将主题定为“重新思考数字时代的学习———赋予学习科学重 要使命”( Ｒethinking learning in the digital age: making the Learning Sciences count) ， 重申了学习科学的不可替代性。会议强调，面对工作场所及教育中的人工智能与自动化，我们必须重新思考学 生究竟需要学什么、教师究竟该如何教。会议号召，科学家、教育研究者和实践者要通过跨学科的方式联合探索 真实世界中的学习问题，理解究竟怎样可以促进学习。会议明确，重视学习科学是为了给教育技术商业化以切 实引导，确保其在教育中的良好发展。本文整理出部分对话与读者分享，期望对我国教育变革研究与实践有所 启发。文章的主要观点是: 学习科学与科学教育是共同演进的。学习科学的诞生和研究推进很大程度缘起于科 学教育发展的需要; 美国科学教育发展的百年历程显示了学习研究的范式转型; 利用系统化的技术设计增强科 学学习，是促进深度学习和提升科学教育质量的重要途径。面对教育创新的种种问题，我们应重视学习科学，特 别是要促进教育技术的良好应用。 ［关键词］ 学习科学; 科学教育; 教育技术; 教育创新 ［中图分类号］ G442 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1007－ 2179( 2018) 04－ 0004－09 ［收稿日期］2018-04-14 ［修回日期］2018-06-28 ［DOI 编码］10． 13966 /j． cnki． kfjyyj． 2018． 04． 001 ［基金项目］2017 年度教育部人文社会科学研究规划基金项目“课堂对话的视频分析研究”( 17YJA880109) 。 ［作者简介］裴新宁，教授，博士生导师，华东师范大学教师教育学院，华东师范大学学习科学研究中心共同主任，研究方向: 学习科学、科学教育、课程与教学设计( xnpei@ kcx． ecnu． edu． cn) 。 ［致谢］感谢郑太年博士、赵健博士、金莺莲博士、肖思汉博士、王美博士、吴开天老师和一线参与教师为合作项目付出大量的 努力，感谢合作单位上海市闵行区教育学院为项目开展提供的有力支持。感谢金莺莲博士协助校对全文。 记者: 林教授，您作为认知与发展研究专家和 国际学习科学学会前主席，领导开展了众多科学 教育创新项目，在全美乃至全球产生了重要影响， 您本人也获得了“科学教育终身成就奖”等。许多 人认为您是科学教育研究的领军者。在您看来， 科学教育和学习科学是怎样的关系? 林教授: 很多人问过类似的问题。比如，你是研 究学习科学的，还是研究科学教育的? 学习科学作 ·4· 第 24 卷 第 4 期 2018 年 8 月 开放教育研究 Open Education Ｒesearch Vol． 24，No． 4 Aug． 2018
装新宁，学习科学与科学教育的共同演选一与国际学习科学学会前主席马西证·林教授对话 0ER.2018.244) 为跨学科领域，其使合在于揭示有效学习的认知和 机制让不同学习者都获得必各的知能，然而这对罩 社会过程，以设计促进有效学习的环境。研究人员 校教育构成了巨大挑战，同时许多教育技术还未正 来自与学习研究有关的团队，如认知科学、教育心理 确地用于教育新发展。这需要通过跨学科合作，弥 学、教育研究、人类学、计算机科学等：教育团队中许 合现实鸿沟。 多研究者来自科学教育领域。不同学科的研究者被 记者：深度学习、基于“大概念”的课程组织己 此合作，生产出关于学习的新认识以及学习研究的 新方法和新思路(Sawyer,2014:3)。在今天这一变 成为众多发达国家科学教育设计的基本原则，也 深入到教学、评价和教师培养等方面。中国正在 革时代，如果家长、学校或教师、技术人员乃至决策 研制的科学教有指南框架，也借鉴了“大概念”的 人不了解学习科学，可能还会诉诸“授受主义”( 思想，但研究和实践调到了困难，同仁们一直在寻 structionism)或吸入取向”(abso ption),那么改革就 不会前进。研究者也意识到，在既有研究里很难对学 找适应学习复杂性的解释和研究方法 当我们不 习复杂性研究取得突破。建立学习科学，就是要破除 满足于己有的学科研究而试图诉诸新学科范式 时，自然考虑到“边界”间题。学习科学与认知和 这种“箱隔化”藩篱，形成新的跨学科的研究范式。 学、教育心理学等密切关联，但它们的研究范酵侧 学习科学的诞生和研究很大程度缘起并依 于科学教 。首先 科学教育的变革和发展困境 重不同，研究方法及证据的尺度规格亦不同。 如，关于推理的研究，认知科学或认知心理学可) 提出了建立学习科学的需求。我们看到，许多 基于以秒到小时为单位的数据，所用方法通常是 为流传的传统学习理论，己无力解释今天学校科 要素取向的(Sawver,2014:27):而学生在教育实 学学习和教学的有效性问题。其次，科学教育为 一两节课得基 新学科的发展提供了实验土壤 跨学科的建 践场景中很少能靠几分钟或 知能，嵌于社会文化背景的学习变化至少是 需要有跨学科的研究问题、研究方法和理论建构 “月”乃至“年”来衡量的，需要持续的干预和系统 罗杰·香克(Roger Shank)、罗伊·皮(Roy Pea)、阿 分析方法。