認知彈性理論的教學組織策略

認知彈性理論和認知彈性理論是基于非線性和多維數的計算機學習環境的超級大國。對認知彈性理論和認知彈性超文本的研究和借鑒,將會有助于信息技術環境下的教學設計,特別是對多媒體環境下的教學組織策略有重要借鑒意義。文中將要討論認知彈性理論中隱喻的多元表征和情境化教學的教學組織策略,并舉例討論運用此策略在實際CAI或網絡課程設計中的應用方法。文中論述的認知彈性超文本的應用超越了現有網絡課程中超文本的應用,它是用知識網絡中概念與相關概念和案例來完善組織和鏈接,試圖從概念間的內在關系和遷移至不同情境的來龍去脈來組織教學,真正體現了對復雜知識多元認知和多情境表征的彈性認知策略。一、認知靈活性理論以及教師培訓策略的指導1.“一物二機”教學的原則按照瑞奇魯斯的觀點,有四種教學策略對于教學設計有特別重要的意義,教學組織策略就是其中之一。教學組織策略可進一步分成宏策略和微策略兩類。宏策略組織教學的原則是要揭示學科知識內容中的結構性關系,也就是各個部分之間的相互作用及相互聯系;微策略則強調按單一主題組織教學,其策略部件包括定義、例題和練習等。在實際教學中,宏策略用來指導對學科知識內容的組織和對知識點順序的排列,它是從全局來考慮學科知識內容的整體性以及其中各個部分之間的相關性;微策略則為如何教特定的學科內容提供“處方”,它考慮的是一個個概念或原理的具體教學方法。認知彈性理論對教學組織策略的指導主要表現在宏策略組織教學的原則上。2.情境性學習理論斯皮若等于1990年提出的認知彈性理論的核心是復雜和結構不良領域中學習的本質問題。其重點在于以多種觀點呈現信息,并利用能提供不同范例的多種研究案例。該理論還主張有效的學習應該是依靠情境的,因而相應的教學必須是非常具體的。此外,該理論強調建構知識的重要性,要求教師必須為學習者提供機會開發他們自己的信息表征,用更適宜他們的方式學習。認知彈性理論有兩條重要內容,即在組織教學內容時要以多視角來呈現和表征概念以及要將概念與案例相互交叉,用多情境表征來促進遷移。3.力學中的學科基本結構認知彈性理論的原理之一是:因為從單一視角提出的每一個單獨的觀點雖不是虛假的或錯誤的,但卻不是充分的。因此,促進復雜與結構不良領域中的學習的中心問題是多元認知表征,即要求從多于一個觀點的角度檢查某一概念。這既能增強對該概念自身的理解,同時也能增強將這一理解遷移至其他領域的能力。這種多元表征觀點是布魯納的學科基本結構理論的必要補充。布魯納認為,學科內部有一套基本結構,這個基本結構是指學科的基本概念和基本原則,它們反映了事物之間的聯系或規律性。掌握了學科基本結構,就能更好地掌握整個學科。我們說多元表征觀點是學科基本結構理論的必要補充,是因為學科知識間除了具有“學科基本結構”這個結構良好的聯系外,還具有更加復雜的、結構不良的細致聯系。比方說,高中物理力學部分的學科基本結構可簡單地分為:力學?????靜力學(力的種類、力的合成與分解、物體平衡的條件)運動學(直線運動、運動的合成、曲線運動、振動和波)動力學(牛頓三定律、萬有引力、動量、機械能)力學{靜力學(力的種類、力的合成與分解、物體平衡的條件)運動學(直線運動、運動的合成、曲線運動、振動和波)動力學(牛頓三定律、萬有引力、動量、機械能)這個基本結構中,靜力學的“力的種類”又可包括重力、彈力、摩擦力、引力、洛侖茲力、安培力等等,其中的洛侖茲力和安培力就將力學與電磁學知識緊密地聯系了起來,而壓強概念P=F/S,又將力學知識和熱學知識相聯系,這都形成了知識結構間跨越式的連接;在力學結構內部,加速度a將運動學和動力學相聯系,速度v將動量和動能相聯系,這又使力學知識結構內呈現非線性和多元的復雜結構。