在知识研究方面，认知心理学侧重 兰·柯林斯(Allan Collins)等学习科学的莫奠基者（他 们是早期的人工智能专家或认知科学家)，深入 知识的分类或模型建构（比如，陈述性知识、程序 性知识、智慧策略 针对“概念 ”的习得，心理 究了影响自然科学学习的复杂因素，发展出新理论 学家努力建构概念学习的一股模型和针对一般学 及计算机化的理论模型，为科学教育作出了重要贡 习笛路的归纳。这些理论成果对确音理程内容县 献，他们自然也被认为是科学教育的学者。要知道 在许多学习科学家看来，科学教育的持续改进是 有启发的，但对教学的作用十分有限。这些研究 的关注点在 于要素性变量的控制及其结果，而 于学习的事业(learning enterprise)(Pea et al. 揭示和解读知识学习的内隐变化过程和对过程的 2008)。新的学习理论往往是先在科学教育中运用 多次影响。 并对科学教育产生影响，比如深度学习理论侣导 解为先，提出围绕少量的科学“大概念”组织科学词 林教授：是的。这些学习研究的结论，到了学习 程。美国K2科学教育新框架(NRC,20I2)充分 以复杂性整体表现的教育场景中，其说服力往往就 体现了这一原则，吸纳了学习科学家关于科学领域 减弱了。比如，在真实世界中，科学概念并非通过简 专家知识模型和真实性实践的研究成果。新框架的 单的教授习得，而是通过学习者的自我“转变”而进 核心研制队伍不仅有科学内容专家，还包括多位学 阶，需要学习过程的多次迭代甚至持续干预。 学习 习科学家。 者已有观念不同，往往有不同的学习困境和需要不 需提及的是，学习研究成果的迅速积累和科学 同的教学。如果教学未真正建立在学习者已有理解 教育起的新执湖，得信息技术的发展。羊国 的慧础上，那么追求学与教共同想使的一船概今知 面向21世纪关键能力培养学习模式的构建，是学习 识模型对特定学科的教学实我就很难奏效 因而 科学与信息技术合力激发的(U.S.Department of 局限在心理学范围研究概念学习等命题，就缺少了 Education,2010,2017)。理想的结果是，根据学习 真实性。“概念转变”在实践中才是个真问题，且学 5 C-02 China Academie Joumal Electronie Publishing House.All rights reserved. http://www.cnki.ne
为跨学科领域，其使命在于揭示有效学习的认知和 社会过程，以设计促进有效学习的环境。研究人员 来自与学习研究有关的团队，如认知科学、教育心理 学、教育研究、人类学、计算机科学等; 教育团队中许 多研究者来自科学教育领域。不同学科的研究者彼 此合作，生产出关于学习的新认识以及学习研究的 新方法和新思路( Sawyer，2014: 3) 。在今天这一变 革时代，如果家长、学校或教师、技术人员乃至决策 人不了解学习科学，可能还会诉诸“授受主义”( instructionism) 或“吸入取向”( absorption) ，那么改革就 不会前进。研究者也意识到，在既有研究里很难对学 习复杂性研究取得突破。建立学习科学，就是要破除 这种“箱隔化”藩篱，形成新的跨学科的研究范式。 学习科学的诞生和研究很大程度缘起并依赖 于科学教育。首先，科学教育的变革和发展困境 提出了建立学习科学的需求。我们看到，许多广 为流传的传统学习理论，已无力解释今天学校科 学学习和教学的有效性问题。其次，科学教育为 新学科的发展提供了实验土壤。跨学科的建立， 需要有跨学科的研究问题、研究方法和理论建构。 罗杰·香克( Ｒoger Shank) 、罗伊·皮( Ｒoy Pea) 、阿 兰·柯林斯( Allan Collins) 等学习科学的奠基者( 他 们是早期的人工智能专家或认知科学家) ，深入研 究了影响自然科学学习的复杂因素，发展出新理论 及计算机化的理论模型，为科学教育作出了重要贡 献，他们自然也被认为是科学教育的学者。要知道， 在许多学习科学家看来，科学教育的持续改进是关 于学 习 的 事 业 ( learning enterprise ) ( Pea et al． ， 2008) 。新的学习理论往往是先在科学教育中运用 并对科学教育产生影响，比如深度学习理论倡导理 解为先，提出围绕少量的科学“大概念”组织科学课 程。美国 K-12 科学教育新框架( NＲC，2012) 充分 体现了这一原则，吸纳了学习科学家关于科学领域 专家知识模型和真实性实践的研究成果。新框架的 核心研制队伍不仅有科学内容专家，还包括多位学 习科学家。 需提及的是，学习研究成果的迅速积累和科学 教育掀起的新热潮，得益于信息技术的发展。美国 面向 21 世纪关键能力培养学习模式的构建，是学习 科学与信息技术合力激发的( U． S． Department of Education，2010，2017) 。理想的结果是，根据学习 机制让不同学习者都获得必备的知能，然而这对学 校教育构成了巨大挑战，同时许多教育技术还未正 确地用于教育新发展。这需要通过跨学科合作，弥 合现实鸿沟。 记者: 深度学习、基于“大概念”的课程组织已 成为众多发达国家科学教育设计的基本原则，也 深入到教学、评价和教师培养等方面。中国正在 研制的科学教育指南框架，也借鉴了“大概念”的 思想，但研究和实践遇到了困难，同仁们一直在寻 找适应学习复杂性的解释和研究方法。当我们不 满足于已有的学科研究而试图诉诸新学科范式 时，自然考虑到“边界”问题。学习科学与认知科 学、教育心理学等密切关联，但它们的研究范畴侧 重不同，研究方法及证据的尺度规格亦不同。比 如，关于推理的研究，认知科学或认知心理学可以 基于以秒到小时为单位的数据，所用方法通常是 要素取向的( Sawyer，2014: 27) ; 而学生在教育实 践场景中很少能靠几分钟或一两节课获得基础性 知能，嵌于社会文化背景的学习变化至少是以 “月”乃至“年”来衡量的，需要持续的干预和系统 分析方法。在知识研究方面，认知心理学侧重于 知识的分类或模型建构( 比如，陈述性知识、程序 性知识、智慧策略等) 。针对“概念”的习得，心理 学家努力建构概念学习的一般模型和针对一般学 习策略的归纳。这些理论成果对确立课程内容是 有启发的，但对教学的作用十分有限。这些研究 的关注点在于要素性变量的控制及其结果，而非 揭示和解读知识学习的内隐变化过程和对过程的 多次影响。 林教授: 是的。这些学习研究的结论，到了学习 以复杂性整体表现的教育场景中，其说服力往往就 减弱了。比如，在真实世界中，科学概念并非通过简 单的教授习得，而是通过学习者的自我“转变”而进 阶，需要学习过程的多次迭代甚至持续干预。学习 者已有观念不同，往往有不同的学习困境和需要不 同的教学。如果教学未真正建立在学习者已有理解 的基础上，那么追求学与教共同规律的一般概念知 识模型对特定学科的教学实践就很难奏效。因而， 局限在心理学范围研究概念学习等命题，就缺少了 真实性。“概念转变”在实践中才是个真问题，且学 ·5· 裴新宁 . 学习科学与科学教育的共同演进———与国际学习科学学会前主席马西娅·林教授对话 OEＲ． 2018，24( 4)
装新宁学习科学与科学教有的兴同演透 与际学习科学学会前主房马西轻·林教投对话 0ER.2018,244) 牛的移今学习依静干已有观令与新概今之间的相石 历程(Linn et al.,2016),我们可以从时间轴和研究 影响。正加我们所见，国际上围绕着对这种相石影 聚焦两方面展开 响的解释，形成了概念转变研究的多个流派，大家 首先，从时间轴上可以将美国科学教育研究 要致力于识别不同概念所对应的学习进阶，并直接 为四个阶段：第一阶段，从1916年到1960年，标志 服务于面向能力发展的课程和评价标准的研制，成 为从杜威但导探究学习，到美用启动对Sun认(“ 为学习科学重要的组成部分。多数概念转变研究关 联卫星上天”事件)的应对。期间，不同领域（如心 注的是自然科学的主要概念（如能量、力、遗传等 理学、物理学、化学、生物学、工程学以及心理测验 儿童学习科料学概念的过程反映了人类对科学的认识 开展了与科学教育有关的“探究”研究。第二阶段 历程，文化特别是语言（中介工且）对科学樽念的理 从1960年到1980年，包括从资助新课程材料研发 解有直接影响。概念理解一直是科学素养的核心， 改进科学教育质量显然必须清楚学习的复杂性 Sci 这里需要注意学习与发展的领域特殊性和领域 纳(1960“螺旋式课程”的思想编制课程材料（教 一般性问题。过去，我们认为所有学科的教学都应 材)，学科专家与科学教育研究人员互动，评估新课 遵从某一共同的认知规律（出如，皮亚本儿童认知 程项目并与教师一起落实新教材。第三阶段，从 阶段说)，期望信息类型与认知结构之间是直接 1980年至1995年，从个人电脑的出现和人口多样 应关系 实际上，认知发展的研究极为丰富，往往 化，到第一次与科学教育有关的国际测验(Third I 忽路的重要发现是，学习者的意图性(intentions)而 ternational Mathematics and Science study)a15 非其“限制性”(constrains,皮亚杰术语)影响了他 中，科学教育的学者联合起来并吸引技术、职业发展 们观念库的多样性和复杂性 学习科学家通过对不 和社会学等领域的专家加盟，共同解决教育方面的 同领域的专家知识、创造力和迁移的整合研究揭示 挑战。响应美国科学基金会(NS “关注劳动力多 领域特殊性的发展对人的学习的影响非常大，领域 样化”的号召，科学教育研究集中研究如何满足多 一般性发展（比如，任移力）以领域特殊性研究为基 样化学习者的需要，建设基于标准的课程。第四阶 础。事实性知识或程序性知识，只有人们准确知道 段是1995年迄今，美国科学基金会资助成立了 它用在什么情境以及在新情境中如何加以修正时 列科学教育中心，学习科学研究成果不断涌现，不同 才是有效的，即需要成为可迁移的知识。也就是说 学科及理论观点的融合日渐普遍。科学教育研究者 理程性学习才是任移的条件。当然，这种千移性、理 整合了来自语言和文化等领域的洞见，拓宽了对科 解性学习是耗时的，要花时间训练学 者的模式识 学教育境脉的认识，开始兼顾校外学习机会 别技能并使其获得对未来结果进行预测的知识（即 记者：美国科学教育变革 直是世界科学教 深层知识)（布兰思福特等，2013：58）。