這就給我們教學設計的宏組織策略提出了啟示:除了呈現學科的基本結構外,還要展示各個概念與其他概念間的細致復雜的多維度關系,以此完成對結構不良的知識體系的教學,從而既增強對該概念自身的理解,又增強知識結構整體的理解。4.多個概念間的鏈接認知彈性理論的第二個基本原理是:概念與案例構成多維度與非線性的“十字交叉”形狀。“十字交叉形”這一隱喻表明,從不同方向得到一個映像或觀念可同時既加強新的觀念,又加強作為出發點的原有概念。通過幾個具體示例加以說明,可使一個概念更易于理解、更富有意義。這條原理是承接第一條原理的,它對信息技術條件下的教學設計也很有意義。通過上面對多元表征的討論我們已經認識到:在學科教學中每個概念都或多或少地與其他概念相聯系,就仿佛從這個概念上生出幾條鏈接,將它與那些有聯系的概念聯結在一起。每一條鏈接都表示一個概念與另一個概念的某方面的特征或本質相通,因此這個鏈接能夠為相聯結的兩個概念的理解提供支援。與每個概念有多個鏈接相類似的,每個案例中都包含著多個概念及這些概念的鏈接。我們要將一個案例分解為多個概念來理解,并理清各概念間的關系,目的也就是分解案例的多個元素,并理清各元素遷移至該情境的來龍去脈。例如下面的案例:案例1:在方向水平的勻強電場中,一根不可伸長的不導電細線的一端連著一個質量為m的帶電小球,另一端固定于O點。把小球拉起直至細線與場強平行,然后無初速釋放。已知當小球擺動到最低點的另一側,線與豎直方向的最大夾角為θ。求小球經過最低點時細線對小球的拉力。這個案例中主要包含電勢能、重力勢能、動能、能量守恒定律、向心力等概念及受力分析的知識點。這些概念之間的關系為:從釋放點到左側最高點,重力勢能的減少等于電勢能的增加;小球運動到最低點時的動能等于重力勢能與電勢能變化的和;最低點處小球不受洛侖茲力等等。一個案例可以包含多個概念及概念間的鏈接,但是即使兩個案例包含有相同的概念,這些概念間的鏈接可能并不相同。這是由于各個不同的案例代表不同的情境,包含不同的條件,所以概念間也就包含不同的關系。因此,一個案例實際上就是多個概念在此特定的情境中發生特定的聯系,解析一個案例的過程就是將多個概念遷移至此情境的過程。由此一個概念通過鏈接與其他多個概念相連,以相互加強概念本質的多元表征;一個案例中包含多個概念,概念間由于情境的不同而呈現出不同的關系。我們在組織教學內容時,要將概念和案例相互交叉,即對一個概念的表征要用多個與之相連的概念來展示該概念的不同側面,再用多個代表不同情境的案例來加強概念的理解和遷移;同時由于每個案例中包含有多個核心概念,所以每個案例可以支援多個概念的表征。這樣用豐富的情境和多角度的表征,就構成了結構復雜的知識體系。二、學科組織設計由上面的分析我們看到:在組織結構復雜的教學時,必須對概念進行多元表征和多情境教學,才有可能真正改善對復雜概念的掌握和遷移。而具有非線性特征的超文本正是適用于這種教學組織策略的理想學習與教學媒介,它可用于系統化地開發計算機支持的非線性與多維度的學習環境。我們這里的認知彈性超文本不同于現有網絡課程中超文本的應用,它的作用是將概念的不同側面集中展現,將知識網絡中概念與相關概念相連接,以被分解案例的元素為依據將概念與案例相連接,從而建立概念和案例的完善組織和鏈接。