这样的领 育发展的风向标。贿着一些主颗的提出或重现 域特殊学习训练具有一般意义，是为迁移而准备的 科学教育的本质不断被重新表述，剧新着人们为 不同内容及话题的学习有其自身特点，我们需要充 分重视领域特殊情境的学习。 科学教育的理解。在您看来，美国科学教育研 百年来变化的实质是什么？或者说，变化表象的 记者：对于领域特殊性问题，您能否结合科学 背后发生了什么？ 教育研究做些展开？比如，美国科学教育研究是 怎样发展的？不同时期的研究主题有哪些？ 林教授：这个问题可以从多个视角分析，比如学 习者、科学知识本质、教师观和技术进步等 无论 林教授：科技的讲步与学习科学的发展，带动美 哪个角度，我们都会发现，关键的线索是，这些阶段 国科学教育得以重建，使其从分立走向整合，指导提 伴随着人们对学习理解的深刻变化。下面从“学习 高全体美国人的科学素养，其中对青少年科学学习 者的研究”角度透视科学教育研究百年变迁中来自 的关注不仅在校内也包括校外，以培养他们 学习研究的影响 事科学学习的能力。审视美国科学教育研究的百年 起初，心理学家从记忆的角度研究个体学习，但 6 (C)1994-2023 China Academic loumnal Elec onic Publishing House.All rights reserved. //www.cnki.net
生的概念学习依赖于已有观念与新概念之间的相互 影响。正如我们所见，国际上围绕着对这种相互影 响的解释，形成了概念转变研究的多个流派，大家主 要致力于识别不同概念所对应的学习进阶，并直接 服务于面向能力发展的课程和评价标准的研制，成 为学习科学重要的组成部分。多数概念转变研究关 注的是自然科学的主要概念( 如能量、力、遗传等) 。 儿童学习科学概念的过程反映了人类对科学的认识 历程，文化特别是语言( 中介工具) 对科学概念的理 解有直接影响。概念理解一直是科学素养的核心， 改进科学教育质量显然必须清楚学习的复杂性。 这里需要注意学习与发展的领域特殊性和领域 一般性问题。过去，我们认为所有学科的教学都应 遵从某一共同的认知规律( 比如，皮亚杰儿童认知 阶段说) ，期望信息类型与认知结构之间是直接对 应关系。实际上，认知发展的研究极为丰富，往往被 忽略的重要发现是，学习者的意图性( intentions) 而 非其“限制性”( constrains，皮亚杰术语) 影响了他 们观念库的多样性和复杂性。学习科学家通过对不 同领域的专家知识、创造力和迁移的整合研究揭示， 领域特殊性的发展对人的学习的影响非常大，领域 一般性发展( 比如，迁移力) 以领域特殊性研究为基 础。事实性知识或程序性知识，只有人们准确知道 它用在什么情境以及在新情境中如何加以修正时， 才是有效的，即需要成为可迁移的知识。也就是说， 理解性学习才是迁移的条件。当然，这种迁移性、理 解性学习是耗时的，要花时间训练学习者的模式识 别技能并使其获得对未来结果进行预测的知识( 即 深层知识) ( 布兰思福特等，2013: 58) 。这样的领 域特殊学习训练具有一般意义，是为迁移而准备的。 不同内容及话题的学习有其自身特点，我们需要充 分重视领域特殊情境的学习。 记者: 对于领域特殊性问题，您能否结合科学 教育研究做些展开? 比如，美国科学教育研究是 怎样发展的? 不同时期的研究主题有哪些? 林教授: 科技的进步与学习科学的发展，带动美 国科学教育得以重建，使其从分立走向整合，指导提 高全体美国人的科学素养，其中对青少年科学学习 的关注不仅在校内也包括校外，以培养他们一生从 事科学学习的能力。审视美国科学教育研究的百年 历程( Linn et al． ，2016) ，我们可以从时间轴和研究 聚焦两方面展开。 首先，从时间轴上可以将美国科学教育研究分 为四个阶段: 第一阶段，从 1916 年到 1960 年，标志 为从杜威倡导探究学习，到美国启动对 Sputnik( “苏 联卫星上天”事件) 的应对。期间，不同领域( 如心 理学、物理学、化学、生物学、工程学以及心理测验) 开展了与科学教育有关的“探究”研究。第二阶段， 从 1960 年到 1980 年，包括从资助新课程材料研发 ( 回应 Sputnik) ，到成立认知科学学会 ( Cognitive Science Society) ，科学教育研究主要围绕运用布鲁 纳( 1960) “螺旋式课程”的思想编制课程材料( 教 材) ，学科专家与科学教育研究人员互动，评估新课 程项目并与教师一起落实新教材。第三阶段，从 1980 年至 1995 年，从个人电脑的出现和人口多样 化，到第一次与科学教育有关的国际测验( Third International Mathematics and Science Study) 。这 15 年 中，科学教育的学者联合起来并吸引技术、职业发展 和社会学等领域的专家加盟，共同解决教育方面的 挑战。响应美国科学基金会( NSF) “关注劳动力多 样化”的号召，科学教育研究集中研究如何满足多 样化学习者的需要，建设基于标准的课程。第四阶 段是 1995 年迄今，美国科学基金会资助成立了一系 列科学教育中心，学习科学研究成果不断涌现，不同 学科及理论观点的融合日渐普遍。科学教育研究者 整合了来自语言和文化等领域的洞见，拓宽了对科 学教育境脉的认识，开始兼顾校外学习机会。 记者: 美国科学教育变革一直是世界科学教 育发展的风向标。随着一些主题的提出或重现， 科学教育的本质不断被重新表述，刷新着人们对 科学教育的理解。在您看来，美国科学教育研究 百年来变化的实质是什么? 或者说，变化表象的 背后发生了什么? 林教授: 这个问题可以从多个视角分析，比如学 习者、科学知识本质、教师观和技术进步等。无论从 哪个角度，我们都会发现，关键的线索是，这些阶段 伴随着人们对学习理解的深刻变化。下面从“学习 者的研究”角度透视科学教育研究百年变迁中来自 学习研究的影响。 起初，心理学家从记忆的角度研究个体学习，但 ·6· 裴新宁 . 学习科学与科学教育的共同演进———与国际学习科学学会前主席马西娅·林教授对话 OEＲ． 2018，24( 4)
装新宁。学习科学与科学教有的共同演选—与国际学习科学学会前主席马西证·林教按对话 0ER.2018.244) 这些心理学成果对科学课程设计影响甚微。尽管如 出，这样的研究更依峻基于设计的研究方法，需要将 此，美国的教师培养计划仍要求重视行为主义心理 学习环境和学习理论的设计交织在一起，运用设； 学课程，重视评估学生对细节的回忆。Sputnik的发 实施的迭代循环，为实践者提供启示：要发生在真实 射激发了科学学科专家与心理学家及学校科学教师 情境并把学习过程与结果联系起来(Bowm,1992: 的互动。二十世纪八十年代，这些互动逐步转化为 Cins,192)。这样的研究方法取向，即设计研究 彼此的合作。要说的是，新的美国科学基金会资助 (DBR),极大地拓展了科学学习的研究：从课堂到 计划要求学科专家和科学教育人员（包括 “线实 正式环境，涉及学校、学区和社区等不同利益相关方， 者)之间必须建立合作。基于这些合作，科学推理 记者：聚焦点实场景的学习研究，有什么结 研究取得突破，发现并确认了科学推理与领域知识 点？研究成果主要应用在哪里？ 林教授：将学习研究置于真实场景，突出了学习 事真实科学任务时的科学推理过程研究，走向对现 者模型的几方面特点：一是合作，二是基于共同体的 实实践的关注。其中，大量实证研究集中于学生对 科学实践，三是专业实践知识，即深层知识或真实性 概念的理解。新的推理研究重在探查领域知识与推 问题的解决。这些学习的社会文化要素成为基于课 理过程的关系，尤其关注空间推理和认知负荷等问 堂的学习研究的中心主题，有别于以往认知科学和 题。这个时期取得了 一些重要发现，比如学生关于 心理学对学习研究的关注。情境性(situativitv)和社 某科学主题的先前知识对其学习有重要作用，但仅 会性成为人的学习机制研究的焦点，大量研究成果 有先前知识不能让学生建立假设，还必须结合推理 涌现。比如，许多研究揭示了学习者的文化背景利 解决问题：缺乏情境知识可能 碍 生尝试解决 性别对合作行为的影响：揭示了为学生呈现科学与 要专业知识的任务（复杂性问题解：组合推理 其自身经验的关联可有效激发动机，并撒发学生对 逻组策略的获得可以受益于数学和发展。这些成果 科学确立应有的态度：其中的动机研究还把情感学 逐步为科学教学研究所接纳， 习与认知学习整合起来。研究还揭示了科学与语 不过，直到 :十世纪九十年代，科学教育的学 言、文化及身份认同的交互，指出要为多样化的学习 者模型仍主要来自心理学实验室而非真实的课堂研 者提供参与社区层面科学问题解决的机会，并帮助 究。期间，一些使用新的研究方法的限堂研究展现 其参与更广阔意义的科学实践。 了言有音义的成里，揭示了学习培歌(e 学习科学的跨学科研究加强了科学知识、科学 e)的重要性 例如，有研究让学生相信，运动的 实践和学 习理论的有机关联，为技术的介入铺设了 物体在现实世界中会慢下来，但在物理教室会继绮 道路，确立了原则，形成意义深远的成果。比如，是 运动，直到受到外力作用的阻碍。诸如此类的研究 于网络的科学探究环境(Veb-based Inquirey Scie 打破了常年来科学教育的结果不过“仅存于教室中 En nemt,简称WIsE)利用技术把科学实践 的科学”的魔咒（林等 36) 增进 学生对利 认知和物质科学的可视化等策略整 起来，突破了 学的一致性理解，把对学习和教学有共同兴趣的心 抽象科学概念的学习困境，让科学惠及更广大的受 理学、社会学、技术、教育和设计等领域的研究者以 介。成高季多有尔(Villiam sandoval,用际学习料 及学校教师和管理者聚集起来。同时，社会文化和 学学会现任主席)等学者揭示了科学探究与学生实 神经科学等研究领域的学者也对学习的整合性研 际的认识论之间的关系(Sandoval,2005) 许多研 贡献了思想。我想，学习的复杂性，加之多视角的结 究重新检视了聚焦特定利学实践（如论证、解释、建 合，让学术探索独具魅力和前景，唤起了学习科学研 模、可视化、合作、做实验)的课堂研究，表明这些实 究的路界整合。被这一新学科所吸引的学探寻在 践与学生对科学的概念理解进展密切相关。这些研 真实情境（比如，日常问题解决）中解释学习过程 究启发形成] “科学即实践 ice)的 于学习者的文化承诺(cultural commitents)确定研 主张，提供了K2科学教育新的框架以及《下一代 路径。安·布朗(AnnL.Bowm)和阿兰·柯林斯指 料学投育标准》的立论基础。 7 C)1994-2023 China Academie Joumal Electronie Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.ne