它試圖從概念間的內在關系和遷移至不同情境的來龍去脈來組織教學,用以體現對復雜知識多元認知和多情境表征的彈性認知策略。在多媒體環境下的教學組織設計中,我們要呈現給學習者的學科結構是這樣的:首先要呈現學科的基本結構,將學科基本結構充分展開細化至知識點,形成學科基本結構圖;然后在學科基本結構圖之上,對基本結構中的概念進行多元表征,要對每個重要的知識點細化和表征,形成從單個概念出發的多個相關概念組成的知識群;再解析典型案例中的重要概念,并用案例及其特定的情境來支援這些概念的表征。要完成這種教學內容組織,認知彈性超文本的運用是非常關鍵的。在學科基本結構圖上建立單個概念的多元表征,就要運用超文本的非線性,形成對結構圖中概念的展開。反過來說,與某個概念相關聯的多個概念和案例被組織在一起,共同連接在該概念的結構圖中,這樣既能用上位概念和同級概念固定知識點在結構圖中的位置,又能將它展開進行多元表征,從而建立起整個知識體系的網絡狀結構圖,實現對復雜結構的知識體系的全面建構。下面筆者就以高中物理課程設計中的教學組織為例,來介紹運用認知彈性理論設計信息技術環境下(網絡課程或計算機輔助學習)的課程頁面的具體過程和方法。1.基本結構圖頁面的設計具體到實際設計中,我們可以用單獨的頁面呈現學科基本結構圖,如將高中物理概念“機械能”用單獨的頁面展開(如圖1)。2.根據速度的概念來進行“度”的明確然后在學科基本結構圖之上,將其中的重要概念設置為超級鏈接,用以對單個概念展開。點擊某個鏈接,就彈出此概念的多元表征頁面,在頁面內將呈現出表征此概念的相關概念的頁面鏈接和案例頁面的鏈接。例如概念“速度”的多元表征頁面可以如圖2所示。此處設計“速度”的多元表征頁面的依據正是:將概念的不同側面集中展現,將知識網絡中概念與相關概念相連接,以被分解案例的元素為依據將概念與案例相連接。因為要很好地理解速度v這個概念,就一定要把握好加速度、位移、動量、動能等概念。這些概念有的是提速度的原因,有的是它的功能,還有的是它不同情境下的特征。因此必須掌握v=vo+at,S=vot+1/2at2(勻變速位移),動量定理Ft=mv2-mv1,動量守恒定律m1v1+m2v2=恒量,動能Ek=1/2mv2,機械能守恒定律等知識,我們才能對速度有一個比較全面的了解,也只有建立了這種較全面的了解,才有可能通過它將那些與之相連的多個概念聯系在一起,使知識的運用更加通暢,增強知識遷移至其他領域的能力。頁面中的“典型案例”是與“速度”相關的主要案例,“更多鏈接”則是與它相關性較小的案例。3.接和本案例的類型簡介我們還要將典型案例展開細化,確定其中的核心概念和主要概念,分析此情境中特定的概念間的鏈接和本案例的類型簡介,并用單獨的頁面呈現展開的案例。如下面的案例頁面(見圖3):頁面中顯示出本案例的核心概念是速度,比較重要的是動量守恒、機械能守恒和受力分析,將“速度”、“動量守恒”、“機械能守恒”和“受力分析”分別設置成超級鏈接,指向各自的概念移元表征頁面。4.添加一個重要概念的案例然后我們依據案例分析中的核心概念,向此概念的多元表征頁面中加入該案例的鏈接,并標示出該案例的類別簡介。由此就為概念的多元表征加入了一個類別明確的應用案例。還可以依據案例中較重要的概念,在這些概念的多元表征頁面中“更多鏈接”欄下添加該案例的鏈接,以使案例中的重要概念的構建有更多的應用實例支持。同時我們還可以為案例中相關的概念提供鏈接,指向這些概念的多元表征頁面,使學習者可以在疑惑時查詢,填補原有的知識