这些心理学成果对科学课程设计影响甚微。尽管如 此，美国的教师培养计划仍要求重视行为主义心理 学课程，重视评估学生对细节的回忆。Sputnik 的发 射激发了科学学科专家与心理学家及学校科学教师 的互动。二十世纪八十年代，这些互动逐步转化为 彼此的合作。要说的是，新的美国科学基金会资助 计划要求学科专家和科学教育人员( 包括一线实践 者) 之间必须建立合作。基于这些合作，科学推理 研究取得突破，发现并确认了科学推理与领域知识 之间的依赖关系。从以往心理学家对情境无涉的逻 辑推理要素识别及单变量影响研究，到强调学生从 事真实科学任务时的科学推理过程研究，走向对现 实实践的关注。其中，大量实证研究集中于学生对 概念的理解。新的推理研究重在探查领域知识与推 理过程的关系，尤其关注空间推理和认知负荷等问 题。这个时期取得了一些重要发现，比如学生关于 某科学主题的先前知识对其学习有重要作用，但仅 有先前知识不能让学生建立假设，还必须结合推理 解决问题; 缺乏情境知识可能阻碍学生尝试解决需 要专业知识的任务( 复杂性问题解决) ; “组合推理” 逻辑策略的获得可以受益于教学和发展。这些成果 逐步为科学教学研究所接纳。 不过，直到二十世纪九十年代，科学教育的学习 者模型仍主要来自心理学实验室而非真实的课堂研 究。期间，一些使用新的研究方法的课堂研究展现 了富有意义的成果，揭示了学习境脉( learning context) 的重要性。例如，有研究让学生相信，运动的 物体在现实世界中会慢下来，但在物理教室会继续 运动，直到受到外力作用的阻碍。诸如此类的研究 打破了常年来科学教育的结果不过“仅存于教室中 的科学”的魔咒( 林等，2016: 36) ，增进了学生对科 学的一致性理解，把对学习和教学有共同兴趣的心 理学、社会学、技术、教育和设计等领域的研究者以 及学校教师和管理者聚集起来。同时，社会文化和 神经科学等研究领域的学者也对学习的整合性研究 贡献了思想。我想，学习的复杂性，加之多视角的结 合，让学术探索独具魅力和前景，唤起了学习科学研 究的跨界整合。被这一新学科所吸引的学者探寻在 真实情境( 比如，日常问题解决) 中解释学习过程，基 于学习者的文化承诺( cultural commitents) 确定研究 路径。安·布朗( Ann L． Brown) 和阿兰·柯林斯指 出，这样的研究更依赖基于设计的研究方法，需要将 学习环境和学习理论的设计交织在一起，运用设计与 实施的迭代循环，为实践者提供启示; 要发生在真实 情境并把学习过程与结果联系起来( Brown，1992; Collins，1992) 。这样的研究方法取向，即设计研究 ( DBＲ) ，极大地拓展了科学学习的研究: 从课堂到非 正式环境，涉及学校、学区和社区等不同利益相关方。 记者: 聚焦真实场景的学习研究，有什么特 点? 研究成果主要应用在哪里? 林教授: 将学习研究置于真实场景，突出了学习 者模型的几方面特点: 一是合作，二是基于共同体的 科学实践，三是专业实践知识，即深层知识或真实性 问题的解决。这些学习的社会文化要素成为基于课 堂的学习研究的中心主题，有别于以往认知科学和 心理学对学习研究的关注。情境性( situativity) 和社 会性成为人的学习机制研究的焦点，大量研究成果 涌现。比如，许多研究揭示了学习者的文化背景和 性别对合作行为的影响; 揭示了为学生呈现科学与 其自身经验的关联可有效激发动机，并激发学生对 科学确立应有的态度; 其中的动机研究还把情感学 习与认知学习整合起来。研究还揭示了科学与语 言、文化及身份认同的交互，指出要为多样化的学习 者提供参与社区层面科学问题解决的机会，并帮助 其参与更广阔意义的科学实践。 学习科学的跨学科研究加强了科学知识、科学 实践和学习理论的有机关联，为技术的介入铺设了 道路，确立了原则，形成意义深远的成果。比如，基 于网络的科学探究环境( Web-based Inquirey Science Environment，简称 WISE) 利用技术把科学实践、元 认知和物质科学的可视化等策略整合起来，突破了 抽象科学概念的学习困境，让科学惠及更广大的受 众。威廉·桑多瓦尔( William Sandoval，国际学习科 学学会现任主席) 等学者揭示了科学探究与学生实 际的认识论之间的关系( Sandoval，2005) 。许多研 究重新检视了聚焦特定科学实践( 如论证、解释、建 模、可视化、合作、做实验) 的课堂研究，表明这些实 践与学生对科学的概念理解进展密切相关。这些研 究启发形成了“科学即实践”( science-as-practice) 的 主张，提供了 K-12 科学教育新的框架以及《下一代 科学教育标准》的立论基础。 ·7· 裴新宁 . 学习科学与科学教育的共同演进———与国际学习科学学会前主席马西娅·林教授对话 OEＲ． 2018，24( 4)
装新宁学习科学与科学教育的共同流进 一与国际学习科学学会前主席马西轻·林教对话 0ER.2018.24(4) 记者：与您的交谈中可以深切地感受到，在基 林教授：的确，恨讲进领域整合的士要推动力来白 于学习科学的科学教有变革讲程中，学术界心帮 美国科学基金会对旗下中心的资助，我们在加州伯 框架和研究范式发生了转变，一种整合性学术文 克利大学的“技术增强科学学习 (TELS)团队就 化正在滋长，您如何理解这一现象 典型。基金会会根据研究和发展需要，更新或补充 专项研究计制。比如，1997年成立的“整合学习与 林教授：对美国来说，科学教有研究处于整会 期，特别是与学习科学的整合。其挑战及使命是，如 技术中心”，旨在建立一个由认知科学家、计算机科 何正视文化复杂性和科学教育受众增多这 学家、自然科学家 一现实升 工程师、学校教师、教育研究人员 行业领袖和政策分析人员组成的共同体，联合开发 利用其潜能，弥合美国城市间正在扩大的成就差距 对关键教有问题的技术使能解决方案。从2000年开 应对这一桃战，需要决定如何为所有学习者提供有 始，羊国科学基金会陆续资助成立了“学习与学中 意义的数学，这激发了把关于语言多样性、认识论信 仰以及学生身份等原先分立的研究议题相整合的利 心”，让来自不同领域的参与者开展大规模合作，将订 动，并出现 一些新的动向。其中之 一是利用社会性 价研究及学习科学新进展与课程创新结合起来，成为 科学议题(socioscientific issue)的争议性情境，发展 确保面向全体学生开展高质量STEM教学的智库 学生的科学理解力。对此，研究者着重探查论证、推 2002年，美国科学基金会发起了“数学与科学伙伴1 nd sci 理和决策等之间的复杂关系，提炼科学教学的建议 (Mather ati hip)计划，以激园 很多社会现实问题，如 气候变化、水资源短缺， 各学区展开合作：2004年起，美国科学基金会资 成立了“学习科学中心”，专门支持骑学科学术知识 危机、病毒爆发等，也唤起重新聚焦科学教育的 要，把学生培养成主动的、终身的科学学习者成为新 的整合，提出改进学与教的有效解决方案 时期科学教育的目的。现在的共识是，文化及科 这些跨学科研究有力地驳斥了科学素养的“缺 教育的复杂性和系统性本质，需要更精准的研究方 失论”(deficit arguments),澄清了导致不同文化群体 比如 ,我们需要捕捉科 学习过程中多元的互 科学素养表职落弟的关锦因素，不仅发展了个体形 动因素，为建立教学设计的引导性原则搜集充分证 任力层面的科学素养内涵，更从社群和社会结构月 据，为此会采用些社会文化研究方法，如人种志及 面审查了科学素养的本质，从而建立了科学素养的 誉观发生学分折法，包括一些必要的工且，结细描丽 系统化模型 目前的研究表明科学教育中多样化文 校内外社会文化学习的特点。 总的方法思路是设 化体哈的重要性，影响若职业选择模式和职业结构 研究，用以引导在学习者多样性的真实教学场 这些新的深度合作促成了 一系列有影响力成果 展迭代精细化研究，使得研究者可以提取原理或模式 的发布，为持续变革提供了理论引领。 例如，美国矿 来概括过程，支持理论与设计的同步发展，推动技术 究理事会(NRC)推出了 系列研究报告，如《人是 和以研究为基础的教学法的主动结合，使理论更 如何学习的》(2000、《美国实验室报告》(2005)】 用。我们熟悉的有意学习 le 理论 把科学带入学校》(200)、《非正式环境中的科 经历了从计算机支持的有意学习环境(CSE)到知 学习》(2009)和《科学与工程教育的公平与多样性 识论坛(Knowledge Form)的讲化：知识整合(KI)理 (2012)等。此外，越来越多的评论和元分析梳理了 论从知识整合环境(KE)发展到WSE平台，逐步精 有效学习环境设计的原则和方法，包括如何利用科 制和实用化“教中学”(Leaming aching)原则的 学可视化提供脚手架、运用自动化指南促进科学相 用是通过 的“代理学习者”展现的（马西如 理、不同领域合作学习的支持性设计等(Kymd 林等，2016：197)。设计研究取向日渐成熟，其完善 al.,2013。《学习科学杂志》(Journal of the Learn 过程也受到建筑学、工程学和计算机科学的启发。 ing Sciences)等为精细研究复杂学习和促讲多学科 记者：除了学科发展的内驱力，美国科学基金 深度合作提供了发布平台。 发挥了重题作用.提世 ?这种整合文化的外盘 记者：学习科学与科学粉省的融合与被出 支持，您能举例说明吗？ 发，不仅出现在美国，也发生在世界其他地方。长 ·8 (C)1994-2023 China Academic Joumal Electronic Publishing House.All rights reserved. http //www.cnki.net
记者: 与您的交谈中可以深切地感受到，在基 于学习科学的科学教育变革进程中，学术界心智 框架和研究范式发生了转变，一种整合性学术文 化正在滋长，您如何理解这一现象? 林教授: 对美国来说，科学教育研究处于整合 期，特别是与学习科学的整合。其挑战及使命是，如 何正视文化复杂性和科学教育受众增多这一现实并 利用其潜能，弥合美国城市间正在扩大的成就差距。 应对这一挑战，需要决定如何为所有学习者提供有 意义的教学，这激发了把关于语言多样性、认识论信 仰以及学生身份等原先分立的研究议题相整合的行 动，并出现一些新的动向。其中之一是利用社会性 科学议题( socioscientific issue) 的争议性情境，发展 学生的科学理解力。对此，研究者着重探查论证、推 理和决策等之间的复杂关系，提炼科学教学的建议。 很多社会现实问题，如气候变化、水资源短缺、能源 危机、病毒爆发等，也唤起重新聚焦科学教育的需 要，把学生培养成主动的、终身的科学学习者成为新 时期科学教育的目的。现在的共识是，文化及科学 教育的复杂性和系统性本质，需要更精准的研究方 法。比如，我们需要捕捉科学学习过程中多元的互 动因素，为建立教学设计的引导性原则搜集充分证 据，为此会采用一些社会文化研究方法，如人种志及 微观发生学分析法，包括一些必要的工具，精细描画 校内外社会文化学习的特点。总的方法思路是设计 研究，用以引导在学习者多样性的真实教学场景中开 展迭代精细化研究，使得研究者可以提取原理或模式 来概括过程，支持理论与设计的同步发展，推动技术 和以研究为基础的教学法的主动结合，使理论更实 用。我们熟悉的有意学习( intentional learning) 理论 经历了从计算机支持的有意学习环境( CSILE) 到知 识论坛( Knowledge Forum) 的进化; 知识整合( KI) 理 论从知识整合环境( KIE) 发展到 WISE 平台，逐步精 制和实用化; “教中学”( Learning-by-teaching) 原则的 作用是通过可教的“代理学习者”展现的( 马西娅· 林等，2016: 197) 。设计研究取向日渐成熟，其完善 过程也受到建筑学、工程学和计算机科学的启发。 记者: 除了学科发展的内驱力，美国科学基金 会发挥了重要作用，提供了这种整合文化的外部 支持，您能举例说明吗? 林教授: 的确，促进领域整合的主要推动力来自 美国科学基金会对旗下中心的资助，我们在加州伯 克利大学的“技术增强科学学习”( TELS) 团队就是 典型。基金会会根据研究和发展需要，更新或补充 专项研究计划。比如，1997 年成立的“整合学习与 技术中心”，旨在建立一个由认知科学家、计算机科 学家、自然科学家、工程师、学校教师、教育研究人员、 行业领袖和政策分析人员组成的共同体，联合开发针 对关键教育问题的技术使能解决方案。从 2000 年开 始，美国科学基金会陆续资助成立了“学习与教学中 心”，让来自不同领域的参与者开展大规模合作，将评 价研究及学习科学新进展与课程创新结合起来，成为 确保面向全体学生开展高质量 STEM 教学的智库。 2002 年，美国科学基金会发起了“数学与科学伙伴” ( Mathematics and Science Partnership) 计划，以激励 各学区展开合作; 2004 年起，美国科学基金会资助 成立了“学习科学中心”，专门支持跨学科学术知识 的整合，提出改进学与教的有效解决方案。 这些跨学科研究有力地驳斥了科学素养的“缺 失论”( deficit arguments) ，澄清了导致不同文化群体 科学素养表现落差的关键因素，不仅发展了个体胜 任力层面的科学素养内涵，更从社群和社会结构层 面审查了科学素养的本质，从而建立了科学素养的 系统化模型。目前的研究表明科学教育中多样化文 化体验的重要性，影响着职业选择模式和职业结构。 这些新的深度合作促成了一系列有影响力成果 的发布，为持续变革提供了理论引领。例如，美国研 究理事会( NＲC) 推出了一系列研究报告，如《人是 如何学习的》( 2000) 、《美国实验室报告》( 2005) 、 《把科学带入学校》( 2007) 、《非正式环境中的科学 学习》( 2009) 和《科学与工程教育的公平与多样性》 ( 2012) 等。此外，越来越多的评论和元分析梳理了 有效学习环境设计的原则和方法，包括如何利用科 学可视化提供脚手架、运用自动化指南促进科学推 理、不同领域合作学习的支持性设计等( Kyndta et al． ，2013) 。《学习科学杂志》( Journal of the Learning Sciences) 等为精细研究复杂学习和促进多学科 深度合作提供了发布平台。 记者: 学习科学与科学教育的融合与彼此激 发，不仅出现在美国，也发生在世界其他地方。长 ·8· 裴新宁 . 学习科学与科学教育的共同演进———与国际学习科学学会前主席马西娅·林教授对话 OEＲ． 2018，24( 4)